SISTEMA BINARIO Numeración decimal de 10 dígitos en
potencia de 10 Binario en potencias de 2 10110= 1* 24 +0*23+1*22
+1*21+ 0*20 = 1*16+1*4+1*2= 22 Convertir un binario en decimal .
Consiste en dividir sucesivamente entre 2 y tomar los restos en
sentido contrario.
SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES La señal
analógica es aquella que presenta una variación
continua con el tiempo, es decir, que a una variación
suficientemente significativa del tiempo le corresponderá
una variación igualmente significativa del valor de la
señal (la señal es continua).
Una señal digital es aquella que presenta una
variación discontinua con el tiempo y que sólo
puede tomar ciertos valores discretos. Su forma
característica es ampliamente conocida: la señal
básica es una onda cuadrada (pulsos) y las
representaciones se realizan en el dominio del tiempo.
DIFERENCIAS ANALÓGICA Y DIGITAL ANALÓGICA Se
representa por una función matemática
continúa. Es variable su amplitud y periodo en
función del tiempo. DIGITAL Se representan valores
discretos dentro de un cierto rango Usan lógica de dos
estados representados por dos niveles de tensión
eléctrica H y L.
CONVERSIÓN ANALÓGICA/DIGITAL Consiste en la
transcripción de señales analógicas en
señales digitales, con el propósito de facilitar su
procesamiento (codificación, compresión, etc.) y
hacer la señal resultante (la digital) más inmune
al ruido y otras interferencias a las que son más
sensibles las señales analógicas.
VENTAJAS E INCONVENIENTES SEÑAL DIGITAL VENTAJAS Cuando
una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones
leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de
regeneración de señales. Cuenta con sistemas de
detección y corrección de errores, que se utilizan
cuando la señal llega al receptor; entonces comprueban
(uso de redundancia) la señal, primero para detectar
algún error, y, algunos sistemas, pueden luego corregir
alguno o todos los errores detectados previamente. Facilidad para
el procesamiento de la señal. Cualquier operación
es fácilmente realizable a través de cualquier
software de edición o procesamiento de señal. La
señal digital permite la multigeneración infinita
sin pérdidas de calidad. Esta ventaja sólo es
aplicable a los formatos de disco óptico; la cinta
magnética digital, aunque en menor medida que la
analógica (que sólo soporta como mucho 4 o 5
generaciones), también va perdiendo información con
la multigeneración.
INCONVENIENTES Se necesita una conversión
analógica-digital previa y una decodificación
posterior, en el momento de la recepción. La
transmisión de señales digitales requiere una
sincronización precisa entre los tiempos del reloj del
transmisor, con respecto a los del receptor. Un desfase cambia la
señal recibida con respecto a la que fue transmitida. Si
se utiliza compresión con pérdida, será
imposible reconstruir la señal original idéntica,
pero si una parecida dependiendo del muestreo tomado en la
conversión de analógico a digital.
DIGITALIZACION La digitalización o conversión
analógica-digital (conversión A/D) consiste
básicamente en realizar de forma periódica medidas
de la amplitud de la señal y traducirlas a un lenguaje
numérico. La conversión A/D también es
conocida por el acrónimo inglés ADC (analogic to
digital converter).
Fases conversión AD Muestreo: el muestreo (en
inglés, sampling) consiste en tomar muestras
periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se
toma esta muestra, es decir, el número de muestras por
segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.
Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas
han de ser retenidas (retención) por un circuito de
retención (hold), el tiempo suficiente para permitir
evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista
matemático este proceso no se contempla, ya que se trata
de un recurso técnico debido a limitaciones
prácticas, y carece, por tanto, de modelo
matemático. Cuantificación: en el proceso de
cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de
las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una
señal analizada a un único nivel de salida. Incluso
en su versión ideal, añade, como resultado, una
señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de
cuantificación. Codificación: la
codificación consiste en traducir los valores obtenidos
durante la cuantificación al código binario. Hay
que tener presente que el código binario es el más
utilizado, pero también existen otros tipos de
códigos que también son utilizados.
EJEMPLO Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un
microprocesador no puede interpretar señales
analógicas, ya que solo utiliza señales digitales.
Es necesario traducir, o transformar en señales binarias,
lo que se denomina proceso de digitalización o
conversión de señales analógicas a
digitales. En la gráfica inferior se observa una
señal analógica, que para ser interpretada en un
ordenador ha de modificarse mediante digitalización. Un
medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto tiempo se
lee el valor de la señal analógica. Si el valor de
la señal en ese instante está por debajo de un
determinado umbral, la señal digital toma un valor
mínimo (0). Cuando la señal analógica se
encuentra por encima del valor umbral, la señal digital
toma un valor máximo (1).
Compresión La compresión consiste en la
reducción de la cantidad de datos a transmitir o grabar,
pues hay que tener en cuenta que la capacidad de almacenamiento
de los soportes es finita, de igual modo que los equipos de
transmisión pueden manejar sólo una determinada
tasa de datos. Para realizar la compresión de las
señales se usan complejos algoritmos de
compresión
EJEMPLO CONVERSION La música en el formato digital se
almacena en el CD. Un sistema óptico de diodos
láser lee los datos digitales del disco cuando éste
gira y los transfiere al Conversor digital-analógico. Este
transforma los datos digitales en una señal
analógica que es la reproducción eléctrica
de la música original. Esta señal se amplifica y se
envía al altavoz para poder disfrutarla. Cuando la
música original se grabó en el CD se utilizó
un proceso que esencialmente, era el inverso del descrito
aquí, y que utilizaba un Conversor
analógico-digital.
Procesamiento digital El Procesamiento Digital de Señales
(DSP – Digital Signal Processor) es un área de la
ingeniería que se dedica al análisis y
procesamiento de señales (audio, voz, imágenes,
video) que son discretas. Aunque comúnmente las
señales en la naturaleza nos llegan en forma
analógica, también existen casos en que estas son
por su naturaleza digitales, por ejemplo, las edades de un grupo
de personas, el estado de una válvula en el tiempo
(abierta/cerrada), etc.
CAPACITANCIA La capacitancia entre dos conductores que tienen
cargas de igual magnitud y de signo contrario es la razón
de la magnitud de la carga en uno u otro conductor con la
diferencia de potencial resultante entre ambos conductores. C = Q
/ V Factores que afectan la capacitancia: a) La superficie de las
placasb) La distancia entre las placas c) El material
dieléctrico
CONDENSADOR Condensadores en serie Cuando se conectan dos o
más condensadores (capacitores) uno después del
otro, se dice que están conectados en serie. Estos
condensadores se pueden reemplazar por un único
condensador que tendrá un valor que, sea el equivalente al
de los otros que están conectados en serie. Para obtener
el valor de este único condensador se utiliza la
fórmula: 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 Condensadores en
paralelo Del gráfico se puede ver si se conectan 4
condensadores en paralelo (los terminales de cada lado de los
elementos están conectadas a un mismo punto). Para
encontrar el condensador equivalente se utiliza la
fórmula: CT = C1 + C2 + C3 + C4
CCD En la fotografía digital los dispositivos de captura
de imágenes constituyen el ojo electrónico por el
que vamos a digitalizar las imágenes. El detector es un
sensor de imagen de estado sólido denominado Charge
Coupled Device (dispositivo de carga acoplada)
APLICACIONES Fotografía digital En éstas, el CCD es
el sensor con diminutas células fotoeléctricas que
registran la imagen. Desde allí la imagen es procesada por
la cámara y registrada en la tarjeta de memoria. La
capacidad de resolución o detalle de la imagen depende del
número de células fotoeléctricas del CCD.
Este número se expresa en píxeles. A mayor
número de píxeles, mayor resolución.
Actualmente las cámaras fotográficas digitales
incorporan CCDs con capacidades de hasta ciento sesenta millones
de pixeles (160 megapixeles)en cámaras Carl Zeiss CCDs en
astronomía Históricamente la fotografía CCD
tuvo un gran empuje en el campo de la astronomía donde
sustituyó a la fotografía convencional a partir de
los años 80. La sensibilidad de un CCD típico puede
alcanzar hasta un 70% comparada con la sensibilidad típica
de películas fotográficas en torno al 2%.
RENDIMIENTO CUANTICO Es el cociente entre el número de los
electrones emitidos entre el número de fotones incidentes
multiplicado por cien
AUMENTO Es el cociente entre la longitud de la imagen en el CCD y
la longitud del objeto. Recordar que si tenemos un área de
un objeto el cociente será el aumento al cuadrado
(recordar en matemáticas le llamamos razón de
proporcionalidad)
FORMACIÓN DE IMAGEN La variación de diferencia de
potencial sobre el área de captación es un
“mapa” de la imagen del objeto sobre el área
de captación; cada diferencia de potencial puede
convertirse en una señal digital; estas señales
digitales pueden convertirse en una imagen sobre una pantalla
LCD
EJEMPLO La concha de un molusco tiene un área de 100 cm2
la imagen que se forma sobre el CCD es de 0,5 cm2. Si las
estrías de la concha están a 1mm . Deducir si las
imágenes están resueltas ( están alejadas al
menos dos pixel). Datos: la cámara es de 8 Mpixel. Dato:
Superficie de un pixel 4 10-10 m2
Solución Aumento v0.5/100= 0.0707 L=v4*10-10 =2 10-5 m
pixel L extria=1*10-3 m 0.0707*1*10-3=7.07*10-5 m 7.07*10-5
/2*10-5 =3.5 pixeles Luego queda resuelto siempre que sea mayor
que dos.