 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Дело в том, что аналоговые сигналы чувствительны к действию всевозможных паразитных сигналов – шумов, наводок, помех
Шум – это внутренние хаотические слабые сигналы любого электронного устройства (микрофона, транзистора, резистора и т.д.).
Наводки и помехи – это сигналы, приходящие на электронную систему извне и искажающие полезный сигнал (например, электромагнитные излучения от радиопередатчиков или от трансформаторов)
Надо еще учесть, что все шумы, помехи и наводки принципиально не поддаются точному расчету, поэтому точно описать поведение любых аналоговых устройств абсолютно невозможно.
К тому же со временем параметры всех аналоговых устройств изменяются из-за старения элементов, поэтому характеристики этих устройств не остаются постоянными.
051
В отличие от аналоговых, цифровые сигналы, имеющие всего два разрешенных значения 0 и 1, защищены от действия шумов, наводок и помех гораздо лучше.
Небольшие отклонения от разрешенных значений никак не искажают цифровой сигнал, так как всегда существуют зоны допустимых отклонений (рис. 7.02).
Однако у цифровых сигналов есть и крупный недостаток.
Дело в том, что на каждом из своих разрешенных уровней цифровой сигнал должен оставаться хотя бы в течение какого-то минимального временного интервала, иначе его невозможно будет распознать.
Можно сказать и иначе: аналоговый сигнал определен в непрерывном времени (то есть в любой момент времени), а цифровой – в дискретном (то есть только в выделенные моменты времени).
Поэтому максимально достижимое быстродействие аналоговых устройств всегда принципиально больше, чем цифровых.
Кроме того, цифровой сигнал передает информацию только двумя уровнямии изменением одного своего уровня на другой, а аналоговый – еще и каждым текущим значением своего уровня, то есть он более емкий с точки зрения передачи информации.
Поэтому для передачи того объема информации, который содержится в одном аналоговом сигнале, чаще всего приходится использовать несколько цифровых (чаще всего от 4 до 16).
К тому же, как уже отмечалось, в природе все сигналы – аналоговые, то есть для преобразования их в цифровые и обратного преобразования требуется применение специальной аппаратуры (аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей).
Так что ничто не дается даром, и плата за преимущества цифровых устройств может порой оказаться неприемлемо большой.
Все цифровые устройства строятся из логических микросхем, каждая из которых (рис. 7.03) обязательно имеет следующие выводы (или, как их еще называют в просторечии, “ножки”):
§ выводы питания: общий (или “земля”) и напряжения питания (в большинстве случаев — +5 В или +3,3 В), которые на схемах обычно не показываются;
§ выводы для входных сигналов (или “”входы”), на которые поступают внешние цифровые сигналы;
§ выводы для выходных сигналов (или “выходы”), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.
052
Рис. 7.03. Цифровая микросхема
Все цифровые микросхемыработают с логическими сигналами, имеющими два разрешенных уровня напряжения.
Один из этих уровней называется уровнем логической единицы (или единичным уровнем), а другой — уровнем логического нуля (или нулевым уровнем).
Чаще всего логическому нулю соответствует низкий уровень напряжения, а логической единице — высокий уровень. В этом случае говорят, что принята “ положительная логика ”
В настоящий момент для нас представляет интерес преобразования аналогового сигнала в цифровой с помощью АЦП, чтобы его можно было увидеть на экране монитора ПК.
Чтобы представить аналоговый сигнал в цифровой форме, АЦП периодически считывает его, т. е. снимает с него выборочные показания, преобразуя измеренное в каждый момент напряжение в двоичное число.
Интервалы должны быть очень малыми – такими, чтобы частота выборки вдвое превышала высокочастотную составляюшую аналогового сигнала и преобразование таким образом не искажало сигнала.
По мере того, как преобразователь молниеносно снимает показания, каждому интервалу ставится в соответствие определенное число – чем выше измеренное напряжение, тем больше число и наоборот.
Напомню некоторые известные вам понятия.
Сегодня практически всем известно, что в современной цифровой и вычислительной технике используется двоичная система счисления,
оперирующая знаками (0, 1), а не в привычная десятичная (0—9) система, используемая человеком.
Двоичная система счисления строится на использованииоснованиячисла «2», ее масштабная таблица (см. табл. 4.2).
| Таблица 4.2 | ||||||||||
| ½ | ¼ | 1/8 | 1/16 | 1/32 | ||||||
| 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 2-1 | 2-2 | 2-3 | 2-4 | 2-5 |
Таким образом, несмотря на то, что в двоичной системе используется только 0 и 1, с помощью комбинаций многоразрядных чисел (кодовых слов), содержащих только эти символы, можно выразить любое десятичное число.
В цифровой и вычислительной технике, каждый разряд кодового слова принято называть битом информации (для каждого бита информации возможно два состояния — 1 и 0).
Таким, образом, если двоичное число (кодовое слово) состоит из восьми разрядов, то говорят, что оно содержит восемь битов информации, или является 8-битным.
Чаще всего, разрядность кодовых слов берется кратным восьми. (0000000,1000000, 11000000 и т.д. до 11111111)
Используются 8-битовые, 16-битовые, 24-битовые, 32-битовые и т. п. кодовые слова. Компьютеры оперируют единицами информации, называемыми словами, длина которых в различных машинах составляет от 8 до 60 бит.
В цифровой и вычислительной технике 8 бит информации называют одним байтом.
И так один двоичный разряд называется битом, 8 битов составляют байт.
Максимальное десятичное число, которое можно представить одним байтом (состоящим из 8 бит), - это 255 (11111111).
Поскольку, для каждого бита информации возможно два состояния — 1 и 0, нетрудно подсчитать, какое количество дискретных уровней сигнала может быть описано однобайтным, двухбайтным и т. п. кодовым словом.
Итак, общее число различных уровней, которые могут быть описаны 8-разрядным (восьмибитным или однобайтным) кодовым словом, равно 28 = 256 (0000000, 1000000,1100000 и т.д до 11111111), а 16-разрядным словом, — 216 = 65536.
Подобным образом, 24-битная система допускает 224 = 16. 777.216 различных уровней, но требуется в полтора раза больше памяти для сохранения каждого слова (24/16 = 1S), чем в 16-битной.
При использовании цифровой обработки аналоговый сигнал должен быть сначала преобразован в цифровой с помощью таких операций, как дискретизация по времени и дискретизация по уровню (квантование).
Первая процедура — фиксация процесса через определенные промежутки времени, называемая дискретизацией.
Вторая процедура — приведение значения зафиксированного параметра к одному из разрешенных дискретных уровней, называемая квантованием.
Дискретизация осуществляется с помощью специального электронного ключа, работающего с периодом Т от опорного высокостабильного генератора. (упрощённо это можно представить в виде реле, контакты которого размыкаются с большой скоростью, а затем замыкаются, пропуская аналоговый сигнал дискретно по времени).
054
Поиск по сайту: