Các bộ chuyển đổi tương tự / số nối liền khoảng cách giữa thế giới tín hiệu số và tương tự. Một hệ thống tương tự / số điển hình lối vào hệ thống nhận các kích thích vật lý, hoá học hay sinh học; bộ chuyển đổi chuyển những tín hiệu này ra dạng tín hiệu điện tương tự (sensor áp suất, nhiệt độ, ánh sáng ...). các tín hiệu được sinh ra do bộ chuyển dổi thường tương đối nhỏ và cần được khuyếch đại lên ( đến mức điện áp yêu cầu ) trước khi  được chuyển đổi sang dạng tín hiệu số tương đương. Các giá trị số đại diện cho tín hiệu sau đó sẽ được các máy tính hay bộ vi xử lý lưu trữ hay xử lý  rồi được tái tạo lại thành các tín hiệu điện nhờ bộ chuyển đổi số / tương tự DAC.

Câu hỏi :
- tại sao phải sử dụng các bộ S&H, ADC và DAC trong việc xử lý tín hiệu số
- Những thiết bị nào có thể sử dụng cho mục đích ghép nối
 

c/ Sensor hồng ngoại :
Năng lượng bức xạ hồng ngoại từ các vật thể thay đổi tuỳ theo nhiệt độ của nó. Nhờ phép đo năng lượng bức xạ này có thể ước tính được nhiệt độ vật thể. Kỹ thuật này tạo ra một bản đồ mầu của vật thể để so sánh với mầu của một vật thể đã biết ở nhiệt độ tham khảo không đổi. Đây là phương pháp vô cùng hiệu quả nếu vật thể cần đo là rất nóng( mặt trời và các lò luyện kim ) khi các sensor không thể tiếp xúc trực tiếp với các vật thể ( phép đo không tiếp xúc ). Nó cũng được sử dụng để phát hiện các tín hiệu (dấu hiệu ) nhỏ như phát hiện khối u, tìm kiếm người sống sót dưới đống đổ nát, hay chụp ảnh nhiệt độ của các toà nhà để phát hiện sự thất thoát nhiệt.
Các IC nhiệt độ : Một kiểu sensor nhiệt độ điển hình là IC LM35. Nó cung cấp một thay đổi điện thế tuyến tính 10mV trên 1oC và có độ chính xác cỡ +-0.4oC

2.2.2/ PHÉP ĐO ÁP XUẤT :
Phép đo áp xuất được dùng trong nhiều ứng dụng như ghi âm, đo độ biến dạng của cầu, trọng lượng máy,...
phép đo độ biến dạng :
Điện trở của một vật dẫn liên hệ với điện trở suất của nó, độ dài, tiết diện theo công thức :
R = L/A
R : điện trở ()
L : độ dài (m)
A : tiết điện (m2)
 : điện trở suất (.m)

Nếu một kim loại đàn hồi bị biến dạng sẽ thay đổi độ dài và một tiết diện thay đổi một chút, như trên hình vẽ . Điện trở của kim loại sẽ thay đổi trực tiếp với độ dài. và sự thay đổi này cũng xảy ra với độ biến dạng, Tính chất này được sử dụng hữu ích trong phép đo áp suất. lực, momen xoắn và chuyển động. ví dụ như dạng vành lá kim loại mỏng ( nhôm, đồng – niken ) dán trên nhựa. Một bộ khuyếch đại độ biến dạng chuyển đổi sựu thay đổi điện trở ra thành mức điện thế. Các kim loại thường dùng để chế tạo lá kim loại là hợp kim đồng - nhôm có điện trở thay đổi tỷ lệ với độ biến dạng.

2.2.3/ BIẾN ĐỔI ĐIỆN DUNG :
Một tụ điện với hai tấm kim loại đặt song song thay đổi trực tiếp với diện tích của nhựa tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các tấm. Theo công thức :
C = (oA/d)F
với o = 8.854x10-12 F.m-1
Khoảng cách hay độ dời có thể đo được bằng cả việc thay đổi khoảng cách giữa các tấm khi giữ cho tiết diện không đổi lẫn thay đổi tiết diện và giữ cho khoảng cách không đổi. Để đo khoảng cách giữa một tấm cố định và chuyển tấm khác song song với tấm cố định. Khi tiết diện không đổi điện dung của chúng thay đổi trực tiếp theo khoảng cách giưã chúng.
Khi đo độ dịch chuyển một tấm được giữ cố định và tấm khác chuyển động về phía sau, do khoảng cách giữa các tấm không đổi nên điện dung sẽ thay đổi tỷ lệ gián tiếp với độ dịch chuyển.

Chuyển đổi điện dung điển hình được dùng trong các sensor áp xuất. Nếu một đĩa cố định và cái kia có thể chuyển động thì điện dung thay đổi theo áp suất tác dụng lên tấm. Cũng tương tự với độ chuyển đổi độ cảm ứng, phụ thuộc vào từ trường tác dụng. Phương pháp này thường ít tuyến tính hơn phương pháp điện dung và thường được dùng để phát hiện sự có mặt của các đối tượng kim loại.

2.2.4/ CÁC TINH THỂ ÁP ĐIỆN.
Khi có lực tác dụng lên tinh thể thạch anh, sẽ tạo ra một suất điện động nhỏ, tỷ lệ với lực tác dụng theo một hệ số tỷ lệ không đổi trong một khoảng rộng ( điển hình từ 0.05 (V/m)/(N/m2)). Tinh thể áp điện có thể đo rất chính xác và có độ phân giải rất cao. thường được dùng trong các trường hợp cần đo áp suất thay đổi nhỏ, như chuyển động rung và sensor áp suất, chuyển đổi âm thanh thành năng lượng điện, đặc biệt trong microphone và các nhạc cụ điện tử ( ghi ta ). Vấn đề có thể suất hiện với những tín hiệu vô cùng nhỏ và có thể bị ảnh hưởng bởi ồn ngẫu nhiên, kết nối kém và các cap nối không phối hợp.
tinh thể áp điện cũng có thể được dùng để phát hiện và truyền tín hiệu siêu âm. Dùng để phát hiện đối tượng, truyền các thông tin cho các sensor phản xạ...

2.2.5/ PHÉP ĐO VỊ TRÍ :
Vị trí cuả một đối tượng có thể được phát hiện theo :
- xung phản xạ lại với các sóng vô tuyến, sóng quang và siêu âm và được đo bằng thời gian trể giữa xung truyền đi và xung trả về – nếu tốc độ lan truyền đã biết thì khoảng cách đơn giản bằng vận tốc truyền x 1/2 thời gian truyền sóng đến đối tượng và trở về.
- Phương pháp thụ động như điện dung, điện trở hay độ dẫn.
 

2.2.6/ ÂM THANH
âm thanh có thể được xác định qua việc chuyển đổi sự thay đổi của áp suất thành tín hiệu điện. Đặc biệt là chuyển đổi điện dung được dùng nếu sóng âm tương đối mạnh và chuyển đổi tinh thể với những sóng yếu.

2.2.7/ VẬN TỐC VÀ GIA TỐC :
Vận tốc là sự thay đổi khoảng cách theo thời gian. Và sự thay đổi vận tốc với thời gian cho gia tốc. Phép đo vận tốc và gia tốc thường sử dụng cả phép đo độ biến dạng lẫn phép quan sát vị trí chuyển động để phát hiện sự thay đổi vị trí của khối lượng chuyển động.
ánh sáng

2.2.8/ DÒNG QUANG : Pho to diod và Photo Transitor : chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện. Biểu tượng trên hình vẽ. Hoạt động trên cơ sở số các điện tử tự do sinh ra trong bán dẫn mật độ tia sáng tới. Photo diod hoạt động trên mode dòng điện ngược. Dòng điện ngược là phép đo của cường độ sáng. Với bán dẫn tỷ lệ thích hợp có thể hoạt động trên vùng hồng ngoại, vùng nhìn thấy hay vùng tử ngoại. Photodiod trên cơ sở GaAs nhạy với vùng hồng ngoại. Tạp photpho có thể nhạy với ánh sáng mầu cam. Galium phophode có thể phát hiện ánh sáng mầu xanh vùng nhìn thấy.

Dùng một bộ so sánh có lối ra bằng 1 nếu thế hiệu vào lớn hơn thế ngưỡng và bằng 0 khi nhỏ hơn. Nếu thế ồn nhỏ hơn thế ngưỡng thì ồn sẽ bị loại trừ khỏi tín hiệu. Cả khi ồn lớn hơn thế ngưỡng cũng có những kỹ thuật để giảm ảnh hưởng của ồn. Ví dụ các bít bổ xung có thể thêm vào số liệu để phát hiện lỗi hay chữa các bít lỗi.

Không gian lưu trữ cho tín hiệu (dữ liệu) số rất lớn. Ví dụ 70 phút âm nhạc chất lượng cao cần 600 MB bộ nhớ. Dữ liệu sau khi đã cất dữ sẽ là đáng tin cậy và không bị giảm chất lượng theo thời gian ( có thể bổ xung thêm các bít sửa sai), Dữ liệu có thể được cất nhữ các trường từ hoá trên đĩa từ hay các lỗ trên đĩa quang.

Độ chính xác cho hệ thống số tuỳ thuộc vào số bit cho mỗi lần lấy mẫu, khác với hệ analog tuỳ thuộc vào sai sô linh kiện. Hệ thống tương tự tạo ra các đáp ứng khác nhau với các hệ thống khác nhau khác vơi hệ thống số có đáp ứng đáng tin cậy.
Rất khó để có thể khôi phục lại tín hiệu tương tự gốc sau khi đã bị ảnh hưởng bởi ồn ( đặc biệt là ồn ngẫu nhiên ). Các phương pháp giảm ồn chủ yếu liên quan tới quá trình lọc và làm trơn tín hiệu. ( giáo trình Tin học I phần II - phòng thí nghiệm máy tính – Trung tâm ITIMS)

Một ưu điểm của kỹ thuật tương tự là tương đối dễ dàng để lưu giữ. Ví dụ, tín hiệu video và audio cất trong các băng đĩa từ và ảnh thì cất trên giấy ảnh. Các phương tiện này cũng bổ xung ồn vào tín hiệu khi lưu cất và khôi phục lại ( như xước băng đĩa từ ). Ngoài ra cũng không có cách nào để phát hiện lỗi trong tín hiệu tương tự. xem bảng so sánh.
 

2.4/ LÝ THUYẾT LẤY MẪU TÍN HIỆU:
Vì tín hiệu có thể biến đổi liên tục, việc lấy mẫu cần được tiến hành sau những khoảng thời gian xác định. Tốc độ lấy mẫu tín hiệu tuỳ thuộc vào tốc độ biến đổi của tín hiệu. Ví dụ tốc độ thay đổi nhiệt độ của biển không thay đổi nhiều theo thời gian những tốc độ thay đổi các điểm ảnh trong một cuốn phim video lại thay đổi nhanh chóng. Để mã hoá một tín hiệu số, thường người ta mã hoá nó ở nhữnng khoảng thời gian không đổi. Việc lấy mẫu phải đảm bảo giữ đủ thông tin cho qua trình tái tạo hay xử lý lại tin hiệu sau đó.

Nếu một tín hiệu được tái tạo lại như tín hiệu gốc cần phải được lấy mẫu ở tốc độ theo tiêu chuẩn Nyquist. phát biểu rằng tần số lấy mẫu cần phải ít nhất gấp 2 lần tần số cao nhất của tínn hiệu gốc. Ví dụ : tín hiệu audio chất lượng cao có tần số cao nhất cỡ 20KHz, tín hiệu này cần lấy mẫu ít nhất 40000 lần trong 1 giây ( 40KHz) hay 1 lần trong 25s ( lưu ý rằng các hệ thống audio chuyên nghiệp thường sử dụng tần số lấy mẫu cỡ 44.1KHz ) Hình vẽ biểu diễn một tín hiệu được lấy mẫu sau mỗi Ts giây.

2.4.2/ MÃ HOÁ MẪU
Càng nhiều mức lượng tử càng giảm khoảng trống giữa các mức và tăng độ chính xác của giá trị mã hoá sau cùng. hình vẽ biểu diễn ví dụ của viêc mã hoá 3 bít đơn cực và lưỡng cực. Mã hoá đơn cực tín hiệu luôn luôn dương khác với lưỡng cực mã hoá cả 2 nửa biên độ dương và âm của tín hiệu. Cả thang lối vào của tín hiệu giữa 0 và FS ( toàn thang ) với đơn cực và -FS/2 đến FS/2 với hai cực. Điển hình là giữa 0 với 5, 10,15 V trường hợp đơn cực và +-5V, +-15V với trường hợp hai cực. Số mức lượng tử phụ thuộc vào số bít sử dụng. Trong trường hợp 3 bít sẽ có 8 mức lượng tử từ 000 đến 111

2.4.3/ LỖI LƯỢNG TỬ :
Lỗi cực đại giữa mức tín hiệu gốc và mức lượng tử xuất hiện khi mức gốc rơi đúng vào ẵ giữa hai mức lượng tử. do vậy mức sai số cực đại sẽ là một nửa của bề rộng một mức hay :
lỗi = +- (1/2)*(FS)/2^N

Câu hỏi :
- Vai trò của các bộ cảm biến, nêu một số ví dụ một số bộ cảm biến lý, hoá, sinh mà bạn biết
- ưu nhược điểm của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự ? giới hạn của việc áp dụng kỹ thuật số trong việc xử lý tín hiêu
- Tần số Nyquis là gì
- Bản chất của quá trình lượng tử, mã hoá< br /> - Sai số lượng tử là gì ?