الان دیگه همه چی دیجیتالی شده ، اما مفهوم دیجیتال چیه ؟

منظور از سیگنال Digital چیه ؟

سیگنال دیجیتال چیست ؟

قبلا در مورد سیگنال آنالوگ صحبت کردم و دیدین که سیگنال آنالوگ یه سیگنال پیوسته در زمانه که می تونه هر مقدار عددی داشته باشه .

حالا سیگنال دیجیتال یه سیگنال گسسته در زمان هستش یعنی مقادیر ولتاژ یا جریان در سیگنال دیجیتال به صورت عدد های فاصله دار تعیین میشه ( فاصله زمانی منظورمه ) .

مثلا میگیم در یه لحظه سیگنال ۳ ولته و در یه لحظه دیگه ۵ ولته و در یه لحظه دیگه مثلا ۲ ولته .

بین این اعداد ، عدد دیگه ای نیست ، در صورتی که در سیگنال آنالوگ ، مفهوم فاصله زمانی نداریم و سیگنال همیشه یه مقداری داره ( شاید اون مقدار ۲٫۳۴۵ ولت باشه ) .

در شکل زیر مفهوم گسسته در زمان رو متوجه میشید .

برای اینکه درک بهتری از سیگنال دیجیتال داشته باشید ، یه مثال می زنم .

فرض کنید ما یه جعبه خالی داریم .

هر از گاهی چندتا سیب میندازیم داخلش .

مثلا الان ۲ تا میندازیم ، بعد ۳ ساعت ۴ تا میندازیم ، بعد ۱ ساعت ۳ تا میندازیم و بعد ۵ ساعت هم ۹ تا میندازیم .

پس ما به طور گسسته در زمان ( نه پیوسته در زمان ) تعدادی سیب داخل جعبه انداختیم .

اطلاعات عددی در مورد سیب ها اینجوری میشه : ۹ ۳ ۴ ۲

توی الکترونیک ، سیگنال دیجیتال می تونه ۳ ولت باشه ، ۳ ثانیه ۳ ولت بمونه و بعدش ۵ ولت بشه و باز ۲ ثانیه بمونه و بعدش ۰ ولت بشه و همینجوری تا آخر .

سیگنال دیجیتال می تونه از نمونه گیری سیگنال آنالوگ بوجود میاد .

بحث نمونه گیری رو در یه پست دیگه میگم .

سیگنال منطقی یا باینری

سیگنال منطقی یا Logic Signal ، زیر مجموعه ای از سیگنال دیجیتال هستش .

در سیگنال منطقی یا باینری ، سیگنال یا ۰ هست یا ۱ .

این صفر و یک در دنیای کامپیوتر که میگن ، در واقع همین سیگنال باینری یا منطقیه .

سیگنال منطقی رو با ولتاژ نشون میدن مثلا ۰ ولت رو میگن ۰ منطقی و ۵ ولت رو میگن یک منطقی .

پس یه سیگنال باینری یا ۰ ولته یا ۵ ولته .

کلاک پالس که قبلا هم در موردش صحبت کردم نوعی از سیگنال Digital یا همین سیگنال منطقیه که باعث میشه مدارات الکترونیکی با همدیگه هماهنگ بشن .

مثلا وقتی می خوان به کامپیوتر صفر و یک ارسال کنن ، یه سیگنال مثل شکل زیر ارسال میکنن .

فرض کنید می خوایم مقدار ۰۱۱۰۰۱۰۱ رو به یه حافظه کامپیوتری بفرستیم .

باید سیگنالی شبیه به عکس زیر بفرستیم .

پس تا اینجا فهمیدین که صفر و یک در علم کامپیوتر چجوری درست میشه .

سیگنال دیجیتال واقعی و ایده آل

توی علم الکترونیک هیچ چیزی به صورت ایده آل وجود نداره .

یعنی شما نمی تونید یه قطعه رو پیدا کنید که مثل تئوری دقیق کار کنه چون عوامل زیادی مثل نویز ، دما ، رطوبت و … روی عملکرد سیگنال ها یا قطعات تاثیر میذارن .

این چیزی که به عنوان سیگنال دیجیتال نشون میدن که یه سیگنال مربعی صاف و صوفه ، تو دنیای واقعی دقیقا اینجوری نیست و یه مقدار کج و معوج میشه .

در واقع تغییر حالت سیگنال دیجیتال از ۰ به ۱ یه مقدار خیلی کوتاهی زمان می بره و نهایتا شکل موج به این حالت میشه :

سطح ولتاژ یا سطح منطقی در سیگنال دیجیتال

مدارات دیجیتال با سیگنال Digital کار می کنن .

مدارات دیجیتال فقط صفر و یک رو می فهمن ، به همین دلیل سیگنالی که بهشون ارسال میشه باید فقط صفر و یک باشه .

اگه چیزی غیر از صفر و یک باشه ، مدار ارور میده .

واسه همین ، یه قراردادی توی مدارات مختلف دیجیتال تنظیم کردن .

مثلا میگن از فلان مقدار تا فلان مقدار یک منطقی و از فلان تا فلان مقدار هم صفر منطقی .

در مورد سیگنال دیجیتال ، معمولا ۰ تا ۲ ولت رو صفر منطقی و ۳ تا ۵ ولت رو یک منطقی میگن .

بین ۲ تا ۳ ولت هم خطا رخ میده .

البته بعضی از مدارات Digital ، می تونن این خطا ها رو اصلاح کنن و به صفر و یک منطقی تبدیل شون کنن که بحث الان ما نیست .

دو تا از معروف ترین تکنولوژی های مورد استفاده در الکترونیک دیجیتال ، تکنولوژی TTL و CMOS هستن .

کاری به عملکردشون ندارم فقط می خوام بگم که هر کدوم از این تکنولوژی ها با سیگنال دیجیتال استاندارد خودشون کار می کنن .

مثلا در TTL اینجوریه که از ۰ تا ۰٫۸ ولت رو صفر منطقی حساب می کنن و از ۲ ولت تا منبع تغذیه رو یک منطقی در نظر میگیرن ( منبع تغذیه در TTL معمولا ۵ ولت هست ) و در CMOS از ۰ تا ۱٫۵ ولت صفر منطقی و از ۳٫۵ تا ۵ ولت هم یک منطقی .

سیگنال دیجیتال و نویز

تاثیر نویز روی سیگنال ها خودش یه کتاب ۱۰۰۰ صفحه ایه و واقعا مبحث پیچیده ای هم هست .

اینجا فقط خیلی کوتاه می خوام بگم که نویز چجوری می تونه روی سیگنال Digital تاثیر بذاره و رفتار شکل موج دیجیتال در برابر نویز چیه .

توی دنیای دیجیتال ، همونطور که گفتم ، میگن آقا بالاتر از فلان عدد ، یک منطقی و پایین تر از فلان عدد صفر منطقیه .

فرض میکنیم یه سیگنال دیجیتال داریم که ۰ تا ۵ ولته .

حتی اگه نویز هم روی این سیگنال دیجیتال تاثیر بذاره ، چون بالاتر یا پایین تر از یه حد استانداردیه ، بازم سیگنال دیجیتال به حساب میاد و می تونه کار خوشو بکنه .

به همین دلیل در بسیاری از مواقع نویز ضعیف نمی تونه روی سیگنال دیجیتال تاثیر بذاره .

در بعضی مواقع نویز قوی می تونه سیگنال رو انقدر تضعیف کنه که ارور یا خطا رخ بده .

یعنی سیگنال Digital رو به پایین اون حد استاندارد می رسونه.

منبع:علم فردا