Unità 16 - Elettronica digitale

L'elettronica digitale ha assunto un'importanza crescente col passare degli anni perché presenta una serie di vantaggi rispetto a quella analogica:

• è più economica, grazie alla facilità di integrazione
• ha una maggiore immunità ai disturbi, perché è difficile alterare il contenuto del segnale quando questo presenta solo due livelli
• permette di trasportare più informazioni
• consente di elaborare e memorizzare facilmente le informazioni

Nell'elettronica digitale le informazioni sono rappresentate da sequenze di bit (binary digit), cioè da una successione di valori logici 0 e 1 che corrispondono a due diversi livelli di una grandezza elettrica (ad esempio una tensione). Per rappresentare in questo modo ogni tipo di informazione è necessaria una operazione di codifica che traduca le informazioni in una combinazione di bit. Il numero di combinazioni che è possibile ottenere con n bit è 2ⁿ bit; ad esempio i codici esadecimali utilizzano quattro bit con cui si ottengono 16 combinazioni (tabella 1).

Per trasformare un segnale analogico in digitale e viceversa si usano i convertitori analogico/digitali (ADC) e digitali/analogici (DAC). La conversione analogico/digitale (vedi figura 1) prevede tre passaggi:

• campionamento: si prelevano dei campioni del segnale analogico a intervalli di tempo regolari
• quantizzazione: i campioni vengono approssimati al valore digitale più vicino
• codifica: il valore ottenuto viene codificato in una sequenza di bit

Il segnale digitale (o numerico) così ottenuto è discreto nel tempo e nei valori, cioè è definito solo in determinati istanti di tempo e assumere un numero finito e predeterminato di valori ma se il campionamento avviene a una frequenza sufficientemente alta il contenuto del segnale digitale è lo stesso di quello analogico.

Vedi il paragrafo 1.

Il modo più semplice, e il più utilizzato, di codificare i numeri in digitale è quello di convertirli nel numero corrispondente espresso nel sistema di numerazione binario.

Il sistema di numerazione binario funziona come quello digitale: ogni numero è espresso da una serie di cifre solo che la base - il numero di valori che può assumere ogni cifra - vale due invece che dieci e ogni cifra, a partire da quella più a destra, è moltiplicata per una potenza crescente del due invece che del dieci. Ad esempio, se il numero decimale 245 può essere scomposto come:

`245 = 2 cdot 10^2 + 4 cdot 10^1 + 5 cdot 10^0`

il numero binario 11010 corrisponde a:

`11010_(2) = 1 cdot 2^4 + 1 cdot 2^3 + 0 cdot 2^2 + 1 cdot 2^1 + 0 cdot 2^0 = 1 cdot 16 + 1 cdot 8 + 0 cdot 4 +1 cdot 2 +0 cdot 1 = 26_(10)`

cioè al numero 26 nel sistema decimale.

La conversione da decimale a binario è appena più complicata: si divide ripetutamente il numero decimale per due, ogni volta segnando il resto, fino ad ottenere zero. Il numero binario corrisponde alla sequenza dei resti presa a partire dall'ultima divisione. Ad esempio per convertire il numero decimale 13 in binario si procede così:

13:2 = 6 resto 1
 6:2 = 3 resto 0
 3:2 = 1 resto 1
 1:2 = 0 resto 1

Il numero binario corrispondente è 1101.

Naturalmente esistono altri modi di codificare i numeri - ad esempio il codice BCD usato nei display a sette segmenti o il codice Gray usato negli encoder assoluti - e spesso si usano anche altri sistemi di numerazione, come quello ottale o esadecimale. I caratteri invece vengono codificati con il codice ASCII, limitato a pochi caratteri degli alfabeti occidentali perché a 7 o 8 bit, o il codice unicode a 16 bit, che comprende tutti i caratteri, anche quelli degli altri alfabeti (greco, cirillico, arabo, cinese, ecc.).

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