Cómo se convierten las señales eléctricas a Digital (binario 1 0)

Su pregunta supone que hay dos tipos de electricidad, analógica y digital. Este no es el caso. La diferencia entre lo analógico y lo digital es cómo los humanos interpretamos una señal eléctrica. La electricidad es electricidad, no importa cómo la interpretamos.

Para una señal analógica, interpretamos su valor de nivel (voltaje, oa veces corriente) como información de transmisión con resolución infinita: en el mundo ideal, 1.00000 voltios y 1.00001 voltios transmiten información diferente (esto último podría significar, por ejemplo, que la temperatura medida es 0.1 grado más alto).

Para una señal digital, interpretamos que su nivel transmite solo un bit de información. Por ejemplo, por debajo de 2.5V (pero idealmente 0V) transmite un 0, por encima de 2.5V (idealmente 5V) transmite un 1.

Una señal analógica puede transmitir claramente mucha más información con solo el nivel en un cable. Por otra parte, una señal digital tiene la propiedad muy importante de que un poco de ruido en la línea no afecta la información en una señal ideal: 0V (nivel de señal ideal 0) + 1V noise = > 1V, que todavía es reconocible como un nivel 0. Esto significa que una señal digital se puede transportar, almacenar / recuperar y procesar sin pérdida de información .

Resulta que es mucho más fácil y económico crear un circuito digital que maneje / almacene / transmita, digamos 20 bits (que juntos pueden representar ~ 1 * 10 ^ 6 valores diferentes) que crear un circuito analógico que pueda hacer cosas con una señal analógica con una precisión de 1 * 10-6. De ahí la tendencia a hacer todo lo digital.

Eso nos lleva de nuevo a su pregunta sobre la conversión A / D. Nuestro mundo real es intrínsecamente analógico, y también lo son (¿casi?) Todos nuestros sensores que interactúan con el mundo real. Producen una señal analógica, que nos gustaría alimentar en nuestros circuitos digitales. El circuito que hace esto se llama un convertidor analógico a digital. IIRC hay buenas explicaciones en SE del funcionamiento de un ADC.

si el nivel analógico es más alto que algún punto de referencia (por lo general, una proporción de la tensión de alimentación del procesador / circuito integrado que utiliza la señal digital), se considera "alto digital", cuando el nivel analógico es demasiado bajo, Se considera 'bajo digital'. Se trata simplemente de puntos de comparación, de lo que deberían considerarse niveles altos y bajos para un sistema digital. Esto podría implementarse fácilmente con amplificadores operacionales utilizados como comparadores, con divisores de voltaje del riel de suministro como referencia.

Puede obtener sistemas digitales de bajo voltaje, cuya señal 'alta' no es lo suficientemente alta como para que otros sistemas también digan que es 'alta'. Esto se debe a que pueden tener diferentes niveles de comparación o niveles de suministro de voltaje muy diferentes.

Los convertidores A- > D no le dicen "alto digital" o "bajo digital". En los "pasos" le indican qué tan grande se detecta la señal analógica, como 2V puede estar representado por el convertidor A- > D como '200', y 3V podría ser '300', etc. Eso depende, por supuesto, de la tensión de referencia analógica, el convertidor IC, la resolución de la salida (8, 10, 12 bits, etc.) que le indica el número de Pasos en los que la señal analógica detectada puede dividirse y leerse algo.

Los sistemas "Power" se pueden ver como "analógicos" porque varían en todas sus propiedades interesantes: ¡no hay un estándar para 'power' y 'no power' jaja!

Todas las señales en la naturaleza son señales analógicas. Necesita una enorme capacidad de almacenamiento para almacenar una señal analógica completamente. Entonces, en lugar de almacenar todos los valores, solo se almacenan muestras de una señal y estas muestras solo pueden tener valores predefinidos. El valor de las muestras se 'redondea' al valor 'permitido' más cercano. Dicha representación de señal se denomina señal digital y este conjunto predefinido de valores "permitidos" se representa mediante valores binarios (combinación de 1 y 0).

La electricidad que utilizamos en nuestra vida diaria para operar computadoras, refrigeradores y televisores es una señal analógica. La salida de un microteléfono es una señal analógica. Los ADC se utilizan para representar estas señales con valores binarios.

Nota: como solo se toman muestras y los valores se representan con niveles discretos, la conversión de analógico a digital conduce a la pérdida de algunos detalles más finos en la señal. Pero la conversión generalmente se realiza con una precisión tal que la pérdida de detalles está bajo los límites permitidos o más allá de los límites de la percepción humana.

El material ADC es útil si desea describir la señal que recibe. Si sabe que está recibiendo una señal numérica y espera que sea 0 o 1, tiene maneras mucho más eficientes de saber si su señal es 0 o 1.

Probablemente sepa que el 1 lógico es a menudo 5V y el 0 0V. Esos valores dependen de la tecnología que use (la mayoría de las partes en los microprocesadores de gama alta ahora usan 1.2V como 1 y 0V como 0), pero siempre diré "5V" en mi respuesta, para facilitar la lectura.

¿De dónde viene? De los transistores. La electrónica digital utiliza transistores como conmutadores. Los transistores dejan pasar la corriente o la bloquean. Si coloca 5V en la compuerta de su transistor, deja pasar la corriente, si coloca 0V, bloquea la corriente (algunos transistores funcionan de la manera opuesta, algunos son diferentes, pero no importa aquí). Al utilizar 5 V en todo su circuito, puede activar y desactivar los transistores utilizando otros transistores.

Entonces, ¿por qué precisamente 5V? De hecho, realmente no necesitamos 5V. 4.5V también funciona bien, 5.5V también funciona con multas, pero 10V probablemente hará que su transistor se queme, mientras que 2V hará que su transistor deje pasar algo de corriente, pero resistirá. En el primer caso, destruyes tu circuito, es obvio que no funcionará. En el segundo caso, no puede predecir si su salida permitirá poner el siguiente transistor a 0 o 1. Esto lleva a problemas lógicos, como que su procesador haga una resta en lugar de una adición.

Para resumir, necesitamos lógica binaria, y hacemos que la electrónica se comporte como sistemas lógicos. Acabamos de elegir algunas partes de las características analógicas que nos permiten hacer lógica y evitar que los transistores estén entre el estado de paso y bloqueo, ya que no tiene sentido en la lógica binaria.

Creo que el aspecto que intentas entender, y la mayoría de la gente no piensa, ¿qué significa "analógico" o "analógico"?

Realmente significa "análogo" - > adjetivo (a menudo análogo a) comparable en ciertos aspectos.

Esto significa que es un representante en términos eléctricos (voltaje, corriente) de una "señal" del mundo real. Si está diseñando un sistema de sonido que realmente no funciona con sonido, utiliza un transductor (un micrófono) para convertirlo en una señal eléctrica, manipularlo en el dominio eléctrico y luego volver a convertirlo cuando necesite escucharlo. hecho a través de otro transductor (un altavoz).

La distinción en el dominio eléctrico es si la señal es continua o discreta. el primero, confusamente, se llama simplemente "analógico" en el uso común, y el último se llama digital, de nuevo en el uso común.

Hay sistemas, relativamente raros ahora, que utilizan neumáticos para controlar sistemas neumáticos, y en algunos casos los que tenían control discreto ("digital") y control continuo. Son aire que controla el aire, sin un paso "análogo" en el medio. Los automóviles utilizan sistemas mecánicos para controlar los sistemas mecánicos (resortes, amortiguadores, etc.).

En algunos casos, puede convertir directamente la señal del mundo real (sonido, luz, etc.) directamente en el dominio digital (señalización eléctrica discreta). Algunos ejemplos simples pueden ser un cierre de contacto que es sensible a la temperatura para controlar un horno (encendido o apagado), más complejo, como un sensor de imagen que detecta fotones individuales y los cuenta (a ese nivel, podría considerar que la luz ya está en unidades discretas). - debido a que el término se aplica de manera tan imprecisa, podría considerar que ya es digital).

Aquí es una descripción de por qué la distinción entre analógico y digital tal vez no sea significativa en ciertas áreas. Simplemente es "cuál es la representación más fácil que permite resolver un problema"