Digital

2004-06-12T15:06:00Z

217.235.102.139:

Digitale Signale:
Der Gegensatz zu [[Analog]]en Signalen.

Vom Wortstamm her kommt digital von "Finger" und bedeutet hier so viel wie "abzählbar". Mit einer abzählbaren Menge möglicher Werte kann eine kontinuierlich verlaufende Größe - etwa eine Temperatur zwischen 0 und 10 Grad - "digital" nur abgestuft repräsentiert werden. Die [[Auflösung]] bestimmt dabei die Größe der Stufen. Mit einer Auflösung von 1 Grad könnte "5 Volt" z.B. für alle Werte zwischen 4,5 und 5,5 Grad stehen.

Die in der elektronischen Schaltungstechnik verwendeten digitalen Signale sind in aller Regel zugleich "binär" und können nur zwei gültige Werte annehmen: Logisch 1 oder Logisch 0.
Um mehr als zwei Werte zu repräsentieren braucht man mehrere binären Digitalsignale (für die Werte 0, 1, 2 usw. bis 10 mindestens vier).

Den beiden Werten eines einzelnen (binären) Digitalsignals ist normalerweise ein bestimmter [[Spannung]]sbereich zugeordnet (manchmal auch ein [[Strom]]bereich). Einer dieser Bereiche gilt als Logisch 0, der anderere als Logisch 1.

Zwischenwerte sind
* insofern VERBOTEN, als eine - korrekt funktionierende - Digitalschaltung solche Spannungswerte nicht(*1) erzeugen darf;
* insofern UNDEFINIERT, als eine Digitalschaltung beim Anliegen einer Spannung, die weder Logisch 0 noch Logisch 1 repräsentiert, prinzipiell tun kann, was sie will(*2).

(*1: Da der Wechsel zwischen den beiden Bereichen nicht "unendlich schnell" erfolgt, wird in der Praxis natürlich auch immer für kurze Zeit einmal ein Zwischenwert ausgegeben.)

(*2: Digitalschaltungen können u.U. auch permanent zerstört werden, wenn ein Pegel im undefinierten Bereich über zu lange Zeit anliegt).

Bei [[TTL]]-Signalen gilt z.B. der "High"-Pegel von +2,0..+5,0 V als "Logisch 1", während der "Low"-Pegel für "Logisch 0" zwischen 0..+0,8 V liegen muss.

Bei [[CMOS]]-Signalen (wo die Betriebsspannung der Bausteine variieren kann) gelten Pegel von 0..33% der Betriebsspannung als "Logisch 0", Pegel von 66..100% der Betriebsspannung als "Logisch 1".

Bei der [[RS232]]-Übertragung ist Logisch 1 als Spannung von -3..-15V definiert, Logisch 0 entspricht +3..+15V.

Um Störungen auszufiltern, gelten häufig geringfügig andere Werte für die zu ERZEUGENDEN Spannungen. Bei TTL-Signalen sollte die erzeugte Spannung für Logisch 0 z.B. höchstens +0,7V betragen, für Logisch 1 mindestens +2,4V. Bei der RS232-Übertragung sollte die Sendeseite für Logisch 1 eine Spannung -5..-15V liefern und für Logisch 0 dagegen +5..+15V.

Im erweiterten Sinn kann man auch jedes Signal als "digital" bezeichnen, bei dem es zwei definierte Wertebereiche gibt und Werte außerhalb dieser Bereiche KEINE definierte Bedeutung haben. Wenn beispielsweise eine Frequenz von 10..12 kHz bedeutet, "der Wassertank ist leer" und eine Frequenz von 18..20 kHz bedeutet, "der Wassertank ist voll", würde eine Frequenz von 15 kHz überhaupt nichts bedeuten (bzw. erzeugerseitig: das Gerät ist kaputt, empfängerseitig: hmm? - so what!)

Analog

2004-06-12T14:46:36Z

217.235.102.139:

Analoge Signale: Der Gegensatz zu [[Digital]]en Signalen. Bei einem analogen Signal haben alle Werte innerhalb eines Bereichs eine Bedeutung.

Analoge Signale werden häufig in Form eines bestimmten Spannungs- oder Stromwertes aus einem vorgegebenen Wertebereich repräsentiert (z.B. -12..+12V oder z.B. 0..1024mA). Über die Zeit hinweg betrachtet bilden durch einen Spannungswert repräsentierte Analogsignale dann einen Spannungsverlauf, der sich beispielsweise mit einem Oszilloskop darstellen lässt.

Dem Wort nach bedeutet "analog" so viel wie "vergleichbar", "ähnlich". Geht es beispielsweise um die analoge Darstellung einer Temperatur durch eine Spannung und entsprechen 5 Grad 5 V und 6 Grad 6V, so lassen sich auch alle Zwischenwerte darstellen (5,1 Grad z.B. durch 5,1 V - bei linearer Arbeitsweise des Sensors.)

Um ein analoges Signal digital zu repräsentieren, werden Analog-Digital-Converter ([[ADC]]) eingesetzt, um analoge Signale aus digitalen zu erzeugen, Digital-Analog-Converter ([[DAC]]).
Da die in der elektronischen Schaltungstechnik verwendeten digitalen Signale üblicherweise binär sind (also nur zwei Werte annehmen können), verwendet man zum einen stets mehrere "1-0"-Werte gleichzeitig und kann außerdem analoge Werte nur in bestimmten Abstufungen digital repräsentieren.

Im erweiterten Sinn kann man auch jedes Signal als "analog" bezeichnen, bei dem ein Mittelwert zwischen zwei Werten ebenfalls eine definierte Bedeutung hat. Wenn beispielsweise eine Frequenz von 10 kHz bedeutet, "der Wassertank ist leer" und eine Frequenz von 20 kHz bedeutet, "der Wassertank ist voll", würde eine Frequenz von 15 kHz bedeuten, "der Wassertank ist zwischen leer und voll".

Die Details der Abbildung einer realen, physikalischen Größe auf einen Analogwert können jedoch variieren, beispielsweise kann sich das Analogsignal linear oder logarithmisch mit der physikalischen Größe ändern, oder auch nach einer anderen Funktion. In aller Regel ist die verknüpfende Funktion aber stetig und streng monoton. (Wenn der Wassertank beim Wert A halb voll ist und beim Wert B ganz voll, dann ist er bei (A+B)/2 auch zwischen halb und ganz voll - aber nicht unbedingt genau 3/4 voll.)

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