Аналоговый сигнал преимущества

Аналоговый сигнал преимущества Анемометр

Любой, даже самый маленький радиолюбитель, программист или DIY-мастер, слышал о понятии разделения сигнала на два основных вида – аналоговый и цифровой. В чем же разница между ними, если она вообще есть, и который из них лучше? Попробуем разобраться.

Сигнал – это электрическая величина или импульс, передаваемый по проводам, кабелям или воздуху, который несет информацию для передачи, обработки или преобразования. Существуют два вида сигналов: цифровые и аналоговые. Они имеют разные принципы работы, возможности и различия, которые необходимо понимать, чтобы выбрать наиболее подходящий тип сигнала для конкретной задачи.

Аналоговый сигнал – это бесконечный, непрерывный сигнал, который изменяется постепенно и не имеет определенных значений. Он может быть представлен физической величиной, такой как ток, напряжение или звуковая волна. Аналоговые сигналы используются в аналоговой технике, такой как радио, телевизоры, стерео усилители и другие устройства, которые передают и обрабатывают данные в непрерывном виде.

Цифровой сигнал – это дискретный сигнал, который имеет определенные значения, представленные двоичными числами 0 и 1. Цифровые сигналы используются в цифровой технике, такой как компьютеры, мобильные телефоны, 디지털 카메라 и другие устройства, которые обрабатывают данные в виде битов.

Различия между аналоговым и цифровым сигналом заключаются в их точности, скорости передачи, расстоянии передачи, стоимости и объеме данных, которые могут передаваться. Оба типа сигналов имеют свои преимущества и недостатки, которые нужно учитывать при выборе наиболее подходящего метода передачи информации.

Аналоговый и цифровой звук очень похожи, их характеристики частотный диапазон, однако, каждый из них имеет свои индивидуальные особенности, а также преимущества и недостатки. В основном связано отличие этих сигналов в технологии их записи и преобразования. Какой из них лучше или хуже до последнего времени всё ещё остаётся актуальным и зависит от слушателя и от его предпочтений.

Про анемометры:  Как проверить трамблер на газ 3110 402 двигатель - — технологии и ответы на вопросы

Аналоговый сигнал преимущества

Дело в том, что аналоговый сигнал как звуковой, так и видео это переменная величина тока которая в зависимости от информации выражается в кривой которая является постоянной во времени. То по большому счёту это сигнал, который выражается уровнем и амплитудой напряжения и от его величины, и характеристики несут в себе определённую информацию. Цифровой сигнал — это набор дискретных величин в виде единиц и нулей, который преобразуется в итоге в звуковые колебания слышимые человеческому уху. Вся аудио информация представлена в виде дискретного нуля или единицы и отклонения невозможны.

В любом случае, цифровой сигнал в чистом виде является формой не акустической, поэтому в любом случае на акустическую систему с оконечного каскада усилителя звука, выходит аналоговый сигнал в виде переменного напряжения определённой величины и частоты.

Аналоговый сигнал преимущества

Источников аналогового сигнала в современном мире остаётся не так уж много, это виниловые пластинки, бобины, и аудиокассеты. Для хранения информации в цифровом виде сейчас есть много способов и механизмов как переносных, так и стационарных — это любые CD или DVD диски, флеш накопители, жёсткие диски, устанавливаемые в ноутбуках и персональных компьютерах. Такие файлы могут храниться в разных форматах, с большим разбросом по объёму, от которого, естественно, заливист качество и продолжительность сохранённого звука. Аналоговый и цифровой звук, получается отличаются только способом хранения, передачи и его воспроизведения.

Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).

Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).

Аналоговый сигнал преимущества

Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.

Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.

Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.

Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.

Что такое аналоговый и цифровой сигнал

Аналоговый сигнал, согласно определению, порождается физическим процессом, параметры которого можно измерить в любой момент времени. То есть в любой конкретный момент времени аналоговый сигнал имеет конкретное значение из множества возможных от минимального до максимального.

Например, любой звук, который мы слышим, это меняющееся во времени давление воздуха на наши барабанные перепонки. В каждый микроскопически малый период времени это давление принимает какое-то определенное значение, измеряемое в долях Паскаля. Это значение может быть очень малым или очень большим, но оно непрерывно меняется, создавая непрерывную волну, что и является аналоговым сигналом.

Застывшую звуковую волну, как она есть, можно увидеть на виниловой пластинке, вооружившись микроскопом.

Аналоговый сигнал преимущества

Звук – типичный пример аналогового сигнала. Хорошо рассмотреть его можно записав при помощи микрофона и подходящего программного обеспечения.

Аналоговый сигнал преимущества

Каждой точке на оси Х, что отвечает за время, соответствует положение на оси Y, отвечающее за звуковое давление, которое воспринимается нашими органами слуха как звук.

Аналоговый сигнал преимущества

То же самое справедливо для аналогового электрического сигнала, где вместо давления непрерывно изменяется напряжение электрического тока, принимая конкретное значение в вольтах в каждый момент времени.

Благодаря схожей природе, легко перевести звуковой сигнал в электрический и обратно, тем самым передавая звук на расстоянии по проводам. Именно так работали первые переговорные устройства, в том числе телефоны. Так работали записывающие и воспроизводящие устройства – проволочные и ленточные магнитофоны.

Аналоговый сигнал естественен и воспринимается нами нормально в чистом виде. Зачем же изобретать что-то иное?

Первые электронные устройства создавались по человеческим стандартам, по принципу “что хорошо для нас, то должно быть хорошо им”. Но по мере развития электроники становилось понятно, что законы восприятия для разных форм существования различаются, а значит и предпочтения тоже. Аналоговый сигнал весьма хрупок, подвержен искажению, затуханию и прочим изменениям, которые даже в незначительном виде складываются, накапливаются и в какой-то момент критично портятся. Магнитные ленты постепенно размагничиваются, пластинки изнашиваются, теряя информацию. Трудно передавать и сохранять данные без изменений с точностью до сотых и тысячных Вольт и Тесл. Электронный мозг хочет конкретики: тут “да”, а здесь – “нет”.

Именно такой “конкретный”, точный и стабильный сигнал пришел на смену аналоговому. “Да” – это наличие напряжения, “нет” – отсутствие. Условились: “да” – это цифра ”один”, “нет” – цифра “ноль”. Сигнал так и назвали – цифровой, а заодно и всю технику, которая работает на этом принципе. Поток нулей и единиц для электронных устройств звучит понятнее и однозначнее, потому что они ими “думают”. Для нас же цифровой сигнал просто какой-то шум в ушах. Вот так мы и заговорили на разных языках.

Аналоговый сигнал — определение и особенности

Аналоговый сигнал (analogue signal) – непрерывный во времени поток данных (информации), имеющий изменяющиеся и принимающие любое возможное значение характеристики (напряжение, силы тока, мощности, давления звуковой волны и т.д.). Несмотря на большое количество недостатков и постепенное вытеснение цифровым аналогом, в таких областях, как телефония, звукозапись, телевидение, такой вид передачи информации сохраняет свою актуальность, благодаря относительной своей дешевизне и простоте генерирующего его оборудования.

Аналоговый сигнал преимущества

Графическое изображение непрерывного потока данных

История появления термина

Появление термина, обозначающего такой способ передачи данных, тесно связано с такими сферами, как вычислительная техника, телефония и звукозаписывающая индустрия, электрические измерения.

В 40-х годах создаются первые вычислительные системы, предназначенные для сбора и обработки цифровой информации. В начале 80-х годов с появлением новых моделей компьютеров на базе процессоров Intel возможности вычислительной техники расширились. Именно в этот период появляется данный термин.

Звукозапись и телефония

Понятие непрерывного способа передачи данных изначально связано с телефонией. Непрерывные колебания поступают на динамик устройства, становятся электрическим аналогом, затем преобразуются в сигнал, подобный голосу.

Непрерывный поток воспроизводится приемным устройством пропорционально таким электрическим параметрам, как напряжение, сила тока. Именно с началом измерения указанных выше электрических величин связывают появление этого термина.

Так как аналоговый сигнал – это непрерывный поток данных, то энергия его бесконечна. Однако в качестве значения данной характеристики обычно используют усредненную для определенного промежутка времени величину, так, к примеру, переменный электрический ток в телефонной сети, отвечающий за передачу голоса, имеет среднее напряжение 60 В.

Взаимное преобразование различных по природе потоков

Непрерывный поток данных преобразуется в дискретный (прерывистый). Достаточно воспользоваться импульсным блоком питания, который сформирует входное напряжение в виде дискретных ультразвуковых пачек. Преобразование проводится программой либо технически через микросхемы.

Отличия дискретного и цифрового сигналов

Аналоговый сигнал преимущества

Основная разница дискретного и цифрового потоков – ярко выраженная амплитуда у последнего

Один из способов передачи данных, описываемых в данной статье, – дискретный, имеющий сходные характеристики с аналоговым, но отличающийся от него тем, что он является прерывистым.

По сравнению с дискретным и аналоговым, цифровой сигнал, наоборот, характеризуется конкретными параметрами:

Благодаря этим особенностям, цифровая передача и хранение информации в последнее время находят очень широкое применение в различных отраслях техники, электроники, связи.

Важно! Самое основное, чем отличается аналоговая информация от дискретной, – это прерывистость передачи последней при помощи соответствующего потока данных. Однако, несмотря на данное различие, дискретная информация не является цифровой, так как ее характеристики в процессе существования могут обладать как ограниченным, так и неограниченным диапазоном значений.

В зависимости от изменения характеристик во времени, все потоки подразделяются на следующие виды:

Также, в зависимости от среды передачи и способа формирования, они бывают электрические, звуковые, оптические.

Для чего обрабатывается сигнал

Чтобы получить данные, содержащиеся в описанных выше потоках, их обрабатывают через процессы усиления, фильтрации, модуляции и демодуляции. Лишь после этого они будут представлены в понятном для пользователя виде и использованы по назначению.

Создание и формирование

Для создания непрерывного потока используют такое специальное оборудование, как генераторы. Собирают их, используя различные транзисторы (полевые и биполярные), трансформаторы.

Аналоговый сигнал преимущества

Важной характеристикой любой системы динамических измерений считается ее динамический диапазон. Четкого определения данного параметра для сигнала пока не существует, поэтому принято считать, что это соотношение наибольшего и наименьшего его значений, измеренных системой в определенный промежуток времени.

Для каждого потока важно, чтобы его динамический диапазон максимально соответствовал аналогичной характеристике системы либо устройства, предназначенного для преобразования, передачи и хранения его величин. От правильного подбора зависит, насколько точно будет передана и преобразована информация любого потока.

Такой вид потока данных непрерывен во времени, его определение возможно в любой временной промежуток.

Такой поток представлен последовательностью конкретных цифровых значений, как правило, двух, которые принимают за логические «0» и «1» или «true» и «false».

Применение цифрового сигнала

Цифровой поток наиболее применим в современной электронике, при двоичной системе шифрования и кодирования данных.

В отличие от непрерывного, дискретный способ передачи данных имеет следующие особенности:

Сравнение цифрового и аналогового сигналов

Широко применяемые в современном мире аналоговый и цифровой сигналы имеют свои преимущества и недостатки.

К основным плюсам непрерывного потока информации относятся:

Недостатки такого вида передачи данных:

Прерывистый способ передачи данных имеет следующие преимущества:

У прерывистого способа передачи и хранения информации имеется один серьезный недостаток – при серьезном уровне помех может произойти обрыв, первоначальный вид потока данных не сохранится. Для восстановления его параметров на момент обрыва приходится предусматривать дополнительные функции.

Аналоговый и цифровой сигналы и цифро-аналоговое преобразование

Современные системы, устройства позволяют проводить процессы взаимных преобразований. Так, при аналого-цифровом преобразовании (АЦП) проходит квантование аналогового потока данных в цифровой, после чего информация готова для передачи через цифровые каналы.

При процессе ЦАП цифровые коды на входе, наоборот, преобразуются в эквивалентный выходной аналоговый поток (ток, напряжение). Преобразователи широко используются для формирования сигналов в системах управления, аудио,-и видеоаппаратуре.

Таким образом, сигнал аналоговый – это хоть и уже утрачивающий свою актуальность, но достаточно широко применимый способ передачи данных. Хотя аналоговый сигнал и называют пережитком прошлого, его роль в современной телекоммуникационной технике, радиопередаче и телевещании еще до сих пор очень существенна.

FAQ

Существует много протоколов обмена цифровыми данными, например UART, SPI, I2C и так далее, зачем их несколько, если у них общая цель?
Протоколы создавались в разное время разными фирмами. Каждый имеет своих последователей и наработки. Какие-то более древние, работают с медленным “железом” и не требовательны к электронным компонентам, другие очень быстры, но не всякий контроллер за ними угонится. Все они имеют свои плюсы и минусы, о чем у нас на сайте можно почитать более подробно в соответствующих статьях.

С какой скоростью способен работать доступный для Ардуино ЦАП?
Упомянутый MCP4725 выдает “треугольник”, то есть нарастающий на единицу сигнал с 0 до 4096 и обратно с частотой до 100 Гц, что довольно быстро, но все равно следует это учитывать в своих проектах.

Как переводятся цифровые сигналы из одной систему в другую, например TTL в RS232 или RS485?
Существуют специальные микросхемы для конвертации сигнала, например MAX3232 или MAX485, MAX487 и так далее. Их очень много и между ними есть эксплуатационные отличия, следует ознакомиться с требованиями и характеристиками перед их использованием.

Как звуковой сигнал передается по радио?
Старые передатчики и приемники работали на амплитудной модуляции AM. Кстати, некоторые работают до сих пор. Амплитудная модуляция – суть аналоговый сигнал. Современные радиостанции используют частотную модуляцию FM, что можно назвать цифровым сигналом, тем более, что в нем же кодируются дополнительные данные, вроде названия передачи, трека, текущего времени и так далее.

Принцип работы цифрового сигнала

Цифровой сигнал представляет собой последовательность двоичных единиц и нулей, которая передается по цифровой линии связи. Он основан на системе численного кодирования, где каждый знак или символ заменяется на соответствующий двоичный код.

Принцип работы цифрового сигнала заключается в том, что он преобразовывает аналоговый сигнал, который представляет непрерывную величину, такую как звуковые волны или электрические импульсы, в дискретные значения. Это происходит благодаря аналогово-цифровому преобразованию (АЦП), где сигнал разбивается на моменты времени и каждый из них оцифровывается.

Преимуществом работы с цифровым сигналом является возможность передачи его на большие расстояния практически без потерь качества, а также возможность обработки сигнала с помощью компьютеров. Однако, при этом возникает проблема дискретизации, когда непрерывный сигнал приобретает дискретный вид и может быть потеряна некоторая информация.

Принцип работы аналогового сигнала

Аналоговый сигнал — это непрерывный сигнал, изменяющийся по аналогии с изменением физических величин, таких как напряжение, температура, звук и т.д. Принцип работы аналогового сигнала основан на аналогии между изменением входного сигнала и изменением выходного сигнала.

Аналоговый сигнал может быть передан по различным каналам связи, таким как радио, телефонные линии, коаксиальный кабель и т.д. Но при передаче по таким каналам возникают различные шумы и помехи, которые могут исказить сигнал. Поэтому для улучшения качества передачи аналогового сигнала используются различные методы компенсации шума и помех.

Принцип работы аналогового сигнала также определяет его ограниченность в частотном диапазоне. Аналоговый сигнал может передаваться только в определенном диапазоне частот, что ограничивает его возможности. Кроме того, аналоговый сигнал чувствителен к внешним воздействиям, таким как температура, влажность, вибрации и т.д.

При сравнении аналогового и цифрового сигналов можно отметить, что цифровой сигнал имеет большую точность, не чувствителен к шуму и помехам, не ограничен в частотном диапазоне и имеет большую степень надежности. Однако аналоговые сигналы до сих пор широко используются в различных областях и являются неотъемлемой частью повседневной жизни.

Особенности цифрового и аналогового сигнала

Аналоговый сигнал отображает непрерывный график, где значения могут быть любыми и изменяться плавно. Он представлен амплитудой, частотой и фазой и используется в аналоговых устройствах. Например, аналоговый сигнал может быть представлен музыкой или волнами на океане. Аналоговый сигнал не имеет ограничений на значения и может вызывать ошибки при передаче данных.

Цифровой сигнал является бинарным кодом из 0 и 1 и используется в цифровых устройствах. Он точен и не подвержен искажениям при передаче данных. Цифровой сигнал имеет ограничения на количество значений, которые он может отобразить, но в то же время может быть обработан компьютером и использоваться для расчетов. В отличие от аналогового, цифровой сигнал не может передаваться по длинном связующем и требует дополнительного оборудования для передачи данных.

Различия и возможности аналогового и цифрового сигнала

Аналоговый сигнал является непрерывным изменяющимся величиной, который может быть представлен в виде синусоидальной волны. Он используется во многих устройствах, таких как микрофоны, динамики и камеры наблюдения. Аналоговый сигнал имеет бесконечное количество значений и может быть подвержен шумам и искажениям во время передачи данных.

Возможности аналогового сигнала включают высокую точность передачи информации и возможность передавать данные в реальном времени без задержек. Однако, из-за того что аналоговый сигнал имеет бесконечное количество значений, его обработка может быть трудной и требовать больших затрат на вычисления.

Цифровой сигнал представляет собой последовательность нулей и единиц, которая кодирует информацию. Он используется в компьютерах, телефонах, телевизорах и многих других устройствах. Он менее подвержен шумам и искажениям, а также может быть обработан программно для получения более точных результатов.

Возможности цифрового сигнала включают быстрое и удобное хранение, обработку и передачу данных. Он может быть сжатым и декодированным с высокой точностью, что делает его особенно полезным в медицинской диагностике, телекоммуникациях и других областях.

В целом, оба типа сигналов имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретной ситуации использования. Важно выбрать правильный тип сигнала для обеспечения наилучшего результата в каждом случае.

Преимущества и недостатки цифрового сигнала

Неоспоримыми преимуществами цифрового сигнала и звука, в частности, являются:

Основным недостатком цифрового сигнала является то, что он всего лишь промежуточный этап формирования итогового звукового сигнала и для его преобразования необходимы специальные устройства ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Таким образом, аналоговый и цифровой звук являются неотъемлемыми и связанными величинами, которые улучают и упрощают человеческую жизнь и, в частности, тех людей, которые связаны с музыкой. По крайней мере, это будет до тех пор, пока человечество не научится передавать импульс непосредственно в человеческий мозг.

Чем же так привлекателен для электроники цифровой язык? В первую очередь своей простотой и, как следствие, надежностью. Отличить “выключено” от “включено”, “есть напряжение” от “нет напряжения”, ноль от единицы, куда проще, чем одну сотую Вольта от двух сотых. Легче отличить, проще запомнить и обработать, а также создать и передать.

Дублирование цифровых данных, например копирование файлов, осуществляется со стопроцентной точностью. Копия полностью равна оригиналу. Перезапись же аналогового сигнала неизбежно ведет к потере данных, какой бы качественной ни была аппаратура, и с каждой новой копией ошибок все больше. Кто застал перезапись музыки с кассеты на кассету прекрасно знают об этом на собственном опыте. Это все равно что многократно последовательно фотографировать фотографию.

Контроллеры и процессоры всегда работают с нулями и единицами, так устроен их “мозг”, по большей части состоящий из транзисторов-триггеров, каждый из которых способен принимать лишь одно из двух состояний – ноль или единицу. Разумеется, данные для них тоже состоят из нулей и единиц, в таком виде они хранятся, обрабатываются и передаются.

Цифровой сигнал легче зашифровать и защитить. Исказить аналоговый сигнал до неузнаваемости, а потом вернуть в изначальное состояние практически невозможно.

Цифровые данные имеют четкий и предсказуемый размер, при этом мало зависят от качества носителя. Сами носители практически полностью избавились от механических подвижных деталей, которые изнашиваются и ломаются, а значит стали гораздо надежнее, компактнее, экономичнее и дешевле.

Есть ли у аналогового сигнала преимущества при таком тотальном разгроме?

Аналоговый сигнал проще и чаще всего не требует сложных устройств для передачи, записи и воспроизведения. Например, простое аналоговое переговорное устройство состоит из нескольких радиодеталей и мотка проволоки, телефон не сильно сложнее. Магнитофон ремонтируется в домашних условиях, а прослушать запись на пластинке можно хоть при помощи ногтя.

Больше шансов восстановить поврежденную аналоговую запись, хотя бы на том фрагменте носителя, который остался. Частичное повреждение цифрового файла, обычно приводит к его полной потере.

Электроника, механика, профиль и направляющие.
Все, что вам нужно из ЧПУ комплектующих — можно купить в нашем онлайн магазине https://3d-diy.ru/catalog/cnc-components/ с оплатой онлайн и доставкой от 1 дня.

Теоретически аналоговый сигнал способен передать больше информации за единицу времени, так как может принимать не два, а очень большое количество значений в каждый момент. Вероятно, именно поэтому настоящие ценители музыки предпочитают слушать записи исключительно с аналоговых носителей.

Некоторые датчики и приборы получают информацию об изучаемом объекте или явлении в аналоговом виде. Например, термопара, датчик влажности или давления. Перевести их в язык цифры уже вторая задача.

Итого: использование аналогового сигнала в современной технике возможно в случае, если этот сигнал нельзя сделать цифровым, например в воспроизведении звука или датчиках аналогового процесса. В остальном же аналог может использоваться только в целях упрощения и удешевления оборудования там, где это требуется и экономически оправдано.

Достоинства и недостатки аналогового звукового сигнала

Если говорить о преимуществах аналогового сигнала как аудио таки видео, то одно из них связано с тем что именно в таком образе и виде человек воспринимает его своим органом слуха. И хотя впоследствии слух человека преобразует сигнал всё равно в набор импульсов, передаваемых в мозг, но тем не мнение современная техника ещё не научилась миновать уши как основной орган слуха и передавать сигнал непосредственно в мозг. Хотя нельзя и не отметить что данные исследования ведутся уже последние 70 лет и если они обвенчаются успехом то с таким понятием, как человеческая глухота будет покончено, а пока звуковые колебания каждый слышащий человек и воспринимающий их в полном объёме получает в виде аналогового сигнала. То есть, аналоговой звуковой сигнал имеет высокие показатели частотной глубины, а также неплохую сбалансированность между высокими и низкими частотами.

Основная проблема и недостаток с использованием чистого аналогового сигнала заключается в его хранении, а также способах тиражирования и передачи. Запись на любой из аналоговых хранителей аудио информации подвержен размагничиванию и механическим повреждением, поэтому спустя время записанная на них информация, значительно снижает качество в случае её воспроизведения. Виниловые диски сильно подвержены царапинам, да и тиражирование их довольно проблематичный и трудоемкий процесс. Выполнить копию аудио сигнала, записанного в аналоговом формате обозначает почти то же что и создать её заново.

Туда и обратно

Разумеется, необходимость преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно возникла сразу как только техника до него эволюционировала. Перенос изначально аналоговой информации, такой как звук и изображение, в понятный компьютерам вид далеко не вся задача преобразования. Передача данных по проводам или по радиоканалу, по природе своей, тоже постоянное конвертирование сигнала из одного вида в другой.

Вот так на осциллографе выглядит цифровой сигнал обмена данными по RS-485. Не очень похоже на ровный ряд прямоугольников из нулей и единиц, не так ли?

Аналоговый сигнал преимущества

Гуляя по проводам, любой, даже самый образцовый ноль или единица приобретают некоторую свободу и отклоняются от идеальных значений. Главное ограничить их разгул допустимыми к распознаванию рамками, для чего существуют некоторые радиодетали, схемы и решения на их основе. Например, триггер Шмитта, о котором вспомним чуть ниже.

Для начала следует определиться, что считать нулем, а что единицей. Границы напряжений, которые приняты за то или другое, отличаются от системы к системе и могут различаться в разы. Самый частый пример – UART в пятивольтовой Ардуино, например UNO, Nano, Mega и прочих, который ближе всего соответствует так называемой логики TTL (транзисторно-транзисторная логика).

Аналоговый сигнал преимущества

Принимая сигнал, все что выше 3 В контроллер считает единицей, все что ниже 1,5 В – нулем. Как характеризовать промежуточное положение, зависит от контекста, то есть, от того, что было раньше, если сигнал вырос с 0,5 В до 2 В – единица, если упал до тех же 2 В с 4 В – ноль.

Обратите внимание, что на исходящий сигнал у протокола требования более жесткие, это для того, чтобы максимально уменьшить ошибку, увеличивая диапазон на аналоговые отклонения в цепи.

Arduino и робототехника
Модули, дисплеи, датчики и т. д. можно приобрести в нашем магазине 3DIY https://3d-diy.ru/catalog/arduino-and-robotics/ с доставкой по всей России.

Упомянутый выше триггер Шмитта занимается именно этим, разделяя сплошной аналоговый сигнал на четкие нули и единицы. Применяется в качестве вспомогательного средства для фильтрации особо зашумленной сети.

У контроллеров с логикой 3.3 В, разумеется, уровни пропорционально ниже. А для передачи данных на большие расстояния уровни напряжения напротив повышают, как, к примеру, в RS-232 или RS-485 от 12 В и более. Чем шире диапазон, тем меньше влияние помех.

Вторая задача – преобразование аналоговых данных в цифровые. Для этого существуют так называемые АЦП – аналогово-цифровые преобразователи, по-английски – ADC. АЦП в основном отличаются скоростью работы и разрядностью, то есть количеством шагов между минимальным и максимальным значением напряжения.

Свои десятиразрядные АЦП есть в Ардуино, на пинах начинающиеся с буквы А. Они способны довольно точно распознавать напряжение от 0 до 5 В, что соответствует значению от 0 до 1024 в цифровом виде. Аналоговые датчики, переменные резисторы, датчики силы тока, фоторезисторы и тому подобные элементы способны работать с Ардуино напрямую, благодаря встроенному в контроллер АЦП.

Скоростные внешние АЦП способны оцифровывать звук и фиксировать более быстрые изменения аналоговой волны. Например, чип MCP3008 делает до 200 тысяч измерений в секунду на восьми каналах и передает готовый оцифрованный результат на контроллер по шине SPI.

Аналоговый сигнал преимущества

За обратное преобразование отвечает устройство ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, по английски – DAC. К сожалению, в классической Ардуино его уже нет, возможна только частичная имитация методами ШИМ, о чем мы рассказывали в другой статье. Зато существует много внешних ЦАП, подключать и работать с которыми не намного сложнее. Например MCP4725, двенадцатибитный скоростной ЦАП с интерфейсом I2C. Для удобства DIY мастеров продается в виде готового к работе модуля.

Аналоговый сигнал преимущества

Назначение ЦАП – выдавать напряжение заданного уровня или построенный на его изменении аналоговый сигнал. Например любой звук воспроизводится с цифровых носителей только благодаря ЦАП. Используется широко, от регулировки подсветки без ШИМ до управления аналоговыми моторами и прочими силовыми устройствами.

Вывод

Нельзя сказать наверняка, какой сигнал однозначно лучше – аналоговый или цифровой. Все зависит от требований, условий и имеющегося оборудования. Разумеется, в современных компьютерных системах цифра правит бал давно, заслуженно и полностью, но списывать аналоговый сигнал в утиль полностью еще рано, да и вряд ли такое время настанет, во всяком случае пока у нас на голове настоящие глаза и уши. Кроме того, в природе почти все процессы аналоговые, в цифру и обратно они переносятся лишь для удобства работы с компьютером.

Знать и понимать тот и другой вид сигналов для обмена данными, их хранения и обработки, а также для коммуникации с внешним миром, в том числе и человеком, должен уметь каждый уважающий себя DIY-мастер.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий