9. Основы цифровой техники

9.1. Общие сведения о цифровой обработке сигналов

Основная задачи радиоэлектроники – приём, передача, обработка и хранение информации. Для решения этих задач в настоящее время наряду с аналоговыми методами обработки сигналов широко используется цифровая обработка сигналов. По сравнению с обработкой аналоговых сигналов обработка цифровых сигналов имеет ряд особенностей и дает ряд преимуществ: помехозащищенность, уплотнение канала за счет временного разделения, методов кодирования, защищенность канала от несанкционированного доступа. Основные процессы при цифровой обработке сигналов поясняет структурная схема, представленная на рис.9.1.

Рис. 9.1 Структурная схема системы цифровой обработки сигналов

Цифровая форма сигналов естественным образом используется для обработки информации в вычислительной технике. Она оказывается удобной (рациональной) при обработке сигналов измерительных приборов, сигналов управления. В цифровых устройствах информация представляется в виде цифровых кодов. Для записи цифровых кодов используется позиционная система счисления. Для устройств цифровой техники удобной является двоичная система счисления. Ей соответствуют два устойчивых состояния электронных приборов: открыт, закрыт.

9.2. Цифровое представление информации. Цифровые коды

С изобретением письменности человек использует буквы, цифры и другие знаки для фиксации информации, т.е. в процессе письма информация кодируется символами по принятым правилам грамматики. При передаче информации радиоэлектронными средствами также важную роль играют коды. Впервые коды получили широкое распространение при передаче информации с помощью телеграфа (азбука Морзе).

В цифровой технике для представления информации используется позиционная система счисления. В позиционной системе счисления число Z, содержащее, в общем виде, целую и дробную части, записывается последовательностью цифр, которую можно представить как сумму

, (9.1)

где n – число разрядов целой части, a_k – значащая цифра k – го разряда, q – основание системы счисления, m – число разрядов дробной части.

В цифровой электронике широко применяется двоичная система счисления с основанием q=2, в которой значащая цифра каждого разряда a_k принимает только два значения – 0 и 1 (содержит информацию объемом в 1 бит). Последовательность значащих цифр в (9.1), если упустить знаки суммирования и разряды основанияq, есть () - разрядный цифровой двоичный код из 0 и 1. В компьютерной технике кроме двоичного кода используют еще восьмеричный код – группы из 3 битов двоичного кода, и шестнадцатеричный код – группы из 4 битов (см. табл. 9.1).

Таблица 9.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111	0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

При вводе и выводе информации в компьютерах буквенно-цифровые символы кодируются в виде групп двоичных цифр из 7 битов (используется так называемый 7-ми разрядный буквенно-цифровой код ASCII). В приборах с цифровой индикацией таких, например, как вольтметры, частотомеры, часы и т.п. оперируют с десятичными цифрами, представленными двоично-десятичным кодом. В двоично-десятичном коде каждая десятичная цифра представляется группой из 4 двоичных цифр: . Здесь множители, представленные степенями основания (2³=8, 2²=4, 2¹=2, 2⁰=1) называются весами. Если веса расположены по возрастанию, то код называется регулярным двоично-десятичным кодом. Если веса расположить “нерегулярно”, получим другой код. Связывая веса сложным образом, можно создать секретный код , который можно будет расшифровать только зная “ключ” кода. Ниже (табл. 9.2) для примера приведено несколько двоично-десятичных кодов.

Таблица 9.2

Деся- тичное число	Регулярный двоично- десятичный код	Код Эйкена	Код Грея	Код с избытком 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001	0000 0001 0010 0011 1000 1011 1100 1101 1110 1111	0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101	0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100