miniatuur|De digitale klok geeft alleen een beperkt aantal objectieve waarden weer miniatuur|De wijzer van de analoge klok doorloopt theoretisch een oneindig aantal tijdstippen Digitale techniek is een bepaald type technologie. In de informatietheorie zijn gegevens (data) digitaal wanneer ze zijn uitgedrukt in cijfers, letters en/of getallen die een waarde aangeven die het gemiddelde is van een reeks dicht bij elkaar liggende waarden in een kort tijdsverloop. Digitaal staat tegenover analoog, waarbij er tussen twee mogelijke waarden nog een theoretisch oneindig aantal (niet weergegeven) tussenwaarden zit.
De term 'digitaal' is afgeleid van het Latijnse woord digitus, dat vinger betekent, en refereert aan het tellen op de vingers. In het Engels betekent 'digit' zowel cijfer als vinger. In de geneeskunde wordt 'digitaal' ook wel gebruikt in de betekenis van 'met betrekking tot de vingers'.
Digitale gegevens en het transport daarvan worden digitaal genoemd, als de data slechts een aantal discrete waarden kunnen aannemen. Dit in tegenstelling tot een situatie waarbij data en datatransport analoog zijn, hetgeen betekent dat elke waarde binnen een continuüm mogelijk is. Het aantal discrete (concreet aftelbare) waarden op het laagste niveau (bit) bij digitale toepassingen is over het algemeen twee (binair).
De getallen uit een digitaal signaal kunnen bijvoorbeeld het wisselspanningsverloop van een analoog elektrisch signaal representeren, zoals het geluidssignaal van een microfoon (audio) of het beeldsignaal van een camera (video). Ook logische waarden kunnen met getallen weergegeven worden, bijvoorbeeld "waar" en "onwaar" met respectievelijk 0 en 1 (zie binair). Het omzetten van een analoog signaal naar een digitaal signaal noemt men analoog-digitaal- of AD-conversie.
Zowel digitale als analoge technieken kunnen worden gebruikt voor de opslag, overdracht en bewerking van informatie, of de manier waarop een waarde wordt weergegeven, maar de digitale informatieverwerking heeft belangrijke voordelen. De opslag, verwerking en transmissie van digitale informatie kan in principe foutvrij verricht worden; bij analoge operaties accumuleren de fouten en storingen bij iedere bewerking. Zeer complexe bewerkingen zijn mogelijk, zoals de ingewikkelde digitale signaalverwerking waarop het internet gebaseerd is en de algemeen toegepaste codecs die efficiënte en hoogwaardige compressie van audiovisuele informatie mogelijk maken. Betrouwbare, complexe elektronische digitale schakelingen kunnen verregaand geminiaturiseerd en goedkoop gefabriceerd worden en hebben in enkele decennia een ware revolutie op talloze gebieden teweeggebracht. Vergeleken met digitale informatieverwerking is het resultaat van analoge informatieverwerking vaak minder van kwaliteit. Dit ondanks het bij digitale verwerking optredende nadeel van de AD-conversie, waarbij afronding op discrete waarden wordt toegepast (kwantisatie), waardoor er een verschil tussen analoge en digitale waarde ontstaat dat kwantiseringsruis genoemd wordt. In principe kan deze afronding willekeurig klein gemaakt worden en is daardoor in de praktijk niet of nauwelijks van betekenis.
Digitale informatie kan rechtstreeks zo worden gecreëerd, of ontstaan door digitalisering.
In het volgende wordt het begrip digitaal in de meest toegepaste betekenissen uiteengezet, waarbij niet-essentiële details zo veel mogelijk vermeden zijn. De gangbare Engelse terminologie wordt gebruikt als er geen algemeen geaccepteerd Nederlands equivalent is.
Digitaal systeem thumb|Digitaal systeem Om een digitaal systeem een stroom van informatie te laten bewerken, is het nodig dat deze informatie met discrete getallen te beschrijven is. Een goed voorbeeld van zo'n systeem is een digitaal hoortoestel, waarbij die informatie uit geluid bestaat. Dat zo'n toestel deze informatie digitaal bewerkt is, aan de buitenzijde niet te zien, want bij het ontwerp van de uiterlijke vorm hoeft met de digitale werkwijze geen rekening gehouden te worden. Het is niet eenvoudig voorbeelden te bedenken van informatie die niet getalsmatig te beschrijven is; op dit moment is een voorbeeld de informatie die non-verbaal tussen mensen wordt uitgewisseld. In de toekomst is het wellicht mogelijk dit soort informatie uit videobeelden te filteren, zoals nu al wordt gedaan met informatie die gezichtsherkenning mogelijk maakt.
Informatievormen binnen een systeem thumb|Digitaal hoortoestel Bij de opbouw van een digitaal systeem kunnen een tweetal lagen onderscheiden worden, in nevenstaande figuur met kleuren aangegeven.
Informatie in de buitenwereld over allerlei natuurlijke grootheden kan alle mogelijke vormen en waarden hebben. Zo is er bij geluid sprake van (schommelingen van) de luchtdruk als functie van de tijd.
De bovenste kleur geeft het domein aan waarin de digitale bewerkingen plaatsvinden en waar informatie uitsluitend getalsmatig te vinden is. Zo is er bij "digitaal geluid" sprake van een reeks discrete getallen die de luchtdruk als functie van de tijd representeren, dat wil zeggen voor een reeks van op gelijke afstand liggende tijdstippen is de luchtdruk bekend, afgerond naar een waarde uit een vooraf bepaalde rij van luchtdrukken.
Digitale bewerking gaat vrijwel altijd elektronisch, maar kan, zoals bij fluidics, ook pneumatisch of hydraulisch gebeuren. In een hoortoestel gaat het elektronisch en er is dus conversie nodig van informatie tussen het digitale/elektronische domein en de buitenwereld.
Voor de ingaande/uitgaande informatie gaat dat in twee stappen: van/naar de buitenwereld naar/van analoge elektronische informatie, ofwel conversie tussen verschillende soorten analoge informatie, bijvoorbeeld luchtdruk en elektrische spanning) van/naar analoge elektronische informatie naar/van elektronische digitale informatie, ofwel conversie tussen analoge en digitale informatie, bijvoorbeeld kwantisering) Dit betekent dat tussen het digitale domein en de buitenwereld ook nog een analoog domein zal zijn; dit is in de figuur aangegeven met de onderste kleur.
Conversie tussen verschillende soorten analoge informatie Voor een juist begrip van de algemene omgeving van een digitaal systeem is het belangrijk hoe een digitaal systeem met de buitenwereld communiceert. Voor een analoge convertor wordt soms de algemene term transducer gebruikt, met name als er energie van betekenis bij te pas komt, waarbij het rendement belangrijk is. Meestal worden meer specifieke namen gebruikt.
Conversie van informatie van de buitenwereld naar analoge elektronische informatie Voor dit soort functies wordt ook wel de term sensor gebruikt, met name als de nadruk ligt op grote gevoeligheid, m.a.w. dat kleine veranderingen niet verloren gaan door ruis of onnauwkeurigheden. Indien nodig wordt de elektronische informatie na conversie bijvoorbeeld door een versterker op een geschikte waarde gebracht voor de convertor naar digitale informatie. Wanneer nauwkeurigheid vereist is, wordt ook ijking toegepast.
Bij het hoortoestel komt het geluid het systeem binnen via een microfoon, die de luchtdrukschommelingen omzet in analoge elektrische spanningsschommelingen. Andere voorbeelden van dit soort omzetters zijn: toetsenbord en druktoets, potentiometer en rekstrookje voor mechanische beweging; fotocel en infraroodsensor voor zichtbare en andere elektromagnetische straling; thermokoppel, NTC-weerstand en PTC-weerstand voor temperatuur.
Bij een toetsenbord, schakelaar en dergelijke is de conversie naar een digitale signaal triviaal en worden dit soort apparaten geacht direct een digitaal signaal te leveren.
Conversie van analoge elektronische informatie naar informatie naar de buitenwereld Bij het hoortoestel worden elektrische spanningsschommelingen omgezet in analoge luchtdrukschommelingen met een miniatuurluidspreker.
Andere voorbeelden zijn: alfanumeriek display, signaallamp en infrarood-led voor zichtbare en andere elektromagnetische straling; elektromotor voor mechanische beweging; elektrische weerstand voor temperatuur.
Indien nodig wordt de elektronische informatie vóór conversie door een analoge versterker op de vereiste waarde gebracht. In het algemeen is bij een signaallamp, alfanumeriek display en dergelijke de aansturing met het digitale signaal triviaal en kunnen dit soort apparaten veelal direct met een digitaal signaal overweg. Soms bestaat de conversie alleen maar uit een aanpassing die het mogelijk maakt om een ander digitaal apparaat aan te sturen, zoals bij een digitaal beeldscherm.
Mens-machine-interactie In deze categorie valt alle apparatuur waar mensen informatie aan kunnen toevoeren of onttrekken op het meest elementaire niveau. Wanneer het resultaat van een bewerking een digitale waarde naar de buitenwereld op moet leveren, wordt deze gewoonlijk als een getal weergegeven. In een aantal gevallen is het wenselijk om deze op analoge wijze aan te geven, bijvoorbeeld door een draaibare wijzer of balkje met variabele lengte, al dan niet met geijkte schaalverdeling. Een analoge uitlezing kan in één oogopslag globaal afgelezen worden, zelfs als het oog er niet direct op gericht is. Voorbeelden van meetapparaten die vaak werken met een analoge uitlezing zijn klok, weegschaal, snelheidsmeter, thermometer en manometer.
Het voordeel van de digitale uitlezing is dat deze exact is, een mogelijk nadeel is dat hierdoor onterecht de indruk van volstrekte betrouwbaarheid kan ontstaan.
Als zowel snel als exact aflezen nodig zijn, wordt vaak van een gecombineerde weergave gebruikgemaakt, zoals bij een glazen cockpit.
Conversie tussen analoge en digitale informatie Analoog-digitaalomzetting Bij analoog-digitaalomzetting wordt de waarde van een natuurkundige grootheid gemeten, met een getal als resultaat. Een alledaags voorbeeld is het meten van de lengte van een gegeven plank met een duimstok, met als resultaat een getal dat deze lengte van die plank aangeeft in centimeters.
Meer in het algemeen: zij A een waarde van een natuurkundige grootheid en M een constante waarde van die grootheid, en deelt men A door M waarbij het resultaat D afgerond wordt op het dichtstbijzijnde gehele getal, dan is het getal D de digitale waarde van A voor een maatstaf M. Dit proces wordt uitgevoerd door een analoog-digitaalomzetter, ook aangeduid met "AD-convertor" of "ADC". Omdat A een afgeronde waarde is, wijkt D maal M af van A. In de praktijk wordt voor M een zodanig kleine waarde gekozen, dat de afwijking acceptabel is. Wanneer de maatstaf zelf onnauwkeurig is, werkt deze onnauwkeurigheid door op D en W. Bij een analoge datastroom wordt de conversie op opeenvolgende tijdstippen uitgevoerd en behoort dit tijdstip ook tot het resultaat van de conversie, zodat zowel de analoge grootheid als de tijd beiden als digitale waarde beschikbaar komen.
Digitaal-analoogomzetting Bij digitaal-analoogomzetting wordt een getal omgezet naar de waarde van een natuurkundige grootheid. Een voorbeeld is het aftekenen van een bepaalde lengte, gegeven in centimeters, op een plank met behulp van een duimstok. Algemeen: zij D een digitale waarde en M een constante analoge waarde van een natuurkundige grootheid, en vermenigvuldigt men D met M, dan is het resultaat A de analoge waarde van die grootheid. Dit proces wordt uitgevoerd door een digitaal-analoogomzetter, ook aangeduid met "DA-convertor" of "DAC". Voor de omzetting naar een analoge datastroom zijn de tijdstippen van de conversie ook belangrijk.
Digitalisatie Bij het ontwerpen van een analoog-digitaalomzetter of een digitaal-analoogomzetter moeten de grootte van de maatstaf en het bereik bepaald worden en daarmee de stapgrootte en het aantal stappen dat nodig is. Dit hangt af van de toepassing. Voor muziekweergave wordt een waarneembare stapgrootte en een gebrek aan dynamiek als storend ervaren; hier zijn veel kleine stappen aan de orde.