سیگنال‌ها به دو دسته آنالوگ و دیجیتال طبقه بندی می‌شوند. اما چه چیزی این دو دسته را از یکدیگر متمایز می‌کند؟ کاربرد آنها چیست؟ و چگونه می‌توان تشخیص داد که استفاده از کدامیک مناسب‌تر است؟
سیگنال چیست؟
سیگنال اطلاعاتی است که معمولاً از طریق تغییر ولتاژ بین دو دستگاه الکترونیکی مخابره می‌شود. همچنین بر اساس برنامه‌هایی که از پیش روی حافظه‌ی دستگاه‌ها ریخته شده به هر سیگنالی مقدار منحصر به فردی تخصیص داده می‌شود و به این طریق، پردازش سیگنال رخ می‌دهد و دستگاه می‌تواند از طریق ارسال خروجی با ما ارتباط برقرار کند.
گفتنی است که سیگنال‌ها تنها محدود به دستگاه‌های الکترونیکی نیستند. به عنوان مثال یک دماسنج نیز از طریق انقباض و انبساط جیوه‌ای که درون لوله اش وجود دارد به ما سیگنال می‌دهد، که اگر به درستی کالیبره شده باشد، دمای محیط را به ما نشان خواهد داد.
سیگنال های آنالوگ
سیگنال‌های آنالوگ، سیگنال های ممتدی هستند که مقدار آنها با‌گذشت زمان تغییر می‌کند. اگر شما به گراف یک سیگنال آنالوگ نگاه کنید، درمی یابید که حالتی پیوسته دارد و مدام با گذشت زمان تغییر می‌کند. بهترین مثال برای یک سیگنال آنالوگ صدای انسان می‌باشد. اگر شما به گراف یک سیگنال صوتی نگاه کنید متوجه ممتد و متغیر بودن آن خواهید شد.
سیگنال دیجیتال
سیگنال‌های دیجیتال، سیگنال‌های ناپیوسته‌ای هستند که معمولاً تنها ۲ مقدار دارند. ( سطح بالا که برابر با یک منطقی می‌باشد و سطح پایین که برابر با صفر منطقی است). اگر شما به گراف یک سیگنال دیجیتال نگاه کنید یک موج مستطیلی را خواهید دید که بین دو نقطه تغییر می‌کند و هیچ مقدار دیگری ندارد. یک سیگنال باینری صفر و یک مثال خوبی برای تعریف سیگنال دیجیتال می‌باشد.
مشخصه های سیگنال دیجیتال و سیگنال آنالوگ
مشخصه‌های سیگنال دیجیتال و آنالوگ همان مشخصاتی است که این دو را از یکدیگر متمایز می‌کند. برخی از این ویژگی‌ها در جدول زیر ذکر شده‌اند، این جدول به شما کمک می‌کند تا به راحتی بین این دو سیگنال تمایز قائل شوید.
جدول 1. مشخصه سیگنال های دیجیتال و سیگنال های آنالوگ
تجهیزاتی که با سیگنال های آنالوگ و دیجیتال سرو کار دارند
از آن جایی که این دو سیگنال کاملاً از یکدیگر متمایز هستند، از تجهیزات متفاوتی استفاده می‌کنند که متعاقباً نیز آنها را به صورت‌های متفاوتی پردازش می‌کنند. تجهیزاتی که تنها با دو مقدار منطقی سر و کار دارند از سیستم‌های باینری بهره می‌برند که شامل رایانه‌ها، سی‌دی پلیرها و …می شوند و به طور مشابه دستگاه‌هایی که با سیگنال آنالوگ سر و کار دارند شامل VCRها و دستگاه‌های پخش نوار می‌شوند. دستگاه‌های پخش CD تنها با مقادیر صفر و یک که روی CD ضبط شده سر و کار دارند و در نهایت آنها را به سیگنال‌های صوتی تبدیل می‌کنند. از طرفی دیگر دستگاه‌های پخش‌کننده نوار اطلاعاتی که روی نوار باریکی قرار دارد را می‌خوانند. این اطلاعات آنالوگ به صورت مغناطیسی روی نوار قرار گرفته‌اند که دستگاه پخش‌کننده نوار آنها را به صورت سیگنال های صوتی درمی‌آورد.
مبدل‌های انالوگ به دیجیتال ADC (Analog to Digital Converters) و مبدل های دیجیتال به انالوگ DAC (Digital to Analog Converters) برای مرتبط کردن دستگاه‌های آنالوگ به دیجیتال و برعکس مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مبدل‌ها در پردازنده‌های سیگنال به وفور یافت می‌شوند. استفاده از پردازنده‌های سیگنال در سیستم‌های مخابراتی کاربرد زیادی دارد.
کیفیت سیگنال آنالوگ نسبت به سیگنال دیجیتال
هنگامی که ما از کیفیت یک سیگنال صحبت می‌کنیم، اولین مقوله‌ای که در وهله اول اهمیت قرار می‌گیرد، نویز می‌باشد. کدام سیگنال نسبت به نویز مقاوم‌تر است؟ اگر ما به حالت موج سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال نگاه کنیم، درمی یابیم که سیگنال‌های دیجیتال نسبت به نویز مقاوم‌تر هستند. شاید برای شما سؤال پیش بیاید که چرا اینطور است؟
هنگامی که نویز وارد سیگنال می‌شود، حالت موج تا حدی تغییر پیدا می‌کند و به منظور حذف نویز از سیگنال یک کپی از سیگنال اصلی باید ساخته شود. حال فرض کنید که نویز روی یک سیگنال دیجیتال سوار شده و بخشی از آن را تغییر داده به وسیله محاسباتی ساده می‌توان تعیین کرد بخشی که دچار نویز شده منطق بالا یا منطق پایین بوده و در نتیجه سیگنال اصلی به سهولت قابل بازسازی خواهد بود.
از طرفی دیگر اگر یک سیگنال آنالوگ توسط نویز دستخوش تغییر شود، قابل ردیابی نخواهد بود چرا که سیگنال به صورت سری‌ای از اوج ها و قعرها می‌باشد و تشخیص سیگنال اصلی از نویز بسیار سخت خواهد بود. بنابراین می‌توان به این نتیجه رسید که کیفیت سیگنال دیجیتال از سیگنال آنالوگ بهتر است چرا که نسبت به نویز مقاوم‌تر هستند.
کاربرد دستگاه‌های آنالوگ و دیجیتال
دستگاه‌هایی که با سیگنال آنالوگ سروکار دارند روز به روز کمتر می‌شوند، چرا که سرعت پردازش پایین و مشکل نویز دارند. به هر حال در برخی زمینه‌ها استفاده از دستگاه‌های آنالوگ به دیجیتال ارجحیت دارند: به عنوان مثال برای ضبط صدا، دستگاه‌های آنالوگ موفق‌تر از دستگاه‌های دیجیتال عمل می‌کنند.
سنسورهای آنالوگ و دیجیتال
سنسورها قطعاتی آنالوگ هستند. اگر ما بخواهیم یک سنسور را به یک میکروکنترلر متصل کنیم به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال نیاز خواهیم داشت تا سیگنال آنالوگ به دیجیتال تبدیل شود. برخی سنسورها، سنسورهای دیجیتال نامیده می‌شوند، چرا که تنها یک حسگر معمولی نیستند و متصل به مداری که دارای یک ADC است شده‌اند.
خروجی سنسورهای آنالوگ
سنسورهای آنالوگ یک سیگنال ممتد انالوگ تولید می‌کنند. این سیگنال توسط اندازه‌گیری‌های پیوسته‌ای که به صورت ولتاژ‌های متفاوت درآمده تولید شده‌است. یکی از مزیت‌های سنسور آنالوگ قیمت آن می‌باشد. سنسورهای آنالوگ در مقایسه با سنسورهای دیجیتال بسیار ارزان‌قیمت هستند و میزان دقت آنها با سنسورهای دیجیتال برابری می‌کند. اما یکی از ایرادهای استفاده از سنسورهای آنالوگ این است که میکروکنترلرمان باید به یک ماژول ADC مجهز باشد تا سیگنال را از آنالوگ به دیجیتال تبدیل کند، چرا که دیگر پردازنده‌های میکروکنترلر تنها در این صورت قادر خواهند بود سیگنال را پردازش کنند. بنابراین اگر ADC داخلی در میکروکنترلر شما موجود نیست، باید از یک ماژول ADC خارجی استفاده کنید یا میکروکنترلر خود را تعویض کنید.
خروجی سنسورهای دیجیتال
خروجی سنسورهای دیجیتال امواج پالسی هستند. این امواج می‌توانند تحت پروتکل‌های ارتباطی I2C مانند MPU6050 ارسال شوند. در امواج پالسی متناوب، پهنای هر پالس نشان‌دهنده مقدار آن می‌باشد.
در حالت‌های تک پالس، پهنا نشانگر ارزش سیگنال است. مانند HC_SR04 ( که یکی از پرکاربردترین سنسور های فراصوت می‌باشد.) در ضمن ارزش سیگنال می‌تواند به حالت مقادیری ممتد نیز باشد که هر مقدار شرایط فعلی پارامتر محیطی که در محیط بیرونی واقع شده را نشان می‌دهد. به عنوان مثال سنسور دیجیتال تشخیص خط.
برخی از سنسور ها به ADC نیاز ندارند چرا که خروجی به صورت دیجیتال است. به عنوان مثال انکودرهای دوار، انکودرهای موتور، سنسورهای اثر هال و … دارای خروجی دیجیتال هستند.
مزایا و معایب سنسورهای انالوگ و دیجیتال
مزیت سنسورهای دیجیتال در این است که نیازی به ADC نخواهند داشت. بنابراین اگر میکروکنترلر شما مجهز به ADC نباشد، نیازی به استفاده از ماژول اضافی نیست. همچنین اگر میکروکنترلر مجهز به ACD باشد تنها پایه‌هایی خاص به آن متصل هستند و در نتیجه شما نمی‌توانید سیگنال آنالوگ را به هر پایه‌ای متصل کنید. اما در مورد سیگنال دیجیتال چنین محدودیتی وجود ندارد. البته یکی از نقطه ضعف‌های سنسورهای دیجیتال گران‌قیمت بودن آنها است.
