5. Herhalingsvragen 1. Leg met eigen woorden en figuren uit: Wat is het verschil tussen analoog en digitaal? Analoog is continue, er zijn oneindig veel mogelijkheden tussen minimum en maximum. Digitaal is in stappen. Er zijn slecht twee niveau’s mogelijk. Tussen deze niveaus ligt zelfs een veiligheidszone. U
t Voorbeeld van een analoog signaal als functie van de tijd
U
1
V
0 0
1
0
1
1
0
0
t
1
0 of laag niveau V verboden zone 1 of hoog niveau Voorbeeld van een digitaal signaal als functie van de tijd
2. Maak een 4 standen (digitale) vermogenregeling met twee schakelaars. Het lampje is De volgende vermogens zijn gewenst: 0% 33% 66% en 100% De verbruiker is een lamp van 10V 1W.
Analoog versus digitaal
1/9
LM
We gaan ervan uit dat de weerstand van de lamp constant blijft bij alle vermogens. Zie bijlage 3. Maak een analoge regeling voor dezelfde lamp als hierboven. Het vermogen moet nu traploos regelbaar zijn tussen 0 en 100%, bij voorkeur zo lineair mogelijk. Doe de nodige berekeningen (weerstanswaarde, vermogen), maak een grafiek(excel) met het verloop van het vermogen als functie van de draaihoek van de potmeter. Heeft dit systeem een goed rendement? Hoe kunnen we dit verbeteren?
Om een lineair verloop te hebben moet de weerstand van de potmeter << weerstand van de lamp. (zie Excel simulatie). De weerstand van de lamp is 100 Ω (zie vraag2). Nemen we de potmeter 10 Ω dan zal de lamp mooi lineair te regelen zijn. 2 Het vermogen in de potmeter is dan echter U /R = 100/10 is 10W. Nemen we voor de potmeter een grotere waarde dan is het vermogen in de potmeter kleiner, maar is dit niet meer goed regelbaar(niet meer lineair). Enige goede oplossing om dit zonder vermogenverlies ter regelen is de lamp zeer snel aan en uit te schakelen. Zo snel dat we niet merken dat de lamp knippert.
U
t
Door nu de verhouding te regelen tussen de aan- en de uit tijd kunnen we het vermogen in de lamp regelen. Dit soort regeling noemen we puls-breedte modulatie. Omdat de schakelaar zeer snel en veel moet schakelen kan dit niet met een mechanische schakelaar. We doen dit met een halfgeleider. We gebruiken een transistor, thyristor of triac.
4. Waarom is de kans op fouten bij overdracht of uitlezen van digitale signalen kleiner dan bij analoge signalen? Analoge signalen zijn continue signalen, digitale signalen gaan in stappen met een veiligheidsmarge tussen elke stap. De kans dat bij overdracht, uitlezen, of kopiëren van een digitaal signaal een “1” in een “0” verandert is zeer klein. Meestal zijn hiervoor zelfs foutcorrectiesystemen ingebouwd. Doordat een analoog signaal oneindig veel niveaus heeft zal er steeds een fout optreden, ruis, brom en storingen veranderen het signaal.
Analoog versus digitaal
2/9
LM
5. Verklaar de volgende begrippen: CVE / CPU Datahandling 6. Geef 3 voordelen en 3 nadelen die verbonden zijn aan de digitale informatieverwerking Pro: Informatie is centraal beschikbaar, data moet maar op één plaats meer onderhouden worden. Informatie is vanaf overal gemakkelijk toegankelijk, men moet zich niet meer verplaatsen Informatie kan gemakkelijk gereproduceerd worden Informatie kan gemakkelijk aangepast worden Contra: Gemakkelijker inbreuk op copyrights Gevaar voor de Privacy Hogere technologiedrempel Over informatie (Spam, door het bos de bomen niet meer zien)
7. Welk is het grondtal van: - het binair talstelsel: 2 - het decimaal talstelsel: 10 - Ons alfabet (enkel de hoofdletters): 26 - Het octaal talstelsel: 8 8. Stel dat men een octale computer kan maken met 8 digits, dan zal deze sneller/trager zijn dan een binaire computer met 8 bits. Verklaar! Het nadeel van een octale computer ten opzichte van een binaire computer is dan dat deze moeilijker te bouwen is omdat er meerdere niveaus zijn. Bovendien zullen de stoorzone’s kleiner worden waardoor er sneller fouten kunnen optreden 9. Telkens er één bit meer gebruikt wordt verdubbelt het aantal combinaties. Als er twee bits meer gebruikt worden dan verviervoudigt het aantal combinaties. 10. Hoeveel combinaties zijn er mogelijk met 3 letters? Hoeveel combinaties zijn er mogelijk met de huidige nummerplaten voor auto’s (letter letter letter cijfer cijfer cijfer) met drie letters: 263 =17576 met drie letters en drie cijfers: 263x103=17.576.000 3
11. Wat is een bit, nibble, byte, word en double word? Hoeveel combinaties zijn er met elk mogelijk? 4
nibble: 4 bits, 2 =16 8
Byte: 8 bits, 2 =256 16
Word: 16 bits, 2 =65536 32
Double word: 32 bits, 2 =4 294 967 296
Analoog versus digitaal
3/9
LM
12. Wat is het doel van de ASCII code? Is deze lukraak gekozen? Motiveer uw antwoord. Deze tabel legt een verband tussen een binaire tekenreeks en een teken. Er bestaat een kortere versie 7 bits ASCII code en 8 bits ASCII code. Uiteraard kunnen er met de 8 bit ASCII code dubbel zoveel tekens weergegeven worden als met de 7 bits tabel. Neen, er is een duidelijk logisch verband, het alfabet staat in volgorde, dit laat toe om alfabetisch te sorteren door de ASCII te sorteren, leestekens staan gegroepeerd, besturingstekens staan gegroepeerd. Er is een vaste afstand tussen kleine- en hoofdletter zodat tekst kan omgezet worden enzv.
13. Wat is het verschil in codepage? Welke codepage gebruiken we in West-Europa? Codepage 850 sinds 1998 858 omwille van het Euro teken http://en.wikipedia.org/wiki/Code_page_858
14. Hoe kan ik volgende tekens ® © in mij tekst krijgen (codepage 858) met behulp van de ALTnummer truc? Druk de alt toets in op uw toetsenbord en tik (met ingehouden alt toets de ASCII code van het teken dus: ALT 169 voor® en ALT184 voor ©
Analoog versus digitaal
4/9
LM
15. Teken het blokschema van een signaal verwerkend gedeelte voor audio. Doe dit eveneens voor een analoog en digitaal regelsysteem: temperatuursensor, verwerking, en verwarmingselement.
Geheugen (memory) Analoog/Digitaal converter
Digitaal/Analoog converter
Microfoon A D
Verwerking (processing) CVE (CPU)
Versterker Luispreker
D A
Digitale audio verwerking
Analoog/Digitaal converter
A D
Transmitter
Instelling (gewenste waarde + parameters) en uitlezing
Verwerking (processing) CVE (CPU)
Digitaal/Analoog converter
Vermogen versterker
D A
Geheugen (memory)
U/I R
Temperatuursgevoelige weerstand
Vermogen weerstand
Regeling van de temperatuur met een digitale regelaar
Analoog versus digitaal
5/9
LM
16. Wat is een A/D en een D/A converter? Geef een voorbeeld van elk.
Een A/D (Analoog /Digitaal) converter zet een analoog signaal om in een digitaal signaal. De signalen van de microfooningang en line-ingang van uw geluidskaart worden aangeboden aan een A/D converter. Daarna worden ze in de computer digitaal verwerkt. De line- of hoofdtelefoonuitgang van uw geluidskaart wordt voorafgegaan door een D/A converter. De digitale signalen van de computer worden terug omgezet naar analoog vooraleer ze uitgevoerd worden naar hoofdtelefoon, luidspreker, of versterker.
In bovenstaande figuur zijn 8,9 en 10 audio aansluitingen. Vroeger was 8 voor microfoon (gevoeligheid van 2mV), 9 voor luidspreker, hoofdtelefoon of versterker, en 10 voor Line in (gevoeligheid van 400 a 800 mv). Op de line ik kan je cassetterecorder, mengpaneel, CD/DVD, aansluiten. Moderne geluidskaarten detecteren als je iets aansluit en vragen dan wat je aangesloten hebt. Aansluiting 11 en 12 zijn S/PDIF uitgangen, dit zijn digitale aansluitingen. 11 is voor een glasvezelverbinding, 12 voor een elektrische verbinding. Deze worden dus niet voorafgegaan door een D/A converter.
Analoog versus digitaal
6/9
LM
Aansluiting 5 is de VGA aansluiting (monitor). Dit is een analoog videosignaal. Deze wordt voorafgegaan door een D/A convertor op de videokaart. De computer bouwt de videosignalen digitaal op. De oude monitoren verwerken deze analoog. Aansluiting 14 is een HDMI uitgang. Dit is een digitale uitgang. Moderne monitoren verwerken video en audio digitaal. Hiervoor is in de PC geen D/A converter nodig. Voor het aansluiten van monitoren wordt tegenwoordig meestal de DVI aansluiting gebruikt.
De DVI aansluiting bestaat in drie varianten. DVI-A enkel analoog DVI-D enkel digitaal DVI-I analoog en digitaal gecombineerd.
17. Teken het (eenvoudig)blokschema van een computersysteem.
Geheugen (memory)
Invoer (input)
Verwerking (processing) CVE (CPU)
Uitvoer (output)
18. Verklaar waarom bij het kopiëren van analoge bronnen de kwaliteit minder wordt en dit niet het geval is bij het kopiëren van digitale signalen. Analoge signalen zijn continue signalen, digitale signalen gaan in stappen met een veiligheidsmarge tussen elke stap. De kans dat bij overdracht, uitlezen, of kopiëren van een digitaal signaal een “1” in een “0” verandert is zeer klein. Meestal zijn hiervoor zelfs foutcorrectiesystemen ingebouwd. Doordat een analoog signaal oneindig veel niveaus heeft zal er steeds een fout optreden, ruis, brom en storingen veranderen het signaal.
19. Wat is een tweede generatie kopie bij een analoog signaal? Als je van het origineel een kopie maakt dan noemt met dit een 1ste generatie kopie.
Analoog versus digitaal
7/9
LM
Als we van deze kopie een nieuwe kopie maken dan is dit een 2de generatie kopie. Bij analoge signaalverwerking gaat er bij elke volgende generatie kopie meer info verloren. Na x generaties is de informatie totaal onbruikbaar. Digitaal heeft dit probleem niet.
20. Hoeveel bits gebruikt een CD systeem? Elk sample wordt omgezet in 16bits 21. Wat is een sample? Een sample is de momentele waarde van een te digitaliseren analoog signaal genomen op één tijdstip. Deze waarde zal omgezet worden in een bitreeks die evenredig is met de amplitude van het sample.
Hoe meer bits er gebruikt worden hoe nauwkeuriger het sample. Stel dat we bovenstaand signaal zouden omzetten naar een 4 bits signaal dan zou de stapgrootte 0,125V zijn. Immers: Het analoog bereik is +1v-(-1V) =2V. Het aantal binaire combinaties is 24=16. De stapgrootte is dan 2V/16=0,125V. Dit wil zeggen dat alle samples binnen een bereik van 0,125V dezelfde digitale waarde zouden hebben. Om nauwkeuriger te digitaliseren heb je dus meer bits nodig. Nadeel is dat de grootte van het digitale bestand dan ook toeneemt naarmate het aantal bits vermeerdert. Bij CD spelers 16 wordt er met een getalbreedte van 16 bits gewerkt. Dit zorgt voor 2 =65536 verschillende niveau’s. Dit is voldoende voor een uitstekende audio kwaliteit. 22. Hoeveel samples worden er per seconde genomen bij een CD-systeem? Waarom? Om een goede kwaliteit te hebben moeten we minstens samplen met 2x de maximale frequentie van het te bemonsteren (te digitaliseren) signaal. Wordt er minder gesampled dan gaan snelle veranderingen (dus hoge frequenties) verloren. Neemt men meer sample’s dan 2 x fmax dan neemt de bandbreedte (het aantal bytes dat moet verwerkt worden) toe. Bij geluid is de max frequentie 20 kHz we moeten dan samplen met min 40kHZ. Een CD werkt met een sample frequentie van 44Khz. *** http://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist_rate 23. Hoe komt het dat er op een CD ± 60 minuten past? Voor één seconde is er : 44.000*2Byte*2kanalen=176.000 Byte of ±176KB nodig. Voor 60’ is er dus 176KB*3600= 633.600Byte nodig of ±600MB Dit is de opslagcapaciteit van een standaard CD
24. Zet één analoog geluidsfragment om met de recorder van uw PC (telkens dezelfde lengte). Zet dit om in drie kwaliteiten (laagste middelste en hoogste). Bewaar ze alle drie Bekijk de grootte van het bestand en beluister de kwaliteit. Welke conclusie kan je trekken? Verklaar! We gebruiken bvb een open source audio-recorder- bewerkingsprogrogramma, bvb http://audacity.sourceforge.net/about/
Analoog versus digitaal
8/9
LM
Analoog versus digitaal
9/9
LM
