Un segnale simile. Segnale digitale e analogico: quali sono le somiglianze e le differenze, i vantaggi e gli svantaggi? Segnali digitali e discreti

I circuiti digitali sono la disciplina più importante studiata in tutte le istituzioni educative superiori e secondarie che formano specialisti in elettronica. Anche un vero radioamatore dovrebbe essere esperto in questa materia. Ma la maggior parte dei libri e aiuti per l'insegnamento scritto in una lingua molto difficile da capire, e sarà difficile per un ingegnere elettronico alle prime armi (possibilmente uno scolaro) padroneggiare nuova informazione... Una serie di nuovi materiali didattici di Master Kit è pensata per colmare questa lacuna: nei nostri articoli i concetti complessi sono descritti con le parole più semplici.

8.1. Segnali analogici e digitali

Per prima cosa devi capire come i circuiti analogici differiscono dal digitale in generale. E la differenza principale sta nei segnali con cui funzionano questi circuiti.
Tutti i segnali possono essere suddivisi in due tipi principali: analogici e digitali.

Segnali analogici

I segnali analogici ci sono più familiari. Possiamo dire che l'intero mondo naturale che ci circonda è analogico. La nostra vista e l'udito, così come tutti gli altri organi di senso, percepiscono le informazioni in arrivo in forma analogica, cioè continuamente nel tempo. Trasmissione di informazioni sonore: linguaggio umano, suoni di strumenti musicali, ruggiti di animali, suoni della natura, ecc. - effettuato anche in forma analogica.
Per capire ancora meglio questa domanda, disegniamo segnale analogico(Fig. 1.):

Fig. 1. Segnale analogico

Vediamo che il segnale analogico è continuo nel tempo e in ampiezza. In qualsiasi momento è possibile determinare il valore esatto dell'ampiezza del segnale analogico.

Segnali digitali

Analizziamo l'ampiezza del segnale non costantemente, ma discretamente, a intervalli fissi. Ad esempio, una volta al secondo, o più spesso: dieci volte al secondo. La frequenza con cui lo facciamo si chiama frequenza di campionamento: una volta al secondo - 1 Hz, mille volte al secondo - 1000 Hz o 1 kHz.

Per chiarezza, tracciamo i grafici dei segnali analogici (in alto) e digitali (in basso) (Fig. 2):

figura 2. Segnale analogico (in alto) e copia digitale (in basso)

Vediamo che in ogni istante di tempo è possibile conoscere il valore digitale istantaneo dell'ampiezza del segnale. Cosa succede al segnale (in base a quale legge cambia, qual è la sua ampiezza) tra gli intervalli di "controllo", non lo sappiamo, questa informazione ci è persa. Meno spesso controlliamo il livello del segnale (più bassa è la frequenza di campionamento), meno informazioni abbiamo sul segnale. Naturalmente è vero anche il contrario: maggiore è la frequenza di campionamento, migliore è la qualità della rappresentazione del segnale. Al limite, aumentando la frequenza di campionamento all'infinito, otteniamo praticamente lo stesso segnale analogico.
Questo significa che il segnale analogico è comunque migliore di quello digitale? In teoria forse sì. Ma in pratica, i moderni convertitori analogico-digitale (ADC) operano a una frequenza di campionamento così elevata (fino a diversi milioni di campioni al secondo), descrivono un segnale analogico in forma digitale in modo così qualitativo che i sensi umani (occhi, orecchie) non riesce più a sentire la differenza tra il segnale originale e il suo modello digitale. Un segnale digitale ha un vantaggio molto significativo: è più facile trasmetterlo su cavi o onde radio, l'interferenza non influisce in modo significativo su tale segnale. Pertanto, tutto moderno connessione mobile, televisione e radiodiffusione - digitale.

Il grafico inferiore in Fig. 2 può essere facilmente rappresentato in un'altra forma, come una lunga sequenza di una coppia di numeri: tempo / ampiezza. E i numeri sono esattamente ciò di cui hanno bisogno i circuiti digitali. Verità, circuiti digitali preferisco lavorare con i numeri in un modo speciale, ma ne parleremo nella prossima lezione.

Ora possiamo trarre importanti conclusioni:

Il segnale digitale è discreto, determinabile solo in determinati momenti;
- maggiore è la frequenza di campionamento, migliore è l'accuratezza della rappresentazione del segnale digitale.

Un segnale analogico è un segnale di dati in cui ciascuno dei parametri rappresentativi è descritto da una funzione del tempo e da un insieme continuo di possibili valori.

Ci sono due spazi dei segnali: lo spazio L (segnali continui) e lo spazio l (L è piccolo) - lo spazio delle sequenze. Lo spazio l (L è piccolo) è lo spazio dei coefficienti di Fourier (un insieme numerabile di numeri che definiscono una funzione continua su un intervallo finito del dominio di definizione), lo spazio L è lo spazio dei segnali continui (analogici) sul dominio di definizione. In determinate condizioni, lo spazio L è mappato in modo univoco nello spazio l (ad esempio, i primi due teoremi di discretizzazione di Kotelnikov).

I segnali analogici sono descritti come funzioni continue del tempo, quindi un segnale analogico viene talvolta definito segnale continuo. I segnali analogici sono opposti a quelli discreti (quantizzati, digitali). Esempi di spazi continui e corrispondenti grandezze fisiche:

diretto: tensione elettrica

circonferenza: la posizione del rotore, della ruota, degli ingranaggi, delle lancette dell'orologio analogico o della fase del segnale portante

segmento: posizione del pistone, leva di comando, termometro liquido o segnale elettrico, limitato in ampiezza vari spazi multidimensionali: colore, segnale modulato in quadratura.

Le proprietà dei segnali analogici sono in gran parte l'opposto di quelle dei segnali quantizzati o digitali.

L'assenza di livelli di segnale discreti chiaramente distinguibili l'uno dall'altro porta all'impossibilità di applicare il concetto di informazione nella forma così come è inteso nelle tecnologie digitali per descriverla. La "quantità di informazioni" contenuta in un campione sarà limitata solo dalla gamma dinamica dello strumento di misura.

Nessuna ridondanza. Dalla continuità dello spazio dei valori ne consegue che qualsiasi interferenza introdotta nel segnale è indistinguibile dal segnale stesso e, quindi, l'ampiezza originaria non può essere ripristinata. Infatti, il filtraggio è possibile, ad esempio, con metodi in frequenza, se sono note informazioni aggiuntive sulle proprietà di questo segnale (in particolare, la banda di frequenza).

Applicazione:

I segnali analogici sono spesso usati per rappresentare grandezze fisiche in continua evoluzione. Ad esempio, un segnale elettrico analogico prelevato da una termocoppia trasporta informazioni sui cambiamenti di temperatura, un segnale da un microfono - sui rapidi cambiamenti di pressione in un'onda sonora, ecc.

2.2 Segnale digitale

Un segnale digitale è un segnale di dati in cui ciascuno dei parametri rappresentativi è descritto da una funzione temporale discreta e da un insieme finito di possibili valori.

I segnali sono impulsi elettrici o luminosi discreti. Con questo metodo, l'intera capacità del canale di comunicazione viene utilizzata per trasmettere un segnale. Il segnale digitale utilizza l'intera larghezza di banda del cavo. La larghezza di banda è la differenza tra la frequenza massima e minima che può essere trasmessa sul cavo. Ogni dispositivo su tali reti invia dati in entrambe le direzioni e alcuni possono ricevere e trasmettere contemporaneamente. I sistemi in banda base trasmettono i dati come segnale digitale di una singola frequenza.

Un segnale digitale discreto è più difficile da trasmettere su lunghe distanze rispetto a un segnale analogico, quindi è pre-modulato lato trasmettitore e demodulato lato ricevitore. L'uso di algoritmi per il controllo e il ripristino delle informazioni digitali nei sistemi digitali può aumentare significativamente l'affidabilità della trasmissione delle informazioni.

Commento. Va tenuto presente che un vero segnale digitale è analogico per sua natura fisica. A causa del rumore e delle variazioni dei parametri delle linee di trasmissione, presenta fluttuazioni di ampiezza, fase/frequenza (jitter), polarizzazione. Ma questo segnale analogico (impulso e discreto) è dotato delle proprietà di un numero. Di conseguenza, diventa possibile utilizzare metodi numerici per la sua elaborazione (elaborazione computerizzata).

L'elettronica digitale sta ormai sempre più spiazzando l'analogico tradizionale. Le aziende leader che producono un'ampia varietà di apparecchiature elettroniche dichiarano sempre più una transizione completa alla tecnologia digitale.

I progressi nella tecnologia per la produzione di microcircuiti elettronici hanno assicurato il rapido sviluppo della tecnologia e dei dispositivi digitali. L'uso di metodi digitali di elaborazione e trasmissione del segnale può migliorare significativamente la qualità delle linee di comunicazione. I metodi digitali di elaborazione e commutazione dei segnali nella telefonia consentono più volte di ridurre le caratteristiche di peso e dimensioni dei dispositivi di commutazione, aumentare l'affidabilità della comunicazione e introdurre funzionalità aggiuntive.

L'emergere di microprocessori ad alta velocità, microcircuiti memoria ad accesso casuale grandi volumi, dispositivi di piccole dimensioni per l'archiviazione di informazioni su supporti rigidi di grandi volumi hanno permesso di creare personal computer elettronici (computer) universali abbastanza economici, che hanno trovato un'applicazione molto ampia nella vita e nella produzione di tutti i giorni.

La tecnologia digitale è indispensabile nei sistemi di telesegnalazione e telecontrollo utilizzati nella produzione automatizzata, nel controllo di oggetti remoti, ad esempio astronavi, stazioni di pompaggio del gas, ecc. La tecnologia digitale ha anche preso un posto importante nei sistemi di misurazione elettrici e radio. Anche i moderni dispositivi per la registrazione e la riproduzione dei segnali sono impensabili senza l'uso di dispositivi digitali. I dispositivi digitali sono ampiamente utilizzati per controllare gli elettrodomestici.

È molto probabile che i dispositivi digitali domineranno il mercato dell'elettronica in futuro.

Per prima cosa, diamo alcune definizioni di base..

SegnaleÈ qualsiasi grandezza fisica (ad esempio, temperatura, pressione atmosferica, intensità della luce, intensità di corrente, ecc.) che cambia nel tempo. È grazie a questo cambiamento di tempo che il segnale può trasportare un qualche tipo di informazione.

Segnale elettricoÈ una grandezza elettrica (ad esempio, tensione, corrente, potenza) che cambia nel tempo. Tutta l'elettronica funziona principalmente con segnali elettrici, anche se recentemente sono stati utilizzati sempre più segnali luminosi, che rappresentano l'intensità della luce che cambia nel tempo.

Segnale analogicoÈ un segnale che può assumere qualsiasi valore entro certi limiti (ad esempio, la tensione può variare uniformemente da zero a dieci volt). I dispositivi che accettano solo segnali analogici sono chiamati dispositivi analogici.

Segnale digitaleÈ un segnale che può assumere solo due valori (a volte tre valori). Inoltre, sono consentite alcune deviazioni da questi valori (Fig. 1.1). Ad esempio, la tensione può assumere due valori: da 0 a 0,5 V (livello zero) o da 2,5 a 5 V (livello unitario). I dispositivi che funzionano esclusivamente con segnali digitali sono chiamati dispositivi digitali.

In natura, quasi tutti i segnali sono analogici, cioè cambiano continuamente entro certi limiti. Ecco perché i primi dispositivi elettronici erano analogici. Hanno convertito grandezze fisiche in una tensione o corrente ad esse proporzionale, hanno eseguito alcune operazioni su di esse e quindi hanno eseguito trasformazioni inverse in quantità fisiche. Ad esempio, una voce umana (vibrazioni dell'aria) viene convertita in vibrazioni elettriche utilizzando un microfono, quindi questi segnali elettrici vengono amplificati da un amplificatore elettronico e, con l'aiuto di un sistema di altoparlanti, vengono nuovamente convertiti in vibrazioni dell'aria, in un suono più forte .

Riso. 1.1. Segnali elettrici: analogico (sinistra) e digitale (destra).

Tutte le operazioni eseguite dai dispositivi elettronici sui segnali possono essere suddivise condizionatamente in tre grandi gruppi:

Trattamento (o trasformazione);

Trasmissione;

Magazzinaggio.

In tutti questi casi, i segnali utili sono distorti da segnali parassiti: rumore, interferenza, interferenza. Inoltre, durante l'elaborazione dei segnali (ad esempio, durante l'amplificazione, il filtraggio), anche la loro forma viene distorta a causa dell'imperfezione, dell'imperfezione dei dispositivi elettronici. E quando vengono trasmessi su lunghe distanze e durante la memorizzazione, anche i segnali vengono indeboliti.

Riso. 1.2. Distorsione da rumore e interferenza di un segnale analogico (sinistra) e di un segnale digitale (destra).

Nel caso di segnali analogici, tutto ciò degrada notevolmente il segnale utile, poiché tutti i suoi valori sono consentiti (Fig. 1.2). Pertanto, ogni trasformazione, ogni memorizzazione intermedia, ogni trasmissione via cavo o via etere, degrada il segnale analogico, talvolta fino alla sua completa distruzione. Dobbiamo anche tenere conto del fatto che tutto il rumore, l'interferenza e il pickup fondamentalmente non possono essere calcolati con precisione, quindi è assolutamente impossibile descrivere con precisione il comportamento di qualsiasi dispositivo analogico. Inoltre, nel tempo, i parametri di tutti i dispositivi analogici cambiano a causa dell'invecchiamento degli elementi, quindi le caratteristiche di questi dispositivi non rimangono costanti.

A differenza dei segnali analogici, i segnali digitali, che hanno solo due valori consentiti, sono molto meglio protetti da rumore, interferenze e interferenze. Piccole deviazioni dai valori consentiti non distorcono in alcun modo segnale digitale, poiché ci sono sempre zone di deviazioni consentite (Fig. 1.2). Ecco perché i segnali digitali consentono un'elaborazione molto più complessa e multistadio, una memorizzazione senza perdite molto più lunga e una trasmissione molto migliore rispetto a quelli analogici. Inoltre, il comportamento dei dispositivi digitali può sempre essere calcolato e previsto con precisione. I dispositivi digitali sono molto meno soggetti all'invecchiamento, poiché un piccolo cambiamento nei loro parametri non influisce in alcun modo sul loro funzionamento. Inoltre, i dispositivi digitali sono più facili da progettare ed eseguire il debug. È chiaro che tutti questi vantaggi forniscono il rapido sviluppo dell'elettronica digitale.

Tuttavia, i segnali digitali hanno anche un grosso svantaggio. Il fatto è che ad ognuno dei suoi livelli consentiti il segnale digitale deve permanere almeno per qualche minimo intervallo di tempo, altrimenti sarà impossibile riconoscerlo. E un segnale analogico può assumere uno qualsiasi dei suoi valori per un tempo infinitamente piccolo. Si può dire in un altro modo: il segnale analogico è definito in tempo continuo (cioè in qualsiasi momento nel tempo) e il segnale digitale - in tempo discreto (cioè solo in momenti selezionati nel tempo). Pertanto, la velocità massima raggiungibile dei dispositivi analogici è sempre fondamentalmente superiore a quella dei dispositivi digitali. I dispositivi analogici possono gestire segnali che cambiano più velocemente rispetto a quelli digitali. La velocità di elaborazione e trasmissione delle informazioni da parte di un dispositivo analogico può sempre essere resa superiore alla velocità della sua elaborazione e trasmissione da parte di un dispositivo digitale.

Inoltre, il segnale digitale trasmette informazioni solo su due livelli e cambiando uno dei suoi livelli in un altro, e il segnale analogico trasmette anche informazioni con ogni valore corrente del suo livello, cioè è più capiente in termini di trasferimento di informazioni. Pertanto, per trasferire la quantità di informazioni utili contenute in un segnale analogico, molto spesso è necessario utilizzare più segnali digitali (solitamente da 4 a 16).

Inoltre, come già notato, in natura tutti i segnali sono analogico-analogici, cioè per convertirli in segnali digitali e per la conversione inversa, l'utilizzo di apparecchiature speciali (convertitori analogico-digitale e digitale-analogico) è necessario. Quindi nulla è gratuito e le tariffe per i vantaggi dei dispositivi digitali a volte possono rivelarsi inaccettabilmente alte.

Ho parlato di segnali digitali. Perché questi segnali digitali sono così buoni? Per quanto strano possa sembrare, i segnali digitali sono di natura analogica, poiché vengono trasmessi modificando il valore di tensione o corrente, ma trasmettono segnali con livelli precedentemente specificati. Al loro centro, sono discreto segnali. Cosa significa la parola "discreto"? Discreto significa costituito da parti separate, separate, discontinue. I segnali digitali sono solo segnali discreti, poiché hanno solo DUE STATI: "Attivo" e "inattivo" - "tensione / corrente attiva" e "nessuna tensione / corrente".

Il vantaggio principale dei segnali digitali è che sono più facili da trasmettere ed elaborare. Per la trasmissione, viene spesso utilizzata la tensione. Si accettano quindi due stati: la tensione è prossima allo zero (meno del 10% del valore della tensione) e la tensione è prossima alla tensione di alimentazione (più del 65% del valore). Ad esempio, quando la tensione di alimentazione del circuito è di 5 Volt, otteniamo un segnale con una tensione di 0,5 Volt - "zero", ma se 4,1 Volt - "uno".

Metodo sequenziale di trasferimento delle informazioni

Ci sono semplicemente due fili, una sorgente di segnale elettrico e un ricevitore di segnale elettrico, che si aggrappano a quei fili.

Questo è un LIVELLO FISICO.

Come abbiamo detto, possiamo trasmettere solo due segnali su questi due fili: Tensione/corrente e nessuna tensione/corrente. Quali metodi di trasferimento delle informazioni possiamo implementare?

Il modo più semplice - c'è un segnale (la luce è accesa) - questo è UNO, non c'è segnale (la luce è spenta) - questo è ZERO

Se usi il tuo cervello, puoi trovare qualche altra combinazione diversa. Ad esempio, prendi un impulso ampio come uno e uno stretto come zero:

O anche prendere il bordo d'attacco e il taglio dell'impulso come unità e zero. Di seguito è riportata l'immagine, se hai dimenticato quali sono la parte anteriore e il bordo dell'impulso.

Ed ecco l'implementazione pratica:

Sì, puoi almeno pensare a varie combinazioni, se "destinatario" e "mittente" concordano su ricezione e trasmissione... Qui ho fornito solo i metodi di trasmissione del segnale digitale più popolari. Cioè, tutti questi metodi sono PROTOCOLLI. E, come ho detto, puoi pensare a molti di loro.

Tasso di cambio dati

Immagina una foto... Studenti, c'è una lezione... L'insegnante detta la lezione e gli studenti la scrivono

Ma se l'insegnante detta la lezione molto rapidamente e inoltre questa lezione è in fisica o analisi matematica, allora come risultato otteniamo:

Perché è successo?

Dal punto di vista della trasmissione digitale dei dati, possiamo dire che la velocità di scambio dei dati tra "Mittente" e "Destinatario" è diversa. Pertanto, potrebbe esserci una situazione reale in cui il "Destinatario" (studente) non è in grado di ricevere dati dal "Mittente" (insegnante) a causa di una mancata corrispondenza nella velocità di trasferimento dei dati: la velocità di trasmissione può essere superiore o inferiore alla quello a cui è configurato il ricevitore (studente) ...

Questo problema in diversi standard di trasmissione dati seriale viene risolto in modi diversi:

accordo preliminare sulla velocità di trasferimento dei dati (concordare con il docente di dettare la lezione più lentamente o leggermente più velocemente);
prima del trasferimento delle informazioni, il "Mittente" trasmette alcune informazioni di servizio, mediante le quali il "Destinatario" si adegua al "Mittente" (Docente: "Chi non registra per intero questa lezione, non riceverà credito")

Molto spesso viene utilizzato il primo metodo: la velocità di scambio dei dati richiesta viene impostata in anticipo nei dispositivi di comunicazione. Per questo viene utilizzato un generatore di clock, che genera impulsi per sincronizzare tutti i nodi del dispositivo, nonché per sincronizzare il processo di comunicazione tra i dispositivi.

Controllo del flusso

È inoltre possibile che il “Destinatario” (studente) non sia pronto ad accettare i dati trasmessi dal “Mittente” (docente) per qualsiasi motivo: inattività, malfunzionamento, ecc.

Questo problema viene risolto con vari metodi:

1) A livello di protocollo... Ad esempio, è previsto nel protocollo di scambio: dopo che il "Mittente" ha inviato il segnale di servizio "inizio trasmissione dati" per un certo tempo, il "Ricevente" è obbligato a confermare l'accettazione di questo segnale trasmettendo un segnale di servizio speciale “pronto a ricevere”. Questo metodo chiamato "controllo del flusso software" - "Soft"

2) A livello fisico- vengono utilizzati ulteriori canali di comunicazione, attraverso i quali il "Mittente" PRIMA del trasferimento delle informazioni chiede al "Destinatario" la sua disponibilità a ricevere). Questo metodo è chiamato "controllo del flusso hardware" - "Difficile";

Entrambi i metodi sono molto comuni. A volte vengono utilizzati contemporaneamente: sia a livello fisico che a livello del protocollo di scambio.

Quando si trasmettono informazioni, è importante sincronizzare il funzionamento del trasmettitore e del ricevitore... Il metodo per impostare la modalità di comunicazione tra i dispositivi è chiamato "sync". Solo in questo caso il "Destinatario" può ricevere correttamente (in modo affidabile) il messaggio inviato dal "Mittente".

Modalità di comunicazione

Comunicazione semplice.

In questo caso il Destinatario può ricevere solo segnali dal mittente e non può influenzarlo in alcun modo. Si tratta principalmente di televisione o radio. Possiamo solo guardarli o ascoltarli.

Comunicazione semiduplex.

In questa modalità, sia il mittente che il destinatario possono scambiarsi segnali alternativamente se il canale è libero. Un ottimo esempio di comunicazione half-duplex è un walkie-talkie. Se entrambi gli abbonati cinguettano contemporaneamente nel walkie-talkie, nessuno sentirà nessuno.

- Primo, primo. io sono il secondo. Come puoi sentire?

- Ti ho sentito bene, riattacca!

Il segnale può essere inviato solo dal mittente, in questo caso il destinatario lo riceverà. Oppure il segnale può essere inviato dal destinatario, nel qual caso il mittente lo riceve. Cioè, sia il mittente che il destinatario hanno gli stessi diritti per accedere al canale (linea di comunicazione). Se entrambi trasmettono simultaneamente un segnale alla linea, allora, come ho detto, non ne verrà fuori nulla.

Comunicazione duplex.

In questa modalità, sia la ricezione che la trasmissione di un segnale possono essere eseguite in due direzioni contemporaneamente. contemporaneamente... Un vivido esempio di ciò è una conversazione su un cellulare o telefono di casa o una conversazione Skype.

Un segnale analogico è una funzione di un argomento continuo (tempo). Se il grafico viene interrotto periodicamente, come accade ad esempio in una sequenza di impulsi, si parla già di una certa discretezza del burst.

La storia della comparsa del termine

Ingegneria Informatica

Se lo leggi attentamente, da nessuna parte è scritto da dove viene la definizione: analogico. In Occidente, il termine è stato usato dagli anni Quaranta dai professionisti del computer. Fu durante la seconda guerra mondiale che apparvero i primi sistemi informatici, chiamati digitali. E per distinguerlo ha dovuto inventare nuovi epiteti.

Al mondo elettrodomestici il concetto di analogico è entrato solo nei primi anni '80, quando il primo Processori Intel, e il mondo è stato giocato con i giocattoli sullo ZX-Spectrum, un emulatore per i dispositivi oggi disponibile su Internet. Il gameplay ha richiesto una perseveranza straordinaria, abilità e un'eccellente reazione. Insieme ai bambini, hanno raccolto scatole e hanno battuto gli alieni nemici e gli adulti. I giochi moderni sono molto inferiori ai primi uccelli che hanno catturato le menti dei giocatori per un po'.

Registrazione audio e telefonia

All'inizio degli anni '80, iniziò ad apparire la musica pop nell'elaborazione elettronica. Il telegrafo musicale fu presentato al pubblico nel 1876, ma non ottenne il riconoscimento. La musica popolare piace al pubblico nel senso più ampio del termine. Il telegrafo era in grado di emettere una singola nota, trasmetterla a distanza, dove veniva riprodotta da un altoparlante di un design speciale. Sebbene i Beatles abbiano utilizzato un organo elettronico nella creazione di Sergeant Pepper, il sintetizzatore è entrato in uso alla fine degli anni '70. Uno strumento veramente popolare e digitale è diventato già a metà degli anni '80: ricordiamo Modern Talking. Sintetizzatori precedentemente utilizzati su circuiti analogici, a partire da Novachord nel 1939.

Quindi, un comune cittadino non aveva bisogno di distinguere tra tecnologie analogiche e digitali fino a quando queste ultime non erano diventate saldamente in uso. La parola analogico è di dominio pubblico dai primi anni '80. Quanto all'origine del termine, si ritiene tradizionalmente che l'indice sia stato mutuato dalla telefonia, poi migrato alla registrazione del suono. Le vibrazioni analogiche vengono inviate direttamente all'altoparlante e la voce viene immediatamente ascoltata. Il segnale è simile al linguaggio umano, diventando un analogo elettrico.

Se applichi un segnale digitale all'altoparlante, si sentirà un'indescrivibile cacofonia di note di chiavi diverse. Questo "discorso" è familiare a chiunque abbia caricato programmi e giochi dal nastro magnetico nella memoria del computer. Non sembra un essere umano, perché è digitale. Per quanto riguarda il segnale discreto, nei sistemi più semplici, viene inviato direttamente ad un altoparlante che funge da integratore. Il successo o il fallimento di un'impresa dipende interamente dai parametri giusti.

Allo stesso tempo, il termine figurava nella registrazione del suono, dove musica e voce passavano direttamente da un microfono al nastro. La registrazione magnetica è diventata un analogo dei veri artisti. I dischi in vinile sono come i musicisti e sono ancora considerati il miglior mezzo per qualsiasi composizione. Anche se mostrano una durata limitata. I CD oggigiorno spesso contengono audio digitale che può essere decodificato da un decoder. Secondo Wikipedia, una nuova era è iniziata nel 1975 (en.wikipedia.org/wiki/History_of_sound_recording).

Misure elettriche

In un segnale analogico esiste una proporzionalità tra tensione o corrente e la risposta sul dispositivo di riproduzione. Il termine sarà quindi considerato derivato dal greco analogos. Cosa significa proporzionale Tuttavia, il confronto è simile a quanto sopra: il segnale è simile alla voce riprodotta dagli altoparlanti.

Inoltre, nella tecnologia, viene utilizzato un altro termine per indicare segnali analogici: continuo. Che corrisponde alla definizione di cui sopra.

Informazione Generale

Energia del segnale

Come segue dalla definizione, un segnale analogico ha un'energia infinita, non limitata nel tempo. Pertanto, i suoi parametri sono mediati. Ad esempio, la 220 V presente in presa viene chiamata per questo motivo RMS. Pertanto, vengono utilizzati i valori effettivi (mediati su un certo intervallo). È già chiaro che nella presa è presente un segnale analogico a 50 Hz.

Quando si tratta di discrezione, vengono utilizzati valori finiti. Ad esempio, quando si acquista una pistola stordente, è necessario assicurarsi che l'energia d'impatto non superi un determinato valore misurato in joule. Altrimenti, ci saranno problemi con l'uso o durante l'ispezione. Poiché, partendo da un determinato valore energetico, lo storditore viene utilizzato solo da forze speciali, con un limite superiore stabilito. Altri sono illegali in linea di principio e possono essere fatali se usati.

L'energia dell'impulso si trova moltiplicando la corrente e la tensione per la durata. E questo mostra la finitezza del parametro per segnali discreti. Nella tecnologia, ci sono anche sequenze digitali. Si differenzia da un segnale digitale discreto per parametri rigidamente impostati:

Durata.
Ampiezza.
La presenza di due stati specificati: 0 e 1.
I bit macchina 0 e 1 vengono aggiunti alle parole prestabilite e comprensibili ai partecipanti (linguaggio assembly).

Conversione del segnale reciproco

Un'ulteriore definizione di segnale analogico è la sua apparente casualità, l'assenza di regole visibili o la somiglianza con alcuni processi naturali. Ad esempio, un'onda sinusoidale può descrivere la rotazione della terra attorno al sole. Questo è un segnale analogico. Nella teoria dei circuiti e dei segnali, una sinusoide è rappresentata da un vettore di ampiezza rotante. E la fase della corrente e della tensione è diversa: si tratta di due vettori diversi, che danno origine a processi reattivi. Cosa si osserva negli induttori e nei condensatori.

Dalla definizione segue che un segnale analogico è facilmente convertibile in uno discreto. Qualsiasi alimentatore switching taglia la tensione di ingresso dalla presa in fasci. Pertanto, è impegnato nella conversione di un segnale analogico con una frequenza di 50 Hz in impulsi ultrasonici discreti. Variando i parametri di taglio, l'alimentatore adegua i valori di uscita alle esigenze del carico elettrico.

Il processo inverso avviene all'interno di un ricevitore di onde radio con un rilevatore di ampiezza. Dopo aver rettificato il segnale, sui diodi si formano impulsi di diverse ampiezze. L'informazione è incorporata nell'inviluppo di tale segnale, la linea che collega le parti superiori del messaggio. Il filtro è responsabile della conversione degli impulsi discreti in un valore analogico. Il principio si basa sull'integrazione dell'energia: durante il periodo di presenza di tensione, la carica del condensatore aumenta, quindi, nell'intervallo tra i picchi, si forma la corrente dovuta allo stock di elettroni precedentemente accumulato. L'onda risultante viene inviata all'amplificatore basse frequenze, in seguito agli oratori, dove il risultato viene ascoltato da altri.

Il segnale digitale è codificato in modo diverso. Lì, l'ampiezza dell'impulso è incorporata nella parola macchina. Consiste di uno e zero, è necessaria la decodifica. L'operazione è gestita da dispositivi elettronici: scheda grafica, prodotti software... Tutti hanno scaricato i codec K-Lite da Internet, questo è il caso. Il conducente è impegnato nella decodifica del segnale digitale e nella sua conversione per l'uscita agli altoparlanti e al display.

Non c'è bisogno di precipitarsi nella confusione quando l'adattatore si chiama acceleratore 3D e viceversa. Il primo trasforma solo il segnale fornito. Ad esempio, c'è sempre un adattatore dietro l'ingresso digitale DVI. È solo impegnato a convertire i numeri da uno e zero da visualizzare sulla matrice dello schermo. Recupera informazioni sulla luminosità e sui valori dei pixel RGB. Per quanto riguarda l'acceleratore 3D, il dispositivo nella composizione ha il diritto (ma non è necessario) di contenere un adattatore, ma il compito principale sono calcoli complessi per la creazione di immagini tridimensionali. Questa tecnica consente di scaricare il processore centrale e velocizzare il lavoro di un personal computer.

Da analogico a digitale, il segnale viene convertito in un ADC. Questo accade nel software o all'interno del microcircuito. Sistemi separati combinano entrambi i metodi. La procedura inizia prelevando campioni che rientrano nell'area specificata. Ciascuno, trasformato, diventa una parola macchina contenente una cifra calcolata. Quindi i campioni vengono imballati con i pacchi, diventa possibile inviarli ad altri abbonati di un sistema complesso.

Le regole di campionamento sono normalizzate dal teorema di Kotelnikov, che mostra la massima frequenza di campionamento. È vietato eseguire il conto alla rovescia più spesso, poiché c'è una perdita di informazioni. Semplicisticamente, è considerato sufficiente un eccesso di sei volte della frequenza di campionamento rispetto al limite superiore dello spettro del segnale. Più spazio per la testa è considerato un vantaggio aggiuntivo da garantire buona qualità... Qualcuno ha visto l'indicazione della frequenza di campionamento della registrazione audio. Di solito il parametro è superiore a 44 kHz. Il motivo sono le peculiarità dell'udito umano: il limite superiore dello spettro è 10 kHz. Pertanto, una frequenza di campionamento di 44 kHz è sufficiente per una riproduzione audio mediocre.

La differenza tra segnale discreto e digitale

Infine, una persona del mondo esterno di solito percepisce informazioni analogiche. Se l'occhio vede una luce intermittente, la visione periferica cattura il paesaggio circostante. Di conseguenza, l'effetto finale non sembra essere discreto. Certo, è possibile provare a creare una percezione diversa, ma questo è difficile e si rivelerà del tutto artificiale. Questa è la base per l'uso del codice Morse, che consiste in punti e trattini facilmente distinguibili sullo sfondo del rumore. I tratti discreti del tasto telegrafico sono difficili da confondere con i segnali naturali, anche in presenza di forte rumore.

Allo stesso modo, le linee digitali sono state introdotte nell'arte per eliminare le interferenze. Qualsiasi amante dei video cerca di mettere le mani su una copia codificata di un film alla massima risoluzione. Le informazioni digitali possono essere trasmesse su lunghe distanze senza la minima distorsione. Le regole conosciute da entrambe le parti per la formazione di parole preconcordate diventano assistenti. A volte, le informazioni ridondanti sono incorporate in un segnale digitale, il che rende possibile correggere o notare errori. Questo elimina la percezione sbagliata.

Segnali a impulsi

Più precisamente, i segnali discreti vengono impostati dai conteggi in determinati momenti. È chiaro che una tale sequenza non si forma in realtà a causa del fatto che il fronte e la caduta hanno una lunghezza finita. L'impulso non viene trasmesso istantaneamente. Pertanto, lo spettro della sequenza non è considerato discreto. Ciò significa che il segnale non può essere chiamato così. In pratica si distinguono due classi:

Segnali impulsivi analogici - il cui spettro si trova nella trasformata di Fourier, quindi continuo, almeno in alcune aree. Il risultato dell'azione della tensione o della corrente su un circuito si trova in un'operazione di convoluzione.
Anche i segnali a impulsi discreti mostrano uno spettro discreto, le operazioni con essi vengono eseguite tramite trasformate discrete di Fourier. Pertanto, viene applicata anche la convoluzione discreta.

Questi chiarimenti sono importanti per i letteralisti che hanno letto che i segnali di impulso sono analogici. Quelli discreti prendono il nome dalle caratteristiche dello spettro. Il termine analogico è usato per differenziare. L'epiteto continuo è applicabile, come già accennato in precedenza, e in connessione con le peculiarità dello spettro.

Precisazione: solo lo spettro di una sequenza infinita di impulsi è considerato strettamente discreto. Per un pacchetto, le componenti armoniche sono sempre vaghe. Tale spettro assomiglia a una sequenza di impulsi modulati in ampiezza.