∧∨∧∨∧∨
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


Реклама
]]>
]]>

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
31
         
]]>
]]>

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



Результаты
Ответов 495

Другие опросы

ТОП 10
Файлы:

  1. Карманный справочник по электронике
  2. Цифровая схемотехника
  3. sPlan или RusPlan v.6.0.0.1
  4. Азбука разработчика цифровых устройств
  5. Справочник по полупроводниковым приборам
  6. UNILOGIC - Логический анализатор для PC
  7. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности
  8. Основы теории цепей
  9. sPlan или RusPlan v.4.0
  10. Программирование однокристальных микропроцессоров


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 2007-2018
Powered by © PHP-Nuke