Vi sono molti casi in cui, per ragioni tecnologiche o pratiche, si vuole trattare o rappresentare una grandezza analogica, come se fosse digitale. Si pensi per esempio alla temperatura visualizzata sul display dei termometri digitali. In questo caso la temperatura è una grandezza analogica, ma essa viene digitalizzata (cioè trasformata in digitale) allo scopo di visualizzarla sul display. Uno strumento di misura simile, che però non effettua digitalizzazione della grandezza misurata, è il termometro a mercurio: in questo caso l'altezza della colonnina di mercurio è proporzionale alla temperatura misurata, senza che vi sia nessun quanto.
Nel caso del termometro digitale mostrato in figura, la temperatura è stata digitalizzata con un quanto pari a 0,1 °C.
Un altro esempio è costituito dal tempo, esso pure una grandezza analogica, e dai cronometri digitali. Anche in questo caso, esiste uno strumento simile, il cronometro analogico, che effettua la misura del tempo senza digitalizzazione.
Nell'esempio del cronometro digitale in figura, il quanto è pari a un centesimo di secondo.
La digitalizzazione di una grandezza analogica è indispensabile quando si vuole elaborare la grandezza per mezzo di un calcolatore. I computer infatti sono in grado di elaborare valori numerici, ma non grandezze analogiche. Volendo per esempio registrare in un file i valori di temperatura misurati in un certo luogo, sarà necessario trasformare tali valori analogici in valori numerici che il computer è in grado di trattare. La conversione di una grandezza analogica in digitale prende il nome di conversione analogico-digitale. Non è possibile digitalizzare direttamente una qualsiasi grandezza fisica come la temperatura, ma è invece possibile digitalizzare una tensione (la quale a sua volta può essere il risultato di una misura di temperatura) e il dispositivo che effettua la conversione è detto convertitore analogico-digitale (o ADC, Analog to Digital Converter).
Viceversa accade spesso che si voglia controllare per mezzo di un computer l'andamento di una grandezza analogica. Questo è per esempio il caso di un calcolatore che regola la temperatura in un ambiente. In questo secondo caso sarà necessario trasformare i dati numerici del computer in valori analogici e si parla dunque di conversione digitale-analogica. Il dispositivo che effettua la conversione da digitale a una tensione analogica è detto convertitore digitale-analogico (o DAC, Digital to Analog Converter).
I simboli circuitali normalmente usati per rappresentare ADC e DAC sono mostrati in figura:
Si osservi che l'ingresso (IN) dell'ADC è generalmente una tensione analogica, mentre l'uscita (OUT) è di solito un valore binario a più bit. Viceversa nel caso del DAC, l'ingresso è un valore numerico binario, mentre l'uscita è una tensione analogica (o, in alcuni casi, una corrente).
I segnali digitali godono di alcuni importanti pregi nei confronti di quelli analogici:
- I segnali digitali hanno una maggiore immunità ai disturbi rispetto ai segnali analogici.
I segnali analogici sono costituiti da funzioni continue pertanto possono assumere infiniti valori: il rumore che inevitabilmente si sovrappone al segnale ha pertanto la possibilità di determinare una variazione del valore del segnale composto (segnale utile + rumore) qualunque sia la ampiezza e la potenza del rumore. I segnali digitali, invece, presentano solamente un numero finito di valori separati da una fascia "proibita". Se il rumore non ha ampiezza (e potenza) tale da determinare un superamento della fascia proibita che separa due valori contigui non si riscontra alcuna alterazione del valore.
- I segnali digitali possono essere elaborati più facilmente dei segnali analogici
Per elaborare matematicamente i segnali analogici si deve ricorrere agli amplificatori operazionali mediante i quale è possibile realizzare (in modo a volte molto approssimato) semplici operazioni (somma, sottrazione, logaritmo ed esponenziale, integrale e derivata rispetto al tempo, ecc.). La realizzazione di funzioni più "elaborate" può richiedere una complessità circuitale eccessiva e tale da introdurre una incertezza non accettabile per gli scopi prefissati.
I segnali numerici possono invece essere elaborati mediante microprocessori e microcalcolatori i quali possono permettere la esecuzione di operazioni ed elaborazioni senza richiedere appesantimenti dell'hardware circuitale.
- I segnali digitali possono essere registrati in maniera più fedele e stabile dei segnali analogici
Registrare i valori di un segnale analogico, in modo da poterli recuperare in seguito, non è semplice. Ricorrendo all'uso di memorie RAM oppure di dispositivi di memoria di massa a supporto magnetico (es. hard-disk) è possibile invece registrare i segnali digitali con estrema facilità.
Volendo segnalare al contrario un possibile svantaggio del digitale rispetto all'analogico, possiamo osservare che in linea di principio il segnale analogico conserva interamente l'informazione originale, mentre la digitalizzazione (come si vedrà meglio nel seguito) comporta sempre una perdita di informazioni. Tuttavia tale perdita non ha conseguenze pratiche a condizione che si rispettino le condizioni ottimali di digitalizzazione.
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