什么是數字信號

數字信號只有0和1兩種狀態,摸擬信號則可以是任意數值狀態

數字信號是數字化的,在計算機系統中,CPU只認識0和1兩個數字,所以數字信號需要由0和1構成的二制數來表示。而摸擬信號則是連續變化的物理量,它的頻率、幅度、相位都可以隨著時間連續的變化。

數字信號

數字信號只有0和1,我們把0對應為低電平,把1對應為高電平。大家都聽過集成電路是由大規模的晶體管組成的吧?這種晶體管組成的邏輯就是TTL(Transistor-Transistor Logic)了。在這種處理數字信號的電路中,需要定好一個規則:>2.4V為高電平(H);<0.4V為低電平(L)。規則定好后,通訊和數據的的處理,我們只認高電平(H)=1和低電平(L)=0了。

一個高電平(H)代表1,一個低電平(L)代表0,兩個高電平(H)代表11,兩個低電平(L)代表00,如此類推。因為這個高電平或者低電平的寬度不是固定的,可以長,也可以短,一個連續的高電平,是區分不出是一個1,還是多個1的。所以還需要引入時鐘同步信號。時鐘信號由固定寬度的高低電平形成,在時鐘信號的電平由高變為低時,如果數字信號是高,那就是1了,反之則為0。由此可見數據傳速和處理的速度由時鐘信號的頻率決定的,這就是我們平常所說的CPU主頻了,頻率越高,處理速度就越快了。

所以數字信號是:在取值上是離散的、不連續的信號

摸擬信號

摸擬信號它是一個連續變化的物理量,比如溫度、電流、電壓、壓力等這些信號,它可以很小,也可以很大,它的數值是無限的。

在現實現生活中的各種物理量,就像我們說話的聲音,其實它就是一個摸擬的信號。摸擬信號有著精確的分辨率,信號處理也簡單,可以直接通過三極管或者運放來進行放大處理。但摸擬信號很容易受到干擾,受干擾后的摸擬信號就難以還原了,所以我們一般都會將輸入的摸擬量信號進行數字化,再進行計算機處理和傳輸。

摸擬信號與數字信號的轉換

摸擬信號轉化為數字信號需要進行采樣和量化兩個過程。把采樣到的摸擬信號值根據一定的規則是把它量化為一個固定的數值。

再舉一個簡單的例子:把0~5V的電壓傳化為數字信號

首先我們要定好規則:數值0代表0V電壓,數值1023代表5V電壓,為什么是1023代表5V呢?這就是量化的精度了,我們也可以定2047=5V,這樣精度就更高。

這樣就得到:0.0049V=1;0.0098V=2;0.0147V=3;如此類推。

同理,數字信號也是可以轉換為摸擬信號的,只是過程相反,比如,數字MP3的歌曲經過數字解碼后,最后也得轉換為摸擬信號才可以通過揚聲器發美妙的聲音。例如LED的調光,也是一個數字信號轉換為摸擬信號經典實例,通過不同占空比的PWM數字信號去控制RGB LED的顏色比例,就可以得到無限等級的亮度和顏色了。當然這里所說的無限也是有一定的精度限制的。

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