Analóg és digitális világ

Biztosan sokszor hallod azt a két szót, hogy analóg és digitális. Vajon mit jelenthetnek ezek? Tök egyszerű!

Digitális

Ujjainkkal kifejezhető. Mármint nem a középsővel... Úgy képzeld el, ahogy az ujjainkon számolunk, egy - megérett a meggy, kettő - csipkebokor vessző...

Digitálisnak nevezik azokat a kijelzőket is, amik számokat mutatnak. Például a kvarcóra számokkal mutatja az eltelt időt - ezért a kijelzője digitális.

A mi kis digitális világunk kettes számrendszerben működik (a 04-es fejezet végén találsz egy történetet arról, hogy miért pont így.) Ezért itt kétféle lehetséges állapota lehet, kikapcsolt vagy bekapcsolt, vagy számokkal kifejezve nulla vagy egy.

A kettes számrendszerben kettő számjegy van, 0 és 1, ezt pontosan egyetlen ujjal tökéletesen ki lehet fejezni. Mutasd fel egy ujjad, és kérd meg a társad, hogy mondja meg hogy hányat mutatsz! Szerintem tökéletesen sikerülni fog neki (még pár sör után is!)

Analóg

Valamihez hasonló. Például a hőmérő higanyszálának a hossza hasonló ahhoz, hogy milyen meleg van: ha nagyobb a meleg, nagyobb a higanyszál hossza. Az autókban a sebességmérő mutatójának elfordulása hasonló ahhoz, hogy milyen gyorsan megy az autó: minél gyorsabban megy, annál jobban elfordul a mutató.

Az analóg dolgok jellegzetessége, hogy végtelen sok értéke lehet. Próbálj meg egy 10 centis távolságú araszt mutatni a mutató és a hüvelykujjaddal! A társad mérje le vonalzóval! Sikerült pont 10 centi? Szerintem nem. Egyáltalán, lehetséges pont 10 centit lemérni? Nem éppen 10,00000000000001 cm lett? Vagy 9,99999998? vagy 9,9999? Tulajdonképpen lehetetlen pontosan megmondani, mert nem tudunk végtelenül pontosan mérni a vonalzóval!

Mi közünk van nekünk ezekhez?

Csupán annyi, hogy - bár szívesen hisszük, hogy a digitális világ modern és nagyszerű - de ez merő csalás. A körülöttünk lévő világ valójában teljesen analóg. Az hogy mennyire van világos, hogy milyen meleg van, hogy milyen magasak vagyunk, hogy mennyire közel tolatunk a kocsival a kukához - ezek mind analóg dolgok.

Hogy mennyire világosat csinálunk a lámpáinkkal, mennyire fűtünk, milyen melegen sütjük a pizzát - ezek is mind-mind analóg dolgok.

De akkor minek ide a digitális dolog?

Képzeld, az 1960-as években még minden analóg volt. Analóg volt a tévéadás (2013-ig Magyarországon is volt még analóg tévéadás). Analóg volt a rádió (ez még manapság is analóg) is.

Analóg volt a hangrögzítés, és ilyen magnókazettákon voltak a zenék, amikkel a DJ-k nyomultak:

Egy magnókazetta

Egészen jól ment minden.

Csak az a baj, hogy voltak kisebb-nagyobb kényelmetlenségek. Amikor átmásoltuk a magnókazettát a barátainknak, akkor romlott a hang minősége. Amikor a szomszéd hegesztett, recsegett-ropogott a rádió. Amikor messzebbre telefonáltunk, a telefonban furcsa zajokat hallottunk.

Sajnos, az analóg technikát szinte minden zavarta.

Egyszerűen az a baj, hogy az analóg világban nem lehet különbséget tenni a hasznos jel, és a zavarok között. Vedd elő megint a vonalzót, és mutass egy 10 centis araszt! A társad próbálja lemérni, miközben lökdösöd. Fog neki sikerülni pontosan mérni? Nem nagyon! Na pont így romlik el minden analóg jel, amennyiben más berendezések zavarják.

Akkor, a digitális jobb? Nos, igen! Próbáld ki! Mutass egy ujjaddal 0-át vagy 1-et, miközben a társadat lökdösöd. Le tudja olvasni? Simán! Akár fejjel lefelé is! Akár félhomályban is! De miért? Azért, mert nagyon nagy eltérés van a két jó válasz, a 0 és az 1 között! Emiatt könnyű különbséget tenni a két lehetséges érték között.

Na, akkor számszerűsítsünk!

Egy analóg hang jel nagysága 0.3V (ez kevesebb, mint egy pici elemből jövő villany!). Ha emellett a hang vezeték mellett fut egy másik kábel, amiben sok-sok villany van és ráadásul gyorsan változik benne, akkor az erre a 0.3V-nyi hangra simán tesz 0.1V-nyi nem várt zavart. Sajnos, nem tud az analóg hangcucc különbséget tenni, hogy most tényleg technót hallgatunk, vagy a szomszéd bácsi hegeszt, és ez a nem várt zavart zajként halljuk meg.

Egy átlagos digitális jel értéke 0V vagy 5V. Igaziból a nagysága szinte mindegy, 2.5V felett mindent 1-nek, 2.5V alatt mindent 0-nak veszünk. Ha egy 0V-os madzagra jön az előző 0.1V-os gyilkos zavarjel, az.. az még bőven kisebb mint 2.5V, és gond nélkül 0-nak vesszük. Tehát a digitális rendszer simán eltűr olyan zavarjeleket, amik egy analóg rendszer működését csúnyán elrontják.

Hát, ezért olyan népszerű a digitális világ :) Ezért érdemes minden dolgot digitálisan csinálni, hiszen mihelyst digitálisan csinálunk mindent, semmiféle zavaró jel nem ronthatja el a dolgokat.

Hogyan lesz analógból digitális, meg fordítva?

Említettem már, hogy mindenre van egy IC? Tényleg van! Van egy olyan IC, ami képes megmérni analóg értékeket - mondjuk a villany nagyságát - és a másik oldalon egy számsort fog visszaadni. Természetesen van ilyen a mikrovezérlőnkben is!

Tehát számunkra az egész probléma csak annyi, hogy ráteszünk egy analóg érzékelőt a mikrovezérlő bemenetére. Az analóg érzékelő érzékel valamit (például fényt), és a kimenetén a fénnyel arányos villanyt ad. A mikrovezérlő ezt megméri, és a programunkban egy digitális számot kapunk, aminek a nagysága arányos a villannyal ami arányos a fénnyel. Tehát:

valóságos jelenség: fény -> érzékelő -> analóg villany -> átalakító (ADC) -> szám

Ugyanez visszafelé is így megy, például amikor a számítógép hangot játszik le:

szám -> átalakító (DAC) -> analóg villany -> hangszóró -> valóságos jelenség: hang

Az analóg villany kifejezésen azt értem, hogy ott a villany nagysága nem 0V vagy 5V, hanem arányos a fény nagyságával, vagy a hang nagyságával. Lehet 2.3422V vagy 3.62321V is.

Akkor most minden pöpec?

Ööö... igen, ami a digitális oldalát érinti. Most már a digitális jelek esetén soha nincs semmiféle zavar, vagy minőségvesztés. Azonban nagyon nagyon fontos, hogy ezek az átalakítók szuper jó minőségüek legyenek, mert ott, ahol az átalakítás történik, ott és csak is ott még lehetnek problémák.

Biztos láttál már rossz minőségű, telefonnal készült fényképet. A természettudományi újságok fényképei viszont tűélesen mutatják akár a légy bajszát is. Mindkét esetben a fénykép digitális fényképezéssel történt: a különbség csak az, hogy mennyire precízen sikerült a fény nagyságát számokká alakítani.

Egy kis érdekesség

A digitális kijelzőket le kell olvasni: ki kell találni, hogy a sok kis pálcika milyen számot jelent, és az a szám mit is jelent. Például, ha egy kocsiban a benzinszint kijelzője tökéletesen mutatja, hogy 3.42 liter benzin van még, akkor ezt le kell olvasni. Bár pontosan tudjuk, hogy 3.42 liter benzinünk van, de ez kicsit sem segít abban, hogy most tele van, félig van, vagy üres a benzintank?

Bezzeg, ha egy egyszerű mutatós műszer lenne, ami mutatja egy csíkon, hogy a teljesen teli álláshoz képest mennyi benzinünk van, akkor azonnal tudnánk, hogy most tele van, félig van, vagy üres! Ráadásul sokkal gyorsabban le tudnánk olvasni, mert a szemünk és az agyunk is az analóg értékekhez szokott, és emiatt a mutató helyzetét a csík nagyságával egy szempillantás alatt összehasonlítjuk.

Bármennyire is furcsa, de sok esetben - amikor nem szükséges a pontos, számszerű leolvasás - az analóg, mutatós kijelzőket használjuk. A mutatós óra kismutatója tökéletesen elég arra, hogy lássuk, mennyi van még hátra a délutánból éjfélig - anélkül, hogy le akarnánk olvasni hogy 9 óra meg még úgy 12 perc van. A kocsiban a sebességmérő mutatója elég arra, hogy lássuk, mennyire elképesztően gyorsan megyünk, de igazán nem vagyunk kíváncsiak arra, hogy vajon 45 vagy 46.5 km/h a sebességünk.

Éppen ezért a mai modern autókban, ahol már több, mint 15 éve ténylegesen egy digitális számítógép méri meg a sebességet, szándékosan készítenek analóg, mutatós kijelzőket. Azért, mert ezeket könnyebb és gyorsabb leolvasni az emberi agynak, amennyiben nincs szükség teljesen precíz érték kijelzésére.