2011年9月27日 星期二

數位與類比的連結


在傳統類比式的裝置中,我們常常使用電壓或電阻的變化來表示一些資訊,例如汽車的引擎轉速表、時速表、油箱或水箱內的液面高度、溫度、溼度、壓力等等。因為這些感測資料,都很容易透過簡單的裝置轉換成電壓或電阻的變化,如下圖中( a )所示,透過導線連接至儀表板上的指針式儀表,就成了簡單的一套類比裝置。
然而,類比資料若要進行一些運算、條件判斷、取用讀數等等,需要透過複雜的電子電路進行。隨著對功能要求的增加,製作與維護這些電子電路的成本隨之提升,且應用彈性低,若要改變、增加功能等,可能就需要修改電子電路。因此就有了數位化裝置的概念,將資料表達成0與1的編碼,如下圖中( b )所示,透過去有運算能力的數位電路進行處理。
雖然數位化後的資料由0與1組成,但在電腦與相關電子設備中的處理,仍然是以電壓或是光線強度的變化表示0與1。如下圖中( c )所示,一般的電子設備以低電位(LOW)與高電位(HIGH)兩種電壓變化表示0與1,並且設定一個電位的中間值,若電位低於中間值,則視為0,反之則為1。這也說明了為什麼數位訊號有較佳的抗干擾與抗衰減能力,因為即使在傳輸中因為干擾、衰減造成波形有所變化,只要仍然能夠區分出低電位與高電位,就能得到0與1得資料。反觀如下圖中( a )所示的類比資料,如果遇到傳輸中的干擾或是衰減,很容易就造成資料無法正確判讀。
從下圖中( c )也呈現出了,在0與1變化的過程中,電子電路需要些微的反應時間,且在低電位或高電位的狀態下,電位仍然會有細小的變動。隨著電子元件技術的進步,現在的元件高低電位的反應時間與同一狀態下的電位變動,比起早期的元件已經縮小了許多。因此現在的電腦與電子設備,擁有較快的運作速度與較低的工作電壓。




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