Electrònica digital¶
Els senyals analògics són aquells que varien de manera continua en el temps, i que poden prendre infinits valors. Per exemple: l’agulla que marca els minuts en un rellotge d’esfera, un termòmetre de mercuri o l’indicador de combustible d’un cotxe. Tots ells es mouen de manera continua, passant per totes les posicions possibles.
En canvi, els senyals digitals poden prendre un conjunt finit de valors discrets. L’indicador dels minuts d’un rellotge digital sols pot prendre un entre un conjunt de 60 valors possibles (entre el 0 i el 59), i al contrari del que ocorre amb els rellotges d’esfera mai es pot trobar en una posició intermèdia entre dos valors. Seguint amb els exemples anteriors, un termòmetre digital pot indicar el valor 37,1ºC o 37,2ºC però no els valors que es troben entremig d’aquestos. Finalment un semàfor també pot emetre un conjunt finit de senyals, concretament tres: roig, taronja o verd.
En les imatges següents pots veure un manómetre analògic que senyala un dels infinits valors que hi ha entre 9,8 i 10,0. Potser 9,853454327283564?
El manómetre digital, en canvi, pot senyalar el valor 100,32 o 100,33 però no pot prendre cap valor entre aquestos dos.
Tant els senyals analògics com els digitals es poden transformar en senyals elèctrics i ser tractats per aparells electrònics. Una senyal analògica pot ser transformada en una diferència de voltatge que varie de forma continua, mentre que un senyal digital es pot transformar en un senyal que varie de manera discreta. Imagina un control analògic de velocitat d’un motor elèctric: el motor girarà més o menys ràpid en funció de la diferència de potencial, que pot prendre qualsevol valor. També pots imaginar un control digital amb un conjunt discrets de valors: Deu velocitats distintes entre 1 i 10, però cap altra velocitat entremig d’aquestes.
Ja hem vist que un senyal digital pot prendre valors d’entre un conjunt més o menys gran, però sempre limitat. Un tipus particular de senyals digital són els senyals binaris, en els quals el conjunt de valors possibles és de solament dos, que es simbolitzen amb les xifres 0 i 1. Els senyals digitals són especialment importants per als computadors, que no són més que circuits electrònics que poden presentar dos estats: quan el voltatge és proper a 0 volts i quan el voltatge és proper a un valor arbitrari, per exemple, 5 volts. El voltatge baix representarà el senyal binari “0” i el voltatge alt representarà el senyal binari «1».
Açò significa que els computadors solament podran treballar amb informació expressada de manera binària: qualsevol informació que un computador tinga que tractar, com un text, una imatge o una cançó haurà de ser transformat a un llenguatge d’uns i ceros. El procés de traducció de qualsevol informació a una codificació binaria s’anomena digitalització.
Digitalització de senyals¶
Un senyal analògic pot ser representat mitjançant una gràfica continua que varie amb el temps.
El procés de digitalització es fa en tres passos: mostratge, quantificació i codificació binària.
El mostratge consisteix en prendre mostres de l’amplitud del senyal analògic a intervals regulars. La major o menor quantitat de mostres es el que s’anomena la resolució. Aquest és un pas molt important, ja que és irreversible, i és l’únic moment en el qual encara disposem de la senyal original i podem decidir amb quanta informació ens quedem i quanta descartem.
A continuació farem una quantificació, que consisteix en assignar un valor, entre un conjunt finit, a l’amplitud de la senyal en cada mostra. En aquest pas també es pot triar entre una resolució major o menori açò, més endavant, significarà utilitzar més o menys xifres binaries per representar cada mostra. Nosaltres triem fer una quantificació amb valors vuit valors diferents entre 0 i 7, la qual cosa ens permetrà representar cadascun dels valors amb un nombre binari de tres digits. Per augmentar la resolució podriem utilitzar 16 valors diferents (més endavant quatre xifres binaries), 32 valors diferents (més endavant cinc xifres binaries), i així succesivament.
La quantificació ens ha permér transformar la senyal analògica inicial en una seqüència de nombres com el següent: 4 3 0 7 5 2 3 3 6 1 … Per tant, després d’aquest pas ja tenim una senyal digital, però encara no binaria.
L’últim pas és la codificació binaria, que consisteix en expressar els valors de les mostres, que hem quantificat amb el sistema de numeració decimal, en el sistema de numeració binari.
Decimal |
Binari |
|---|---|
4 |
100 |
3 |
011 |
0 |
000 |
7 |
111 |
5 |
101 |
2 |
010 |
3 |
011 |
3 |
011 |
6 |
110 |
1 |
001 |
… |
… |
Així, la senyal que abans es representava amb una línia corba ara la podem expressar de la següent manera:
100011000111101010011011110001…
Per emetre novament la senyal com a un senyal elèctric ho farem com un senyal digital, amb valors que varien de manera discreta.
