giriiş

Bu çalışmanın amacı dijital teknolojinin avantajlarını ve nedenlerini ele almaktır.

Dijital teknolojiler, sinyallerin sürekli bir spektrum yerine analog seviyelerin ayrı bantlarında temsil edilmesine dayanır. Bir bant içindeki tüm seviyeler aynı sinyal durumunu temsil eder.

Geçen yüzyılın 90'lı yıllarının sonlarından bu yana geleceğin dijital teknolojilerde olduğu genel olarak kabul ediliyor. Bu çalışmamda bu bakış açısının temel nedenlerini ve tezlerini öne çıkarmaya çalışacağım.

1. Analog sinyal

Analog sinyal, temsil eden parametrelerin her birinin zamanın bir fonksiyonu ve olası değerlerin sürekli bir seti ile tanımlandığı bir veri sinyalidir. Bu tür sinyaller zamanın sürekli fonksiyonlarıyla tanımlanır; bu nedenle analog sinyale bazen sürekli sinyal denir.

Analog sinyallerin özellikleri büyük ölçüde onların sürekliliğini yansıtır:

· Açıkça ayırt edilebilen ayrık sinyal seviyelerinin bulunmaması, bilgi kavramının dijital teknolojilerde onu tanımlamak için anlaşıldığı biçimde uygulanmasını imkansız hale getirir. Bir numunenin içerdiği “bilgi miktarı” yalnızca sınırlı olacaktır dinamik aralıkölçüm aletleri.

· Artıklık yok. Değer uzayının sürekliliğinden, sinyale eklenen herhangi bir gürültünün sinyalin kendisinden ayırt edilemeyeceği ve dolayısıyla orijinal genliğin geri getirilemeyeceği sonucu çıkar. Aslında, bu sinyalin özellikleri (özellikle frekans bandı) hakkında herhangi bir ek bilgi biliniyorsa, örneğin frekans yöntemleriyle filtreleme mümkündür.

Bu tür bir sinyali göz önünde bulundurun basit örnek. Bir konuşma sırasında ses tellerimiz, değişen tonaliteye (frekansa) ve ses düzeyine (ses sinyali düzeyi) sahip belirli bir titreşim yayar. Belli bir mesafe kat eden bu titreşim insan kulağına girerek orada işitsel zar denilen zarı etkiler. Bu zar, ses tellerimizin yaydığı titreşimin frekansı ve gücüyle aynı şekilde titremeye başlar; tek fark, mesafenin aşılması nedeniyle titreşimin gücünün bir miktar zayıflamasıdır.

Böylece sesli konuşmanın bir kişiden diğerine aktarılması güvenli bir şekilde çağrılabilir. analog sinyal iletimive işte nedeni.

Buradaki önemli nokta, ses tellerimizin insan kulağının algıladığı ses titreşiminin aynısını yaymasıdır (ne söylüyorsak onu duyarız), yani iletilen ve alınan ses sinyali benzer darbe şekline ve aynı frekans spektrumuna sahip ses titreşimlerine sahiptir. veya başka bir deyişle “benzer” ses titreşimi.

Şimdi daha karmaşık bir örneğe bakalım. Bu örnek için, bir telefonun, yani insanların hücresel iletişimin ortaya çıkmasından çok önce kullandığı telefonun basitleştirilmiş bir şemasını ele alalım.

Konuşma sırasında konuşma sesi titreşimleri ahizenin (mikrofon) hassas zarına iletilir. Daha sonra, ses sinyali mikrofonda elektriksel darbelere dönüştürülür ve daha sonra kablolar aracılığıyla ikinci ahizeye gider; burada elektromanyetik bir dönüştürücü (hoparlör veya kulaklık) kullanılarak elektrik sinyali tekrar ses sinyaline dönüştürülür.

Yukarıdaki örnekte yine " analog» sinyal dönüşümü. Yani ses titreşimi, iletişim hattındaki elektriksel darbenin frekansı ile aynı frekansa sahiptir ve ayrıca ses ve elektriksel darbeler benzer bir şekle (yani benzer) sahiptir.

Bir televizyon sinyalinin iletilmesinde, analog radyo-televizyon sinyalinin kendisi oldukça karmaşık bir darbe şekline ve bu darbenin oldukça yüksek bir frekansına sahiptir, çünkü hem ses bilgisini hem de videoyu uzun mesafelerde iletir.

2. Dijital sinyal

Dijital sinyal, temsil eden parametrelerin her birinin ayrı bir zaman fonksiyonu ve sonlu bir olası değerler kümesi ile tanımlandığı bir veri sinyalidir.

Sinyaller ayrık elektrik veya ışık darbeleridir. Bu yöntemle iletişim kanalının tüm kapasitesi tek bir sinyalin iletilmesi için kullanılır. Dijital sinyal tüm kablo bant genişliğini kullanır. Bant genişliğikablo üzerinden iletilebilecek maksimum ve minimum frekans arasındaki farktır. Bu tür ağlardaki her cihaz, her iki yönde de veri gönderir ve bazıları aynı anda alıp iletebilir. Dar bantlı sistemler, verileri tek frekanslı dijital sinyal olarak iletir.

Ayrık bir dijital sinyalin uzun mesafelerde iletilmesi analog bir sinyale göre daha zordur, bu nedenle öncelikle bu sinyalin iletilmesi gerekir. modüle etmekverici tarafında ve bilgi alıcı tarafında demodüle edilir. Kullanım alanı dijital sistemler Dijital bilgileri kontrol etmeye ve geri yüklemeye yönelik algoritmalar, bilgi aktarımının güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir.

Gerçek bir dijital sinyalin fiziksel doğası itibarıyla analog olduğu akılda tutulmalıdır. Gürültü ve iletim hatlarının parametrelerindeki değişiklikler nedeniyle genlik, faz/polarizasyon frekansında dalgalanmalar olur. Ancak bu analog sinyal (darbeli ve ayrık) bir sayının özelliklerine sahiptir. Sonuç olarak, onu işlemek için sayısal yöntemlerin (bilgisayar işleme) kullanılması mümkün hale gelir.

Örneğin, "dijital sinyal", oldukça iyi bilinen "Mors alfabesini" kullanarak bilgi aktarma ilkesini ele alalım. Bu tür metin bilgisi aktarımına aşina olmayanlar için aşağıda temel prensibi kısaca açıklayacağım.

Daha önce, havadan sinyal iletimi (radyo sinyali kullanılarak) henüz yeni gelişmekteyken, teknik yetenekler Alıcı-verici ekipmanı, konuşma sinyallerinin uzun mesafelerde iletilmesine izin vermiyordu. Bu nedenle konuşma bilgisi yerine metin bilgisi kullanıldı. Metin harflerden oluştuğu için bu harfler, tonlu elektrik sinyalinin kısa ve uzun darbeleri kullanılarak iletildi.

Metin bilgilerinin bu aktarımına Mors kodu kullanılarak bilgi aktarımı adı verildi.

Ton sinyali, elektriksel özellikleri nedeniyle konuşma sinyalinden daha büyük bir verime sahipti ve sonuç olarak verici ve alıcı ekipmanın menzili arttı.

Bu tür sinyal aktarımındaki bilgi birimlerine geleneksel olarak "nokta" ve "çizgi" adı verildi. Kısa ton nokta, uzun ton ise çizgi anlamına geliyordu. Burada alfabenin her harfi belirli bir nokta ve çizgi dizisinden oluşuyordu. Örneğin, mektup Akombinasyonu tarafından belirlendi" .- " (nokta-çizgi) ve B harfi " - … "(çizgi-nokta-nokta-nokta) vb.

Yani iletilen metin, bir ton sinyalinin kısa ve uzun bölümleri biçiminde noktalar ve çizgiler kullanılarak kodlandı. “MORSE KODU” kelimeleri noktalar ve çizgiler kullanılarak ifade edilirse şu şekilde görünecektir:

Dijital sinyal çok benzer bir bilgi kodlama prensibine dayanmaktadır, yalnızca bilgi birimleri farklıdır.

Herhangi bir dijital sinyal “ikili kod” adı verilen bir koddan oluşur. Burada bilgi birimi olarak mantıksal 0 (sıfır) ve mantıksal 1 (bir) kullanılmaktadır.

Örnek olarak sıradan bir cep fenerini ele alırsak, o zaman onu açarsanız mantıksal bir anlamı olacak, kapatırsanız mantıksal bir sıfır anlamına gelecektir.

Dijital elektronik devrelerde 1 ve 0 mantıksal birimleri volt cinsinden belirli bir elektrik voltajı seviyesi olarak alınır. Yani örneğin mantıksal sıfır 4,5 volt, mantıksal sıfır ise 0,5 volt anlamına gelecektir. Doğal olarak, her dijital mikro devre türü için mantıksal sıfır ve birin voltaj değerleri farklıdır.

Yukarıda açıklanan Mors kodu örneğinde olduğu gibi dijital biçimde alfabenin herhangi bir harfi aşağıdakilerden oluşacaktır: belli bir miktar sıfırlar ve içinde bulunanlar belirli bir sıra, bunlar da mantıksal dürtü paketlerine dahil edilir. Yani, örneğin, A harfi bir dürtü paketi olacak ve B harfi başka bir paket olacak, ancak B harfindeki sıfır ve birlerin sırası A harfinden farklı olacaktır (yani farklı bir kombinasyon) sıfırların ve birlerin düzeni).

Dijital bir kodda, iletilen hemen hemen her tür elektrik sinyalini (analog dahil) kodlayabilirsiniz ve bunun bir resim, video sinyali, ses sinyali veya metin bilgisi olması fark etmez ve bu tür sinyalleri iletebilirsiniz. neredeyse aynı anda (tek bir dijital akışta).

3. Analog cihazlar

Elektriğin gelişiyle birlikte insanlar elektrikle çalışan ekipmanları kullanma fırsatı buldu. Her geçen gün daha fazla yeni cihaz ortaya çıktı, bilim gelişti, teknoloji gelişti. O zamanlar tüm icatlar analog kabul ediliyordu. Analog kelimesi, cihazın bir şeye benzetilerek çalışması anlamına geliyordu. Daha açık hale getirmek için bir ölçüm cihazını ele alalım. Diyelim ki bir ölçüm grafiği oluşturmanız gerekiyor; ölçüm verilerinin kendisi biliniyor. Cihaz ilk olarak bilinen verilerden grafiğin davranışını tanımlayan bir denklem türetecek ve ardından grafiği oluşturmaya çalışacaktır. Bir denklemle analoji yaparak çalışır ve onun yasalarına sıkı sıkıya uyar. Denklemin grafiği ne kadar doğru tanımladığı cihaz için önemli değildir. Dolayısıyla analog elektronik cihazlar, elektronik cihazlar temelinde yapılan analog elektrik sinyallerini yükseltmek ve işlemek için kullanılan cihazlardır. Analog elektronik cihazların sınıflandırılabileceği iki büyük grup vardır:

· Amplifikatörler, bir güç kaynağının enerjisini kullanarak, verilenin aşağı yukarı tam bir kopyası olan ancak akım, voltaj veya güç açısından onu aşan yeni bir sinyal oluşturan cihazlardır.

· Amplifikatör tabanlı cihazlar esas olarak elektrik sinyallerinin ve dirençlerinin dönüştürücüleridir.

Elektriksel sinyal dönüştürücüler (aktif analog sinyal işleme cihazları), amplifikatörler temelinde, ya ikincisini özel geri besleme devreleriyle doğrudan kullanarak ya da bunları bir şekilde değiştirerek yapılır. Bunlar, toplama, çıkarma, logaritma, antilogaritma, filtreleme, tespit etme, çarpma, bölme, karşılaştırma vb. için cihazları içerir. Direnç dönüştürücüler, geri beslemeli amplifikatörlere dayanır. Direncin büyüklüğünü, türünü ve doğasını dönüştürebilirler. Bazı sinyal işleme cihazlarında kullanılırlar. Özel bir sınıf her türlü jeneratör ve ilgili cihazlardan oluşur.

4. Dijital cihazlar

Dijital, otomatik olarak ayrık ölçüm bilgisi sinyalleri üreten ve dijital biçimde okumalar veren ölçüm cihazlarıdır. Altında ayrıkDeğerleri N darbe sayısıyla ifade edilen sinyalleri anlayın. Ayrık sinyaller kullanarak bilgiyi temsil etmeye yönelik kurallar sistemine kod denir. Sürekli sinyallerden farklı olarak ayrık sinyaller, seçilen kod tarafından belirlenen yalnızca sınırlı sayıda değere sahiptir.

Ana ve zorunlu fonksiyonel birimler elektronik dijital ölçüm cihazları, ölçülen analogun, yani; Zaman içinde sürekli olan fiziksel miktar X, otomatik olarak eşdeğer bir dijital koda dönüştürülür ve ayrıca alınan kod sinyallerinin N, görsel algı için uygun olan ondalık sayı sisteminin dijital sembollerine dönüştürüldüğü dijital okuma cihazları. Ölçüm sonucunun analogla karşılaştırıldığında dijital sunumu, okumayı hızlandırır ve öznel hata olasılığını önemli ölçüde azaltır. Çoğu dijital ölçüm cihazı, ölçülen giriş değeri x'in ölçeğini değiştirmek veya onu başka bir Y = f(x) değerine dönüştürmek için tasarlanmış ön analog dönüştürücüler içerdiğinden, seçilen kodlama yöntemi için daha uygun olduğundan, genel durumda aşağıdaki blok diyagramı kullanılır: cihaz Şekil 2'de sunulmaktadır.

Dijital ölçüm cihazının blok diyagramı

Modern dijital cihazlar, saniyede yüzlerce veya daha fazla dönüşüm üretebilen analogdan dijitale dönüştürücüler içerir; bu, hızla meydana gelen fiziksel süreçleri kaydetmeyi ve araştırma nesnelerini bir bilgisayarla kolayca arayüz haline getirmeyi mümkün kılar. Dijital cihazlar, dijital verileri kullanarak çalışan teknolojinin gelişiminde yeni bir aşamadır.

Netlik sağlamak için aynı durumu ele alalım - verilen ölçümlere göre bir grafik oluşturmanız gerekir. Cihaz bir denklem oluşturmayacak, grafiği küçük parçalara bölecek ve bilinen verilere göre her parçanın koordinatlarını hesaplayacak. Daha sonra cihaz her parçayı elde edilen koordinatlara göre çizecek ve bu tür parçaların çok sayıda olması nedeniyle sürekli bir grafiği temsil edecekler. Dijital teknoloji bu şekilde çalışır.

5. Dijital enstrümanların analog enstrümanlara göre temel avantajları

Elektriksel özelliklerinde bir dijital sinyal (örnekte olduğu gibi) ton), analog sinyalden daha büyük bir bilgi iletim kapasitesine sahiptir. Ayrıca dijital bir sinyal, iletilen sinyalin kalitesini düşürmeden analog sinyalden daha uzun bir mesafeye iletilebilir. Örneğin, 1'ler ve 0'lardan oluşan bir dizi olarak iletilen sürekli bir ses sinyali, iletim gürültüsünün 1'lerin ve 0'ların tanımlanmasını engellemeye yeterli olmaması koşuluyla, hatasız olarak yeniden oluşturulabilir. Bir saatlik müzik, yaklaşık olarak bir CD'ye kaydedilebilir. 6 milyar ikili basamak. Bu özellikle doğrudur son zamanlardaİletilen bilgilerdeki muazzam büyüme dikkate alındığında (televizyon ve radyo kanallarının sayısındaki artış, telefon abonelerinin sayısındaki artış, İnternet kullanıcı sayısındaki artış ve İnternet hatlarının hızındaki artış).

Bilginin dijital sistemlerde saklanması analog sistemlere göre daha kolaydır. Dijital sistemlerin gürültü bağışıklığı, verilerin bozulmadan saklanmasına ve alınmasına olanak tanır. Analog bir sistemde eskime ve yıpranma, kaydedilen bilgilerin kalitesini düşürebilir. Dijitalde, genel girişim belirli bir düzeyi aşmadığı sürece bilgiler kesinlikle doğru bir şekilde geri yüklenebilir.

Bilgisayar kontrollü dijital sistemler, donanım değiştirilmeden yeni özellikler eklenerek yazılım kullanılarak kontrol edilebilir. Çoğunlukla bu, üreticinin katılımı olmadan yazılım ürününün güncellenmesiyle yapılabilir. Bu özellik değişen gereksinimlere hızla uyum sağlamanıza olanak tanır. Ayrıca analog sistemlerde mümkün olmayan veya gerçekleştirilmesi mümkün olmayan, ancak çok yüksek maliyetlerle karmaşık algoritmaların kullanılması mümkündür.

Dijital bir televizyon sinyali iletirken izleyici, alımı zayıf olan bir analog sinyalde olduğu gibi artık "görüntü karlı" gibi bir kusur görmeyecektir. TV kanallarının dijital aktarımında görüntü kalitesi yalnızca iyi olabilir veya alım zayıfsa (yani evet veya hayır) hiç görüntü olmayacaktır.

Telefon konuşmalarının dijital aktarımına gelince, burada hem fısıltı hem de çığlık, hem alçak hem de yüksek tonlarda iyi kalitede iletilebiliyor ve telefon abonelerinin ne kadar uzakta olduğu önemli değil.

Dijital teknoloji doğruluk açısından her zaman analog teknolojiden üstün olmuştur. Örneğin analog ve dijital ses kayıt cihazlarını karşılaştıralım. Sesli bilgileri kaydetmeniz gerekiyorsa, dijital cihaz bu görevle analog cihazdan daha iyi başa çıkacaktır. Bu, kayıt kalitesinde fark edilecektir. Gerçek şu ki, analog kayıt cihazı bilgiyi o kadar doğru bir şekilde yeniden üretmez; kayıtta gürültü karışacak, dijital kayıt cihazı ise gereksiz gürültüyü filtreleyecek ve buna göre ses daha inandırıcı olacaktır.

Dijital teknoloji daha küçüktür. Cihazlar sayılar üzerinde toplama ve çıkarma işlemleri yapabilen mikro devreler üzerine kurulu olduğundan boyutları küçük. Analog cihazlardan farklı olarak modern cihazlardan gelen veriler bilgisayarlar tarafından hızlı bir şekilde işlenebilir. Elbette analog veriler de bir bilgisayara yerleştirilebilir, ancak öncelikle bunları “kendi” dijital diline çevirmesi gerekecektir.

Dijital teknoloji daha ekonomiktir ve daha uzun ömürlüdür. Mikroçipler daha az enerji tüketir ve uzun zamandır düzgün çalışır, mekanik ekipman ise hızla arızalanır.

Dijital cihazlar ayrıca aşağıdakilerle övünür:

· Küçük hata. Analog cihazların doğruluğu, ölçüm dönüştürücülerinin hataları, ölçüm mekanizmasının kendisi, ölçek hataları vb. ile sınırlıdır.

· Yüksek performans (birim zaman başına ölçüm sayısı);
Zamanla değişen miktarları ölçerken performans önemli bir rol oynar. Önceleri belirtmek yüksek hız gerektirmiyorsa, onlarla çalışan operatörün yetenekleri sınırlı olduğundan, tam tersine, dijital cihazların sıklıkla bağlı olduğu bilgisayarları kullanarak bilgi işlerken hız gereksinimi önemli hale gelir.
· Ölçüm sonucunun okunmasında öznel bir hatanın olmaması - gözün çözünürlüğü nedeniyle paralaks nedeniyle insan görüşünün özellikleriyle ilişkili öznel hatalar.

6. Dijital filtre

Dijital filtre - elektronikte, dijital sinyali bu sinyalin belirli frekanslarını vurgulamak ve/veya bastırmak için işleyen herhangi bir filtre. Analog filtre, dijital filtreden farklı olarak analog sinyalle, onun özellikleriyle ilgilenir. ayrık olmayanbuna göre transfer fonksiyonu, kendisini oluşturan elemanların iç özelliklerine bağlıdır.

Dijital filtrelerin analog filtrelere göre avantajları şunlardır:

· Yüksek doğruluk (analog filtrelerin doğruluğu eleman toleranslarıyla sınırlıdır).

· Kararlılık (analog filtreden farklı olarak transfer fonksiyonu, elemanların özelliklerinin kaymasına bağlı değildir).

· Konfigürasyon esnekliği, değişim kolaylığı.

· Kompaktlık - çok düşük frekanstaki (örneğin hertz'in kesirleri) bir analog filtre, son derece hacimli kapasitörler veya indüktörler gerektirir.

Ancak dezavantajları da var:

· Yüksek frekanslı sinyallerle çalışmanın zorluğu. Frekans bandı, sinyal örnekleme frekansının yarısına eşit olan Nyquist frekansı ile sınırlıdır. Bu nedenle, yüksek frekanslı sinyaller için analog filtreler kullanılır veya yüksek frekanslarda kullanışlı bir sinyal yoksa, önce bir analog filtre kullanarak yüksek frekanslı bileşenleri bastırır, ardından sinyali dijital bir filtre ile işler.

· Gerçek zamanlı çalışmanın zorluğu; hesaplamaların örnekleme dönemi içerisinde tamamlanması gerekmektedir.

· Yüksek doğruluk ve yüksek hızlı sinyal işleme, yalnızca güçlü bir işlemci değil, aynı zamanda ek ve muhtemelen pahalı bir işlemci gerektirir. donanım yüksek hassasiyetli ve hızlı analogdan dijitale dönüştürücüler biçiminde.

7. Analogdan dijitale dönüştürücü

Tipik olarak analogdan dijitale dönüştürücü elektronik cihaz voltajı ikili dijital koda dönüştürür. Bununla birlikte, bazı elektronik olmayan dijital çıkışlı cihazlar da bu tip olarak sınıflandırılmalıdır; örneğin bazı açı kodu dönüştürücü türleri. En basit tek bitli ikili dönüştürücü bir karşılaştırıcıdır.

ADC Çözünürlüğü- bu cihaz tarafından dönüştürülebilen analog sinyalin büyüklüğündeki minimum değişiklik, bit kapasitesiyle ilişkilidir. Gürültü dikkate alınmadan tek bir ölçüm yapılması durumunda çözünürlük doğrudan dönüştürücünün bit kapasitesi tarafından belirlenir.

ADC kapasitesidönüştürücünün çıkışta üretebileceği ayrık değerlerin sayısını karakterize eder. İkili cihazlarda bit cinsinden, üçlü cihazlarda trit cinsinden ölçülür. Örneğin, 8 bitlik bir ikili dönüştürücü 256 ayrık değer (0...255) üretme kapasitesine sahiptir, çünkü . 8 bitlik üçlü 6561 ayrık değer üretme kapasitesine sahiptir. .

Dönüşüm sıklığıgenellikle saniye başına sayılarla ifade edilir. Modern ADC'ler 24 bit'e kadar kapasiteye ve saniyede bir milyar işleme kadar dönüşüm hızına (tabii ki aynı anda değil) sahip olabilir. Hız ve bit kapasitesi ne kadar yüksek olursa, gerekli özelliklerin elde edilmesi o kadar zor olur, dönüştürücü de o kadar pahalı ve karmaşık olur. Dönüşüm hızı ve bit derinliği birbiriyle belirli bir şekilde ilişkilidir ve hızdan ödün vererek etkili dönüşüm bit derinliğini artırabiliriz.

Niceleme gürültüsü- bir analog sinyali sayısallaştırırken ortaya çıkan hatalar. Analogdan dijitale dönüşümün türüne bağlı olarak, sinyalin yuvarlanması (belirli bir rakama) veya sinyalin kesilmesi (düşük dereceli rakamların atılması) nedeniyle ortaya çıkabilirler.

100 kHz sinüzoidal sinyalin %1 hatayla örneklenmesini sağlamak için ADC dönüşüm süresinin 25 ns olması gerekir. Aynı zamanda, böyle yüksek hızlı bir ADC kullanarak, yaklaşık 20 MHz spektrum genişliğine sahip sinyallerin örneklenmesi temelde mümkündür. Bu nedenle, cihazın kendisini kullanarak örnekleme yapmak, ADC hızı ile örnekleme periyodu arasındaki gereksinimler arasında gözle görülür bir farklılığa yol açar. Bu tutarsızlık 2...3 büyüklüğe ulaşabilir ve dar bant sinyaller için bile oldukça yüksek hızlı dönüştürücüler gerektirdiğinden örnekleme işleminin maliyetini ve karmaşıklığını büyük ölçüde artırır. Hızla değişen sinyallerin nispeten geniş bir sınıfı için bu sorun, kısa açıklık süresine sahip örnekle ve tut cihazları kullanılarak çözülür.

8. Dijital ve analog kopyalama

90'ların sonlarından bu yana, geniş formatlı fotokopi makineleri ve mühendislik sistemleri pazarında analogdan dijital teknolojiye net bir geçiş eğilimi görüldü. Günümüzde çoğu üretici ürün gamını değiştirmiştir. Birçoğu analog fotokopi makinelerinin üretimini tamamen terk etti.

Dijital teknolojiye yönelik eğilim tamamen anlaşılabilir. Çağa ayak uydurmak ve rekabetçi olmak isteyen birçok işletme öncelikle belge akışını elektronik forma dönüştürme sorununu çözmektedir. İkincisi, ortakların ve müşterilerin gözünde işletmenin imajını belirleyen belgelerin kalitesine yönelik gereksinimler artıyor.

Bu bağlamda, çok işlevli dijital teknolojinin, her şeyden önce dijital ve analog kopyalama ilkelerinden dolayı analog teknolojiye göre önemli avantajları vardır.

Avantajları:

· Bilgisayara bağlanma imkanı

· Dijital teknoloji yalnızca belgeleri kopyalamakla kalmaz, aynı zamanda bir bilgisayardan dosya yazdırabilir, orijinalleri tarayabilir ve bunları örneğin elektronik bir arşive kaydetmek için elektronik forma dönüştürebilir. Analog cihazlar yalnızca kopyalayabilir.

· Kopya kalitesi

· Dijital teknoloji, cihazın hafızasına taranan dosyanın dijital olarak işlenebilmesi nedeniyle daha kaliteli kopyalar elde etmenize olanak sağlar. En çok faydalı uygulama Bu seçenek, planları kopyalarken arka planı temizlemek içindir. Ayrıca dijital kameralar fotoğraf modunu destekler ve gri tonlarını ve yarı tonları çok daha iyi işler. Renkli görüntüleri kopyalarken, dijital makineler bunları farklı gri tonlarında yazdırarak farklı renkleri ayırt edebilir.

· Buna ek olarak dijital teknoloji, orijinalden yansıyan ışığı fotodrum'a ileten optikleri kullanmaz. Analog cihazlara yönelik bu optik, toz topladığı için düzenli bakım gerektirir ve bu da baskı kalitesini de etkiler.

· Geniş işlevsellik

· Orijinalin dijital olarak işlenmesi, yalnızca kopyaların kalitesini artırmaya değil, aynı zamanda orijinali dönüştürmeye (örneğin ölçeklendirme, ters çevirme, negatif vb.) de olanak tanır.

· Güvenilirlik

· Dijital teknolojinin daha yüksek güvenilirliği, yalnızca düzenli olarak değiştirilmesi gereken optik ve arka ışık lambasının yokluğuyla değil, aynı zamanda farklı bir çoğaltma yöntemiyle de ilişkilidir. Analog bir makinede baskı işlemi yapılırken, orijinal yalnızca tarama yönünde çekilmemeli, aynı zamanda tarama yönünde de geri gönderilmelidir. başlangıç ​​pozisyonu bir sonraki kopyadan önce. Dijital makine orijinali bir kez besler, ezberler ve ardından kopyalar üreterek kopyaları bellekten yazdırır.

9. Dijital ve analog müzik ekipmanları

Uzun bir süredir, dijital teknoloji çağımızda, dijital donanım kaynaklarının analog olanlarla karşılaştırıldığında ne kadar kullanışlı olduğunu düşünmeyi bıraktık. Prensip olarak, analogdan dijital ekipmana geçiş daha yeni başladığında, kullanım kolaylığı, teknik avantajlar ve tam tersine dijitalin analoga göre dezavantajları konusunda pek çok tartışma vardı. Ancak şimdi, zaman zaman bu soru hem çeşitli kayıt stüdyolarında hem de kulüplerde çeşitli durumlarda hala ortaya çıkıyor. Dijital ekipmanın analoga göre avantajları nelerdir ve dijitalin eski tasarımlara göre geriliği nedir?

Öncelikle ses dijitalleştirmenin dayandığı prensiplerden kısaca bahsedelim.

Analog sesi dijitale dönüştürmek için analogdan dijitale dönüştürücüler vardır; sürekli bir analog sinyali bir dizi bireysel sayıya dönüştürebilen, yani onu ayrık hale getirebilen bu cihazlardır. Dönüşüm şu şekilde gerçekleşir: dijital bir cihaz, analog sinyalin genliğini saniyede birçok kez ölçer ve bu ölçümlerin sonuçlarını doğrudan sayı biçiminde verir. Aynı zamanda ölçüm sonucu, sürekli bir elektrik sinyalinin tam bir benzeri değildir. Eşleşmenin eksiksizliği ölçümlerin sayısına ve bunların doğruluğuna bağlıdır. Ölçümlerin alındığı frekansa örnekleme hızı denir ve genlik ölçümlerinin kesinliği, ölçüm sonucunu belirtmek için kullanılan bit sayısını gösterir. Bu parametre bit derinliğidir.

Yani analog bir sinyalin dijital sinyale dönüştürülmesi iki aşamadan oluşur: itibarsızlaştırmakzamanla ve nicemleme(seviyeleme) genlikte. Zamana göre itibarsızlaştırma, sinyalin eşit zaman aralıklarında alınan bir dizi okuma (örnek) ile temsil edilmesi anlamına gelir. Örneğin örnekleme hızının (daha yaygın olarak örnekleme hızı olarak adlandırılır) 44,1 kHz olduğunu söylediğimizde bu, sinyalin saniyede 44.100 kez örneklendiği anlamına gelir. Kural olarak, bir analog sinyali dijitale dönüştürmenin (sayısallaştırma) ilk aşamasındaki ana soru, analog sinyalin frekansının seçilmesidir, çünkü dönüşüm sonucunun kalitesi doğrudan buna bağlıdır. Bir kişinin duyduğu frekans aralığının 20 ila 20.000 Hz arasında olduğuna ve analog bir sinyalin örneklerinden doğru bir şekilde yeniden oluşturulabilmesi için itibarsız frekansın maksimumun en az iki katı olması gerektiğine inanılmaktadır. ses frekansı. Bu nedenle, daha sonra dijital forma dönüştürülecek gerçek bir analog sinyal, 0 kHz'den 20 kHz'e kadar frekans bileşenleri içeriyorsa, bu tür bir sinyalin örnekleme frekansı 40 kHz'den az olmamalıdır. İtibarsızlaştırma sürecinde analog sesin frekans spektrumu çok önemli değişikliklere uğrar. Bir kez itibarsızlaştırıldığında, nispeten düşük frekanslı orijinal analog sinyal, değişen genliklerdeki çok dar darbelerden oluşan ve birkaç megahertz'e kadar çok geniş bir spektruma sahip sıralı bir zaman serisidir. Bu nedenle, itibarsızlaştırılmış sinyalin spektrumu, orijinal analog sinyalin spektrumundan çok daha geniştir. Dolayısıyla sonuç: En uygun sayısallaştırma, artan itibarsızlaştırma frekansında ve yüksek bit derinliğinde gerçekleşir.

Analog ekipmanların çalışma prensibi elektrik devresindeki sinyalin sürekliliğine dayanmaktadır. Üretim teknolojilerinin analogdan dijitale geçişinin nedeni, her şeyden önce ses kalitesini, depolamayı ve iş sürecinin otomasyonunu iyileştirme ihtiyacıydı. Ancak aynı zamanda, orijinal sinyalin dijitalleştirme işleminden sonra sıkıştırılması nedeniyle, CD genel ses kalitesi açısından vinilden daha düşüktür, çünkü analog kayıt sırasında orijinal sinyalin frekans aralığı neredeyse hiçbir değişikliğe uğramaz (gürültü azaltmada olduğu gibi) , bu aynı zamanda oyuncuların iğnelerine de bağlıdır). Profesyonellerin vinil sesini CD'lere tercih etmelerinin nedeni budur.

10. Dijital cihazların dezavantajları

Seri üretimde çok önemli olabilecek dijital teknolojinin dezavantajlarına birkaç kelime daha ayırmak istiyorum.

Bazı durumlarda dijital devreler Aynı görevi gerçekleştirmek için analogdan daha fazla güç kullanın, daha fazla ısı üretin, bu da örneğin bir soğutucu ekleyerek devre karmaşıklığını artırır. Bu, pille çalışan taşınabilir cihazlarda kullanımlarını sınırlayabilir.

Örneğin, cep telefonları baz istasyonundan gelen radyo sinyallerini yükseltmek ve ayarlamak için genellikle düşük güçlü bir analog arayüz kullanırlar. Bununla birlikte, baz istasyonu çok fazla güce ihtiyaç duyan ancak son derece esnek, yazılım tanımlı bir radyo sistemi kullanabilir. Bu tür baz istasyonları, yeni hücresel iletişim standartlarında kullanılan sinyalleri işlemek üzere kolaylıkla yeniden programlanabilir.

Dijital devreler bazen analog devrelerden daha pahalıdır.

Analog bir sinyali dijitale dönüştürürken bilgi kaybı da mümkündür. Matematiksel olarak bu olgu yuvarlama hatası olarak tanımlanabilir.

Bazı sistemlerde tek bir dijital verinin kaybı veya bozulması, büyük veri bloklarının anlamını tamamen değiştirebilmektedir.

Referanslar

analog dijital sinyal cihazı

1. Horowitz P., Hill W. Devre Tasarımı Sanatı. 3 cilt halinde: T. 2. Çev. İngilizce'den - 4. baskı, revize edildi. ve ek - M.: Mir, 1993. - 371 s.

Hanzel G.E. Filtrelerin hesaplanması için el kitabı. ABD, 1969. / Çev. İngilizce'den, ed. A.E. Znamensky. M.: Sov. radyo, 1974. - 288 s.

. "Dijital Sinyal İşleme". LM Goldenberg, BD Matyushkin - M .: Radyo ve iletişim, 1985

Biryukov S.A. MOS entegre devrelerindeki dijital cihazlar / Biryukov S.A.-M.: Radyo ve iletişim, 2007.-129 s.: hasta. - (Kitle Radyo Kütüphanesi; Sayı 1132).

Gorbaçov G.N. Chaplygin E.E. Endüstriyel elektronik / Ed. prof. V.A. Labuntsova. - M .: Energoatomizdat, 1988.

Shkritek P. Ses devrelerine yönelik referans kılavuzu: Transl. Alman-M'den. Mir, 1991. - 446 s.: hasta.

Shilo V.L. Popüler dijital cips: Rehber / Shilo V.L.-M.: Metalurji, 2008.-349 s. - (Kitle Radyo Kütüphanesi; Sayı 1111).

Goldenberg L.M. Darbe ve dijital cihazlar: Üniversiteler için ders kitabı / Goldenberg L.M.-M.: İletişim, 2009.-495 s.: ill..-Kaynakça: s. 494-495.

Bukreev I.N. Dijital cihazların mikroelektronik devreleri / Bukreev I.N., Mansurov B.M., Goryachev V.I. - 2. baskı, revize edildi. ve ek..-M.: Sov. radyo, 2008.-368 s.

0

Olasılıksal mantık denilen şeyi kullanan bilimsel makaleler (örneğin Chakrapani & Palem) ve cihazlar (örneğin Lyric) vardır. Sanırım buradaki fikir, böyle bir cihazın çıktılarının, bazı girdiler verildiğinde, bazı olasılık dağılımlarına yakınlaşmasıdır. Bu cihazlar ile analog sinyaller arasındaki fark nedir? Peki bu cihazlar hâlâ dijital, analog, karışık sinyal olarak mı değerlendiriliyor?

• 1 cevap

Sıralama:

Etkinlik

0

Bu makale yeni (olasılığa dayalı) bir boole mantığını tanımlıyor gibi görünüyor ve uygulamayla ilgili değil. Sadece makaleye bakıyordum ama görünüşe göre bu da o teorilerden biri. Bu arada, olasılıksal mantığın size klasik mantığın verdiğini vermemesinin basit bir nedeni var, yani doğruluk fonksiyoneli değiller (yani A & B'nin değeri yalnızca A'nın değerine ve A'nın değerine bağlı değildir). B).

Böyle bir şeyi çip üzerinde uygulamaya gelince: Her ikisinin de mümkün olduğunu düşünüyorum. Bunu dijital olarak yaparsanız olasılıkları hesaplıyorsunuzdur ve işlemcide bazı kodlar çalıştırsanız da olur. Analog uygulamaları gerçekten bilmiyorum ama herhangi bir temel analog bileşenin (transistör, işletim sistemi vb.) Gerilim ve akımlar üzerinde bazı temel aritmetik işlemlerin yapılması olarak düşünülebilir. Modelin Kolmogorov'un olasılık yasalarına uyan veya bunlara yaklaşan sonuçlar üretip üretmediği başka bir sorudur, ancak bunun mümkün olduğunu ve belki de yapıldığını varsayıyorum.

Ses sinyallerinin iletilmesi, işlenmesi ve saklanmasına yönelik dijital sistemlerin ana dezavantajları şunlardır:

1) frekans bandının genişletilmesi. Analog sinyallerin iletimi, orijinal sinyalinkinden daha büyük olmayan bir frekans bandı gerektirir. Dijital sinyallerin geçişi için bant genişliğini genişletme ihtiyacı, örneklerin, kod kombinasyonunun her bir bitinin ayrı bir darbe olarak görüntülendiği iletim sırasında ikili kod kombinasyonları biçiminde temsil edilmesi gerçeğiyle belirlenir. Bu nedenle, dijital sinyal gösteriminin ana dezavantajlarından biri, yüksek gereksinimlerdir. bant genişliği iletişim kanalları ve depolama kapasitesi;

2) analogdan dijitale dönüşüm. ADC'leri uygularken, niceleme seviyelerinin ve örnekleme hızlarının sayısını artırarak elde edilen dijital formdaki orijinal sinyal temsilinin doğruluğu ile dijital sinyali iletmek için gereken bant genişliği genişletme derecesi arasında bir uzlaşma bulmaya çalışırlar veya depolamak için gereken depolama kapasitesi. ADC ses sinyallerinin yeterli düzeyde olması yaygın bir uygulamadır. yüksek derece doğruluk (1 örnek başına yaklaşık 16 bit) ve ardından örnek başına bit sayısında bir azalma kullanılarak çeşitli şemalar dijital sıkıştırma;

3) zaman senkronizasyonu ihtiyacı. Senkronizasyon, hangi değerin iletildiğine karar vermek için gelen sinyalin sayılması gereken zamanları belirler. Optimum sinyal tespiti için puls üretecinin hattan gelen pulsların zamanlaması ile senkronize edilmesi gerekir. Ağın birkaç anahtarlama istasyonundan oluştuğu ve dahili ve ağ çapında senkronizasyon sorunlarının çözülmesinin gerekli olduğu durumlarda sorun daha da kötüleşir;

4) mevcut analog cihazlarla uyumsuzluk. Dijital ekipmanÖrneğin yerel telefon ağlarında kullanılan, ağın geri kalanıyla mutlaka standart bir analog "arayüz" sağlar. Bu nedenle, tüm ağlar tamamen dijital olana kadar, sinyal kalitesi ve "sessiz" hizmetlerin sağlanması açısından dijital telefon sistemlerinden maksimum faydayı elde etmek neredeyse imkansız olacaktır.

Ses sinyallerinin işlenmesi, iletilmesi ve saklanması için dijital sistemlerin temel teknik avantajları şunlardır:

1) sinyal yenilenme olasılığı. Dijital sistemin temel avantajı, bir mesajı iletirken doğrusal yolda meydana gelen bir hata olasılığının, iletim hatlarının ara noktalarına rejeneratörler yerleştirilerek çok azaltılabilmesidir. Ara düğümler, kanalda meydana gelen bozulmanın alım hatalarına yol açacak seviyeye ulaşmasından önce dijital sinyalleri algılayacak ve yeniden üretecektir. bu bozulmaların etkisi hariç tutulmuştur. Bunun aksine, analog sistemlerde sinyal bir bölgeden diğerine geçerken gürültü ve bozulma birikir. Tasarlanan dijital iletişim sistemindeki yenileme noktalarının sayısı kanaldaki hataları ortadan kaldıracak kadar yeterliyse, iletişim ağındaki iletim kalitesi iletim sistemi tarafından değil, yalnızca sinyalin dijital forma dönüştürülmesi işlemiyle belirlenir. ;

2) sinyal-gürültü oranının (parazit) düşük değerlerinde çalışma yeteneği. Analog ağlarda ses sinyallerinin iletimi sırasındaki gürültü ve parazit, sinyal genliğinin küçük olduğu duraklamalar sırasında en belirgindir. Örneğin telefonda analog ağların tasarımı ve işletilmesindeki ana sorunlardan bir diğeri, konuşmanın iletildiği devreler arasındaki geçici parazitin ortadan kaldırılması ihtiyacıdır. Kanallardan birinde görüşmenin duraklatıldığı, diğer kanalın ise maksimum güç seviyesinde sinyal ilettiği dönemlerde sorun daha da ciddileşiyor. Dijital sistemlerde duraklamalar sırasında belirli kod kombinasyonları iletilir ve duraklamalar sırasında iletilen sinyallerin güç seviyesi, faydalı bilgilerin iletilmesiyle aynıdır. Dijital iletim sırasında sinyalin yenilenmesi, iletim ortamında ortaya çıkan gürültünün neredeyse tamamını ortadan kaldırdığından, serbest kanalın gürültüsü (duraklatma sırasında) iletim hattı tarafından değil, yalnızca kodlama işlemi tarafından belirlenir. Böylece duraklamalar, analog sistemlerde olduğu gibi maksimum gürültü seviyelerini tanımlamaz ve dijital rejeneratörlerde veya alıcılarda rejenerasyon işlemi sırasında düşük seviyeli geçici olaylar ortadan kaldırılır.

Dijital iletim hatları, kodlama yöntemine bağlı olarak (sinyal-gürültü oranının kabul edilen değeri) 15-25 dB düzeyindeki sinyal-gürültü oranı değerleriyle iletişim kanalları üzerinden mesajların neredeyse hatasız iletilmesi olanağını sağlar. -analog bir ağda bir terminal cihazından diğerine iletim sırasında gürültü oranı, yerel ve uluslararası iletişim hatları için sırasıyla 46 ve 40 dB'dir), bu, düşük alım koşullarında kullanıldığında dijital sistemlerin analog sistemlere kıyasla rekabet gücünü sağlar. sinyal seviyeleri ve geçici parazitin varlığı;

3) kontrol bilgilerinin transfer kolaylığı. Kontrol bilgileri ağırlıklı olarak dijital niteliktedir ve bu nedenle dijital iletim sistemine kolayca dahil edilebilir. Kontrol bilgilerinin dijital yola dahil edilme yöntemi ne olursa olsun (zaman bölmeli çoğullama, özel kontrol kodu kombinasyonlarının tanıtılması), iletim sistemi ile ilgili olarak, kontrol bilgilerinin bilgi mesajlarından ayırt edilemez olduğu ortaya çıkar. Buna karşılık, analog iletim sistemleri, kontrol bilgilerini iletmek için daha az, genellikle çok sınırlı kapasiteye sahiptir; bu, birçok farklı türde kontrol sinyali formatının ortaya çıkmasına ve bu formatları tanımak ve dönüştürmek için cihazlar tasarlama ihtiyacına yol açmıştır;

4) diğer hizmet türlerine uyarlanabilirlik. Ses bilgilerinin iletilmesi amaçlanmayan diğer iletişim türlerini organize etmek için bir analog ağın, örneğin bir telefon ağının kullanılması, konuşma sinyali iletim koşullarına uyum sağlamak için (özellikle bir frekans standardına uymak için) özel önlemler gerektirebilir. 4 kHz'e kadar bant). Tam tersine, dijital bir sistemde her mesaj, standart format, iletim sisteminde alındı. Bu nedenle, iletim sisteminin iletilen bilgi türünü analiz etmesi gerekmez ve genellikle hizmet ettiği yükün doğasına karşı kayıtsız kalabilir;

5) dijital sinyal işleme. Sinyal işleme genellikle sinyaller üzerinde karakteristiklerini iyileştiren veya dönüştüren bu tür işlemleri ifade eder. Dijital sinyal işlemenin başlıca avantajları şunlardır:

Programlanabilirlik. Bir temel yapı dijital bellekte değişken bir algoritmik veya parametrik açıklama ile çeşitli türlerdeki sinyalleri işlemek için kullanılabilir;

Paylaşma. Tek bir dijital sinyal işleme cihazı, her işlemin ara sonuçlarını rastgele erişim belleğinde (RAM) saklayarak ve sinyal dizisini bazı döngüsel zaman paylaşımlı şekilde işleyerek birçok sinyali işlemek için kullanılabilir;

Otomatik kontrol. Dijital sinyal işleme cihazının giriş ve çıkışlarında dijital veriler kullanıldığından, cihazın doğru çalışması, çıkışındaki yanıtın belleğe kayıtlı verilerin belirli bir test dizisiyle karşılaştırılması yoluyla standart bir şekilde kontrol edilebilir;

Çok yönlülük. Dijital sinyal işleme, dijital mantık devreleri tarafından uygulandığından, işleme süreci, analog biçimde uygulanması mümkün olmayan veya pratik olmayan birçok farklı işlevi içerebilir.

Sinyal işlemeyle ilgili ve dijital işlemede daha verimli uygulanan işlemlere örnekler şunlardır: belirli frekansların tespiti (oluşturulması), amplifikasyonu (zayıflaması), düzeltilmesi, filtrelenmesi, sıkıştırılması, çeşitli mesaj formatlarının dönüştürülmesi;

6) Grup oluşumunun kolaylığı. Grup oluşturma yöntemlerinin (çok kanallı sinyal iletimi) özü, çeşitli bilgi kaynaklarından gelen mesajların, iletişim hattı üzerinden iletilen bir grup sinyali oluşturmak üzere birleştirilmesidir. Analog iletişim sistemlerini kullanırken, genellikle sistemin her kanalına, genişliği frekansa eşit veya daha büyük olan frekans aralığının belirli bir bölümünün sağlandığı kanalların frekans bölümü (FDM) prensibi kullanılır. abone kanalının grubu. Genellikle kanalların zaman bölümü (TDK) prensibi üzerine inşa edilen dijital çok kanallı iletişim sistemlerinde, her kaynaktan gelen sinyallerin iletimi sırasında sinyaller, doğrusal yolun tam frekans bant genişliğini kullanarak çeşitli mesaj kaynaklarından iletişim hattı boyunca dönüşümlü olarak iletilir.

FDM ekipmanı, analogdan dijitale dönüşümün maliyeti hesaba katıldığında bile genellikle TDM ekipmanından daha pahalıdır. TRC ile grup analog sinyallerinin oluşumunun da oldukça basit bir şekilde uygulandığına dikkat edilmelidir, ancak TRC'li analog sistemlerin dezavantajı, dar analog darbelerin girişime, bozulmaya, karışma ve semboller arası duyarlılığa bağlı olarak düşük gürültü bağışıklığıdır. parazit yapmak;

7) sınıflandırma kolaylığı. Şifrelenmesi oldukça emek yoğun bir görev olan ve şifrelemenin güvenilirliği genellikle yetersiz olan analog mesajların aksine, dijital akışın karıştırılması ve çözülmesinin uygulanması daha basit ve etkilidir.

Dijital aktarımın (analoga göre) avantajlarının çoğu aynı zamanda dijital kayda da bağlanabilir. Bu avantajlardan ilki, analog kayıtta mümkün olmayan, dijital olarak kaydedilen bilgilerin periyodik olarak kopyalanması (yenilenmesi) yoluyla kayıt sırasında oynatma kalitesinin belirlenebilmesi ve bu kalitenin süresiz olarak korunabilmesidir.

Dijital depolama sistemlerinin bir diğer avantajı, analog ortama kıyasla daha düşük sinyal-gürültü oranına sahip, düşük kaliteli (doğrusal olmayan) kayıt ortamını kullanabilmesidir. Sonuç olarak, elektronik ürünlerin ve kayıt ortamının maliyetinin azalması nedeniyle dijital oynatma cihazları tüketiciler için ekonomik açıdan çekici hale gelecektir.

8) Ses sinyallerinin, özellikle de konuşmanın analizi ve sentezi, konuşmanın dijital forma dönüştürülmesiyle yakından ilgili yaygın bir araştırma alanıdır. En düşük bit hızlarında çalışan bazı konuşma kodlayıcılar ve kod çözücüler, dijital formdaki konuşma sinyallerinin bir dereceye kadar analizini ve sentezini içerir.

9) diğer cihazlarla (öncelikle dijital olanlar) yüksek güvenilirlik ve entegrasyon derecesi, bilgisayarla arayüz oluşturma kolaylığı.

DSP'nin tanıtımı, özellikle kablosuz olmak üzere çeşitli iletişim türlerinde özellikle hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Bu tür araçlar, otomatik telefon santralleri için dijital anahtarları, ses kontrol sistemlerindeki konuşma tanıma araçlarını, telefon ve hücresel radyotelefon iletişim sistemlerinde konuşma kodlama ve kanal çoğullama araçlarını, video telefondaki görüntü sıkıştırma araçlarını ve yetkisiz erişime karşı bilgi koruma araçlarını içerir. 3G nesil iletişim sistemleri için yeni teknik gereksinimler arasında daha yüksek frekans aralıklarının (2-3 GHz), artırılmış kanal ve paket bant genişliğinin ve yüksek veri aktarım hızlarının (2 Mbit/s'ye kadar) kullanılması yer almaktadır. Yeni nesil mobil terminaller, ses/görüntü bilgileri alışverişi yapabilme özelliğiyle birlikte tam İnternet erişimi sağlamalıdır.

Dijital sinyal işlemcilerine (DSP) dayanan hızlandırıcılar, bilgisayar performansını bir kat veya daha fazla artırır ve analog giriş/çıkış arayüzleriyle birlikte, bilgisayarı akustik, radar, televizyon ve radyo yayıncılığındaki sorunları çözmek için bir iş istasyonuna dönüştürürler. tıp vb. Birçok açıdan bunlar yeteneklerdir verimli işleme DSP'leri temel alan donanım devrelerindeki konuşma, ses ve görüntü bilgileri, bilgisayar teknolojisinin kullanımında niteliksel bir sıçrama yapılmasını mümkün kıldı.

Elektronik dünyasında güç bölümünde servolar sıklıkla kullanılmaktadır. çeşitli cihazlar ve mekanizmalar. Tüm servolar açıkça iki gruba ayrılabilir - dijital ve analog servolar.

Bugün mikrodenetleyiciler için en popüler yazılım geliştirme araçlarından biri olan ArduinoIDE yazılımının standart paketinde yer alan Servo kütüphanesi tarafından kontrol edilen her servo tipinin avantaj ve dezavantajlarına bakacağız.

Dijital ve analog servo motor arasındaki fark

Sadece bir düzine yıl önce servoların büyük çoğunluğu analog servolardı, ancak şimdi dijital servolar giderek daha popüler hale geliyor. Dışarıdan bakıldığında bu iki tip servo birbirinden ayırt edilemez; tüm farklılıkları dahili elektroniklerde yatmaktadır.

Analog servolar genellikle dirençler ve kapasitörler gibi analog elemanlarla yapılandırılmış özel bir çipe sahipken dijital servolar, kristal osilatörlü ve ürün yazılımına sahip bir mikro denetleyiciye sahiptir, bunun sonucunda dijital servolar, analog servolardan daha yüksek frekansta bir sinyali algılayabilir.

Bazı gelişmiş servolar donanım yazılımını güncelleme, bilgisayardan kontrol etme özelliğine sahiptir... Ancak temel fark hala elektroniktedir ve motor ve dişli kutusu gibi geri kalan mekanik bileşenler aynı olabilir.

Kontrol sinyalinin farklı tipteki servolar tarafından işlenmesi

ArduinoServo, servo motorların Arduino kontrolörleri ile hassas çalışmasını sağlayan ArduinoIDE paketine özel bir kütüphanedir. Servoların Arduino kontrol cihazından gelen bilgiyi nasıl algıladığına bakalım. Servo motor, tipine bakılmaksızın kontrol cihazından bir kontrol sinyali alır.

Bu bir analog servo motorsa, yeni bir sinyal geldiğinde mevcut konumla karşılaştırılır (potansiyometre kullanılarak tanınır) ve ardından gerekirse sinyal dönüştürülür ve şaftı hareket ettiren motora gönderilir. gerekli açıya getirin.

Analog bir servo için standart sinyal parametresi 50Hz'dir (saniyenin 1/50'si). Bu, servo tepki süresinin 20μs'nin biraz altında olması gerektiği anlamına gelir. Bu süre zarfında teorik olarak şaftın konumu bazı dış etkilerle değiştirilebilir, bu nedenle bu süreye ölü bölge denir.

Dijital servo sürücü, 300 Hz'e kadar frekansa sahip bir kontrol sinyali alma kapasitesine sahiptir, dolayısıyla sinyal değişikliklerine daha hızlı yanıt verebilir ve analog servo sürücüye kıyasla çok küçük bir ölü bölgeye sahiptir; Daha hızlı ve daha doğru bir mikro denetleyici aynı zamanda daha doğru şaft konumlandırmasına ve şaftın istenilen açıda hassas bir şekilde tutulmasına da olanak tanır. Bu servolar genellikle yüksek torka sahiptir.

Ve neredeyse tek ama önemli dezavantaj, analog servo motorla karşılaştırıldığında artan enerji tüketimidir.

Farklı tipteki servo sürücüler için özel uygulamalar

Dijital servo motorlar, analog motorlara göre gelişmiş özellikler (hız, kuvvet) gösterir ancak daha yüksek güç tüketimi ve maliyete sahiptir.

Bağımsız bir cihaza dijital servo sürücü takarsanız bakım maliyeti artacaktır çünkü daha kapasiteli (ve daha pahalı) piller eklemeniz ve bunları yeniden şarj etmek için kaynak harcamanız gerekecektir. Pillerin ağırlığı özerkliği önemli ölçüde azaltacaktır.

Genel olarak aşağıdakileri başarmak istiyorsanız dijital servolar kullanmaya değerdir:

• Yüksek konumlandırma doğruluğu (bir derecenin kesirlerine kadar)
• Maksimum çözünürlük
• Neredeyse görünmez ölü bölge
• Gelen bir sinyale neredeyse anında yanıt
• Mil üzerindeki sabit kuvvet

Ancak arzunun tek başına yeterli olmadığını düşünmeye değer; yeni bir dijital servo motor için de hatırı sayılır miktarda para ödemeniz gerekecek.

Dijital servolar sıklıkla kullanılır:

• Paketleme makineleri
• Drone'ların kontrol mekanizmaları
• Manipülatörler
• Birinci sınıf radyo kontrollü modeller

Hem avantajları hem de “dijital” dezavantajları olmayan analog servolar şu alanlarda kullanılır:

• Kaldırma mekanizmaları
• Metal işleme makineleri
• Basit konveyör hatları

CCTV'de dijital teknolojilerin kullanımı sürekli artmaktadır. Dijital ve analog televizyon arasındaki farklara bakalım.
Herhangi bir sürecin başlangıcı ve sonu analog bir sinyaldir. Ara değerlerin dijital formata dönüştürülebilmesi birçok avantaj sunmaktadır. İnsanın duyu organları (kulak, göz, burun, deri vb.) yalnızca sürekli bir analog sinyale yanıt verir.

Analog sistemler

Analog sinyal, ışık, ses veya başka herhangi bir değişken gibi fiziksel bir süreci temsil eden sürekli bir elektrik voltajı sinyalidir. Analog sürecin anlaşılması daha kolay olmasına rağmen birçok sınırlaması vardır.

Gürültü ve Parazit

Tüm elektronik devreler ve cihazlar bir miktar rastgele gürültü üretir. Ayrıca harici elektromanyetik girişim de vardır. Analog sinyal sürekli bir fonksiyon olduğundan, bu gürültü ve parazit sinyalin bir parçası haline gelir ve tamamen ortadan kaldırılamaz. Elektrik devrelerinin sayısı arttıkça gürültü bileşenleri de artar.

Bozulmalar

Analog sinyal, fiziksel bir süreç ile ona karşılık gelen elektrik voltajı arasındaki orantılılığa bağlıdır. Analog devrelerin çoğu doğrusal değildir; bu, çıkış sinyalinin giriş sinyaliyle tam olarak eşleşmediği anlamına gelir. Genellikle bu pozisyon tamamen düzeltilemez. Üstelik büyük bir sistemde bu çarpıklıklar birikir. Analog devrelerin tamamında sıcaklık değişimleri gibi dış faktörlerin bir sonucu olarak sinyal seviyesinde küçük değişiklikler meydana gelir. Düzeltilemezler çünkü sinyallerin kendisinden ayrılamazlar.

Dijital sistemler

Dijital sistem daha karmaşıktır ancak analog sisteme göre birçok avantajı vardır.

Doğru gösterim

Bir analog sinyal bir dijital sinyale dönüştürüldüğünde, boyutu ne olursa olsun (sıkıştırma kullanılmadığı sürece), parametreleri sistem genelinde değişmeden tutulabilir. Bu, dijital sistemin harici gürültü ve parazitlere karşı bağışıklığı nedeniyle oluşur.

Bilgi kaybı olmadan sinyal iletimi

Tüm sinyal iletim sistemleri öncelikle analogdur ve doğası gereği gürültü ve bozulma sorunlarına sahiptir. Ancak dijital sinyaller hatalara karşı korunarak dijital sinyallerin bozulmadan iletilmesi sağlanır.

Süreç karmaşıklığı

Analog bir sistemde, karmaşık bir sinyal işleme prosesindeki her adım tipik olarak ayrı bir devre gerektirir. Dijital bir sistemde, bir merkezi işlem birimi (CPU), uygun işlemci kullanılarak programlanabilir. yazılımçeşitli adımları gerçekleştirebilir. Bu, dijital sistemin daha birçok işlemi yönetmesine olanak tanır.

Düşük maliyet

Dijital sistemler için entegre devrelerin (IC'ler) üretimi analog sistemlere göre çok daha ucuzdur.

Dijital depolama, dijital videonun ilk kullanımlarından biriydi. Hızlı arama ile dijital video sinyalleri hafızada saklanabilir. Bu bellek aynı zamanda gelen sinyal formatından bağımsız olarak sinyallerin farklı formatlarda görüntülenmesini de mümkün kılar. Farklı çözünürlük ve formatlardaki (PAL, NTSC vb.) sinyallerin görüntülenmesi mümkündür.

Dijital video sistemlerinin dezavantajları

• Anlaşılması ve tasarlanması daha zor
• Daha geniş bant genişliği gerektirir (ancak çeşitli yöntemler sıkıştırma bu dezavantajın üstesinden gelir).
• Dijital sinyalde kademeli bir bozulma yoktur; küçük bir hata bile tüm görüntüyü bozabilir.