Digitale Schaltungstechnik/ Whatis

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Was heißt digital Einleitung Die "wirkliche" Welt Signale Die "binäre" Welt Mathematische Definition Einführung in die Digitaltechnik

Signale

Signale sind physikalische Größen, in denen Informationen abgelegt bzw. verschlüsselt werden. Sie sind damit Träger der Information und man kann sie von einem Ort zum anderen übertragen. Damit erklärt sich auch, dass man Signale als Grundlage der modernen Informationsverarbeitung ansieht. Wir erfahren mit Hilfe von Signalen - respektive den Informationen in ihnen – was in der Welt geschieht. Die Umsetzung vom Umgebungszustand, Informationen, Zahlen etc. erfolgt in Bauelementen, Schaltungen, Zahlen. Durch die Umsetzung entstehen zwei grundlegende Arten von Signalen, welche nach ihrem Signalverlauf unterschieden werden.

Analoge Signale

Ein analoges Signal kann zwischen zwei Grenzwerten unendlich viele Werte einnehmen. Für jeden Informationswert gibt es nur einen Signalwert, der diese Information abbilden kann. Aber leider arbeitet kein Bauteil ideal. Selbst geringste Störungen, wie Temperatur- und Druckschwankungen, Alterung und Betriebsspannung, können zu großen Abweichungen bei den Messwerten führen. Diese Abweichungen - Fehler - lassen sich schwer bis gar nicht erkennen und somit auch nicht korrigieren.

Beispiele:

Messgeräte mit Zeiger
Quecksilberthermometer
Schall / Musik
Tacho eines Autos
Radio / Antenne

Digitale Signale

Digital kommt von lateinischen Wort Digitus, was Finger bedeutet.

Ein digitales Signal kann zwischen zwei Grenzwerten nur endlich viele Werte annehmen. Die Informationswerte müssen einem Signalwert zugeordnet werden. Es bilden sich hierbei Niveaustufen. Digitale Signale sind weniger störanfällig. Eine Verfälschung des Messwertes wird erst hervorgerufen, wenn zwischen den Stufen des digitalen Signals nicht mehr unterschieden werden kann. Digitale Signale sind auch bei umfangreicher Vervielfältigung und komplizierter Signalverarbeitung extrem störsicher und zuverlässig. Sie werden mit jedem Verarbeitungsschritt regeneriert und können ohne Verfälschung beliebig oft kopiert und beliebig lange gespeichert werden. Störsicherheit kann durch Verminderung der Stufenanzahl erhöht werden, da der Stufenabstand steigt.

Beispiel:

Anzeige eines Digitalmultimeters
Kilometerzähler eines Autos
Mehrganggetriebe (1. Gang, 2. Gang, 3. Gang)
...

Binäre Signale

Ein zweistufiges digitales Signal wird als binäres Signal oder kurz Binärsignal bezeichnet. Es kann nur zwei Zustände annehmen: Ein oder Aus, High oder Low, 1 oder 0. Zwischen den Low- und High-Werten existiert ein „toter“ oder „verbotener“ Bereich (z. B. 0,8 V < „Verbotener Bereich“ < 2,4 V bei TTL-Schaltkreisen). Moderne Computer arbeiten auf der Basis binärer Signale: Es sind Digitalrechner.

Binärsignale haben viele Vorteile aber auch Nachteile:

Sie sind technisch leicht herstellbar.
Sie besitzen eine extrem hohe Störsicherheit.

Aufgrund ihrer zeitlichen Form werden diese Signale auch als Rechtecksignale bezeichnet. Mit einem Binärsignal lassen sich zwei Informationswerte bzw. Zustände darstellen.

Da dies die mit Abstand häufigste Form von digitalen Signalen ist, werden die Begriffe Digital und Binär in der Regel nicht auseinander gehalten und synonym verwendet.