O sygnałach cyfrowych

InformacjaInformacja

� Informacja - wielkość abstrakcyjna, która moŜe być:

� przechowywana w pewnych obiektach� przesyłana pomiędzy pewnymi obiektami� przetwarzana w pewnych obiektach� stosowana do sterowania pewnymi obiektami

� Dane - surowe fakty i liczby

� Przetwarzanie danych - logicznie ze sobą powiązany zespół czynności pozwalających na uzyskanie z danych niezbędnych informacji

InformacjaDane Interpretacja+ =

Informacja analogowa i cyfrowaInformacja analogowa i cyfrowa

� Sygnał analogowy

� sygnał, który moŜe przyjmować dowolnąwartość z ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności)

� wartości sygnału analogowego mogązostać określone w kaŜdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał

� Sygnał cyfrowy

� sygnał, którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne

� sygnał ciągły, który moŜe zmieniaćswoją wartość tylko w określonych chwilach czasu i moŜe przyjmowaćtylko określone wartości

Informacja analogowa i cyfrowaInformacja analogowa i cyfrowa

� Obecnie telekomunikacja i elektronika powszechnego uŜytku zostały prawie całkowicie zdominowane przez cyfrowe przetwarzanie sygnałów

� Cyfrowe przetwarzanie sygnałów jest w stosunku do przetwarzania analogowego:

� powtarzalne� bardziej niezawodne� tańsze

� Zamiana sygnału analogowego na cyfrowy wymaga wykonania trzech kroków:

� próbkowania� kwantowania� kodowania - zamiana na postać bitową

ETAP 1 -- prpróóbkowaniebkowanie

� Próbkowanie - proces tworzenia sygnału impulsowego reprezentującego sygnał ciągły (analogowy)

� w ustalonych odstępach czasu mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej podstawie tworzone są tzw. próbki (ang. sample)

� sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej jest nazywany sygnałem dyskretnym

TS - okres próbkowania

fS - częstotliwość próbkowania

fS = 1 / TS

ETAP 1 - próbkowanie

ETAP 1 ETAP 1 -- prpróóbkowaniebkowanie

� Przekształcenie powrotne sygnału cyfrowego do analogowego, bez straty informacji, wymaga spełnienia twierdzenia o próbkowaniu

Zasada Nyquist'a (o próbkowaniu)

Sygnał ciągły moŜe być ponownie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większąod granicznej częstotliwości swego widma

� Przykład:

� człowiek słyszy dźwięki do częstotliwości ok. 20 kHz

� według powyŜszego prawa częstotliwość zapisu cyfrowego musi być większa niŜ 40 kHz po to, aby nie były słyszalne przekłamania

� z powyŜszego powodu dla płyt CD-Audio przyjęto częstotliwośćpróbkowania 44,1 kHz dla kaŜdego kanału

ETAP 2 ETAP 2 -- kwantyzacjakwantyzacja

� Systemy cyfrowe są w stanie przetwarzaćtylko sygnały reprezentowane słowami o skończonej liczbie bitów

� Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału - wartości te nazywane są poziomami reprezentacji

� Kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliŜszych poziomów reprezentacji

ETAP 3 - kodowanieETAP 3 - kodowanie

� W układach cyfrowych wszelka informacja i wszelkie wielkości przetwarzane przez te układy reprezentowane są przez dwa stany:

� stan niski (L), nazywany teŜ poziomem logicznym niskim lub zerem (0)� stan wysoki (H), nazywany teŜ poziomem logicznym wysokim lub jedynką (1)

� W praktycznej realizacji układów cyfrowych naleŜy określić jakie wartości lub zakresy wartości oznaczają poziom logiczny niski lub wysoki

� Na rysunku przedstawione sąpoziomy logiczne dla układów cyfrowych TTL

� Zakresy wartości mogą byćróŜne dla róŜnych wykonańukładów cyfrowych

Zalety występowania tylko dwóch stanów logicznycZalety występowania tylko dwóch stanów logicznych

� Prosta realizacja układów elektronicznych wykonujących przetwarzanie informacji

� elementy półprzewodnikowe mają duŜe rozrzuty swoich parametrów, co wymaga stosowania odpowiednich rozwiązań - w układach cyfrowych jest to znacznie prostsze niŜ w układach analogowych

� w konsekwencji moŜliwa jest większa gęstość upakowania i niŜsza cena

� Łatwość transmisji i odporność na zakłócenia

� prostsze przesyłanie i regenerowanie informacji cyfrowej niŜ analogowej

� moŜliwość stosowania kodów korekcyjnych (np. płyty CD)

� Łatwość konstruowania układów pamiętających o duŜych pojemnościach

� własność wynikająca z punktu pierwszego

ETAP 3 - kodowanieETAP 3 - kodowanie

Jednostki informacji Jednostki informacji -- bit bit

� Bit (ang. binary digit) - jednostka logiczna, określająca najmniejsząilość informacji potrzebną do stwierdzenia, który z dwóch równie prawdopodobnych stanów przyjął układ

� Bit przyjmuje jedną z dwóch wartości: 0 (zero) i 1 (jeden) - bit jest zatem toŜsamy z cyfrą w systemie dwójkowym

� Bity oznacza się mała literą „b”

� Wielokrotności bitów - przedrostki dziesiętne w układzie SI

ETAP 3 - kodowanie

InformacjaInformacja

� Co oznaczają poniŜsze dane?

15 lipca 1410 roku Data!!!

Transmisja szeregowa

Transmisja równolega