Tuesday, February 20, 2007

Analog and Digital









Analog and Digital


            สัญญาณที่ใช้ในระบบสื่อสารแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือสัญญาณอะนาลอกและสัญญาณดิจิตอล สัญญาณอะนาลอกเป็นสัญญาณที่มีขนาดเป็นค่าต่อเนื่องส่วนสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณ ที่มีขนาดเปลี่ยนแปลง เป็นค่าของเลขลงตัว โดยปกติมักแทนด้วย ระดับแรงดันที่แสดงสถานะเป็น "0" และ "1" หรืออาจจะมีหลายสถานะ ซึ่งจะกล่าวถึงในเรื่องระบบสื่อสารดิจิตอล มีค่าที่ตั้งไว้ (threshold) เป็นค่าบอกสถานะ ถ้าสูงเกินค่าที่ตั้งไว้สถานะเป็น "1" ถ้าต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ สถานะเป็น "0" ซึ่งมีข้อดีในการทำให้เกิดความผิดพลาดน้อยลง
เนื่องจากสัญญาณรบกวนต้องมีค่าสูงกว่าค่าที่ตั้งไว้สถานะจึงจะเปลี่ยน ตัวอย่างเช่น ในระบบดิจิตอล สถานะของข้อมูลเป็น "0" สัญญาณรบกวนมีค่า 0.2 โวลต์ แต่ค่าที่ตั้งไว้เท่ากับ 0.5 โวลต์ สถานะ ยังคงเดิมคือเป็น "0" ในขณะที่ระบบอะนาลอก สัญญาณรบกวนจะเติมเข้าไปใน สัญญาณจริงโดยตรง กล่าวคือสัญญาณจริงบวกสัญญาณรบกวนเป็นสัญญาณขณะนั้นทำให้สัญญาณรบกวนมีผลต่อสัญญาณ จริงและมีความผิดพลาดเกิดขึ้น
กระแสไฟฟ้าแบ่งออกได้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ หลาย ๆ คนอาจจะคิดว่าไม่มี ส่วนเกี่ยวข้องกับระบบสื่อสารโทรคมนาคม เมื่อกล่าวถึงสัญญาณในเชิงประยุกต์ก็ อาจจะจำแนกใน หมวดหมู่นี้ได้ การไหลของไฟฟ้ากระแสตรงในวงจรอย่างสม่ำเสมอไม่สามารถส่งข่าวสารได้ แต่เมื่อไร ที่ทำการควบคุมกระแสให้เป็นพัลส์โดยการเปิดสวิตซ์ กระแสจะลดลงสู่ศูนย์และปิดสวิตซ์ กระแสก็จะมีค่าค่าหนึ่ง พัลส์ของกระแสถูกผลิตตามรหัสที่ใช้แทนแต่ละตัวอักษรหรือตัวเลย โดยการรวมของพัลส์ การทำงานของสวิตซ์สามารถส่งข้อความใด ๆ ได้ ตัวอย่างที่เห็นได้เสมอได้แก่ รหัสมอร์ส เป็นต้น ส่วนไฟฟ้ากระแสสลับในรูปของคลื่นอยู่ในจำพวกคลื่นวิทยมีการใช้งานอย่าง กว้างขวางเป็น ที่รู้จักกันดี

            1. สัญญาณแบบ Analog จะเป็นสัญญาณแบบต่อเนื่องที่ทุกๆ ค่าเปลี่ยนแปลงไปของระดับสัญญาณจะมีความหมาย การส่งสัญญาณแบบ Analog จะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่ายกว่า เนื่องจาก ค่าทุกค่าที่ถูกนำมาใช้งานั้นเอง ซึ่งสัญญาณแบบอนาล็อกนี้จะเป็นสัญญาณที่สื่อกลาง ในการสื่อสาร ส่วนมากใช้อยู่ เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น

            2. สัญญาณแบบ Digital จะประกอบขึ้นจากระดับสัญญาณเพียง 2 ค่า คือสัญญาณระดับสูงสุดและสัญญาระดับต่ำสุด ดังนั้นจะมีประสิทธิภาพและ ความน่าเชื่อถือสูงกว่าแบบ Analog เนื่องจากมีการใช้งานเพียง 2 ค่าเพื่อนำมาตีความหมายเป็น On/Off หรือ 1/0 เท่านั้นซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี้ จะเป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกันในทางปฏิบัติ จะสามารถใช้เครื่องมือในการแปลงระหว่างสัญญาณ ทั้งสองแบบได้ เพื่อช่วยให้สามารถส่งสัญญาณดิจิตอลผ่านสัญญาณพาหะที่เป็นอนาล็อก เช่น สายโทรศัพท์หรือคลื่นวิทยุ การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาล็อก จะเรียกว่า โมดูเลชั่น (Modulation) เช่น การแปลงสัญญาณแบบ Amplitude modulation (AM) และ Frequency Modulation (FM) เป็นต้น ส่วนการแปลงสัญญาณ แบบอนาล็อกเป็นดิจิตอล จะเรียกว่า ดีโมดูเลชั่น (Demodulation) ตัวอย่างของเครื่องมือการแปลง เช่น MODEM(MOdulation DEModulation) นั้นเอง



การส่งสัญญาณแบบอนาลอกและดิจิตอล

            1. สัญญาณแบบอนาลอก (Analog) จะเป็นสัญญาณแบบต่อเนื่อง ที่ทุกๆค่าที่เปลี่ยนแปลงไป ของระดับสัญญาณจะมีความหมาย การส่งสัญญาณแบบอนาลอกจะถูกรบกวนให้มีการแปลความหมายผิดพลาดได้ง่ายกว่า เนื่องจากค่าทุกค่าถูกนำมาใช้งานนั่นเอง ซึ่งสัญญาณแบบอนาลอกนี้จะเป็นสัญญาณ ที่สื่อกลางในการสื่อสารส่วนมากใช้อยู่ เช่น สัญญาณเสียงในสายโทรศัพท์ เป็นต้น

            2. สัญญาณแบบดิจิตอล (Digital) จะประกอบขึ้นจากระดับสัญญาณเพียง 2 ค่า คือสัญญาณ ระดับสูงสุดและสัญญาณระดับต่ำสุด ดังนั้นจะมีประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงกว่าแบบอนาลอก เนื่องจากมีการใช้งานค่าเพียง 2 ค่า นำมาตีความหมายเป็น on/off หรือ 1/0 เท่านั้น ซึ่งสัญญาณดิจิตอลนี้ จะเป็นสัญญาณที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานและติดต่อสื่อสารกัน
ในทางปฏิบัติ จะสามารถใช้เครี่องมือในการแปลงระหว่างสัญญาณทั้ง 2 แบบได้ เพื่อช่วยให้สามารถส่งสัญญาณดิจิตอลผ่านสัญญาณพาหะที่เป็นอนาลอก เช่นสายโทรศัพท์หรือคลื่นวิทยุ การแปลงสัญญาณแบบดิจิตอลไปเป็นอนาลอกจะเรียกว่า Modulation เช่น การแปลงแบบ Amplitude Modulation (AM) และ Frequency Modulation (FM) เป็นต้น ส่วนการแปลงสัญญาณแบบอนาลอกเป็นดิจิตอล จะเรียกว่า Demodulation ตัวอย่างของเครื่องมือในการแปลงระหว่างสัญญาณทั้งสองก็คือ Modem (Modulation DEModulation) นั่นเอง



ลักษณะและความแตกต่างของ Analog & Digital

            สัญญาณดิจิตอลมีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากสัญญาณอนาล็อกเป็นอย่างมาก กล่าวคือ สัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง แต่มีลักษณะเป็นชิ้น ๆ หรือเป็นท่อน ๆ ซึ่งเรามีศัพท์เรียกลักษณะดังกล่าวว่า ดิสครีต (Discrete) และสัญญาณจะมีค่าได้เฉพาะค่าที่กำหนด ไว้ตายตัวเท่านั้น เช่น ในระบบดิจิตอลที่ใช้กันทั่วไปนั้นใช้สัญญาณระบบเลขฐานสอง (Binary) ซึ่งมีค่าเพียงสองระดับเท่านั้น จากรูป แสดงลักษณะของสัญญาณดิจิตอล ในกรณีนี้สัญญาณสามารถมีค่าที่กำหนดไว้สองระดับคือ 0 กับ 5 โวลต์ ตามรูปนี้สัญญาณมีค่า 5 โวลต์ ในช่วงเวลาระหว่า t = 1 ถึง 2 กับในช่วงเวลาระหว่าง t = 3 ถึง 4 นอกจากช่วงเวลา ทั้งสองดังกล่าวสัญญาณมีค่า 0 โวลต์

            ถ้าส่งสัญญาณนี้ไปตามสายหรือไปกับคลื่นวิทยุ เมื่อไปถึงปลายทางขนาดและรูปร่างของคลื่น อาจผิดเพี้ยงไปบ้าง ในทางปฏิบัติเรากำหนดค่าขั้นต่ำของสัญญาณระดับสูง (VH min) และค่าขั้นสูงของสัญญาณระดับต่ำ (VL max) ไว้ เพื่อให้สามารถแยกระดับแรงดันไฟฟ้า ทั้งสองจากสัญญาณดิจิตอลที่ ผิดเพี้ยนไปได้ โดยวิธีนี้ระบบที่รับสัญญาณดิจิตอลก็ยังสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าสัญญาณที่ รับเข้ามาจะมีความผิดเพี้ยนค่อนข้างมาก ซึ่งเป็นจุดเด่นของระบบดิจิตอลที่เหนือกว่าระบบอนาลอก
การเข้าใจความแตกต่างระหว่างสัญญาณอนาลอกและดิจิตอล ถือว่ามีความสำคัญมากในการที่จะเข้าใจการสื่อสารข้อมูล สัญญาณอนาลอกเป็นสัญญาณที่มีความต่อเนื่อง และมีค่าตลอดช่วงของสัญญาณ เช่น เสียงพูด, เสียงดนตรี, วีดีโอ บางครั้งเรียกว่าบอร์ดแบนด์ หรือสัญญาณมอดูเลท
สัญญาณดิจิตอลเป็นกลุ่มของสัญญาณที่มีค่าไม่ต่อเนื่อง ภายในช่วงสัญญาณมีรูปแบบเป็นสัญญาณและเป็นเลขฐานสอง คือ มีค่า 2 ค่า เป็น 1 และ 0 สัญญาณดิจิตอลอาจจะเรียกว่าเบสแบนด์



ประเภทของวงจรดิจิตอล
ระบบดิจิตอล อาจแบ่งออกได้เป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ดังนี้

            1. ระบบดิจิตอลแบบคอมบิเนชัน (Combinational Digital System)
เป็นระบบที่สถานะของเอาท์พุตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ หรือคอมบิเนชัน (Combination) ของสถานะอินพุต ลำดับเหตุการณ์ในอดีตของอินพุต และเอาท์พุตไม่มีผลต่อการทำงานของวงจร วงจรในระบบนี้ได้แก่ วงจรตรรกะ (Logic Gates) แบบต่าง ๆ และวงจรที่พัฒนามาจากวงจรตรรกะ

            2. ระบบดิจิตอลแบบซีเควนเชียล (Sequental Digital System)
เป็นระบบที่สถานะของเอาท์พุดขึ้นอยู่กับสถานะปัจจุบัน และสถานะก่อนหน้านั้นของทั้ง อินพุตและเอาท์พุด ลำดับเหตุการณ์ในอดีตมีผลโดยตรงต่อสถานะของเอาท์พุต และเวลาเป็นตัวแปรตัวหนึ่ง ที่ควบคุมสถานะของเอาท์พุต วงจรในระบบนี้ได้แก่ วงจรฟลิปฟลอป (Flip Flop) แบบต่าง ๆ และวงจร ที่พัฒนามาจากวงจรฟลิปฟลอบ

            3. ระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรม (Program-Controlled Digital System)
เป็นระบบที่นำวงจรแบบคอมบิเนชันและแบบซีเควนเชียลมาทำงานร่วมกัน โดยเพิ่มหน่วยความจำ (Memory) ที่มีขนาดใหญ่พอเข้าไป สำหรับจดจำคำสั่งต่าง ๆ ที่จะสั่งงานให้ระบบทำงานตามลำดับ และ จดจำสถานะอินพุตเอาท์พุตก่อนหน้า คำสั่งทีเรียงลำดับไว้นี้เรียกว่า โปรแกรม (Program) ระบบนี้จึงเป็นระบบที่ทำงานภายใต้การควบคุมของโปรแกรม ซึ่งมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ซอฟต์แวร์ (Software) สิ่งที่ตรงกันข้ามกับซอฟต์แวร์คือ ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ซึ่งได้แก่ ชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่นำมาประกอบกันเป็น ตัวเครื่องของระบบ ระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรม จึงเป็นระบบที่มีทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ ในขณะที่ระบบดิจิตอลอีกสอบแบบที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้มีแต่ฮาร์ดแวร์เพียงอย่างเดียว ตัวอย่างของระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรมได้แก่ ระบบที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor -Based System)



ประเภทของสัญญาณอนาลอกและดิจิตอล

            เราคงเคยได้ยินคำว่า "อนาลอกและดิจิตอล" กันมาบ้างแล้ว ข้อมูลต่างๆที่เดินทางผ่านช่องสัญญาณในระบบโทรคมนาคมมีอยู่สองแบบ คือ สัญญาณอนาลอกกับสัญญาณดิจิตอล ลักษณะของสัญญาณอนาลอก (Analog Signal) อยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและถูกส่งผ่านสื่อนำสัญญาณไปยังจุดหมายที่ต้องการ เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณเสียงสนทนา (Voice) ส่วนสัญญาณดิจิตอล (Digital Signal) มีลักษณะการแบ่งสัญญาณเป็นช่วงๆ อย่างไม่ต่อเนื่อง ออกเป็นสองระดับเพื่อแทนสถานะสองสถานะ คือ สถานะของบิต "0" กับสถานะของบิต "1" ซึ่งเปรียบได้กับการปิดเปิดสวิทซ์ไฟฟ้า (0 หมายถึง ปิด 1 หมายถึง เปิด) เครื่องมืออีเลกทรอนิกส์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันผลิตสัญญาณออกมาใน

             รูปแบบสัญญาณดิจิตอลเกือบทั้งสิ้น แต่การส่งสัญญาณผ่านเครือข่ายโทรคมนาคมในปัจจุบัน ยังอยู่บน พื้นฐานของสายโทรศัพท์ธรรมดาซึ่งเป็นสัญญาณอนาลอกอยู่ ดังนั้นจึงต้องมีการแปลงสัญญาณผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่า โมเด็ม (MOdulation/DEMoldulation device ; MODEM) จึงจะสามารถสื่อสารข้อมูล ในระยะไกลได้
แต่ในขณะเดียวกันทุกวันนี้ในองค์กรต่างๆ สามารถเชื่อมโยงข้อมูลระหว่างเครื่องมือ อีเลกทรอนิกส์ในองค์กรได้ เช่น ระหว่างห้องทำงาน ระหว่างชั้น ระหว่างตึก การเดินสายสัญญาณ สามารถเลือกใช้สายที่นำสัญญาณดิจิตอลได้เลย ก็ไม่จำเป็นต้องอาศัยโมเด็มช่วยแปลงสัญญาณอีก เช่น การสื่อสารในระบบ LAN



ข้อดีและข้อเสียของระบบอนาลอกและดิจิตอล

            

การพัฒนาเทคโนโลยีของไอซี ทำให้มีการพัฒนาทางด้านดิจิตอล และนำมาใช้ในเครื่องมือและอุปกรณ์ต่าง ๆ มากขึ้น อุปกรณ์ดิจิตอล มีข้อดีหลายประการดังต่อไปนี้

            1. การแสดงผลทำให้เข้าใจได้ง่าย ตัวอย่างเช่น การแสดงผลของแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวเลขจาก เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้า

            2. การควบคุมทำได้ง่าย ตัวอย่างเช่นระบบควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาที่มีระบบดิจิตอลเข้ามา เกี่ยวข้อง การทำงานของระบบ มีตัวตรวจอุณหภูมิที่เปลี่ยนอุณหภูมิเป็นระดับแรงดันที่เป็นสัญญาณ อนาลอก สัญญาณจะถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณดิจิตอล ด้วยวงจรเปลี่ยนสัญญาณอนาลอกเป็นดิจิตอล แล้วป้อนเข้าสู่ส่วนประมวลผล (Central Processing Unit : CPU) ซี พี ยู จะทำงานตามเงื่อนไขที่กำหนดไว้ ถ้ามีอุณหภูมิสูงหรือต่ำกว่าที่กำหนด จะส่งสัญญาณออกที่เอาท์พุต เพื่อควบคุมการปิดเปิดเชื้อเพลิงใน เตาเผา การเปลี่ยนสัญญาณดิจิตอลให้กลับมาเป็นสัญญาณอนาลอกใช้วงจร D/A คอนเวอร์เตอร์ (Digital to Analog Converter) สัญญาณอนาลอกจะไปควบคุมการปิดเปิด การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงในเตาเผา เพื่อให้ได้อุณหภูมิตามที่ตั้งไว้ การเปลี่ยนอุณหภูมิสามารถปรับได้ โดยการเปลี่ยนค่าที่เก็บไว้ใน ซี พี ยู

            3. ความเที่ยงตรง วงจรอนาลอก ทำให้มีความเที่ยงตรงสูงได้ยาก เพราะปะรกอบไปด้วยอุปกรณ์ที่มีค่าผิดพลาด และมีความไวต่อสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความชื้น จึงทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ มีคุณสมบัติเปลี่ยนไป เหมือนกับว่าปัญหาที่เกิดขึ้นในวงจรอนาลอก เป็นเพราะแรงดันไฟฟ้า ส่วนอุปกรณ์ในวงจรดิจิตอลก็มีปัญหาเช่นเดียวกัน แต่วงจรสามารถควบคุมการทำงานได้ ถึงแม้ว่าสัญญาณจะผิดเพี้ยนไปบ้าง ก็ไม่มีผลต่อการทำงานของวงจรเพราะสภาวะ 1 กับ 0 กำหนดจากระดับแรงดัน

            4. ผลกระทบต่อการส่งในระยะไกล เมื่อมีการส่งสัญญาณออกไปในระยะไกล ๆ ตามสายส่งหรือเป็นคลื่นวิทยุ จะมีการรบกวนเกิดขึ้นได้ง่าย เรียกว่า นอยส์ (noise) ตัวอย่างเช่น การส่งสัญญาณไปยัง ดาวเทียมจะมีการรบกวนเนื่องจากการแผ่รังสี จากฟ้าแลบ หรือจุดดับบนดวงอาทิตย์ทำให้สัญญาณผิดเพี้ยนได้ง่าย ถ้าเป็นวงจรอนาลอก ความเชื่อถือได้ขึ้นกับแรงดันที่ปลายทางว่าเบี่ยงเบนไปจากต้นทางมามากน้อยแค่ไหน เป็นปัญหาที่เกี่ยวกับความต่างศักย์ ถ้าส่งเป็นสัญญาณดิจิตอลจะไม่มีปัญหานี้ เพราะสัญญาณอาจผิดไป จากต้นทางได้บ้างแต่ยังคงสภาวะ 1 หรือ 0

            5. ความเชื่อมั่น สัญญาณดิจิตอลมีค่าความผิดพลาดน้อยกว่าสัญญาณอนาลอก ทำให้วงจรที่ทำงานด้วยสัญญาณดิจิตอล มีความเชื่อถือได้มากกว่า เมื่อใช้แทนปริมาณต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น การบวกสัญญาณ ถ้าทำงานในลักษณะอนาลอก







จัดทำโดย    นางสาวละอองดาว เศรษฐบวรกุล เลขที่ 30 รหัสประจำตัว 48224043007

โปรแกรมวิชาคอมพิวเตอร์ธุรกิจ รุ่น 27/1

2 comments:

Sia Lee said...

thank you very much for this information

Sia Lee said...

thank you very much for this information