Мир электротехники чрезвычайно широк. Существуют бесконечные возможности среди постоянно расширяющихся областей в рамках основных направлений и, следовательно, специализаций, на которых инженеры в конечном итоге сосредотачиваются и практикуют. Одна конкретная специализация – это цифровая обработка сигналов – одна из наиболее запутанных, но странно интересных специальностей.
Все остальные – полупроводники, схемотехника, радиочастоты и средства связи – кажутся относительно самоочевидными или, по крайней мере, могут быть легко визуализированы, но цифровая обработка сигналов (ЦОС или DSP) – это главное исключение, которое никто из нас не сможет уяснить, не поступив в университет. Но все ли так сложно?
Проще говоря, цифровая обработка сигналов – это, по сути, тип обработки сигналов, который фокусируется на манипулировании цифровыми сигналами. Это контрастирует с аналоговыми сигналами, где значения изменяются в широком диапазоне, а не 0/1. ЦОС уникальна в том смысле, что мы, по сути, берем аналоговые сигналы и преобразуем их в цифровую форму, которую могут читать компьютеры. Как вы, возможно, уже знаете, компьютеры и компоненты работают с цифровыми входами, и чтобы научить их понимать аналоговые выходы, нам необходимо преобразовать их в цифровые.
Один из крутых примеров – Arduino. Например, предположим, что мы берем фоторезистор, который будет выводить аналоговое значение, соответствующее освещенности в определенной области. Чтобы Arduino интерпретировал это значение, сигнал, создаваемый фоторезистором, должен быть преобразован и обработан в цифровой сигнал для считывания микроконтроллером.
Это достигается с помощью устройства, называемого аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП принимает аналоговый сигнал и преобразует его в цифровой сигнал.
Это делается путем разбиения сигнала на различные части – в основном, определения положения сигнала в определенное время, а затем превращения его в более «блочный» сигнал. Чем больше «выборок в секунду», или, скорее, раз, когда берется значение, тем точнее будет сигнал. Для тех из вас, кто знаком с исчислением и интегралами, это похоже на концепцию, в которой мы представляем кривую в виде прямоугольников, которые мы суммируем, чтобы представить площадь под кривой.
В рамках ЦОС люди будут работать над множеством задач. Одной из часто исследуемых концепций является фильтрация, позволяющая сделать сигнал чище за счет удаления шума или разделения определенных компонентов сигнала. Это также можно сделать для усиления определенных частот или изменения входящего сигнала. Другая концепция заключается в преобразовании его обратно в аналоговый сигнал, поступающий от компьютера/микроконтроллера, который считывает сигналы/обрабатывает информацию в цифровом виде. В оптимизации и работе с этими процессорами задействовано много математических и аппаратных средств, поэтому предстоит проделать большую работу.
ЦОС особенно важна и полезна в коммуникациях. Для аудио, видео, распознавания речи, радара и многого другого ЦОС является важным краеугольным камнем, который позволяет нам визуализировать данные, с которыми мы работаем, и эффективно обмениваться данными без потерь или искажений. ЦОС предлагается в таких областях, как проектирование электронных схем и полупроводников, потому что в наше время это так же важно, если не более важно, для электротехники и обеспечения работы наших устройств друг с другом. Эффективность и точная связь имеют первостепенное значение, и если вы любите много математики и программного обеспечения, то ЦОС как раз для вас.
© digitrode.ru