إشارة رقمية
الإشارة الرقمية هي إشارة تمثل البيانات كسلسلة من القيم المنفصلة ؛ إذ لا يمكنها في أي لحظة معينة أن تأخذ إلا قيمة واحدة من بين عدد محدود من القيم. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] وهذا يختلف عن الإشارة التناظرية ، التي تمثل قيمًا متصلة ؛ إذ تمثل في أي لحظة معينة عددًا حقيقيًا ضمن مجموعة لا نهائية من القيم.
تمثل الإشارات الرقمية البسيطة المعلومات في نطاقات منفصلة من المستويات. جميع المستويات ضمن نطاق القيم الواحد تمثل حالة المعلومات نفسها . [ 1 ] في معظم الدوائر الرقمية ، يمكن أن تأخذ الإشارة قيمتين صحيحتين محتملتين؛ وهذا ما يُسمى إشارة ثنائية أو إشارة منطقية . [ 4 ] يتم تمثيلها بنطاقين من الجهد: أحدهما قريب من قيمة مرجعية (يُطلق عليها عادةً اسم الأرض أو الصفر فولت)، والآخر قيمة قريبة من جهد التغذية. تتوافق هاتان القيمتان مع القيمتين صفر وواحد ( أو خطأ وصواب ) في المجال المنطقي ، لذا في أي لحظة معينة ، تمثل الإشارة الثنائية رقمًا ثنائيًا واحدًا (بت). بسبب هذا التقطيع ، لا تخرج التغييرات الصغيرة نسبيًا في مستويات الإشارة عن الغلاف المنفصل، وبالتالي يتم تجاهلها بواسطة دوائر استشعار حالة الإشارة. ونتيجة لذلك، تتمتع الإشارات الرقمية بمناعة ضد الضوضاء ؛ فالضوضاء الإلكترونية ، بشرط ألا تكون كبيرة جدًا، لن تؤثر على الدوائر الرقمية، بينما تُضعف الضوضاء دائمًا أداء الإشارات التناظرية بدرجة ما. [ 5 ]
تُستخدم أحيانًا إشارات رقمية ذات أكثر من حالتين؛ وتُسمى الدوائر التي تستخدم هذه الإشارات بالمنطق متعدد القيم . على سبيل المثال، تُسمى الإشارات التي يمكن أن تتخذ ثلاث حالات محتملة بالمنطق ثلاثي القيم .
في الإشارة الرقمية، قد تكون الكمية الفيزيائية التي تمثل المعلومات تيارًا أو جهدًا كهربائيًا متغيرًا، أو شدة أو طور أو استقطاب مجال بصري أو كهرومغناطيسي آخر ، أو ضغطًا صوتيًا، أو مغنطة وسائط التخزين المغناطيسية ، وما إلى ذلك. تُستخدم الإشارات الرقمية في جميع الأجهزة الإلكترونية الرقمية ، ولا سيما أجهزة الحوسبة ونقل البيانات .
التعريفات
مصطلح الإشارة الرقمية له تعريفات مترابطة في سياقات مختلفة.
في الإلكترونيات الرقمية
في الإلكترونيات الرقمية ، تُعرَّف الإشارة الرقمية بأنها إشارة مُعدَّلة السعة النبضية ، أي سلسلة من النبضات الكهربائية أو الضوئية ذات العرض الثابت، يشغل كل منها مستوىً واحدًا من عددٍ مُحدد من مستويات السعة. [ 6 ] [ 7 ] وتُعدّ الإشارة المنطقية أو الإشارة الثنائية حالةً خاصة ، إذ تتفاوت بين مستوى إشارة منخفض ومستوى إشارة عالٍ.
تُولَّد سلاسل النبضات في الدوائر الرقمية عادةً بواسطة ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFET)، نظرًا لسرعة تبديلها الإلكتروني العالية (تشغيل/إيقاف) وقدرتها على التكامل واسع النطاق (LSI). [ 8 ] [ 9 ] في المقابل، تُولِّد ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب إشاراتٍ أبطأ تُشبه الموجات الجيبية . [ 8 ]
في معالجة الإشارات
في معالجة الإشارات الرقمية ، تُعرَّف الإشارة الرقمية بأنها تمثيل لإشارة فيزيائية يتم أخذ عينات منها وتكميمها. وهي تجريد منفصل زمنيًا وسعويًا. لا توجد قيمة للإشارة إلا على فترات زمنية منتظمة، لأن قيم الإشارة الفيزيائية المقابلة لها في تلك اللحظات المأخوذة منها العينات هي فقط ذات أهمية للمعالجة الرقمية اللاحقة. تتكون الإشارة الرقمية من سلسلة من الرموز المستمدة من مجموعة محدودة من القيم. [ 10 ] يمكن تخزين الإشارة الرقمية أو معالجتها أو إرسالها فعليًا كإشارة تعديل رمز النبضة (PCM).
في مجال الاتصالات
في الاتصالات الرقمية ، تُعرَّف الإشارة الرقمية بأنها إشارة فيزيائية مستمرة الزمن، تتناوب بين عدد محدود من أشكال الموجات، [ 3 ] وتمثل سلسلة بتات . يعتمد شكل الموجة على نظام الإرسال، والذي قد يكون نظام ترميز خطي يسمح بالإرسال في النطاق الأساسي ؛ أو نظام تعديل رقمي ، يسمح بالإرسال في نطاق تمرير عبر أسلاك طويلة أو عبر نطاق تردد لاسلكي محدود. تُعتبر هذه الموجة الجيبية المعدلة بحامل إشارة رقمية في أدبيات الاتصالات الرقمية ونقل البيانات، [ 11 ] ولكنها تُعتبر سلسلة بتات مُحوَّلة إلى إشارة تناظرية في حالات محددة حيث تُنقل الإشارة عبر نظام مُصمم للاتصالات التناظرية، مثل خط الهاتف التناظري. [ 12 ]
في مجال الاتصالات، تكثر مصادر التداخل، ويُعدّ التشويش مشكلةً رئيسيةً في كثير من الأحيان. ويتمّ عادةً تقليل آثار التداخل عن طريق تصفية الإشارات المتداخلة قدر الإمكان، واستخدام تكرار البيانات . وتُعتبر المزايا الرئيسية للإشارات الرقمية في الاتصالات هي مناعتها ضد التشويش، وقدرتها، في كثير من الحالات كما هو الحال مع بيانات الصوت والفيديو، على استخدام ضغط البيانات لتقليل عرض النطاق الترددي المطلوب على وسائط الاتصال بشكل كبير.
مستويات الجهد المنطقي
يُشار إلى شكل الموجة الذي يمثل حالتين لقيمة منطقية (0 و1، أو منخفض وعالي، أو خطأ وصواب) باسم الإشارة الرقمية أو الإشارة المنطقية أو الإشارة الثنائية عندما يتم تفسيرها من حيث رقمين محتملين فقط.
عادةً ما تُمثَّل الحالتان بقياس خاصية كهربائية: الجهد هو الأكثر شيوعًا، ولكن يُستخدم التيار في بعض عائلات الدوائر المنطقية. يُحدَّد نطاقان للجهد لكل عائلة منطقية، وغالبًا ما يكونان غير متجاورين. تكون الإشارة منخفضة عند النطاق المنخفض وعالية عند النطاق العالي، وبين النطاقين قد يختلف السلوك بين أنواع البوابات المختلفة.
إشارة الساعة هي إشارة رقمية خاصة تُستخدم لمزامنة العديد من الدوائر الرقمية. يمكن اعتبار الصورة المعروضة شكل موجة إشارة الساعة. تُفعَّل التغييرات المنطقية إما بالحافة الصاعدة أو الحافة الهابطة. الحافة الصاعدة هي الانتقال من جهد منخفض (المستوى 1 في الرسم التخطيطي) إلى جهد عالٍ (المستوى 2). أما الحافة الهابطة فهي الانتقال من جهد عالٍ إلى جهد منخفض.
على الرغم من أننا قد نتمنى، في نموذج مبسط ومثالي للغاية لدائرة رقمية، أن تحدث هذه التحولات بشكل فوري، إلا أنه لا توجد دائرة في العالم الحقيقي مقاومة بحتة، وبالتالي لا يمكن لأي دائرة تغيير مستويات الجهد بشكل فوري. هذا يعني أنه خلال فترة انتقال قصيرة ومحدودة ، قد لا يعكس الخرج المدخل بدقة، ولن يتوافق مع جهد مرتفع أو منخفض منطقيًا.
تعديل
لإنشاء إشارة رقمية، يجب تعديل الإشارة بإشارة تحكم لإنتاجها. أبسط أنواع التعديل، وهو نوع من التشفير أحادي القطب ، يتمثل ببساطة في تشغيل وإيقاف إشارة تيار مستمر بحيث تمثل الفولتية العالية الرقم "1" والفولتية المنخفضة الرقم "0".
في أنظمة الراديو الرقمية ، يتم تعديل سعة أو تردد أو طور موجة حاملة واحدة أو أكثر بواسطة إشارة التحكم لإنتاج إشارة رقمية مناسبة للإرسال.
خط المشترك الرقمي غير المتماثل (ADSL) عبر أسلاك الهاتف ، لا يستخدم في المقام الأول المنطق الثنائي؛ يتم تعديل الإشارات الرقمية للناقلات الفردية بمنطق ذي 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 . عند القيام بذلك، يتم قياس المدخل عند حافة إشارة الساعة، ثم تُحفظ الإشارة ثابتة حتى إشارة الساعة التالية. هذه العملية هي أساس المنطق المتزامن .
يوجد أيضًا منطق غير متزامن ، لا يستخدم ساعة واحدة، ويعمل بشكل عام بسرعة أكبر، وقد يستخدم طاقة أقل، ولكنه أصعب بكثير في التصميم.
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 روبرت ك. ديوك (2005). التصميم الرقمي باستخدام تطبيقات CPLD ولغة VHDL . تومسون/ديلمار ليرنينج. ISBN 1401840302أُرشف من الأصل بتاريخ ١٧ ديسمبر ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٣٠ أغسطس ٢٠١٧.
لا يمكن أن يحتوي التمثيل الرقمي إلا على قيم منفصلة محددة.
- ↑ بروكيس، جون ج.؛ مانولاكيس، ديميتريس ج. (2007-01-01). معالجة الإشارات الرقمية . بيرسون برنتيس هول. ISBN 9780131873742أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 20 مايو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2015 .
- 1 2 تقنيات الاتصال التناظرية والرقمية مؤرشفة في 17-12-2017 في Wayback Machine : "الإشارة الرقمية هي شكل موجي معقد ويمكن تعريفها على أنها شكل موجي منفصل له مجموعة محدودة من المستويات"
- ↑ "الإشارة الرقمية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2016-03-04 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-08-13 .
- ↑ هورويتز، بول؛ هيل، وينفيلد (1989). فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية . مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات 471-473 . ISBN 0521370957.
- ↑ ب. سومانثان ناير (2002). الإلكترونيات الرقمية وتصميم المنطق . دار نشر PHI Learning Pvt. Ltd.، ص 289. ISBN 9788120319561الإشارات الرقمية
عبارة عن نبضات ذات عرض ثابت، والتي تشغل مستوى واحد فقط من مستويين من السعة.
- ↑ جوزيف ميغا كيزا (2005). أمن شبكات الحاسوب . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 9780387204734.
- 1 2 "تطبيق ترانزستورات MOSFET على تصميمات تبديل الطاقة الحديثة" . التصميم الإلكتروني . 23 مايو 2016. مؤرشف من الأصل في 10 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه في 10 أغسطس 2019 .
- ↑ ٢٠٠٠ مسألة محلولة في الإلكترونيات الرقمية . دار نشر تاتا ماكجرو هيل للتعليم . ٢٠٠٥. ص ١٥١. ISBN 978-0-07-058831-8.
- ↑ فينود كومار خانا (2009). معالجة الإشارات الرقمية . إس. تشاند. ص 3. ISBN 9788121930956الإشارة الرقمية هي شكل خاص من أشكال الإشارة الزمنية المنفصلة، وهي منفصلة في كل من الزمن والسعة، ويتم الحصول عليها من خلال السماح لكل قيمة (عينة) من الإشارة الزمنية المنفصلة باكتساب مجموعة محدودة
من القيم (التكميم)، وتعيين رمز رقمي لها وفقًا لرمز معين... الإشارة الرقمية هي سلسلة أو قائمة من الأرقام مأخوذة من مجموعة محدودة.
- ↑ JSChitode، أنظمة الاتصالات ، 2008: "عندما يتم إرسال إشارة رقمية عبر مسافة طويلة، فإنها تحتاج إلى تعديل الموجة المستمرة (CW)."
- ↑ فريد هالسال، شبكات الحاسوب والإنترنت : "من أجل إرسال إشارة رقمية عبر خط مشترك تناظري، يجب استخدام الإرسال المعدل؛ أي أن الإشارة الكهربائية التي تمثل تدفق البتات الثنائية لمخرج المصدر (الرقمي) يجب أولاً تحويلها إلى إشارة تناظرية متوافقة مع إشارة الكلام (الهاتفية).
روابط خارجية
- مونتي مونتغمري. عرض تقديمي رقمي .
- CodSim 2.0: مختبر افتراضي مفتوح المصدر لنمذجة اتصالات البيانات الرقمية، قسم هندسة الحاسوب، جامعة مالقة. يحاكي ترميز الخطوط الرقمية وتعديلاتها. مكتوب بلغة HTML ليتوافق مع جميع متصفحات الويب.
- الاتصالات السلكية واللاسلكية