Cómo binario es convertida en señales eléctricas?

Question

Apenas estoy empezando en el de la electrónica y ya estoy fascinado. Después de haber jugado con un Arduino estos últimos días me he enterado de que el binario es una representación de diferentes tensiones - como la de +5V representando 1 y GND representando 0.

He estado tratando de descubrir cómo, en un nivel físico, el microcontrolador convierte de binario a estos voltajes. Me parece que no puede encontrar una descripción de cualquier lugar. ¿Alguien puede compartir sus conocimientos o me apunte a un lugar o un buen libro que describe cómo funciona esto?

Answer 1

Quiero reiterar parte de KellenJB la respuesta en una forma ligeramente diferente:

No hay conversión de binario de 1 y 0 para las tensiones de 5 V y 0 V. El microcontrolador, o de cualquier circuito físico, sólo opera en los voltajes.

Los voltajes son "convertidos" a binario de 1 y 0 en nuestras cabezas cuando se forma un modelo simplificado en nuestras mentes acerca de cómo el circuito está funcionando.

Answer 2

Realmente no hay una "conversión" que se lleva a cabo. Binario de 1 y 0 es sólo una representación virtual de las tensiones subyacentes. De hecho, en muchos de los sistemas de alto voltaje, podría significar 0 mientras que una baja de voltaje significa 1. Hay algunas razones por las que esto está hecho, pero probablemente más que la atención a sumergirse en este principio.

Para entender lo que está sucediendo en la lógica, es probablemente el mejor aspecto en el transistor. Un transistor puede ser utilizado para muchas cosas, pero en un nivel simple se puede tratar como un interruptor. Conceptualmente se puede pensar en él como su interruptor de luz en la pared, pero en lugar de ser controlado por el movimiento físico de que el interruptor esté controlado por el cambio en la corriente. Se puede tratar la luz como un 1 y la luz apagada ser un 0. Ahora usted puede comenzar a combinar estos modificadores en diferentes conjuntos para crear una lógica diferente de los elementos (como Y, O, NI, etc).

Sé que mi respuesta no es horriblemente detallada, pero espero que la respuesta a su pregunta. Si usted necesita más explicación voy a estar dispuesto a añadir más detalles, sólo que no quiero abrumar.

Answer 3

La respuesta corta es no "convertir", los voltajes son el binario (o una representación de la misma). Al igual que si usted escribe un número en un papel las marcas son una representación del número, o contar con un ábaco de la piedra posiciones son una representación de un número.

Binario es un sistema de número, como decimal (o octal, hexadecimal, etc)

Mientras decimal (de base 10) tiene 10 símbolos (0123456789) binario (base 2) sólo tiene dos (01)

La secuencia 10 en cualquier base de la base a la primera potencia, por lo que en decimal 10 significa 10^1 = 10, y en binario significa que 2^1 = 2. Siguientes, 100 en decimal significa 10^2 = 100, y en binario significa que 2^2 = 4. Y así sucesivamente.

Para representar decimales usando la electrónica sería posible, pero complicado, por lo que eligió binario que puede ser representada por una simple 0 y 1 (on/off)
Hubo variaciones en este, como ternario (3 estados) de los sistemas y, por supuesto análogo de la computación. Antes de transistores, no eran mecánicos punch tarjeta de máquinas (google sabe mucho, algunas muy interesante de leer si usted tiene el tiempo)
Los primeros binario de los ordenadores digitales se hicieron con el real interruptores electrónicos (relés). El Zuse Z3 (1941) es un ejemplo:

Después de esto los tubos de vacío fueron utilizados en lugar de los relés (podría cambiar más rápido sin piezas mecánicas móviles), que realiza la conmutación en lugar de relés. El ENIAC es un ejemplo de los principios de una computadora hecha con tubos de vacío.

Luego, en los años 60 transistores llegado y pronto después de ICs. Los transistores que realizan la misma función que los relés o válvulas tenía en máquinas anteriores, pero fueron mucho más pequeño, más rápido y consume menos energía.

El real de la teoría detrás de la forma básica equipo binario circuitos de trabajo no ha cambiado en nada, igual que no hemos cambiado la forma de manipular los números en matemáticas y algoritmos de mejorar, pero las reglas básicas siguen siendo las mismas.

Así que si usted sabe cómo binario funciona, y tienes un sencillo circuito capaz de almacenar un 1 o un 0 como dos diferentes niveles de voltaje (por ejemplo, 5V y 0v), y otros circuitos simples que puede realizar sencillas funciones lógicas como and Y or, entonces usted puede combinar todos ellos para hacer más cosas complejas.
Desde todos estos circuitos binarios son sólo los interruptores en la mayoría de los fundamentales, se puede lograr lo mismo con cualquier cosa que se puede alternar entre dos estados como mecánico/relé/válvulas/transistores/?.

Para dar un ejemplo de almacenamiento de un número en binario, supongamos que tenemos 8 interruptores (de qué tipo son no es importante)
1 es representado por 5V y 0 es representado por 0V.
Queremos almacenar el número 123.

En decimal es 123 = (1 X 10^2) + (2 * 10^1) + (3 x 10^0)
En binario es 01111011 = (0 x 2^7) + (1 x 2^6) + (1 x 2^5) + (1 x 2^4) + (1 x 2^3) + (0 x 2^2) + (1 x 2^1) + (1 x 2^0)
Así que todo lo que hacemos es establecer los interruptores 0,1,3,4,5,6 a 5V y los interruptores 7 y de 2 a 0V. Este "almacenes" el número 123 en binario. Esta configuración será conocido como un "registro".

Si usted quiere saber más acerca de cómo los interruptores se combinan para formar circuitos más complejos de conseguir un buen libro de lógica digital o pedir a google.

Este sitio no parece estar muy mal para empezar.

Answer 4

El programa que se está ejecutando es el uso de voltajes que representan unos y ceros. Todo acerca de esa parte digital es voltajes cercanos a la tierra o cerca de la tensión de alimentación (5V en su ejemplo). Cuando se carga un procesador de registro con 0xFF digamos que usted está creando 8 separada 5Volt señales en algún lugar en el chip. Cuando, a continuación, la tienda que registrar valor en un registro de control que está relacionado con la salida de los puertos, los pines de salida en el dispositivo de 5V señales en los procesadores de registro provocar otros 5V señales a crearse, que están conectados a los pines externos del dispositivo.

Answer 5

Simplemente, en un rango determinado (generalmente de 5 a 12 voltios) el bit más significativo es 0 en la primera mitad de este rango y 1 en el otro. El siguiente bit más significativo se calcula dividiendo aún más que la mitad en dos y así sucesivamente hasta que todos los bits se han calculado.

Por lo tanto, binario es sólo acerca de incremento y disminución de las tensiones que se miden periódicamente.

He aquí un ejemplo simplificado. En el rango de 1V a 256V, vamos a traducir (analógico) 137 a binario (numérico) utilizando pseudocódigo:

// used this way: analogToNumeric(137, 256);
function convert(var number, var length) {
    if (number > length) { return(ERROR); }
    function convert(var half, var binary) {
        if (half < 2) { return(binary); }
        elseif (number < half) {
            return(convert((half / 2), append(binary, 0)));
        } else {
            return(convert((half / 2), append(binary, 1)));
        }
    } return(convert((length / 2), list()));
}