شرح الإشارة التناظرية (Analog) والرقمية (Digital)
نظرة عامة
نحن نعيش في عالم تناظري. يوجد عدد لا نهائي من الألوان يمكنك أن تلون به أي شيء (حتى لو لم تستطيع التفريق بينها بعينك)، يوجد أيضاً عدد لا نهائي من النغمات يمكنك سماعها، وكذلك عدد لا نهائي من الروائح تستطيع شمها. العامل المشترك بين جميع هذه الإشارات التناظرية هي أن لها احتمالات لا نهائية.
الإشارات والأجهزة الرقمية تعمل في عالم من المحدودية والانفصال، مما يعني أن هناك مجموعة محدودة من القيم يمكن أن تتواجد عليها. هذا يعني أنه من الممكن أن يكون لها احتمالان، عشرة احتمالات، 294 احتمال، أو أي عدد آخر طالما أنه ليس ما لا نهاية (infinity (∞)).
الأشياء التي نستخدمها في حياتنا الواقعية يمكن أن تعرض البيانات أو تجمع المدخلات بأي من الشكلين: التناظري والرقمي. الساعات، المقاييس المتعددة (الملتيميترات) (Multimeters)، وقضبان التوجيه (joysticks) جميعها يمكن أن تتواجد على الشكل التناظري (في الأعلى) أو الرقمي (في الأسفل).
العمل مع الإلكترونيات يشتمل على العمل مع كلا من الإشارات الرقمية والتناظرية، سواء كانت على شكل مدخلات أو مخرجات.
مشاريعنا الإلكترونية التي نقوم بإنشائها تحتاج للتفاعل مع العالم الحقيقي التناظري بطريقة ما، لكن معظم المتحكمات الدقيقة (microprocessors) والحواسيب والوحدات المنطقية هي عبارة عن مكونات رقمية خالصة. هذان النوعان من الإشارات يمكن تشبيههما بلغتين إلكترونيتين؛ بعض الإلكترونيات تتعامل بكلا اللغتين، بينما البعض الآخر يمكنه التعامل بلغة واحدة فقط منهما.
في هذا الدرس سنسلط الضوء على مبادئ الإشارات الرقمية والتناظرية، بما في ذلك أمثلة على كل منهما. سنتحدث أيضاً عن الدوائر والمكونات الرقمية والتناظرية.
الإشارات التناظرية
تعريف الإشارات (Signals)
قبل الذهاب بعيداً يجب أن نتحدث أولاً عن ماهية الإشارة (signal) في الواقع، الإشارات الإلكترونية تحديداً.
الإشارات التي نتحدث عنها هي عبارة عن كميات تتغير بتغير الزمن (time-varying quantities) تحمل وتنقل أحد أنواع البيانات.
في الهندسة الكهربية الكمية التي تتغير بتغير الزمن هي عادة الجهد (voltage) (إن لم تكن كذلك فغالباً التيار (current)).
لذلك عندما نتحدث عن الإشارات فكر في الأمر كأنه جهد يتغير بتغير الزمن.
تنتقل الإشارات بين الأجهزة المختلفة من أجل إرسال واستقبال المعلومات، والتي ربما تكون فيديو، صوت أوي نوع من المعلومات المشفرة.
عادة تنتقل الإشارات عبر الأسلاك، ولكن يمكن أيضاً أن تنتقل في الهواء عبر موجات الترددات الراديوية (radio frequency waves).
إشارات الصوت –على سبيل المثال- يمكن أن تنتقل بين بطاقة الصوت الخاص بحاسوبك وبين مكبر الصوت، بينما إشارات الإنترنت يمكن أن تنتقل عبر الهواء بين الكمبيوتر اللوحي والراوتر اللاسلكي.
الرسوم البيانية للإشارات التناظرية
لأن الإشارة تتغير بتغير الزمن، فمن المفيد أن نقوم بتمثيلها بيانياً حيث يتم تمثيل الزمن على المحور السيني (x-axis)، أما الجهد فيتم تمثيله على المحور الصادي (y-axis).
يعد النظر إلى الرسم البياني للإشارة غالباً أسهل الطرق لمعرفة نوعها تناظرية أم رقمية؛ الرسم البياني للجهد مقابل الزمن للإشارة التناظرية يجب أن يكون ناعماً ومستمراً.
بينما تقع هذه الإشارات في مدى محدود بين قيمتين قصوى ودنيا، إلا أنه ما يزال هناك عدد غير محدود من القيم المحتملة في هذا المدى. على سبيل المثال الجهد التناظري الآتي عبر مأخذ تيار الحائط يكون محصوراً بين قيمتين +120V و -120V، لكن إذا نظرنا بدقة أكبر سنجد أن هناك عدد غير محدود من القيم يمكن أن تحملها الإشارة (مثل 64.4V، 64.42V، 64.424V، وعدد لا محدود من القيم كلما نظرنا بدقة أكبر).
مثال على الإشارات التناظرية
الفيديو أو الصوت غالباً ما يتم إرساله أو تسجيله باستخدام الإشارات التناظرية. الفيديو المركب (composite video) الآتي من مقبس RCA القديم على سبيل المثال هو عبارة عن إشارة تناظرية تقع في مدى يتراوح غالباً بين 0V و 1.073V. أي تغير صغير للغاية في الإشارة يكون له تأثير ضخم على لون أو موقع الفيديو.
إشارات الصوت النقية أيضاً هي إشارات تناظرية. الإشارات الآتية من مكبر الصوت تكون مليئة بالترددات والتوافقيات (harmonics) التناظرية، التي تجتمع معاً لتنتج أصوات رائعة.
الإشارات الرقمية (Digital Signals)
أي إشارة رقمية يمكن اعتبارها تمثيل متقطع لموجة تناظرية. عند النظر إلى الموجة في الرسم التالي عن بعد نجد أنها تبدو مثل إشارة تناظرية ناعمة، لكن عند النظر عن قرب نجد أن هناك خطوات متقطعة في الشكل الموجي للإشارة الرقمية.
مثال على الإشارات الرقمية
ليست جميع إشارات الفيديو والصوت إشارات تناظرية. بعض الإشارات القياسية مثل واجهة الوسائط عالية الوضوح (HDMI) لنقل الفيديو (والصوت أيضاً)، وكذلك واجهات MIDI، I2S، AC’97لنقل الصوت جميعها تعتمد على الإشارات الرقمية.
جميع عمليات التواصل بداخل الدوائر المتكاملة (integrated circuits) تكون عمليات رقمية. والواجهات مثل الواجهة التسلسلية (serial)، آي سكويرد سي (I2C)، والواجهة التسلسلية الطرفية (SPI) جميعها تنقل البيانات عن طريق تسلسل مشفر من الموجات المربعة.
ليصلك إشعار رد على تعليقك في هذا الموضوع على البريد الإلكترونى أضف علامة صح بالمربع بجوار كلمة "إعلامى"
EmoticonEmoticon