În electronică, numerele binare sunt fluxul de informații sub formă de zerouri și unu, utilizate de calculatoare și sisteme digitale. Spre deosebire de circuitele liniare sau analogice, cum ar fi amplificatoarele AC, care procesează semnale care variază în mod constant de la o valoare la alta, de exemplu amplitudinea sau frecvența, circuitele digitale procesează semnale care conțin doar două nivele sau stări de tensiune, etichetate "0 logic" și "1 logic".

În general, un "1" logic reprezintă o tensiune mai mare, cum ar fi 5 volți, denumită în mod obișnuit o valoare HIGH, în timp ce un "0" logic reprezintă o tensiune scăzută, cum ar fi 0 volți sau masă, ca valoare LOW. Aceste două nivele de tensiune discrete reprezentând valori digitale "1" (unu) și "0" (zero) sunt denumite în mod obișnuit: BInary digiTS, iar în circuitele și aplicațiile digitale și de calcul acestea sunt în mod normal denumite BIȚI binari.

Biți binari de zero și unu

Deoarece există doar două valori Booleene valide pentru a reprezenta un "1" logic, sau un "0" logic, sistemul de utilizare a numerelor binare este ideal pentru utilizarea în circuite și sisteme digitale sau electronice.

Sistemul de numere binare este un sistem de numărare în Baza-2 care urmează aceleași seturi de reguli matematice ca sistemul de numere zecimal sau de bază-10 utilizate în mod obișnuit. Deci, în loc de puterea lui zece (10ⁿ), de exemplu: 1, 10, 100, 1000 etc, numerele binare folosesc puterea lui doi (2ⁿ) dublând valoarea fiecărui bit succesiv pe măsură ce crește, de exemplu: 1, 2, 4, 8, 16, 32 etc.

Tensiunile utilizate pentru a reprezenta un circuit digital pot fi de orice valoare, dar, în general, în sistemele digitale și informatice, acestea sunt păstrate cu mult sub 10 volți. În sistemele digitale, tensiunile sunt numite "nivele logice" și în mod ideal un nivel de tensiune unu reprezintă o stare "HIGH", în timp ce un alt nivel de tensiune diferit și mai mic reprezintă o stare "LOW". Un sistem de numere binare utilizează ambele aceste două stări.

Formele de undă sau semnalele digitale constau din nivele discrete sau distinctive de tensiune care se schimbă înainte și înapoi între aceste două stări "HIGH" și "LOW". Dar ce face un semnal sau tensiune "digitală" și cum putem reprezenta aceste nivele de tensiune "HIGH" și "LOW"? Circuitele electronice pot fi împărțite în două categorii mari:

• Circuite analogice - Circuitele analogice sau lineare amplifică sau răspund la nivele de tensiune variabile continuu, care pot alterna între o valoare pozitivă și una negativă pe o perioadă de timp.

• Circuite digitale - Circuitele digitale produc sau răspund la două nivele de tensiune pozitive sau negative diferite, reprezentând fie un nivel logic "1", fie un nivel logic "0".

Tensiunea analogică de ieșire

Un exemplu simplu al diferențelor dintre un circuit analogic și un circuit digital este prezentat mai jos.

Acesta este un circuit analogic. Ieșirea de la potențiometru variază odată cu rotirea cursorului, producând un număr infinit de puncte de tensiune de ieșire între 0 volți și Vmax. Tensiunea de ieșire poate varia lent sau rapid de la o valoare la alta, astfel încât nu există schimbări bruște sau trepte între două nivele de tensiune, producând astfel o tensiune de ieșire continuu variabilă. Exemple de semnale analogice includ temperatura, presiunea, nivele de lichid și intensitatea luminii.

Tensiune digitală de ieșire

În acest exemplu de circuit digital, cursorul potențiometrului a fost înlocuit cu un singur comutator rotativ, care este conectat la rândul său la fiecare joncțiune a lanțului de rezistoare serie, formând o rețea divizoare de potențial de bază. Întrucât comutatorul este rotit dintr-o poziție (sau nod) la următoarea, tensiune de ieșire Vout se schimbă rapid în nivele de tensiune discrete și distincte reprezentând multiplii de 1,0 volt pentru fiecare acțiune sau treaptă de comutare, așa cum se arată în graficul de ieșire.

Deci, de exemplu, tensiunea de ieșire va fi de 2 V, 3 V, 5 V, etc., dar nu 2,5 V, 3,1 V sau 4,6 V. Nivelele de tensiune de ieșire mai fine ar putea fi ușor de realizat prin utilizarea unui comutator multi-pozițional și prin creșterea numărului de elemente rezistive în cadrul rețelei de divizare a potențialului, crescând astfel numărul de trepte discrete de comutare.

Atunci, vedem că diferența majoră dintre semnalul sau cantitatea analogice și cantitatea digitală este că o cantitate "analogică" se schimbă continuu în timp, în timp ce o cantitate "digitală" are valori discrete (treaptă cu treaptă), "LOW" la "HIGH" sau "HIGH" la "LOW".

Un bun exemplu în acest sens ar fi un dimmer de lumină în casa dvs., care variază intensitatea luminii (luminozitatea) în sus sau în jos pe măsură ce este rotit între full-ON (luminozitatea maximă) și complet OFF, producând o ieșire analogică care variază continuu. Pe de altă parte, cu un întrerupător de lumină montat pe perete, lumina este fie "ON" (HIGH), fie este "OFF" (LOW) când comutatorul este acționat. Rezultatul este că nu există nimic între acestea, producând o formă de ieșire digitală ON-OFF.

Unele circuite combină semnale analogice și digitale, cum ar fi un convertor analogic-digital (ADC) sau un convertor digital-analogic (DAC). În orice caz, semnalul de intrare sau ieșire digital reprezintă un echivalent de valoare binară a unui semnal analogic.

Nivele logice digitale

În toate circuitele electronice și computere, numai două nivele logice sunt permise să reprezinte o singură stare. Aceste nivele sunt denumite 1 logic sau 0 logic, HIGH sau LOW, True sau False, ON sau OFF. Cele mai multe sisteme logice folosesc logica pozitivă, caz în care un "0" logic este reprezentat de zero volți și un "1" logic este reprezentată de o tensiune mai mare. De exemplu, +5 volți pentru logica TTL, după cum se arată.

Reprezentarea valorii digitale

În general, trecerea de la un nivel de tensiune "0" la "1" sau "1" la "0" se face cât mai repede posibil pentru a preveni întreruperea circuitului logic. În IC-urile TTL standard (tranzistor-tranzistor-logic) există o gamă predefinită de limite de tensiune de intrare și de ieșire pentru a defini exact ce este o valoare logică "1" și ce este o valoare logică "0" așa cum se arată mai jos.

Nivele TTL de tensiune de intrare și ieșire

Atunci, atunci când se utilizează o sursă de +5 V orice intrare de tensiune între 2,0 V și 5 V este recunoscută ca o valoare logică "1" și orice intrare de tensiune sub 0,8 V este recunoscută ca o valoare logică "0". În timp ce ieșirea unei porți logice între 2,7 V și 5 V reprezintă o valoare logică "1" și o ieșire de tensiune mai mică de 0,4 V reprezintă o valoare logică "0". Aceasta se numește "logică pozitivă" și este folosită în aceste tutoriale logice digitale.

Deci, numerele binare sunt utilizate în mod obișnuit în circuitele digitale și computere și sunt reprezentate fie de un "0" logic, fie de un "1" logic. Sistemele binare de numerotare sunt cele mai potrivite pentru codarea semnalului digital în binar, deoarece utilizează doar două cifre, unu și zero, pentru a forma cifre diferite. În această secțiune despre numere binare vom examina cum să convertim numere zecimale sau de bază-10 în numere octale, numere hexazecimale și numere binare.

Astfel, în următorul tutorial despre numere binare și sistemul numeric binar, vom analiza convertirea numerelor zecimale în numere binare și viceversa și vom introduce conceptul Byte și Word pentru a reprezenta părți de număr binar mult mai mare.