Аналаг супраць лічбавага: у чым розніца?

Існуюць розныя спосабы класіфікацыі электрычных ланцугоў. Адзін вельмі важны спосаб - класіфікаваць схему альбо сістэму як аналагавую, альбо лічбавую, але што гэта значыць? Што аналаг супраць лічбавага?

Калі вы некаторы час былі аматарам электронікі, праходзілі курсы па электроніцы і чыталі кнігі па гэтай тэме, вы, напэўна, адчуваеце як мінімум інтуітыўнае адчуванне розніцы паміж аналагавым і лічбавым.

Калі вы пачатковец, вы, магчыма, не да канца зразумееце, што сапраўды значыць аналаг супраць лічбавага.

У гэтым допісе я распавяду, што кожны азначае, і апішу адрозненні.

Калі вы пачатковец, спадзяюся, вы прачытаеце розніцу паміж лічбавым і аналагавым. Калі вы некалькі знаёмыя са значэннямі, то, спадзяюся, гэта паслужыць добрым аглядам.

Пачнем з вызначэння некалькіх нярэдка зразумелых тэрмінаў.

Сігнал бесперапыннага часу - той, які паказваецца на кожнае бясконца мала значэнне часу на працягу пэўнага перыяду часу.

З іншага боку, дыскрэтны сігнал часу задаецца толькі пры дыскрэтных значэннях часу або кроках па лініі часу.

Часта мы блытаем аналагавы з бесперапынным часам і лічбавы з дыскрэтным часам, але яны не абавязкова супадаюць.

Аналагавы сігнал - гэта той, амплітуда якога можа прымаць любое значэнне ў бесперапынным дыяпазоне.

Амплітуда лічбавага сігналу можа прымаць толькі абмежаваную колькасць значэнняў.

Што ўсё гэта значыць?

Выява ніжэй (з Трэцяга выпуску Сучасных лічбавых і аналагавых камунікацыйных сістэм) можа дапамагчы.

Малюнак (а) на малюнку вышэй паказвае аналагавы сігнал, які таксама з'яўляецца бесперапынным часам. Малюнак © таксама адлюстроўвае аналагавы сігнал, толькі ведайце, што гэта ў дыскрэтны час. Сам сігнал пастаянна змяняецца на працягу ўсяго перыяду часу, але мы адбіраем яго толькі ў розныя перыяды часу. Калі вы падключыце кропкі, вы атрымаеце бесперапынны аналагавы сігнал.

Практычным прыкладам гэтага можа стаць рэгістрацыя тэмпературы кожныя 10 хвілін.

Сама тэмпература цягам часу пастаянна змяняецца. Іншымі словамі, тэмпература не скача з 75 да 76 у нулявы час, і няма часу, калі няма тэмпературы (не блытайце гэта з нулявымі градусамі!).

Хутчэй ён набывае нейкую каштоўнасць паміж кожным бясконца малым перыядам часу. У гэтым выпадку наш адзіны інтарэс - гэта разгледзець кожныя 10 хвілін, таму, калі мы пабудуем графік тэмпературы (аналагавае значэнне), гэта можа выглядаць як частка ©.

У частцы (б) мы бачым бесперапынны лічбавы сігнал часу, а ў частцы (г) паказаны дыскрэтны лічбавы сігнал часу. Калі вы злучыце кропкі ў частцы (г), выкарыстоўваючы толькі лініі, якія паралельныя або перпендыкулярныя восі t, нешта накшталт (b) з'явіцца.

Частка (б) нагадвае тое, што вы можаце ўбачыць на асцылограме пры праверцы лічбавай схемы.

А як наконт часткі (г)?

Калі мы фіксуем значэнне пэўнай акцыі пры закрыцці бізнесу кожны дзень, у нас можа быць графік, падобны на дэталь (d).

Аналаг супраць лічбавага: Аналаг

Для нашага намеру мы скажам, што ў аналагавай сістэме напружанне ці ток будуць мяняцца пастаянна на працягу пэўнага перыяду часу (нават калі гэта тэхнічна не трэба, большасць мер, якія вы вымяраеце).

"Аналаг" чагосьці - гэта копія. Па-іншаму, гэта аналаг. Вось адкуль паходзіць тэрмін аналаг.

Вазьміце для прыкладу старамодны мікрафон.

Гукавыя хвалі - гэта хвалі ціску паветра. Мікрафон ператварае гэтыя хвалі ціску ў вагаецца напружанне альбо ў "аналаг" хваль ціску. Затым сігнал узмацняецца і падаецца на дынамік, дзе электрычны сігнал пераўтвараецца ў хвалю ціску ці гук.

Калі вы не ўваходзіце ў The Matrix, вы жывяце ў аналагавым свеце. Большасць у прыродзе рэчаў, якія можна вымераць колькасна, з'яўляюцца ў аналагавай форме.

Іншыя аналагавыя велічыні (акрамя ціску) - гэта адлегласць, час і тэмпература. Падчас праслухоўвання радыё AM / FM вы слухаеце інфармацыю, якая транслюецца ў аналагавай форме.

Калі казаць пра радыё, то адной з праблем з аналагавымі сістэмамі з'яўляецца ўкараненне шуму. Мы раней усе наладжваліся на станцыі і чулі шум ці статыку. FM-радыё больш неўспрымальны да шуму, чым AM, але ўсё ж такое адбываецца.

Калі вам дастаткова старэй, вы можаце ўспомніць капіраванне стужак VHS і заўважыць, што якасць копіі была не такой добрай, як арыгінал. Гэта звязана з шумам.

Шмат хто з вас, напэўна, ведае, як выглядае шум. Калі вы пачатковец ці вам трэба нагадаць, малюнак ніжэй ілюструе яго. Часта шум можа быць значна горшым, чым тое, што вы бачыце ніжэй.

Харчаванне пераменнага току ў вашым доме бывае як бесперапынным, так і аналагавым; хоць шыпы, правісання і пераходныя часы на лініі могуць быць значна горшымі, чым на фота.

Ёсць нават аналагавыя кампутары, але гэта больш спецыяльнае прызначэнне і не тое, з чым працуюць большасць аматараў. Камп'ютэры, з якімі вы, хутчэй за ўсё, знаёмыя, з'яўляюцца лічбавымі, і гэта прывядзе нас да наступнай тэмы.

Аналаг супраць лічбавага: Лічбавая перавага

Для большасці з нас лічбавыя сігналы, з якімі мы будзем працаваць, нагадваюць частку (б) на малюнку вышэй.

Калі мы думаем аб лічбавым, адна з першых, што прыходзіць на розум, - гэта двайковыя нумары. Некаторыя ведаюць пра гэта, але многія ўспрымаюць гэта як сюрпрыз, калі даведаюцца, што лічбавы сігнал можа тэхнічна прыняць больш за два дыскрэтныя значэнні.

На самай справе ён можа прыняць любую абмежаваную колькасць значэнняў. Гэтыя тыпы лічбавых сігналаў называюцца М-арнымі сігналамі з М, якія прадстаўляюць любое цэлае лік. Двайковы - найбольш распаўсюджаны і асаблівы выпадак, калі М = 2.

У нашых мэтах мы мяркуем, што вы будзеце працаваць з бінарнымі сігналамі.

Адна з самых ранніх лічбавых электронных сістэм з'явілася ў жывым эфіры ў 1844 годзе. У гэтым годзе быў прысланы першы тэлеграф Самуэль Морс. У гэтым інструменце выкарыстоўваюцца кароткія і доўгія імпульсы току, якія называюцца кропкамі і рысачкамі.

У любы момант ключ тэлеграфа, які перадае, з'яўляецца адным з двух станаў: уключаны і выключаны. Інфармацыя, якую мае тэлеграфнае паведамленне, залежыць толькі ад стану ўключэння / выключэння перадатчыка з цягам часу. Два розныя ўзроўні ідэнтыфікуюць сігнал у любы час. Гэта робіць яго лічбавым.

Вядома, ніхто не выкарыстоўвае тэлеграф у гэты дзень і ўзрост, але большасць з нас выкарыстоўваюць кампутары, смартфоны і мноства іншых лічбавых і часткова лічбавых прылад.

У бінарнай лічбавай сістэме ёсць толькі дзве магчымасці: уключэнне або выключэнне, высокая ці нізкая магутнасць.

Высокая - гэта логіка 1, а нізкая - логіка 0. Менавіта таму бінарныя лікі складаюцца з нуля і нуля.

У сістэмах TTL (Transistor-Transistor Logic) мы лічым высокім 5 V, а нізкім 0 В. Нічога не ідэальнага, таму памылка ёсць.

Для прылады TTL, які прымае сігнал, мінімальны ўзровень напружання, які будзе лічыцца высокім, складае 2 В. Максімум, які будзе счытвацца як нізкі, складае 0,8 В.

Усё паміж імі несапраўднае і ігнараванае.

Допускі для прылады TTL, якія пасылаюць сігнал, некалькі адрозніваюцца, але вы атрымаеце ідэю.

Дык чаму лічбавая такая вялікая справа?

Разгледзім прайгравальнік CD. Большасць з нас пагодзіцца з тым, што якасць гуку CD лепш, чым вінілавыя пласцінкі альбо магнітныя касеты, але чаму?

Гэтая высокая якасць гуку магчымая таму, што музыка захоўваецца не як фізічная копія гукавых хваль (як запіс), а як закадаваная серыя лічбаў, якія ўяўляюць сабой амплітудныя крокі гукавых хваль.

У запісе альбо касеце, скажэнне (шум) уводзіцца як у працэсе аналагавага запісу, так і ў працэсе прайгравання.

Наш CD-плэер не захоўвае копіі формаў хваль, а код, які распавядае гульцу, як ён прайгравае гук кожны раз, калі ён прайграваецца з вельмі высокай ступенню дакладнасці.

Каб зрабіць лічбавую копію аналагавага сігналу (напрыклад, гуку), гукавыя хвалі адбіраюць узоры з дакладнымі інтэрваламі. Напружанне хвалі вымяраецца праз пэўныя прамежкі часу і кожнае вымярэнне пераўтвараецца ў лік.

Гэта робіць лічбавую сістэму, як CD-плэер, больш неўспрымальнай да шуму. Калі мы робім аналагавую копію гуку ці відэа, шум па сваёй сутнасці ўводзіцца ў запіс.

Я магу скапіраваць файл MP3 у тысячу разоў (скапіяваўшы копіі), не страціўшы ніводнай арыгінальнай якасці. Але калі я паспрабую скапіяваць касету такім чынам, якасць гуку пагоршыцца значна раней, чым я дасягну 1000.

Гэта прыводзіць да яшчэ адной важнай перавагі лічбавай аналагавай: лічбавую інфармацыю можна лёгка захоўваць, пераносіць і капіраваць без скажэнняў, уласцівых аналагавым працэсам. Копіі можна рабіць з іншых асобнікаў без пашкоджанняў паміж пакаленнямі копій.

Паспрабуйце гэта са сваімі стужкамі VHS! Аналаг супраць лічбавых - лічбавыя перамогі тут.

Аб'ёмы існуюць на прадстаўленні колькасці ў камп'ютэрах і лічбавых сістэмах, бінарнай арыфметыцы і логіцы і тэорыі выбаркі. Гэтыя рэчы выходзяць за рамкі гэтай публікацыі, але могуць з'яўляцца ў будучых публікацыях.

Розніца паміж лічбавым і аналагавым

Асноўныя адрозненні паміж аналагавым і лічбавым павінны быць відавочныя ўжо зараз.

Вось некалькі прыкладаў у рэальным свеце для дасягнення важнай пазіцыі дадому.

Адзін са спосабаў параўнання адрозненняў паміж лічбавым і аналагавым - супаставіць аднаполюсны выключальнік святла ў вашым доме з пераключальнікам больш цьмяным.

З дапамогай дымера я магу змяняць яркасць святла ў любым месцы ў межах вызначанага дыяпазону значэнняў. З-за гэтага дыммер-пераключальнік з'яўляецца аналагавым прыладай. Святло можа быць цалкам уключаным, цалкам выключаным, альбо набываць нейкі ўзровень яркасці паміж імі.

З дапамогай аднаполюснага выключальніка святло альбо цалкам уключаецца, альбо цалкам выключаецца. Паміж імі няма нічога. Проста дзяржавы ўключаны і выключаны. Аднаполюсны перамыкач - гэта лічбавая прылада.

Вось яшчэ адзін прыклад.

Дапусцім, вы з сябрам стаіце перад будынкам каля ўваходу. У пад'ездзе ёсць прыступкі і пандус побач з прыступкамі для фізічна абмежаваных.

Па нейкай дзіўнай прычыне вы з вашым сябрам пачынаеце разбівацца па пандусе і прыступках.

На пандусе чвэрць можа прызямліцца ў любым месцы па ўсёй сваёй даўжыні.

Аднак, пры выкананні дзеянняў законы гравітацыі перашкаджаюць змене пры пасадцы на самы край (ён апусціцца да наступнай самай нізкай прыступкі) альбо на тую частку прыступкі, якая ідзе перпендыкулярна зямлі.

Этапы ўяўляюць сабой лічбавую, дыскрэтную групу значэнняў і аналаг рампы, суцэльную групу значэнняў.

Розніца паміж аналагавым і лічбавым: завяршэнне

Будзем спадзявацца, што зараз вы добра разумееце розніцу паміж аналагавымі і лічбавымі схемамі.

Мне хацелася пазнаёміцца ​​з асновамі прадстаўлення бінарных лікаў і характарыстык лічбавага імпульсу, але, як звычайна, гэты пост вырас крыху даўжэй.

Будучы пост (ы), несумненна, паглыбіцца ў гэтыя тэмы.

Між тым, пракаментуйце і дайце мне ведаць: вы ў асноўным аналаг, лічбавы чалавек, ці, можа, крыху абодва?

Першапачаткова апублікавана на circuitcrush.com 7 красавіка 2017 года.