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ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A

INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO CRUZ ROJA ECUATORIANA SISTEMA DIGITAL Y ANALÓGICO JOSELYN SALOME DOICELA GUAYTA [email protected]

RESUMEN: Esta investigación nos ayudó a comprender que los sistemas de comunicación están diseñados para transmitir a los receptores información que contiene formas de onda. Existen muchas posibilidades de seleccionar formas de onda para presentar la información así el sistema digital se ha convertido en la principal herramienta para el tratamiento de datos analógicos y la automatización de los procesos arrojando datos más precisos y con mayor rapidez; es así que su fusión desemboca en la revolución tecnológica y la comodidad que disfrutamos en la actualidad.

2 DESARROLLO

PALABRAS CLAVE: analógico, digital, sistemas.

La energía, el sonido, la luz son señales con una variación continua. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia.[1]

2.1 DEFINICIÓN Sistema Analógico Se dice que un sistema es analógico cuando las magnitudes de la señal se representan mediante variables continuas, esto es análogas a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica.

ABSTRACT: This investigation helped us understand that the communication systems are designed to transmit information containing waveforms to receivers. There are many possibilities to select waveforms to present information so the digital system has become the main tool for the treatment of analog data and the automation of the processes throwing more accurate data and with bigger speed; it is as soon as its fusion leads into the technological revolution and comfort that we enjoy actually. KEY WORDS: analogical, digital, systems.

Figura 1. Señal analógica Sistema Digital

1 INTRODUCCIÓN

Es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de señales digitales.

El gran desarrollo experimentado por la Electrónica en los últimos años ha propiciado que la mayoría de los equipos actuales funcionen con sistemas digitales. Un sistema digital se caracteriza por utilizar señales discretas, es decir, señales que toman un número finito de valores en cierto intervalo de tiempo. El sistema analógico empezó la revolución tecnológica y con el sistema digital se perfeccionó para regalarnos todo lo que hoy conocemos.

También es una combinación de dispositivos diseñados para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos. La mayoría de las veces estos dispositivos son electrónicos.[1]

Todas las telecomunicaciones modernas están basadas en el uso de este tipo de sistemas, por lo que el estudio de las mismas resulta de gran importancia para cualquier técnico que trabaje en este ámbito. Aquí se recopila información acerca de estas dos tecnologías, además se elaboró una tabla comparativa con sus principales características y un análisis de sus ventajas y desventajas. Figura 2. Señal Digital

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ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A Tanto los sistemas analógicos como los digitales pueden tratar su señal en una de las tres formas básicas: Y/C Componentes, Compuesto, o RGB. Vincularemos estos formatos con los cables que nos sirven para trasmitir su señal de forma que faciliten su identificación.

2.2 FORMATOS Formatos analógicos La cantidad de información electrónica es mucho mayor para la grabación de vídeo que para la de audio. Existen diferentes sistemas de grabación en cinta analógica, de forma generalizada diferenciaremos los sistemas domésticos (fácil manejo, pero no permiten copias para edición o posproducción sin pérdida) de los sistemas profesionales, cuyas imágenes no se deterioran en posteriores copias para edición o posproducción. Los formatos de vídeo analógico más usados son:

Sistema Y/C Componentes La señal de luminancia (Y) y la de crominancia (C) se mantienen separadas durante el proceso de codificación (nivel de escritura) y en el proceso de descodificación (nivel de lectura), pero ambas señales se combinan y ocupan la misma pista en la cinta de vídeo. La configuración Y/C requiere dos hilos de cable diferentes para transformar la señal componente:

Tabla 1. Formatos analógicos

Los cables BNC, conector coaxial, se utilizan para equipos profesionales por componentes, un cable lleva la señal de luminancia Y, y el otro la señal de corminancia

Formatos digitales También existen diferentes sistemas de grabación en cinta digital, los sistemas domésticos utilizan cintas de mini DV que tienen una calidad un poco inferior al DVCAM de ¼ pulgada profesional. Los formatos de vídeo DIGITAL más usados en el ámbito profesional son:

Figura 3. Cables BNC El cable S-Vídeo lleva los dos componentes Y, C por separado. La señal se transmite por 4 hilos separando luminancia (Y) y crominancia (C) así como sus respectivos retornos (GND). Las señales no se mezclan por lo que se minimizan las interferencias. El conector normalizado es un minidin de 4 contactos aunque también se pueden usar un Euroconector con sus entradas luminancia y crominancia. Suele estar disponible en equipos analógicos de VHS y Súper VHS, también en videocámaras Hi-8 y Digital-8 y DV en las cuales se aprovecha esa mejor calidad para monitorizar las imágenes.

Tabla 2. Formatos digitales

Figura 4. Cable S-Video

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ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A Sistema Compuesto

Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos:

La señal de video va por un solo hilo (luminancia y crominancia mezcladas) y aunque la calidad puede ser bastante buena existe una cierta interferencia entre color y luminancia.

1.- Muestreo de la señal analógica. 2.- Cuantización de la propia señal 3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario.

Esta señal es la que llega por los canales convencionales analógicos de emisión. El conector más usado para esta conexión es el RCA (habitualmente amarillo), aunque también se puede usar un Euroconector (SCART) conectado al pin de video compuesto. Los cables RCA, llevan señal compuesta, se utilizan en los sistemas domésticos.

Muestreo de la señal analógica Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante. Durante el proceso de muestreo se asignan valores numéricos equivalentes a la tensión o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuación el proceso de cuantización.

Figura 5. Cables RCA

Las tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las siguientes:

Sistema RGB Las señales roja, verde y azul se tratan por separado a lo largo de todo el proceso de grabación, incluso en la cinta de vídeo. Necesita tres hilos para transportar la señal de vídeo. Todos los equipos que se utilicen en la edición tienen que mantener esa misma diferencia de señal. Es el formato que utilizaba el sistema profesional U-MATIC, ya casi en desuso, pero también lo incorporan algunos proyectores de vídeo y pantallas de plasma.[2]

24 000 muestras por segundo (24 kHz) 30 000 muestras por segundo (30 kHz) 44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD) 48 000 muestras por segundo (48 kHz)

Figura 7. Muestreo Para realizar el muestreo (sampling) de una señal eléctrica analógica y convertirla después en digital, el< primer paso consiste en tomar valores discretos de tensión o voltaje a intervalos regulares en diferentes< puntos de la onda senoidal.

Figura 6. Cables RGB

2.3 CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL

Por tanto, una señal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendrá menos calidad y fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea el número de muestras tomadas, mayor será también el ancho de banda necesario para transmitir una señal digital, requiriendo también un espacio mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD.

Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de conversión de una tecnología a otra.

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ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A En la grabación de CDs de música, los estudios de sonido utilizan un estándar de muestreo de 44,1 kHz a 16 bits. Esos son los dos parámetros requeridos para que una grabación digital cualquiera posea lo que se conoce como “calidad de CD”.[3]

En este ejemplo gráfico de codificación, es posible observar cómo se ha obtenido una señal digital y el código binario correspondiente a los niveles de voltaje que posee la señal analógica. Ventajas de la Conversión Analógica Digital

Cuantización de la señal analógica No introduce ruidos en la transmisión. Se guarda y procesa mucho más fácilmente que la señal analógica. Posibilita almacenar grandes cantidades de datos en diferentes soportes. Permite detectar y corregir errores con más facilidad. Las grabaciones no se deterioran con el paso del tiempo como sucede con las cintas analógicas. Permite realizar regrabaciones sucesivas sin que se pierda ninguna generación y, por tanto, calidad. Permite la compresión para reducir la capacidad de almacenamiento. Facilita la edición visual de las imágenes y del sonido en un ordenador o computadora personal, utilizando programas apropiados. El rayo láser que graba y reproduce la información en CD y DVD nunca llega a tocar físicamente su superficie. No la afecta las interferencias atmosféricas (estática) ni de otro tipo cuando se transmite por vía inalámbrica, como ocurre con las transmisiones analógicas.

Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización (quantization) de la señal analógica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original. Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario.

Desventajas de la Conversión Analógica Digital Para su transmisión requiere un mayor ancho de banda en comparación con la analógica. La sincronización entre los relojes de un transmisor inalámbrico digital y el receptor requiere que sea precisa, como ocurre con el GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global). Las transmisiones de las señales digitales son incompatibles con las instalaciones existentes para transmisiones analógicas.[3]

Figura 8. Cuantización Proceso de cuantización (quantization) de la señal eléctrica analógica para su conversión en señal digital. Codificación de la señal en código binario Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos. Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario. La codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o< voltajes que conforman la señal eléctrica analógica original.

Figura 10. Conversión Analógica Digita

2.4 CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS DIGITALES Podemos clasificar los circuitos digitales en dos grandes grupos: • Circuitos combinacionales: se caracterizan porque las salidas únicamente dependen de la combinación de las entradas y no de la historia anterior del circuito; por lo tanto, no tienen memoria y el orden de la secuencia de entradas no es significativo. Figura 9. Codificación 4

ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A • Circuitos secuenciales: se caracterizan porque las salidas dependen de la historia anterior del circuito, además de la combinación de entradas, por lo que estos circuitos sí disponen de memoria y el orden de la secuencia de entradas sí es significativo.[4]

2.5 TABLA COMPARATIVA DE PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

Trabajar con valores discretos permite realizar programas de manera lógica, por ende automatizar un proceso. Los circuitos digitales pueden proporcionar mucha funcionalidad en un espacio pequeño. Los circuitos que se emplean de manera repetitiva pueden "integrarse" en un solo "chip" y fabricarse en masa a un costo muy bajo, haciendo posible la fabricación de productos desechables.

LAS

Tabla 3. Características Principales

Una desventaja enorme del sistema digital es que la naturaleza es meramente analógica, por lo tanto las señales digitales siempre terminan transformándose en señales analógicas. Para terminar este apartado solo queda decir que los sistemas digitales tienen infinitas aplicaciones y se pueden encontrar, por ejemplo, en el diseño de computadores, instrumentación, control de procesos industriales, control de semáforos, electrónica de automóviles (ABS, encendido electrónico, etc.), simuladores para pilotos de aviones, aplicaciones en medicina, electrónica de consumo (sonido y vídeo digital, TV, PC, telefonía móvil digital, etc.),[4]

3 ANÁLISIS DE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS La tecnología digital maneja señales sencillas y uniformes, independizándola del origen primero de la información. El almacenamiento de la información permite una gran densidad de almacenamiento y una gran facilidad para la gestión y mantenimiento. Proporcionan una gran calidad, consiguiendo transportar la información sin ninguna degradación gracias a la regeneración completa de la señal en lo equipos amplificadores. El proceso de amplificado se realiza mediante un descodificado-codificado de la señal, por lo que se eliminan todos los efectos del ruido. El ruido en estos sistemas no es factor acumulativo a lo largo de distintos segmentos. Simplifican la integración de sistemas distintos, ya que son comunes las tareas de conmutación y control. Además las interfaces son fáciles de realizar y estandarizar.

Figura 11. Aplicaciones Del Sistema Digital

Permite crear copias exactas de la información, en cambio las salidas de un circuito analógico varían con la temperatura, el voltaje de la fuente de alimentación, la antigüedad de los componentes y otros factores.

4 CONCLUSIONES

No se necesitan habilidades matemáticas especiales, y el comportamiento de los circuitos lógicos puede visualizarse mentalmente sin tener alguna idea especial acerca del funcionamiento de capacitores, transistores u otros dispositivos que requieren del cálculo para modelarse.

Los sistemas digitales facilitan en gran manera la manipulación de los datos.

Permite codificar (encriptar) la digitalizada como medida de seguridad.

La llegada de los sistemas digitales ha abaratado costes de producción acarreando la masificación de

Los sistemas análogos se mantienen vigentes a nuestro alrededor fusionados con los digitales.

La evolución de los sistemas digitales involucra la innovación de un sistema de datos más sofisticado y manipulable.

información

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ISTCRE – DOICELA – SIST. D/A productos desechables, dando como resultado un producto final barato, pero efímero. Los Sistemas digitales tienen una alta importancia en la tecnología moderna, especialmente en la computación y sistemas de control automático.

5 REFERENCIAS [1] F. Miyara. (2004) “Electrónica 3”. (2nd edición). [En línea]. Disponible en: http://www.fceia.unr.edu.ar/enica3/da-ad.pdf [2] L. Pérez (2008) “Introducción a los sistemas digitales”. (3ra edición). [En línea]. Disponible en: http://assets.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/844817156X.p df [3] K. Navarro (2005, Enero 22) “Señales continuas, analógicas, discretas y digitales” (2nd edición). [En línea]. Disponible en: http://panamahitek.com/senales-continuasanalogicas-discretas-y-digitales/ [4] B. León (2015, Febrero 8) “Sistemas Analógicos y Digitales” (nd). [En línea]. Disponible en: http://slideplayer.es/slide/4130246/

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