Segnali analogici

• L'informazione è analogica se è rappresentata da un numero reale compreso in un intervallo di valori ben definito (dinamica) e valido in qualunque istante di un intervallo di tempo. Ad es. la velocità di un veicolo che da fermo raggiunge  130Km/h assume tutti i valori tra 0 e 130Km/h nell'intervallo di tempo di variazione.

• L'informazione è associata ad un parametro del segnale elettrico (ampiezza, frequenza, fase..) che varia analogamente all'informazione e che  può assumere tutti i numeri reali contenuti in un suo  intervallo (dinamica) ovviamente diverso da quello della grandezza fisica che rappresenta. Nel caso più semplice l'informazione è direttamente proporzionale all'ampiezza di una tensione (ad es. una temperatura tra 0 e 100°C associata ad una tensione che varia tra 0 e 10V: se la tensione vale 3,45V la temperatura vale 34,5°C). 

• Nel caso analogico, rumori e disturbi, sempre presenti, alterando il segnale, alterano inevitabilmente l'informazione. 

• Ogni elaborazione  introduce rumore; quindi comporta una alterazione del segnale analogico e del suo contenuto informativo, soprattutto la trasmissione a distanza e la memorizzazione.

• Il graduale aumento del rumore comporta un graduale degrado dell'informazione. (es. registrazione VHS ripetuta, oppure effetto neve nelle obsolete trasmissioni TV analogiche)

Segnali digitali

• L'informazione è digitale se  il numero di stati che può assumere è finito; è rappresentabile da  simboli  che possono essere lettere (L, H...) o numeri interi. Ad esempio:

  •  un semaforo può assumere solo pochi stati (rosso, verde, giallo, giallo lampeggiante, guasto): ogni stato è rappresentabile con i simboli.

  • Un contatto può essere aperto o chiuso, OFF e ON, 0 e 1.

• Con i simboli si possono rappresentare anche i numeri e i sistemi di numerazione. 

• L'informazione digitale è rappresentata da un set di numeri interi validi solo ad istanti regolari. Si parla di discretizzazione nel tempo e nell'ampiezza.

•  Utilizzando il sistema di numerazione binario  le singole cifre che formano il numero prendono il nome di bit (ad es. il segnale telefonico è digitalizzato a 8 bit, 256 stati diversi,  mentre la musica hifi a 16 bit). "Più precisamente un bit è la quantità di informazione che risolve l’incertezza tra due alternative (aperto o chiuso, acceso o spento, zero o uno ecc.) "

• Il segnale digitale binario (ad es. una tensione) che rappresenta il singolo bit, ha una dinamica suddivisa in due campi  cui corrispondono i due possibili stati (ad es. 0-1,5V per lo stato logico basso e 3,5-5V per lo stato logico alto).

• I disturbi che alterano il segnale binario ma non lo fanno uscire dal campo di valori assegnato, non comportano alterazioni informative. Quindi i disturbi, se non superano una certa ampiezza, detta margine di rumore, alterano la grandezza elettrica ma non il contenuto informativo. 

• E' possibile ripulire completamente il segnale dal rumore (ad es. quando proviene da grandi distanze o quando il supporto di memoria è parzialmente danneggiato) con un semplice processo di rigenerazione (processo impossibile nel caso analogico).

• I convertitori AD all'interno dei micro (vedi Arduino) si possono utilizzare abbastanza semplicemente ( se si dispone delle librerie relative) .

VANTAGGI DELLA TECNICA DIGITALE

• Se non si supera il margine di rumore  è possibile elaborare il segnale digitale un numero infinito di volte senza nessun degrado (es. duplicazione CD). Si parla di elaborazioni sia hw che sw. 

• E' possibile rigenerare il segnale affetto da rumore (entro il margine) ripristinandolo completamente  

• La possibilità di  elaborazioni sw comporta un vantaggio insuperabile: negli anni ottanta intere centrali telefoniche analogiche, perfettamente funzionanti, sono state sostituite con centrali numeriche per la necessità di offrire ai clienti servizi aggiuntivi che richiedono elaborazione sw.

• Un altro vantaggio è che le informazioni di varia natura (audio, video, dati...) si sono uniformate in un unico standard (una successione di bit). Invece nel caso analogico ad es. un segnale telefonico è completamente diverso da un segnale video e richiede canali di comunicazione, trasmettitori, amplificatori e strumentazione completamente diversi.

• L'elettronica analogica rimane indispensabile agli estremi della catena di elaborazione (gestione di molte tipologie di sensori ed attuatori, come altoparlanti, motori). Tuttavia oggi il mercato offre un numero crescente di trasduttori con uscita digitale che integrano una sezione analogica 'trasparente', per un accoppiamento diretto ai sistemi di elaborazione sw. Ad es. ci sono sensori  che integrano l'elettronica analogica sensibile alla grandezza fisica, il circuito di condizionamento analogico, il convertitore analogico-digitale e un'interfaccia standard di comunicazione digitale: il progettista  si preoccupa soltanto dell'alimentazione e della comunicazione con una notevole semplificazione circuitale ed ottimizzazione delle prestazioni. Il tutto spesso a costi irrisori. Lo stesso per gli attuatori: ad es. gli SSR, relè allo stato solido, consentono ad un microcontrollore di pilotare direttamente motori fino a decine di ampere in modo completamente trasparente. Ovviamente l'elettronica interna è analogica, ma non va progettata; solo compresa per essere utilizzata correttamente entro i suoi limiti.

ES. Stabilire la natura analogica o digitale dell'informazione nei seguenti casi. Proporne altri.

• sequenza di tasti premuti su una tastiera 

• caratteri stampati su un foglio

• intensità luminosa di un pixel di uno schermo TV LCD

• pressione acustica prodotta dalla voce

• segnale morse

• temperatura giornaliera

• uscita audio un lettore cd