L’électronique analogique et numérique expliquée par Super Mario

Il est difficile de trouver quelqu’un, quel que soit son âge ou son âge, dont on n’a jamais entendu parler. Super Mario Bros. Même ceux qui n’ont pas connu l’âge d’or du jeu vidéo dans les années 80 reconnaissent le célèbre plombier et ses aventures.

Et même si l’on se demande souvent pourquoi un plombier peut tirer des boules de feu depuis une fleur, ou pourquoi il continue de sauter dans des tuyaux pour sauver une princesse, nous pourrions faire de même en essayant de comprendre la différence entre l’analogique et le numérique. Mais qu’est-ce qui rend chacun d’eux unique ? Les mondes analogique et numérique sont deux réalités différentes qui cohabitent côte à côte, à l’image du Royaume Champignon et de notre planète Terre. Dans cet article, nous utiliserons certains jeux vidéo classiques, comme la Nintendo NES et la Nintendo 64, pour découvrir la différence.

Avant d’entrer dans les détails techniques, il est important de clarifier deux termes fondamentaux qui apparaîtront souvent dans notre explication : signaux et circuits. Les signaux peuvent être comparés aux boules de feu que Super Mario lance chaque fois qu’il acquiert le pouvoir de la fleur. Ces boules de feu se déplacent toujours dans une direction spécifique et, si vous le souhaitez, vous pouvez mesurer la distance qu’elles parcourent dans un certain laps de temps et la quantité de dégâts qu’elles infligent lorsqu’elles touchent un ennemi.

Un signal dans le monde de Super Mario est similaire à une boule de feu, mais dans le contexte de l’électronique, il s’agit d’une tension ou d’un courant mesuré en fonction du temps. Les signaux sont utilisés pour transmettre des données via des câbles ou via des méthodes sans fil, telles que la radiofréquence (RF) ou le WiFi. Quelle que soit leur forme, le but de chaque signal est le même : transférer des informations entre appareils.

Ces signaux fonctionnent dans un circuit, qui est essentiellement un chemin fermé à travers lequel l’électricité circule pour remplir des fonctions spécifiques, comme alimenter un haut-parleur, allumer une LED ou faire tourner un moteur. Les circuits peuvent inclure à la fois des signaux numériques et analogiques, et cette combinaison permet d’effectuer des opérations complexes, comment convertir l’inclinaison d’un joystick sur une manette Nintendo 64 pour déterminer la vitesse et la direction dans laquelle Super Mario évolue dans le Royaume Champignon.

Expliquer le numérique avec la Nintendo NES

Certains d’entre vous se souviennent peut-être d’avoir joué à Super Mario Bros sur Nintendo NES. C’était l’époque où l’on brisait des briques, pénétrait dans des tuyaux et piétinait des champignons jusqu’à la nuit tombée (ou dans certains cas jusqu’à l’aube). Dans Super Mario Bros, tout existe dans un plan bidimensionnel. Notre Mario pixelisé pouvait se déplacer vers le haut, le bas, la gauche ou la droite.

C’est exactement ainsi que fonctionne le monde des signaux numériques. C’est un monde binaire, dans lequel les signaux ne peuvent avoir que deux états logiques, soit 1 ou 0. Prenons le contrôleur du Nintendo NES. Chaque bouton a un objectif défini et peut prendre deux états : enfoncé et non enfoncé, qui ressemblent aux états logiques du code binaire. Le D-pad n’avait également que quatre directions et deux boutons A et B pour effectuer des actions spécifiques. Ainsi, si vous appuyez sur la flèche droite, Mario fait un pas vers la droite, et si vous appuyez sur le bouton A, Mario saute une fois. Peu importe la force avec laquelle vous appuyez sur chaque bouton ; ceux-ci exécutent simplement leur action individuelle sans aucune variation.

Dans le monde des signaux numériqueson peut penser à remplacer nos boutons de contrôleur par des tensions. La tension peut avoir un niveau logique haut (5 volts) ou un niveau logique bas (0 volt) et revient à faire monter et descendre le bouton de notre contrôleur. Tout le reste n’existe pas. Si vous traciez une forme d’onde de signal numérique sur un graphique, elle ressemblerait à la figure suivante :

Comme vous pouvez le voir, le haut de la forme d’onde représente le niveau logique haut et est considéré comme notre position “SUR“, également connu sous la valeur binaire 1. Le bas de la forme d’onde est à 0 V et est considéré comme notre position “DÉSACTIVÉ“, également connue sous le nom de valeur binaire 0.

Caractéristiques des signaux numériques

Contrairement à leurs homologues analogiques complexes, les circuits numériques sont beaucoup plus définis et consistent principalement en portes logiques, microcontrôleurs et microprocesseurs. Ces processeurs peuvent être de n’importe quelle taille, des plus puissants fonctionnant sur votre console de jeu vidéo aux plus petits sur une carte. Arduino. Mais ils ont tous le même objectif : émettre un signal numérique.

Une grande partie de l’électronique que nous utilisons aujourd’hui est basée sur signaux numériques. Vous savez, ce câble HDMI que vous utilisez pour connecter votre console de jeux vidéo à votre téléviseur ? Ce câble transmet un signal numérique composé d’une série de 1 et de 0. Et qu’en est-il de toutes les chansons que vous diffusez sur Spotify ? Ceux-ci sont également transmis via des signaux numériques. Mais qu’est-ce qui rend les signaux numériques si populaires ?

Les signaux numériques sont extrêmement prévisibles : ils sont simplement activés ou désactivés, 1 ou 0. Cette simplicité vous permet d’obtenir des résultats incroyablement complexes en combinant la logique au sein d’un circuit. De plus, je signaux numériques ils peuvent être reproduits à l’infini. Par exemple, en musique, les signaux numériques peuvent être copiés et lus tout en conservant une qualité acceptable, contrairement aux signaux analogiques des anciennes cassettes, qui détériorent le son avec le temps. Les signaux numériques sont également beaucoup plus précis. Étant simplement 1 ou 0, sans valeurs intermédiaires, ils peuvent fournir des résultats extrêmement précis. En revanche, les signaux analogiques peuvent varier continuellement entre 1 et 0, avec une plage pratiquement infinie de valeurs possibles.

Bien entendu, les signaux et circuits numériques n’auraient jamais existé sans la base analogique qui les a précédés. Explorons maintenant le monde en constante évolution de l’analogique, avec l’aide de la Nintendo 64

Expliquez l’analogique avec la Nintendo 64

Certains d’entre vous se souviendront du jour où Nintendo 64. C’était la première fois Super Mario pourrait fonctionner en 3D et ça a complètement tout changé ! Pouvoir faire fonctionner Super Mario dans un espace ouvert et dans n’importe quelle direction est l’essence même du signal analogique.

Contrairement à la manette purement numérique de la NES, la manette Nintendo 64 a introduit une innovation révolutionnaire : un joystick analogique. Cette innovation a complètement redéfini les possibilités dans un monde virtuel. Nous n’étions plus limités aux mouvements de haut en bas, de gauche à droite ; il était possible de se déplacer dans n’importe quelle direction intermédiaire ! Super Mario pourrait voler, sauter et glisser dans une toute nouvelle scène de jeu en trois dimensions.

Voici le charme de l’analogique : liberté illimitée ! Les signaux analogiques changent constamment, contrairement à leurs homologues numériques, qui n’ont que des états logiques d’activation et de désactivation bien définis. Si nous mesurions un signal analogique sur un graphique, cela ressemblerait à ceci :

Comme vous pouvez le constater, même si un signal analogique est contenu dans des limites maximales et minimales, il peut varier à tout moment le long de sa forme d’onde. C’est pourquoi l’analogique est souvent considéré comme « infini » : il peut prendre n’importe quelle valeur à tout moment. Cependant, cette fonctionnalité rend également la gestion un peu difficile.

Caractéristiques des signaux analogiques

Le rapport à l’analogique est un mélange de fascination et de frustration : sa capacité à varier continuellement le rend fascinant, mais aussi imprévisible et imprévisible. sujet aux interférences. Vous souvenez-vous des vieux téléviseurs à tube ? Parfois, l’image devenait floue et il fallait toucher le téléviseur ou déplacer légèrement l’antenne pour l’ajuster. C’était un exemple d’un signal analogique perturbé par des interférences externes.

Malgré ces problèmes, l’analogique est aussi le signal le plus pur que vous puissiez trouveret le monde physique tout entier dans lequel nous vivons les contient. Cette belle voix chantée qui donne des frissons ? Ces ondes sonores que vous entendez sont des signaux analogiques.

Dans les circuits analogiques, vous trouverez de nombreux composants électroniques essentiels, tels que des résistances, des condensateurs, des diodes, des transistors, etc. Parce que ces circuits sont beaucoup plus difficiles à maîtriser avec leurs variables en constante évolution, il existe des ingénieurs dont la seule spécialité est de maîtriser le monde analogique, en concevant des appareils tels qu’un récepteur radio analogique ou un chargeur de batterie.

Quand l’analogique et le numérique se rencontrent

L’analogique et le numérique ne vivent pas toujours séparément. En effet, on parle aujourd’hui de plus en plus souvent de circuits « signal mixte »dans lequel circuits analogiques et circuits numériques coexistent sur une seule puce semi-conductrice. Leur utilisation a considérablement augmenté avec l’utilisation accrue des téléphones portables, des télécommunications, des appareils électroniques portables et des capteurs numériques. Prenons l’exemple de la voix d’un chanteur, probablement enregistrée avec un microphone analogique, capable de capturer toutes les nuances, des aigus les plus aigus aux graves les plus profonds. Mais que se passe-t-il lorsque cette chanson est convertie au format numérique ? Un logiciel d’enregistrement numérique échantillonne la forme d’onde analogique, semblable à une série d’instantanés. Ceux-ci sont ensuite convertis en une séquence de 1 et de 0, prêts à être utilisés et lus dans la musique que vous diffusez sur Spotify.

Ce qui est perdu dans ce processus de conversion, c’est malheureusement la pureté du signal analogique d’origine. Toute la magie de l’instrument analogique n’est plus présente. Et tandis que ce processus est idéal pour créer des fichiers très petits qui peuvent être partagées et copiées tout en essayant de maintenir la qualité, il faut se demander : écoutez-vous la même chanson que vous avez entendue pour la première fois sous sa forme analogique originale ?

En conclusion, nous pouvons dire que l’analogique et le numérique ont chacun leur rôle à jouer dans le monde de l’électronique, qu’il s’agisse de diffuser des morceaux de musique numérique à vos oreilles, ou de vous permettre la grande liberté qu’offre un joystick analogique dans un monde virtuel. . Et il ne faut pas oublier que sans les fondements de l’électronique analogique, le numérique n’aurait jamais été possible !

Diplômé en Ingénierie Electronique de l’Université de Palerme