علم فردا

تکنولوژی به زبان ساده

سیگنال دیجیتال تو دنیای الکترونیک و کامپیوتر حرف اول و آخر رو میزنه . 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 3 ولته و در یه لحظه دیگه 5 ولته و در یه لحظه دیگه مثلا 2 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 2.345 ولت باشه ) . در شکل زیر مفهوم گسسته در زمان رو متوجه میشید .

سیگنال دیجیتال یا گسسته در زمان

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 2 تا میندازیم ، بعد 3 ساعت 4 تا میندازیم ، بعد 1 ساعت 3 تا میندازیم و بعد 5 ساعت هم 9 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 : 9 3 4 2

توی الکترونیک ، سیگنال دیجیتال می تونه 3 ولت باشه ، 3 ثانیه 3 ولت بمونه و بعدش 5 ولت بشه و باز 2 ثانیه بمونه و بعدش 0 ولت بشه و همینجوری تا آخر .

نمونه ای از سیگنال دیجیتال

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 0 هست یا 1 . این صفر و یک در دنیای کامپیوتر که میگن ، در واقع همین سیگنال باینری یا منطقیه . سیگنال منطقی رو با ولتاژ نشون میدن مثلا 0 ولت رو میگن 0 منطقی و 5 ولت رو میگن یک منطقی . پس یه سیگنال باینری یا 0 ولته یا 5 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 .

سیگنال منطقی یا باینری

مثلا وقتی می خوان به کامپیوتر صفر و یک ارسال کنن ، یه سیگنال مثل شکل زیر ارسال میکنن . فرض کنید می خوایم مقدار 01100101 رو به یه حافظه کامپیوتری بفرستیم . باید سیگنالی شبیه به عکس زیر بفرستیم .

سیگنال دیجیتال برای ارسال کد باینری

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 0 به 1 یه مقدار خیلی کوتاهی زمان می بره و نهایتا شکل موج به این حالت میشه :

سیگنال دیجیتال واقعی با تاخیر زمانی

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 0 تا 2 ولت رو صفر منطقی و 3 تا 5 ولت رو یک منطقی میگن . بین 2 تا 3 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 0 تا 0.8 ولت رو صفر منطقی حساب می کنن و از 2 ولت تا منبع تغذیه رو یک منطقی در نظر میگیرن ( منبع تغذیه در TTL معمولا 5 ولت هست ) و در CMOS از 0 تا 1.5 ولت صفر منطقی و از 3.5 تا 5 ولت هم یک منطقی .

سیگنال دیجیتال و نویز

تاثیر نویز روی سیگنال ها خودش یه کتاب 1000 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 0 تا 5 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 .

تاثیر نویز روی سیگنال دیجیتال

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 !

خب دوستان امیدوارم که مفهوم سیگنال دیجیتال رو متوجه شده باشید .

حتما مطالب زیر رو هم بخونید

محمدرضا امين زاده هستم ، مهندس الكترونيك و سردبير مجله علم فردا . علاقه زیادی به سخت افزار دارم ، اگه فرصتی بمونه در زمینه ادیت فیلم و تصویر و طراحی رابط کاربری وب و اندروید مطالعه و تمرین می کنم .