إشارة رقمية
الإشارة الرقمية هي إشارة تمثل البيانات كتسلسل من القيم المنفصلة ؛ وفي أي وقت معين، لا يمكنها أن تأخذ أكثر من قيمة واحدة من عدد محدود من القيم. [1] [2] [3] وهذا يتناقض مع الإشارة التناظرية ، التي تمثل القيم المستمرة ؛ ففي أي وقت معين، تمثل عددًا حقيقيًا ضمن نطاق مستمر من القيم.
تمثل الإشارات الرقمية البسيطة المعلومات في نطاقات منفصلة من المستويات التناظرية. تمثل جميع المستويات داخل نطاق القيم نفس حالة المعلومات . [1] في معظم الدوائر الرقمية ، يمكن أن تحتوي الإشارة على قيمتين صالحتين محتملتين؛ وهذا ما يسمى بالإشارة الثنائية أو الإشارة المنطقية . [4] يتم تمثيلها بواسطة نطاقي جهد: أحدهما بالقرب من قيمة مرجعية (يُطلق عليها عادةً الأرض أو صفر فولت)، والآخر قيمة بالقرب من جهد الإمداد. تتوافق هذه مع القيمتين "صفر" و"واحد" (أو "خطأ" و"صواب") للمجال المنطقي ، لذلك في أي وقت معين تمثل الإشارة الثنائية رقمًا ثنائيًا واحدًا (بت). وبسبب هذا التقسيم ، لا تترك التغييرات الصغيرة نسبيًا في مستويات الإشارة التناظرية الغلاف المنفصل، ونتيجة لذلك يتم تجاهلها بواسطة دوائر استشعار حالة الإشارة. ونتيجة لذلك، تتمتع الإشارات الرقمية بحصانة من الضوضاء ؛ الضوضاء الإلكترونية ، بشرط ألا تكون كبيرة جدًا، لن تؤثر على الدوائر الرقمية، في حين أن الضوضاء تؤدي دائمًا إلى تدهور تشغيل الإشارات التناظرية إلى حد ما. [5]
تُستخدم أحيانًا إشارات رقمية تحتوي على أكثر من حالتين؛ وتُسمى الدوائر التي تستخدم مثل هذه الإشارات بالمنطق متعدد القيم . على سبيل المثال، تُسمى الإشارات التي يمكنها أن تأخذ ثلاث حالات محتملة بالمنطق ثلاثي القيم .
في الإشارة الرقمية، قد تكون الكمية الفيزيائية التي تمثل المعلومات عبارة عن تيار كهربائي متغير أو جهد، أو شدة أو طور أو استقطاب مجال بصري أو مجال كهرومغناطيسي آخر ، أو ضغط صوتي، أو مغناطيسية وسائط تخزين مغناطيسية ، وما إلى ذلك. تُستخدم الإشارات الرقمية في جميع الإلكترونيات الرقمية ، وخاصة معدات الحوسبة ونقل البيانات .
التعاريف
يحتوي مصطلح الإشارة الرقمية على تعريفات ذات صلة في سياقات مختلفة.
في الالكترونيات الرقمية
في الإلكترونيات الرقمية ، الإشارة الرقمية هي إشارة معدلة سعة النبضة ، أي سلسلة من النبضات الكهربائية أو نبضات الضوء ذات العرض الثابت، كل منها تشغل مستوى واحدًا من عدد منفصل من مستويات السعة. [6] [7] والحالة الخاصة هي إشارة منطقية أو إشارة ثنائية ، والتي تتراوح بين مستوى إشارة منخفض وعالي.
يتم توليد سلاسل النبضات في الدوائر الرقمية عادةً بواسطة أجهزة الترانزستورات ذات التأثير الميداني المعدني والأكسيدي شبه الموصلي (MOSFET)، وذلك بسبب سرعة التبديل الإلكتروني السريع وقدرتها على التكامل على نطاق واسع (LSI). [8] [9] وعلى النقيض من ذلك، تولد الترانزستورات ثنائية القطب إشارات تناظرية تشبه الموجات الجيبية بشكل أبطأ . [8]
في معالجة الإشارة
في معالجة الإشارات الرقمية ، الإشارة الرقمية هي تمثيل لإشارة مادية يتم أخذ عينات منها وتكميمها. الإشارة الرقمية هي تجريد منفصل في الوقت والسعة. لا توجد قيمة الإشارة إلا في فترات زمنية منتظمة، حيث إن قيم الإشارة المادية المقابلة في تلك اللحظات التي يتم أخذ العينات منها فقط هي المهمة لمزيد من المعالجة الرقمية. الإشارة الرقمية هي سلسلة من الرموز المستمدة من مجموعة محدودة من القيم. [10] يمكن تخزين الإشارة الرقمية أو معالجتها أو إرسالها فعليًا كإشارة تعديل شفرة النبضة (PCM).
في الاتصالات
في الاتصالات الرقمية ، الإشارة الرقمية هي إشارة مادية مستمرة في الزمن، تتناوب بين عدد منفصل من الأشكال الموجية، [3] تمثل تيار بتات . يعتمد شكل الموجة على مخطط الإرسال، والذي قد يكون إما مخطط ترميز خطي يسمح بنقل النطاق الأساسي ؛ أو مخطط تعديل رقمي ، يسمح بنقل النطاق الترددي عبر أسلاك طويلة أو عبر نطاق تردد لاسلكي محدود. تعتبر هذه الموجة الجيبية المعدلة بواسطة الناقل إشارة رقمية في الأدبيات المتعلقة بالاتصالات الرقمية ونقل البيانات، [11] ولكنها تعتبر تيار بتات محول إلى إشارة تناظرية في الإلكترونيات والشبكات الحاسوبية. [12]
في الاتصالات، توجد عادةً مصادر للتداخل، وغالبًا ما تكون الضوضاء مشكلة كبيرة. وعادةً ما يتم تقليل تأثيرات التداخل عن طريق تصفية الإشارات المتداخلة قدر الإمكان واستخدام التكرار في البيانات . غالبًا ما يُنظر إلى المزايا الرئيسية للإشارات الرقمية في الاتصالات على أنها مقاومة للضوضاء، والقدرة، في العديد من الحالات مثل بيانات الصوت والفيديو، على استخدام ضغط البيانات لتقليل النطاق الترددي المطلوب على وسائط الاتصال بشكل كبير.
مستويات الجهد المنطقي
يُشار إلى الشكل الموجي الذي يقوم بالتبديل بين تمثيل حالتين لقيمة منطقية (0 و1، أو منخفضة وعالية، أو خاطئة وصحيحة) باسم إشارة رقمية أو إشارة منطقية أو إشارة ثنائية عندما يتم تفسيرها من حيث رقمين محتملين فقط.
عادة ما يتم تمثيل الحالتين ببعض القياسات الخاصة بخاصية كهربائية: الجهد هو الأكثر شيوعًا، ولكن يتم استخدام التيار في بعض العائلات المنطقية. يتم عادةً تحديد نطاقين من الجهد لكل عائلة منطقية، والتي غالبًا ما تكون غير متجاورة بشكل مباشر. تكون الإشارة منخفضة عندما تكون في النطاق المنخفض ومرتفعة عندما تكون في النطاق المرتفع، وبين النطاقين يمكن أن يختلف السلوك بين أنواع مختلفة من البوابات.
إشارة الساعة هي إشارة رقمية خاصة تستخدم لمزامنة العديد من الدوائر الرقمية. يمكن اعتبار الصورة المعروضة شكل موجة إشارة الساعة. يتم تشغيل التغييرات المنطقية إما عن طريق الحافة الصاعدة أو الحافة الهابطة. الحافة الصاعدة هي الانتقال من الجهد المنخفض (المستوى 1 في الرسم التخطيطي) إلى الجهد العالي (المستوى 2). الحافة الهابطة هي الانتقال من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض.
على الرغم من أنه في نموذج مبسط للغاية ومثالي للدائرة الرقمية، قد نتمنى حدوث هذه التحولات بشكل فوري، إلا أنه لا توجد دائرة في العالم الحقيقي مقاومة بحتة وبالتالي لا يمكن لأي دائرة تغيير مستويات الجهد على الفور. وهذا يعني أنه خلال وقت انتقال قصير ومحدود ، قد لا يعكس الإخراج المدخلات بشكل صحيح، ولن يتوافق مع جهد مرتفع أو منخفض منطقيًا.
تعديل
لإنشاء إشارة رقمية، يجب تعديل الإشارة التناظرية باستخدام إشارة تحكم لإنتاجها. أبسط تعديل، وهو نوع من الترميز أحادي القطب ، هو ببساطة تشغيل وإيقاف إشارة التيار المستمر بحيث تمثل الفولتية العالية "1" والفولتية المنخفضة "0".
في مخططات الراديو الرقمية، يتم تعديل سعة أو تردد أو طور موجة حاملة واحدة أو أكثر بواسطة إشارة التحكم لإنتاج إشارة رقمية مناسبة للإرسال.
لا يستخدم خط المشترك الرقمي غير المتماثل (ADSL) عبر أسلاك الهاتف ، المنطق الثنائي في المقام الأول؛ حيث يتم تعديل الإشارات الرقمية للناقلات الفردية باستخدام منطق قيم مختلفة، اعتمادًا على سعة شانون للقناة الفردية.
تسجيل الوقت
يمكن أخذ عينات من الإشارات الرقمية بواسطة إشارة الساعة على فترات منتظمة عن طريق تمرير الإشارة عبر قلاب . وعندما يتم ذلك، يتم قياس المدخلات عند حافة الساعة، والإشارة من ذلك الوقت. ثم يتم تثبيت الإشارة ثابتة حتى الساعة التالية. هذه العملية هي أساس المنطق المتزامن .
يوجد أيضًا منطق غير متزامن ، وهو لا يستخدم ساعة واحدة، ويعمل بشكل عام بشكل أسرع، وقد يستخدم طاقة أقل، ولكن من الصعب جدًا تصميمه.
انظر أيضا
مراجع
- ^ ab Robert K. Dueck (2005). التصميم الرقمي باستخدام تطبيقات CPLD وVHDL. Thomson/Delmar Learning. ISBN 1401840302. تم أرشفته من الأصل في 2017-12-17 . تم استرجاعه في 2017-08-30 .
لا يمكن أن يحتوي التمثيل الرقمي إلا على قيم منفصلة محددة
- ^ Proakis, John G.; Manolakis, Dimitris G. (2007-01-01). Digital Signal Processing. Pearson Prentice Hall. ISBN 9780131873742. تم أرشفة النسخة الأصلية في 2016-05-20 . تم استرجاعها في 2015-09-22 .
- ^ ab تقنيات الاتصال التناظرية والرقمية أرشيف 2017-12-17 على موقع واي باك مشين : "الإشارة الرقمية هي شكل موجة معقد ويمكن تعريفها بأنها شكل موجة منفصل له مجموعة محدودة من المستويات"
- ^ "الإشارة الرقمية". مؤرشف من الأصل في 2016-03-04 . تم الاسترجاع 2016-08-13 .
- ^ هورويتز، بول؛ هيل، وينفيلد (1989). فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية. مطبعة جامعة كامبريدج. ص 471-473. رقم ISBN 0521370957.
- ^ B. SOMANATHAN NAIR (2002). Digital electronic and logic design . PHI Learning Pvt. Ltd. ص 289. ISBN 9788120319561الإشارات الرقمية
هي نبضات ذات عرض ثابت، تشغل مستوى واحدًا فقط من مستويين من السعة.
- ^ جوزيف ميجا كيزا (2005). أمن شبكات الحاسب الآلي . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. رقم ISBN 9780387204734.
- ^ "تطبيق MOSFETs على تصميمات تبديل الطاقة اليوم". التصميم الإلكتروني . 23 مايو 2016. مؤرشف من الأصل في 10 أغسطس 2019. تم الاسترجاع 10 أغسطس 2019 .
- ^ 2000 Solved Problems in Digital Electronics. Tata McGraw-Hill Education . 2005. ص 151. ISBN 978-0-07-058831-8.
- ^ فينود كومار خانا (2009). معالجة الإشارات الرقمية. س. تشاند. ص. 3. ISBN 9788121930956الإشارة الرقمية
هي شكل خاص من أشكال إشارة الوقت المنفصل والتي تكون منفصلة في كل من الوقت والسعة، ويتم الحصول عليها من خلال السماح لكل قيمة (عينة) من إشارة الوقت المنفصل بالحصول على مجموعة محدودة من القيم (التكميم)، وتعيين رمز رقمي لها وفقًا لرمز ... الإشارة الرقمية هي تسلسل أو قائمة من الأرقام المستمدة من مجموعة محدودة.
- ^ JSChitode، أنظمة الاتصالات، 2008: "عندما يتم إرسال إشارة رقمية عبر مسافة طويلة، فإنها تحتاج إلى تعديل CW."
- ^ فريد هالسال، الشبكات الحاسوبية والإنترنت: "من أجل نقل إشارة رقمية عبر خط مشترك تناظري، يجب استخدام الإرسال المعدل؛ أي الإشارة الكهربائية التي تمثل تدفق البتات الثنائي للمصدر (الرقمي) يجب تحويلها أولاً إلى إشارة تناظرية متوافقة مع إشارة الكلام (الهاتفية)."
روابط خارجية
- مونتي مونتجوموري. عرض رقمي.
- CodSim 2.0: مختبر افتراضي مفتوح المصدر لنموذج اتصالات البيانات الرقمية قسم هندسة الكمبيوتر، جامعة مالقة. يحاكي ترميزات الخطوط الرقمية والتعديلات الرقمية. مكتوب بلغة HTML لأي متصفح ويب.
ترميز الخط (نقل النطاق الأساسي الرقمي) | ||
|---|---|---|
| المقالات الرئيسية |  | |
| رموز الخطوط الأساسية | ||
| أكواد الخط الممتد | ||
| رموز الخطوط البصرية | ||
| ||
