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Digitaltechnik:
Quantisieren und Kodieren
Dipl.-Ing. HEINZ W. PRANGE – DK8GH
In vielen Zeitschriften findet man in letzter Zeit wiederholt Beiträge zur digitalen
Erzeugung bzw. Verarbeitung von Analogsignalen. Darin kommen
viele Fachbegriffe vor, die manchem fremd sind, der sich bisher noch
wenig mit der Digitaltechnik beschäftigt hat. Dieser Beitrag befaßt sich mit
solchen Begriffen, ihrer Anwendung und Bedeutung.
Im Bereich der Digitaltechnik gibt es erfreulicherweise
viele Selbstbau-Anleitungen.
Meist enthalten diese auch Anregungen
zur Erweiterung, Ergänzung oder
Änderung der jeweiligen Projekte. Die
Grundlagen zur Digitaltechnik und ihren
Funktionen werden dagegen für gewöhnlich
nur gestreift oder fast ignoriert – zum
Leidwesen der „Alt-Elektroniker“ oder der
Leute, die sich bisher ausschließlich mit der
Analogtechnik beschäftigt haben. Hier geht
es nicht nur um digitale Schaltungstechnik,
sondern es gehört außer einer guten Portion
digitaler Rechentechnik noch die Umwandlung
analoger Signale in digitale und umgekehrt
dazu.
Sie ahnen sicher schon, was ich vorhabe. –
Richtig! Mit meinen Beiträgen versuche
ich Brücken zu bauen, Lücken zu schließen
bzw. „Einsteigern“ eine Reihe von Begriffen
und ihre Bedeutung Schritt für Schritt
so zu erläutern, daß die erfolgreiche Beschäftigung
mit diesem so aktuellen Bereich
der Digitaltechnik leichter fallen
kann.
■ Spezial-IS in Variationen
Zunächst standen und stehen Spezial-IS mit
Standardfunktionen (wie das Umsetzen
von analogen in digitale Signale oder umgekehrt)
zur Verfügung. Hierfür gab es bereits
ein verhältnismäßig großes Spektrum
an integrierten Bauelementen, da die Signalumwandlung
ja nach verschiedenen Methoden
erfolgen kann (Tabelle 1). Wir kommen
auf diese Methoden noch zu sprechen.
Die Reihe der Spezial-IS wurde weiterentwickelt,
ihre Leistungsfähigkeiten wesentlich
erhöht, die Einsatzbereiche dadurch er-
ÜberVertragerstärker ] [
~
ϑ
U
~
Aktive
Filter
U
ϑ
Meßwertumformer
{
weitere analoge
Übertragungskanäle
Analog-Multiplexer
Sample-
Hold
Programmsteuerung
A/D-
Wandler
A
weitert und die Qualität der Entwicklungshilfsmittel
ständig verbessert [1].
Die Industrie setzt in stärkerem Maße diese
Spezial-IS in Geräten ein. So hat u. a.
ICOMs neues „High-Tech-Kurzwellen-
Flaggschiff“ IC-755DSP die Abkürzung
der neuen Technik DSP bereits in der Typenbezeichnung.
DSP steht als Abkürzung
für digital signal processing, was soviel bedeutet
wie digitale Erzeugung bzw. Verarbeitung
von Signalen.
Infolge der gestiegenen Nachfrage fallen die
Preise. Einige IS gibt es bereits in sogenannten
Low-Cost-Anwendungen. Funkamateure
und Hobby-Elektroniker entdecken plötzlich
eine besondere Vorliebe für diese Spezial-IS.
Die momentane Situation ist – so
glaube ich – mit dem Zeitabschnitt vor Jahren
zu vergleichen, als auf dem Markt
preiswertere Bausteine bzw. IS-Familien
für PLL-Schaltungen (PLL = phase-lockedloop)
zugunsten der Aufbereitung von Frequenzeinstellungen
für 2-m- und 70-cm-
Selbstbaugeräte greifbar waren.
■ Starterkits
und Entwicklungswerkzeuge
Der Markt bietet ein beachtliches Spektrum
an Bauelementen, Starterkits und Entwicklungswerkzeugen
wie Evaluationsboards
und Hochsprachenkompilern, die überdies
auch für Hobbyelektroniker erschwinglich
werden.
Vielleicht haben Sie ja schon das eine oder
andere Projekt begonnen, das bereits im
FUNKAMATEUR vorgestellt wurde.
Da ist dann u. a. die Rede vom Shannon-
Theorem, von Quantisieren, Inkrementieren,
Digitalisieren, Kodieren u.v.a.m.
D Datenbus
Steuersignal
analoge
Übertragungskanäle
Multiplexer
Steuerung
Bild 1: Grundsätzliche Konfiguration
eines Datensystems
Bild 2: Schematische Darstellung
eines Multiplexers
Einsteiger
Spezialisten haben damit überhaupt keine
Probleme, „Nur-Anwender“ wahrscheinlich
auch nicht, solange auf Anhieb alles läuft
und funktioniert. Doch wenn es um die Fehlersuche
geht oder man sich etwas mehr fürs
„Eingemachte“ interessiert, kann es schwieriger
werden. Es ist sicherlich nachdenkenswert,
diesem oder jenem Begriff auf den
Grund zu gehen.
DL7IY spricht das im Zusammenhang mit
dem DDS-Schaltkreis AD 7008 in [3] so an:
„Der äußerst bescheidene Aufwand bei der
Hardwarerealisierung verlockt geradezu
zum Nachbau ... . Es bleibt auch „Altelektronikern“
nicht erspart, sich mit Programmierung,
Schnittstellen- und Timingproblemen
zu beschäftigen, will man es wagen,
sich aktiv mit der neuen Technik auseinanderzusetzen.“
Der Hinweis, sich mit Dingen anzufreunden,
die man bisher nicht brauchte oder nur
Mühe machten, mag Sie in Erstaunen versetzen.
Wo soll der Einsteiger beginnen?
Mit Schnittstellen, mit der Programmierung
oder womit sonst?
Auf diese Frage gibt es natürlich keine allgemeingültige
Antwort. Ich habe jedoch in
zahlreichen Schulungsmaßnahmen und
Fortbildungsprogrammen beobachtet: Fundierte,
oft gar als einfach angesehene
Grundlagen sind der beste Einstieg in jedes
Spezialgebiet. Da muß man es nicht unbedingt
als langweilig empfinden, Bekanntes
aus einem anderen Blickwinkel neu zu sehen.
Man kann sich gut dabei auf die
Schulter klopfen, wenn man etwas zwar
längst schon kennt – bei wenigen Kleinigkeiten
allerdings ehrlicherweise sagen muß
„Nun ist mir der Zusammenhang erst richtig
klar geworden“. In diesem Sinne sollen
die angesprochenen Bereiche, grundlegende
Zusammenhänge in Anwendungen und
die Bedeutung der einzelnen Fachbegriffe
behandelt und verdeutlicht werden.
■ Datenerfassungs-Systeme
Systeme zur Erfassung und Umwandlung
von Daten stellen die Verbindung zwischen
der wirklichen, analogen Welt der
physikalischen Parameter und der künstlichen,
digitalen Welt der Rechner, Verarbeitungs-
und Überwachungsanlagen
dar.
Heute setzt man mit Nachdruck digitale
Systeme ein. Dadurch bekommen die Verbindungen
oder Vermittlungen zwischen
den Systemen dieser beiden Welten in ihrer
Funktion eine so enorm große Bedeutung.
Der Nachdruck besteht, weil digitale Systeme
preisgünstig sind, hohe Genauigkeit
ermöglichen und relativ einfach in komplexen
Schaltungen einzusetzen und zu
nutzen sind.
Analoge Größen sind zwar besonders anschaulich
abzubilden und in vielen Anwen-
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