Aula 2 — Seu Primeiro Operador Bitwise em Hardware

Duração estimada: 30 minutos
Bloco: 1 de 3 — Fundamentos digitais

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Objetivos

Ao final desta aula você será capaz de:

• Aplicar os operadores & (AND), | (OR) e ~ (NOT) sobre valores de pinos reais
• Preencher uma tabela-verdade a partir do comportamento observado no hardware
• Construir lógica combinatória sem usar if
• Relacionar cada operador bitwise com a porta lógica equivalente

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1. Conceito

Na aula anterior trabalhamos com um único bit. Agora vamos operar sobre bits — exatamente o que as portas lógicas fazem no hardware.

Os três operadores fundamentais em Python:

Operador	Símbolo	Porta lógica equivalente	Exemplo
AND	&	AND (∧)	1 & 0 = 0
OR	\|	OR (∨)	1 \| 0 = 1
NOT	~	NOT (¬)	~0 = -1 ⚠️

Atenção com o NOT (~) em Python: ~0 retorna -1, não 1, porque Python usa inteiros com sinal. Para inverter um bit de forma segura, use valor ^ 1 ou (~valor) & 1. Veremos isso no experimento.

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2. Circuito

Componente	Quantidade
ESP32 DevKit	1
LED (qualquer cor)	1
Resistor 220 Ω	1
Botão (pushbutton)	2
Resistor 10 kΩ	2

Conexões:

ESP32 GPIO2  ──► Resistor 220Ω ──► LED (+) ──► GND
ESP32 GPIO4  ──► Botão A ──► 3,3V  |  GPIO4 ──► 10kΩ ──► GND
ESP32 GPIO5  ──► Botão B ──► 3,3V  |  GPIO5 ──► 10kΩ ──► GND

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3. Código

Parte A — AND lógico

from machine import Pin
import time

# Pico: idêntico, ajuste apenas os números dos pinos se necessário
# Pico: btn_a = Pin(14, Pin.IN) | btn_b = Pin(15, Pin.IN) | led = Pin(16, Pin.OUT)

btn_a = Pin(4, Pin.IN)
btn_b = Pin(5, Pin.IN)
led   = Pin(2, Pin.OUT)

print("Operação: AND  (led acende só se A E B forem pressionados)")

while True:
    a = btn_a.value()      # lê bit A
    b = btn_b.value()      # lê bit B
    resultado = a & b      # AND bit a bit

    led.value(resultado)
    print(f"A={a}  B={b}  A&B={resultado}")
    time.sleep(0.2)

Teste as quatro combinações de botões e anote os resultados na tabela do Experimento.

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Parte B — OR lógico

Troque apenas a linha do operador:

    resultado = a | b      # OR bit a bit

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Parte C — NOT (inversão segura)

    # ~a em Python retorna inteiro negativo — precisamos mascarar para 1 bit
    resultado = (~a) & 1   # inverte o bit A de forma segura
    # equivalente mais direto:
    # resultado = a ^ 1

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4. Experimento

Execute a Parte A e preencha a tabela:

AND — A & B

Botão A	Botão B	A & B	LED
0	0	_____	_____
0	1	_____	_____
1	0	_____	_____
1	1	_____	_____

Execute a Parte B e preencha:

OR — A | B

Botão A	Botão B	A \| B	LED
0	0	_____	_____
0	1	_____	_____
1	0	_____	_____
1	1	_____	_____

Perguntas:

a) Qual a diferença de comportamento entre AND e OR quando apenas um botão é pressionado?

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b) Por que ~0 em Python não retorna 1? O que retorna? Verifique no terminal:

print(~0)    # execute e registre o resultado: _____
print(~1)    # resultado: _____
print((~0) & 1)   # resultado: _____

c) Em qual situação o resultado de A & B e A | B é idêntico?

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5. Desafio

Desafio principal: implemente a operação XOR usando apenas &, | e ~.

Lembre-se: XOR retorna 1 quando as entradas são diferentes.

# Dica: XOR(A, B) = (A OR B) AND NOT(A AND B)
# Escreva em Python:
xor_resultado = ___________________________________________
led.value(xor_resultado)

Verifique com as quatro combinações de botões.

Desafio bônus: adicione um segundo LED e mostre simultaneamente A & B em um e A | B no outro. Observe os momentos em que os dois LEDs diferem.

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Resumo da aula

• & implementa AND: saída 1 apenas quando todos os bits são 1
• | implementa OR: saída 1 quando pelo menos um bit é 1
• ~ inverte bits mas atenção ao sinal em Python — use (~x) & 1 ou x ^ 1 para 1 bit
• Operadores bitwise aplicados a value() equivalem a portas lógicas conectadas a pinos reais

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