Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи

June 27, 2010 by admin Комментировать »

С человеческой точки зрения все природные явления носят непрерывный, аналоговый характер. Одно глобальное исключение из этого правила немало потрясло ученых, когда его обнаружили: речь идет об атомно-молекулярной структуре вещества и всей огромной совокупности явлений, которые являют­ся следствием этого феномена. И все же даже это универсальное свойство материи нашими органами чувств непосредственно не обнаруживается, для нас все протекает так, как если бы явления природы были полностью непре­рывными, то есть характеризовались бы рядом действительных чисел, отстоящих друг от друга на бесконечно малые отрезки по числовой оси. В масштабах, которыми занимается атомная и молекулярная физика, все об­стоит совершенно иначе, чем в привычном для нас мире, — например, такие характеристики как температура или давление теряют смысл, ибо они при­менимы только к очень большому, непрерывному ансамблю частиц.

Природа даже устроила нам некоторые препятствия на пути к полной дис­кретизации всего и вся — так все элементарные частицы, как известно, могут вести себя и как дискретные частицы, и как непрерывные волны, в зависимо­сти от условий эксперимента. В то же время мы обнаружили, что считать и вообще обрабатывать информацию лучше все-таки в цифровой форме, кото­рая является универсальной и не зависит от природы физической величины, с которой мы манипулируем. Встает задача преобразования аналоговой вели­чины в дискретную. Между прочим, термин «аналоговый» не слишком хо­рошо отражает сущность явления (что чему там «аналогично»?) — точнее говорить «непрерывный», а термин «аналоговый» есть лишь дань традиции, подобно «операционному» усилителю.

Естественно, когда мы хотим, чтобы преобразованная информация опять предстала перед нами в форме, воспринимаемой нашими органами чувств, то мы вынуждены делать и обратное преобр^ование— цифроаналоговое. Именно этим занимаются звуковые или видеокарты в компьютере. Однако такая задача возникает гораздо реже, потому что во многих случаях инфор­мацию можно оставить в цифровой форме, так ее и отобразив — в виде сме­ны кадров на дисплее, в виде дискретной шкалы цветов для цифрового изо­бражения, в виде небольших «ступенек» на кривой нарастания звукового сигнала. В этих случаях мы полагаемся на устройство органов чувств челове­ка: выше некоторого порога разрешения канала передачи перестает хватать, глаз или ухо работает подобно фильтру низких частот, отрезая пульсации, и мозгу кажется, что перед ним действительно непрерывный процесс.

Заметки на полях

Интересно, что непосредственный цифровой способ отображения информа­ции, например, в виде совокупности цифр на семисегментном индикаторе, хо­тя и значительно более корректен, чем аналоговый (мы не теряем информа­ции), не всегда может оказаться более правильным. Если вы вглядитесь в пульт управления каким-нибудь сложным устройством— не обязательно атомной электростанцией, достаточно торпеды обычного автомобиля, — вы увидите, что большинство показывающих приборов там стрелочные, аналого­вые. Хотя, как вы понимаете, нет никаких проблем в современном автомобиле демонстрировать скорость, уровень топлива или температуру двигателя непо­средственно в цифрах, но этого не делают сознательно, потому что в очень многих случаях человека не интересует точное значение того или иного пара­метра. Его интересует только отклонение от некоторого значения, или Превы­шение некоторого порога, или вообще только тенденция изменения величи­ны— но не сама эта величина, и не сам порог. Информация о том, что температура охлаящающей жидкости составляет 80 ""С, для водителя совер­шенно излишняя, ему важно знать, что если вот эта стрелочка не достигла вот этой красненькой черточки, значит, все в порядке. Но бывают и друше слу­чаи — например, отсчет пробега того же автомобиля имеет смьюл, только бу­дучи представленным Именно в цифровом виде, поэтому еще на заре автомо­билестроения пришлось придумывать разные— тогда ещё, конечно, механические — счетчики, отображающие число пройденных километров. Все это следует учитывать при проектировании различных показывающих уст­ройств, и при необходимости приходится даже идти на усложнение схемы, причем, что обидно, нередко с заведомой потерей информации или даже с ее искажением. Типичный пример из этой области — датчик количества топлива в том же автомобиле, который проектировщики традиционно заставляют врать, занижая показания, иначе слишком много водителей оказывалось бы на доро­ге с сухими баками в полукилометре от ближайшей заправочной станции.

Другой пример: обычные часы с цифровым дисплеем. Все мы уже к этому делу привыкли, но ведь большинство практических задач заключаются не в опреде­лении точного времени, а в определении интервала — сколько мы уже ждем, или сколько осталось до некоторого момента. Для этого знание точного значе­ния часов и минут не требуется, и обладателю часов с цифровым дисплеем приходится в уме производить довольно сложные арифметические действия, вычисляя этот интервал, вместо того чтобы просто мьюленно передвинуть стрелки на циферблате. Как видите, проектирование показывающих уст­ройств не слишком простое дело, так как не может производиться только из соображений компактности схемы или высокой точности измерений, а непре­менно должно учитывать требования эргономики и «usability»— удобства пользования. Если читателю кажется, что меня очередной раз занесло не­сколько в сторону от темы книги, то это не так, потому что проектирование аналого-цифровых и особенно цифроаналоговых устройств неразрывно свя­зано с проблемами человеко-машинного взаимодействия, ибо не будь потре­бителя, незачем все это было бы и затевать. Компьютеры в общении между собой спокойно обойдутся и двоичным кодом.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты