La electrónica digital está en el corazón de casi todos los dispositivos electrónicos que usamos a diario: desde un simple reloj despertador hasta un teléfono móvil o un coche moderno. Entender sus fundamentos puede parecer complicado al principio, pero con una buena explicación y ejemplos claros, cualquiera puede hacerse una idea bastante precisa de cómo funciona. En este artículo de SEAS te explicamos los tres pilares básicos de la electrónica digital: las puertas lógicas, el álgebra de Boole y la programación de circuitos. ¡Vamos allá!
Puertas lógicas
Las puertas lógicas son los componentes fundamentales de cualquier circuito digital. Son dispositivos que procesan señales binarias, es decir, señales que solo tienen dos valores posibles: 0 y 1. Estos valores representan los estados de apagado y encendido, o de falso y verdadero, respectivamente.
Existen varios tipos de puertas lógicas, cada una con una función específica. Las más comunes son AND, OR y NOT. La puerta AND (y) solo da como resultado un 1 si todas sus entradas son 1. La puerta OR (o) da un 1 si al menos una de sus entradas es 1. Y la puerta NOT (no) invierte la señal: si entra un 0, sale un 1, y viceversa.
Combinando varias puertas lógicas, podemos crear circuitos más complejos que permiten tomar decisiones lógicas, realizar operaciones matemáticas simples o controlar el funcionamiento de un dispositivo electrónico. Son, por así decirlo, el vocabulario básico con el que se escribe el lenguaje de la electrónica digital.
Álgebra de Boole
Para poder diseñar y entender circuitos digitales, necesitamos una forma de expresar esas operaciones lógicas de forma matemática. Aquí es donde entra en juego el álgebra de Boole. Se trata de un sistema matemático desarrollado en el siglo XIX por George Boole que trabaja con solo dos valores: 0 y 1.
En el álgebra de Boole usamos símbolos y reglas para representar el comportamiento de las puertas lógicas. Por ejemplo, si A y B son variables que pueden valer 0 o 1, la operación A·B (AND) solo vale 1 si A y B son 1. La operación A + B (OR) vale 1 si A o B, o ambos, valen 1. Y la operación ¬A (NOT) simplemente invierte el valor de A.
Gracias al álgebra de Boole podemos simplificar circuitos, encontrar errores lógicos y entender cómo se procesan las señales en un sistema digital. Es, en resumen, el lenguaje que nos permite pensar como un circuito.
Programación de circuitos
Una vez que conocemos las puertas lógicas y dominamos el álgebra de Boole, el siguiente paso es aplicar ese conocimiento en la práctica. Y eso se hace mediante la programación de circuitos. Hoy en día, muchos sistemas digitales se diseñan con herramientas como FPGAs o microcontroladores, que permiten crear circuitos personalizados sin necesidad de soldar componentes físicos.
Con lenguajes como VHDL o Verilog podemos escribir código que describe el comportamiento de un circuito digital. También existen plataformas más sencillas como Arduino, donde se combina la programación tradicional con conceptos de electrónica digital. Además, programar circuitos nos permite automatizar tareas, crear prototipos y entender cómo se conecta la teoría con el mundo real.
En definitiva, dominar estos tres elementos es el primer paso para adentrarse en la electrónica digital y empezar a crear dispositivos que respondan, piensen y tomen decisiones por sí solos. Y si te apasiona este mundillo es posible que te interese el Máster de Formación Permanente en Mecatrónica de SEAS. ¡Infórmate sin compromiso!
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