Аналогові й дискретні величини.
У житті нам доводиться мати справу як з електричними, так і не електричними величинами: температурою, кількістю рідини, напругою, струмом. Всі величини можна розділити на дві групи:
- величини з безперервними значеннями в певних межах;
- величини з фіксованою кількістю значень.
До величинам з безперервними значеннями відносяться ті, які можуть прийняти будь-яке значення в певних межах. Наприклад, при вимірюванні температури абсолютно реальні значення: -1.59 ° C, + 52 ° C, -36.82 ° C, + 198.4527 ° C. В даному випадку немає фіксованих значень: температуру, як і багато фізичні величини, можна вимірювати до нескінченної кількості знаків - все залежить від приладу вимірювання і відображення отриманих значень. Такі величини називають аналоговими.
Ряд величин має фіксовану кількість станів. Наприклад: контакт замкнутий або розімкнутий, струм в ланцюзі є або його немає. Такі величини називають дискретними. З тлумачного словника: «дискретний - роздільний, що складається з окремих частин; індивідуально ідентифікований ». Так само до них можна віднести і події: зміна вимірюваної величини. Наприклад, підвищення температури.
Всі величини часто перетворюють в електричні сигнали - їх простіше передавати передати з яких-небудь каналах зв'язку і обробляти.
«Мова» систем передачі і перетворення сигналів.
Тепер необхідно визначиться з таким поняттям як «кодування сигналів». В даному контексті слово «кодування» не має на увазі шифрування і криптозащиту даних. Тут під словом «код» мається на увазі «мову», яким користуються «Відправник» і «Одержувач» інформації при прийомі, передачі і обробці отриманих сигналів.
При передачі сигналів мається на увазі, що «Одержувач» розуміє «мову» «Відправника». Пояснимо це на прикладі. У нас є найпростіша схема: послідовно з'єднані джерело живлення, вимикач і лампочка. В даному випадку ми маємо ОДИН фізичний канал зв'язку:
«Відправникові» необхідно передати повідомлення «Одержувачу». Він робить це, замикаючи контакти вимикача. До передачі повідомлення було обумовлено, що «подача повідомлення = світіння лампочки». Як тільки «Відправник» замикає контакти вимикача у «Одержувача» загоряється лампочка.
Якщо бути точним, то повідомленням є МОМЕНТ загоряння лампочки, перехід з неактивного стану в активне. А факт світіння лампочки є лише підтвердженням того, що подія ВЖЕ сталося. Для того щоб «Відправник» міг передати нове повідомлення, необхідно також домовитися про тривалість замикання контактів вимикача, а також домовитися про час, через яке система повинна бути встановлена у вихідне (чергове) стан.
Все це дозволяє зробити наступні висновки:
1. Правила, за якими здійснюється обмін повідомленнями, називають протоколом обміну. Часто використовуються терміни «логіка протоколу обміну» або «логіка обміну».
2. Про з'єднання має два рівні:
- фізичний - сукупність засобів передачі і перетворення сигналу;
- логічний - протокол обміну, в якому раніше обумовлені методи перевірки появи сигналу, часу його активності і часу переведення системи в чергове стан.
3. Сукупність ФІЗИЧНОГО і ЛОГІЧНОГО рівнів каналу зв'язку називають інтерфейсом обміну даними або просто «інтерфейс».
4. Маючи один і той же ФИЗИЧЕСКИЙ канал зв'язку, ми можемо використовувати РІЗНІ правила обміну повідомленнями. Ніхто не заважає «Відправникові» і «Одержувачу» ЗАРАНЕЕ домовитися про інші правила. Наприклад: «повідомлення = згасання лампочки».
Методи передачі сигналів.
ми маємо ДВА стану схеми:
- контакти вимикача розімкнуті = лампочка погашена;
- контакти вимикача замкнуті = лампочка світиться.
Використовуючи цю схему і керуючись заздалегідь обумовленими правилами (логікою), ми може передати від «Відправника» до «Одержувачу» ОДНЕ повідомлення. Отже, даний фізичний і логічний рівні дозволяють закодувати ОДНЕ повідомлення. Що робити, якщо нам необхідно передати два повідомлення? Це можна зробити декількома способами. Наприклад, збільшимо кількість каналів передачі даних: використовуємо для передачі повідомлень між «Відправником» і «Одержувачем» ЩЕ ОДИН канал зв'язку:
Даний метод передачі повідомлення має позитивні і негативні сторони.
- НЕ ЗМІНЮЮЧИ протоколу обміну даними, ми збільшили кількість переданих повідомлень;
- всі повідомлення можуть бути передані незалежно один від одного, і немає тимчасових затримок, пов'язаних із зайнятістю каналу зв'язку: у нас два НЕЗАЛЕЖНИХ каналу зв'язку.
- кожне повідомлення займає ВЕСЬ канал зв'язку;
- для збільшення кількості переданих повідомлень необхідно використовувати ще один канал зв'язку. А якщо необхідно передати сотні або тисячі повідомлень? Тоді необхідне використовувати безліч каналів зв'язку. Це досить дорогий захід.
Спосіб, при якому сигнали передаються паралельно (одночасно) називають «паралельним інтерфейсом». Цей метод хороший для передачі відносно невеликої кількості повідомлень.
Але що робити, коли збільшення кількості індивідуальних каналів зв'язку неприйнятно? Можна застосувати метод обміну повідомленнями за допомогою заздалегідь обумовлених рівнів (напруги або струму) - дискретних повідомлень. Схемотехнічна реалізація пристрою для передачі повідомлення може бути різною. Наприклад, як показано на малюнку нижче, це може бути послідовно з'єднані джерело живлення, реостат (або магазин опорів) і вольтметр.
«Відправник» і «Одержувач» ДО передачі повідомлення домовилися:
1) повідомлення будуть передаватися шляхом зміни напруги в лінії зв'язку і будемо використовувати джерело напруги 12 Вольт;
2) для кожного з повідомлень є фіксоване (опорна) напруга:
- повідомлення №1 - напруга 2 Вольт;
- повідомлення №2 - напруга 3 Вольт;
- повідомлення №9 - напруга 10 Вольт;
- повідомлення №10 - напруга 11 Вольт.
3) використані наступні методи збільшення помехозащіти:
- напруги менше 1,5 Вольта і більше 11,5 Вольт вважають помилкою, тому ігноруються.
- збільшені пороги достовірності прийнятої інформації: прийнятий сигнал від опорного напруги (2, 3, 4 ... 10, 11 Вольт) може відрізнятися на +0,2 і - 0,2 Вольта.
Що ми маємо в даному випадку? Маючи один канал зв'язку, ми отримали можливість передачі досить великої кількості повідомлень. Але даний метод має великі недоліки:
- складніша технічна реалізація пристроїв передачі та прийому повідомлення;
- необхідність калібрування всього комплекту апаратури як мінімум перед початком експлуатації. Справа в тому, що канал зв'язку вносить спотворення в сигнал, що передається. У нашому випадку ця перешкода буде проявлятися у вигляді зменшення напруги, за допомогою якого ми і кодируем наші повідомлення. Наприклад, замість напруги 3 Вольта ми можемо отримати 2,5 Вольта, що зробить прийом повідомлення неможливим. Тому ПЕРЕД експлуатацією станції необхідно калібрувати (підлаштовувати) приймальну апаратуру, що в ряді випадків може бути великою проблемою.
Усунути необхідність постійної калібрування можна: необхідно змінити Логічний і / або ФИЗИЧЕСКИЙ рівні інтерфейсу. Наприклад, зробити 6 Вольт калібрувальним напругою (половина напруги живлення) та назвати цей сигнал «Калібрування». При відсутності повідомлень «Відправник» постійно видає в канал / лінію зв'язку 6 Вольт. «Одержувач» в процесі експлуатації каналу зв'язку автоматично підлаштовує свій приймач з цього опорної напруги.