SISTEMAS DIGITAIS E ANALÓGICOS 1. Introdução Costuma-se dividir a electrónica em duas áreas: Electrónica analógica e electrónica digital. Uma maneira bem simples para se entender o conceito das palavras analógico e digital, é compararmos uma rampa com uma escada. Ao analisarmos a rampa, percebemos que uma pessoa poderá ocupar cada uma das infinitas posições existentes existentes entre o início e o fim. No caso da escada, a pessoa poderá estar em apenas um dos seus degraus. Sendo assim, podemos dizer que a rampa pode representar um sistema analógico, enquanto que a escada pode representar um sistema digital. Enquanto no voltímetro analógico o ponteiro pode ocupar infinitas posições entre o maior e menor valor da escala, no voltímetro digital os valores mostrados no display são discretos, isto é, existe um número finito de valores entre o maior e o menor valor da escala. Outro exemplo pode ser encontrado no ajuste de volume de um televisor. Ajustando o volume do televisor através de um botão conectado a um potenciómetro, teremos infinitas posições para escolher dentro da escala permitida. Porém, no controle remoto observamos que a intensidade do som muda em pequenos saltos e, em alguns modelos, aparece no vídeo o valor seleccionado em uma escala previamente definida. Podemos dizer então que o "botão de volume" do televisor é uma entrada analógica, e que o ajuste de volume no controle remoto representa uma entrada digital. Podemos também dizer então que o "botão de volume" do televisor é uma entrada analógica, e que o ajuste de volume no controle remoto representa uma entrada digital.
2. Desenvolvimento De acordo com Simon Haykin (1989) «Para transmitir a mensagem em sinal num canal de comunicação, podemos usar um método analógico ou digital. O uso de métodos digitais oferece-nos diversas e importantes vantagens operacionais em relação a métodos analógicos». O importante a reter desta distinção entre sinal analógico e sinal digital é que um sinal analógico está mais sujeito aos efeitos do ruído. 2.1 2.1 Sinal nal anal analóg ógic ico: o: Um sinal sin al analógico analógi co é aquele que pode tomar valores valor es infinitos in finitos ao longo l ongo do tempo, isto é, é aquele que varia de forma contínua. Este tipo de sinal é transmitido através de uma onda (geralmente associada à função matemática seno ou coseno). A informação contida na onda é de difícil interpretação, o que pode suscitar erros, o ruído atinge facilmente a informação. Como exemplo de sinal analógico temos a voz humana, que é considerada um dos casos de interpretação mais difíceis, devido a ser formada por uma onda com diversas alterações, muitas delas abruptas, o que faz com que a sua interpretação e posterior codificação, para ser enviada para o canal de transmissão, seja um processo bastante minucioso e fruto de várias investigações (como modelações e codificações mais resistentes). .2.2 Sinais digitais: São sinais discretos no tempo, de tal forma que sempre exista uma descontinuidade descontinuidade entre uma condição e outra.
3. Vantagens das técnicas digitais
O grande crescimento da electrónica está relacionado com o uso de técnicas digitais para implementar funções que eram realizadas usando-se os métodos analógicos. Os principais motivos da migração para a tecnologia digital são: y
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Os sistemas digitais são mais fáceis de ser projectados. Isso porque os circuitos utilizados são circuitos de chaveamento, nos quais não importam os valores exactos de tensão ou corrente, mas apenas a faixa ± Alta (High) ou Baixa (Low) ± na qual eles se encontram. Fácil armazenamento de informação. Técnicas de armazenamento digitais podem armazenar bilhões de bits em um espaço físico relativamente pequeno. Já a capacidade de armazenamento de um sistema analógico é extremamente limitada. Maior precisão e exactidão. Nos sistemas analógicos, a precisão é limitada porque os valores de tensão e corrente são directamente dependentes dos valores dos componentes do circuito, além de serem muito afectados por ruídos. As operações podem ser programadas. É relativamente fácil e conveniente desenvolver sistemas digitais cuja operação possa ser controlada por um conjunto de instruções previamente armazenadas, denominado programa. Os sistemas analógicos também podem ser programados, mas a variedade e a complexidade das operações envolvidas são bastante limitadas. Os circuitos digitais são menos afectados por ruídos. Flutuações espúrias na tensão (ruído) não são tão críticas em sistemas digitais, desde que o ruído não tenha amplitude suficiente que dificulte a distinção entre um nível Alto e um nível Baixo. Os circuitos digitais são mais adequados à integração. É verdade que o desenvolvimento da tecnologia de integração (CIs) também beneficiou os
circuitos analógicos, mas a sua relativa complexidade e o uso de dispositivos que não podem ser economicamente integrados (capacitores de grande capacitância, resistores de precisão, indutores, transformadores) não permitiram que os circuitos analógicos atingissem o mesmo grau de integração dos circuitos digitais.
4. Limitações das técnicas digitais Na verdade, há apenas uma grande desvantagem ao se utilizar as técnicas digitais: o mundo é quase totalmente analógico. Grandezas que comprovam isso são a temperatura, a pressão, a posição, a velocidade, o nível de um líquido e a vazão. Para obter as vantagens das técnicas digitais quando se trabalha com entradas e saídas analógicas, três passos devem ser seguidos: y y y
Converter as entradas analógicas do mundo real para o formato digital. Realizar o processamento da informação digital. Converter as saídas digitais de volta ao formato analógico.
Na Figura 1 a seguir é apresentado o diagrama de um sistema de controle de temperatura típico. Conforme o diagrama, a temperatura analógica é medida e o valor medido é em seguida convertido para digital. A informação digital é processada e convertida de volta para o formato analógico. Essa saída alimenta um controlador que comanda alguma acção para o ajuste da temperatura.
Fig. 1 - Sistema de controle de temperatura com conversões analógico-digitais.
Para simplificar ainda mais o processamento de sinais digitais, utiliza-se a técnica de numeração binária, que usa apenas dois símbolos para a representação de números. Esse sistema de numeração será visto com maiores detalhes adiante. Se for utilizada a numeração binária, ter-se-á um Conjunto Universo com apenas dois elementos distintos para representar os sinais desejados. Isso quer dizer que num dispositivo digital eletrônico teremos o processamento de elementos que se apresentam em apenas dois valores. A esses conjuntos dá-se o nome de BITs (BInary DigiT) e BYTES (conjunto de 8 bits). Ao se trabalhar com sistemas binários, são utilizadas abreviações para certas potências de dois, como detalhadas na Tabela 1 a seguir.
Tabela 1 ± Abreviações utilizadas para potência de 2. Número de Bits Valor Abreviação 10 Bits 210 = 1.024 1 Kb (Kilobit) 16 Bits 216 = 65.536 64 Kb (Kilobit) 20 20 Bits 2 = 1.048.576 1 Mb (Megabit) 30 30 Bits 2 = 1.073.741.820 1 Gb (Gigabit)
O sistema de numeração binário é o mais importante sistema de numeração em sistemas digitais. Porém, outros sistemas também são muito utilizados, sendo necessária uma maneira de se converter os valores de um sistema para outro.
5. Conclusão Ambas as electrónicas tanto digital e analógica, usam os mesmos componentes como resistores, díodos, transístores, fios condutores, etc. Na realidade a electrónica digital reúne casos particulares de circuitos simplificados da electrónica analógica. Pode-se dizer também que a exemplificação desta distinção entre sinal analógico e digital, podese considerar a transmissão de canais televisivos, onde até há pouco tempo apenas era feita através de sinal analógico. Recentemente começou a adoptar-se a transmissão através de sinal digital, como é o caso dos canais em HD (canais com alta definição). A passagem de sinal analógico para sinal digital representa a passagem para a chamada Televisão Digital Terrestre que é caracterizada principalmente por ter uma interactividade com o utilizador e pela maior qualidade de som e de imagem. Assim os benefícios do sinal digital são visíveis se observarmos transmissões televisivas com ambos os sinais, onde as de sinal analógico têm uma qualidade de transmissão inferior às de sinal digital. Os chamados "chuviscos" comprovam que o
sinal analógico é menos resistente e tende a transmitir uma mensagem com mais efeitos de ruído. 6. Bibliografia
http://www.cpdee.ufmg.br/~gbarbosa/Eletr%C3%B4nica%20Digital/Introducao.pdf http://pt.scribd.com/doc/50293193/1/SISTEMAS-ANALOGICOS-E-DIGITAIS António J. G. Padilla, S istemas Digitais, Lisboa, McGraw-Hill, 1993. Simon Haykin, An Introduction to Analog and Digital Communications, Nova Iorque, John Wiley, 1989.
