∧∨∧∨∧∨
Навигация
Главная
Сервисы
 Карта сайта
Наши друзья
Новости
Обратная связь
Ресурсы
 Книги
 Справочники
 Статьи
Файловый архив
 Журналы
 Книги
 Справочники
 Просто софт
 Софт по электронике



 
electronic.com.ua

Google
electronic.com.ua


СКБ КриптоНет


Книги

Уважаемый читатель!
Публикация данного документа не преследует за собой никакой коммерческой выгоды. Но такие документы способствуют профессиональному и духовному росту читателей и являются рекламой бумажных изданий таких документов. Все авторские права сохраняются за правообладателем.
За содержание книги ответственность несут ее авторы.

1.2. Соотношение между аналоговым и цифровым

В аналоговых (analog) устройствах и системах происходит преобразование таких меняющихся во времени сигналов, которые могут принимать любые значения из непрерывного интервала величин; эти величины могут быть напряжением или током или иметь другую размерность. То же самое происходит в цифровых (digital) схемах и системах; отличие состоит только в том, что мы можем притворяться, будто это не так. Цифровой сигнал — это модель, согласно которой в любой момент времени сигнал может принимать только одно из двух дискретных значений, которые мы называем «нулем» (0) и «единицей» (I) (или «низким» и «высоким» уровнями, «ложью» и «истиной», отрицанием и утверждением, Сэмом и Фредом или как-то еще).

Цифровые компьютеры появились в 40-х годах и начали широко применяться на практике в 60-х. Но только в последние 10 или 20 лет «цифровая революция» распространилась на многие другие стороны жизни. Можно привести следующие примеры систем, которые раньше были исключительно аналоговыми и теперь «переходят» в разряд цифровых:

 

    Фотография. До сих пор в большинстве фотоаппаратов для регистрации изображения используются галоидные соединения серебра. Однако увеличение объема цифровой памяти в одном кристалле привело к появлению цифровых камер, в которых изображение фиксируется в виде массива точек (пикселов) - размером 640x480 или больше, где в каждом пикселе запоминается интенсивность красной, зеленой и синей цветовых составляющих, причем на каждую из них отводится по 8 битов. Этот большой массив данных можно преобразовать и сжать; в частности, в формате, называемом JPEG, размер запоминаемого массива данных может составлять только 5% от исходного объема в зависимости от количества деталей в изображении. Таким образом, принцип действия цифровых камер основан на применении цифровой памяти и на цифровой обработке данных.

       Видеозапись. На универсальном цифровом диске (digital versatile disc, DVD) видеоизображение запоминается в цифровом формате с большой степенью сжатия, называемом MPEG-2. Согласно этому стандарту осуществляется кодирование малой доли кадров видеоизображения в формате подобном JPEG, а информация об остальных кадрах представляется в виде данных о различии между текущим кадром и предыдущим. Емкость одностороннего DVD-диска с записью в одном слое составляет 35 миллиардов битов, и этого достаточно для записи примерно двухчасового фильма с хорошим качеством, а емкость двухслойного двустороннего диска в четыре раза больше.

       Запись звука. Если раньше все сводилось к запоминанию аналоговых колебаний в виде отпечатка на виниловой пластинке или на магнитной ленте, то в настоящее время для записи звука применяют цифровые компакт-диски (compact disks, CDs). Музыка запоминается на компакт-диске в виде последовательности 16-разрядных двоичных чисел, соответствующих выборкам, которые берутся из исходного аналогового колебания с интервалом 22.7 микросекунды в каждом из стереоканалов. Запись на целиком заполненном компакт-диске (73 минуты) содержит свыше 6 миллиардов битов информации.

       Автомобильные карбюраторы. Если раньше управление в автомобильном двигателе осуществлялось исключительно за счет механических связей (включая хитроумные «аналоговые» механические устройства, чувствительные к температуре, давлению и т.д.), то теперь работу двигателей контролируют встроенные микропроцессоры. Различные электронные и электромеханические датчики преобразуют информацию, характеризующую состояние двигателя, в числа, обрабатывая которые микропроцессор может управлять подачей в двигатель топлива и кислорода. На выходе микропроцессора появляется меняющаяся во времени последовательность чисел, которая воздействует на электромеханические приводы, которые в свою очередь, осуществляют управление двигателем.

       Телефон. В момент своего появления сто лет назад телефон состоял из аналоговых микрофона и воспроизводящего устройства, соединенных парой медных проводов (или это была веревка?). Даже сегодня у вас дома вероятнее всего стоит аналоговый телефонный аппарат, с которого на центральную телефонную станцию (ЦС) передаются аналоговые сигналы. Однако на большинстве ЦС эти аналоговые сигналы преобразуются в цифровой вид, прежде чем они отправляются по назначению, независимо от того, является адресат абонентом той же самой ЦС или находится где-то еще. В частных телефонных сетях (private branch exchanges, PBXs), используемых в бизнесе, сигнал уже много лет сохраняет цифровой вид на всем пути до места приема. Сегодня многие коммерческие структуры, ЦС и поставщики традиционных телефонных услуг преобразуются в системы интегрированной связи, в которых оцифрованный звук и поток данных объединяются для передачи по одной IP-сети (IP - Internet Protocol).

       Светофор. Для переключения светофора обычно применяются электромеханические таймеры, с помощью которых зеленый свет включается в каждом из направлений на заранее установленное время. Позднее стали использовать контроллеры, позволяющие удерживать светофор в нужном состоянии в течение времени, которое зависит от интенсивности транспортного потока, определяемой с помощью датчиков, вмонтированных в дорожное покрытие. В современных контроллерах применяют микропроцессоры, и это дает возможность так управлять сигналами светофора, чтобы максимизировать пропускную способность данного перекрестка или, как это сделано в некоторых городах в Калифорнии, для того чтобы самым изобретательным образом приводить водителей в замешательство.

       Кинематографические трюки. Раньше специальные эффекты реализовывались, как правило, с помощью миниатюрных глиняных моделей, путем фотографирования - кадр за кадром - последовательных фаз их движения, а также с помощью трюковых фотографий и многократного наложения изображения на пленке. Сегодня космические корабли, страшилища, сцены из других миров и даже дети преисподней (в художественном мультипликационном фильме «Игрушечная история» студии Pixar) синтезируются исключительно с помощью цифровых компьютеров. Может быть, в один прекрасный день вообще отпадет нужда в каскадерах?

 

Революция в электронике длится уже довольно долго, и переход к «твердотельной» электронике начался с аналоговых элементов и устройств на их основе типа транзисторных приемников. Так почему же теперь происходит цифровая революция? На самом деле имеется много причин, подталкивающих нас к тому, чтобы отдать предпочтение цифровым схемам по сравнению с аналоговыми:

 

    Воспроизводимость результатов. При одном и том же наборе входных сигналов (при том же их числе и при той же их зависимости от времени) надлежащим образом спроектированная цифровая схема дает точно те же результаты. Выходные сигналы аналоговой схемы зависят от температуры, напряжения питания и других факторов, а также изменяются при старении компонентов.

    Удобство проектирования. Проектирование цифровых устройств, часто называемое «логическим проектированием», представляет собой логическую задачу. Не требуется никаких специальных математических знаний, и поведение небольшой логической схемы можно представить себе мысленно без какого-либо специального учета того, как действуют конденсаторы, транзисторы и другие элементы, для моделирования которых понадобились бы вычисления. Гибкость и функциональность. Как только задача сведена к дискретному виду, ее можно решить, выполнив последовательность логических шагов в пространстве и во времени. Например, вы можете сконструировать устройство, которое будет преобразовывать ваш речевой сигнал (скремблировать) таким образом, что он будет абсолютно не поддающимся дешифрованию кем-либо, у кого нет вашего «ключа» или пароля, но тот, у кого они есть, сможет услышать вашу речь без искажений.

    Программируемость. Возможно, что вы уже хорошо знакомы с цифровыми компьютерами и с легкостью составляете, пишете и отлаживаете программы для них. Угадайте, к чему я? Большая часть работы по проектированию цифровых устройств выполняется сегодня путем написания программ, да-да, на так называемых языках описания схем (hardware description languages, HDLs). Эти языки позволяют задать как структуру цифровой схемы, так и выполняемую ею функцию, или смоделировать их. В типичном случае компилятор языка описания схем сопровождается программами моделирования и синтеза. Эти программные средства используются для тестирования поведения модели устройства до его реального воплощения, а затем для синтеза, то есть для преобразования модели в схему согласно технологии выбранных компонентов.

    Быстродействие. Сегодняшние цифровые устройства могут работать очень быстро. Отдельные транзисторы в самых быстрых интегральных микросхемах могут переключаться менее чем за 10 пикосекунд, а в законченном сложном устройстве, построенном на таких транзисторах, опрос его входов и формирование выходного сигнала происходят менее чем за 2 наносекунды. Это означает, что такое устройство способно производить 500 миллионов действий в секунду или больше.

КОРОТКИЕ ИНТЕРВАЛЫ ВРЕМЕНИ

Микросекунда (мкс, /is) равна 10"6 секунды. Наносекунда (не, ns) - это 10~9 секунды, а пикосекунда (пс, ps) - 10~12 секунды. За одну наносекунду свет проходит в вакууме примерно фут (30 см), а дюйм (2.5 см) проходит за 85 пикосекунд. Поскольку отдельные транзисторы в самых быстрых интегральных микросхемах переключаются сегодня менее чем за 10 пикосекунд, задержка сигнала, распространяющегося со скоростью света, при прохождении от одного транзистора к другому в кремниевом кристалле площадью 0.5 квадратного дюйма (1.5x1.5 см) становится ограничивающим фактором при расчете схем.

 

       Экономичность. Цифровые схемы позволяют реализовать уйму функциональных возможностей в малом объеме. При массовом производстве широко используемые схемы можно «интегрировать» в один «кристалл» очень малой стоимости; благодаря этому появились дешевые изделия, такие как калькуляторы, цифровые часы и звуковые поздравительные открытки. (Вы можете спросить: «Так ли уж это хорошо?» Важно не это!)

       Устойчиво развивающаяся технология. Проектируя цифровую систему, вы почти всегда осознаете, что через несколько лет появится более быстрая, более дешевая или еще в каком-нибудь смысле лучшая элементная база. Мудрые проектировщики могут предусмотреть в исходной конструкции системы ожидаемое продвижение вперед, предвосхищая устаревание системы и де
лая ее в глазах потребителя более ценной. Например, настольные компьютеры часто снабжают «разъемами расширения» для включения более быстрых процессоров и памяти большего объема нежели те, какие были в наличии на момент выпуска этих компьютеров.

 

Вот так, пожалуй, обстоит дело с цифровым проектированием. Из оставшейся части этой главы вы узнаете чуть больше о технической стороне дела, и это подготовит вас к тому, о чем дальше пойдет речь в этой книге.


Если Вы найдете какие либо опечатки, ошибки или подозрительные неточности то обязательно сообщите об этом администрацию сайта (Сделать это можно здесь)


[ Вернуться назад ]

Архив новостей
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
       
]]>
]]>

Наш опрос
Какой раздел сайта для Вас наиболее интересен?
Новости
Ресурсы
Файловый архив
WEB ссылки



Результаты
Ответов 522

Другие опросы

ТОП 10
Файлы:

  1. Карманный справочник по электронике
  2. Цифровая схемотехника
  3. Азбука разработчика цифровых устройств
  4. sPlan или RusPlan v.6.0.0.1
  5. Справочник по полупроводниковым приборам
  6. UNILOGIC - Логический анализатор для PC
  7. Основы теории цепей
  8. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности
  9. Программирование однокристальных микропроцессоров
  10. Основы языка VHDL


Ссылки:

  1. Журнал "Радио"
(www.radio.ru)
  2. Официальный сайт журнала «Радиохобби»
(radiohobby.ldc.net)
  3. Журнал РАДИОЛЮБИТЕЛЬ. Официальный сайт
(www.radioliga.com)
  4. Shema.ru - Анатомия электроники
(www.shema.ru)
  5. Caxapa.pу
(www.caxapa.ru)
  6. RemEXpert - Киевский форум радиолюбителей и электронщиков
(www.remexpert.kiev.ua)
  7. "Qrz.ru" - сервер радиолюбителей России
(www.qrz.ru)
  8. Журнал "РадиоМир"
(www.radio-mir.com)
  9. KAZUS.RU
(kazus.ru)
  10. Сайт ПАЯЛЬНИК (CXEM.NET). Схемы, программы и форум для радиолюбителей. Более 2200 схем.
(cxem.net)

]]> Сервер радиолюбителей России - схемы, документация, соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое! Электроника это просто Rambler's Top100 9 ]]>
Copyright © electronic.com.ua 2007-2020
Powered by © PHP-Nuke