1、模拟信号到数字信号的转换
电脑显卡4种接口类型：VGA、DVI、HDMI、DP
电脑显卡4种接⼝类型：VGA、DVI、HDMI、DP电脑显卡全称显⽰接⼝卡（Video card，Graphics card），⼜称为显⽰适配器（Video adapter），显⽰器配置卡简称为显卡，是个⼈电脑最基本组成部分之⼀。
对于显卡接⼝类型，主要包括VGA、dvi/HDMI、dp这四种⽐较常见的接⼝，当然还有其他的。
通过上⾯介绍了VGA接⼝包括15个针脚，那么15个针脚都代表上⾯含义呢？功能是什么呢？如下图所⽰：⽬前⼤多数计算机与外部显⽰设备之间都是通过模拟VGA接⼝连接，计算机内部以数字⽅式⽣成的显⽰图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、Ｂ三原⾊信号和⾏、场同步信号，信号通过电缆传输到显⽰设备中。
对于模拟显⽰设备，如模拟CRT显⽰器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管⽣成图像。
⽽对于LCD、DLP等数字显⽰设备，显⽰设备中需配置相应的Ａ/Ｄ（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。
在经过Ｄ/Ａ和Ａ/Ｄ2次转换后，不可避免地造成了⼀些图像细节的损失。
VGA接⼝应⽤于CRT显⽰器⽆可厚⾮，但⽤于连接液晶之类的显⽰设备，则转换过程的图像损失会使显⽰效果略微下降。
DVI接⼝：LCD显⽰器应运⽽⽣接⼝，DVI（Digital Video Interface），即数字视频接⼝。
它是1999年由Silicon Image、Intel（英特尔）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu(富⼠通)等公司共同组成DDWG（Digital Display Working Group，数字显⽰⼯作组）推出的接⼝标准。
DVI接⼝有3种类型5种规格，端⼦接⼝尺⼨为39.5mm×15.13mm。
三种类型包括DVI-A、DVI-D和DVI-I的接⼝形式。
DVI-D只有数字接⼝，DVI-I有数字和模拟接⼝，⽬前应⽤主要以DVI-D为主，同时DVI-D和DVI-I⼜有单通道（Single Link）和双通道（Dual Link）之分，我们平时见到的都是单通道版的，双通道版的成本很⾼，因此只有部分专业设备才具备，普通消费者很难见到。
一、模拟信号与数字信号课件(24张PPT)
模数转换器（A/D）
采样
量化
编码
u
4.8
5
3.9
4
3.5
3
2.1
2
1.6 1.3
1
t
u 0101
u
5
5 0100 4
4
0100 4
01010100001000100100
3
0010 0010 0010
2
22
2
1
t
t
摩斯电码的两种信号：
短促的点信号“・0” 保持一定时间的长信号 1
“—”
能够将数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器（D/A）。
模拟信
速度
u
时间
时间
模拟信号
连续变化的量可以用连续变化的曲线或直线描述。
1. 模拟信 号
u声音Biblioteka 形t模拟信号模拟信号：泛指数值可以连续变化的信号。
2. 数字信 号
图书馆借出图书数量
25 23 15 18 20
周一 周二 周三 周四 周五
非连续变化的量可以用柱状图或数字表 示。
2. 数字信 号
u
模拟信号 （1）细节丰富 （2）抗干扰能力差
数字信号 （1）易于识别，抗干扰能力强 （2）便于保存 （3）处理精度高
三、初识模拟信号和数字信号相互转换过程
自然界中的物理量经传感器转换成 的电信号大多数为模拟信号，所以送入计算 机或其他电子控制系统处理之前，必须先转 换成数字信号。
能够将模拟信号转换成数字信号的 电路称为模数转换器（A/D）。
信号的“有无” 命题的“真假”
一、 识别模拟信号和数字信号
u
连续变化 ——模拟信号
模拟信号和数字信号的关系
模拟信号和数字信号的关系模拟信号和数字信号是通信领域中两种重要的信号类型。
它们在信息传输中起着不同的作用和应用。
本文将从定义、特点、转换方式和应用等方面介绍模拟信号和数字信号的关系。
模拟信号是连续变化的信号，它的值可以在一定范围内取任意值。
模拟信号可以用连续的函数来表示，常见的模拟信号有声音、光线强度等。
而数字信号是离散的信号，它的值只能取一系列离散的数值。
数字信号可以用数字来表示，常见的数字信号有二进制信号、脉冲信号等。
模拟信号和数字信号有着不同的特点和优势。
模拟信号具有连续性和无限可分辨性的特点，能够更加真实地反映被传输信号的变化过程。
模拟信号在传输过程中受到噪声和衰减的影响较大，因此需要进行增益和滤波等处理。
而数字信号由于离散性和可编码性的特点，具有抗干扰性强、传输稳定性好的优势。
数字信号可以进行编码、压缩和加密等处理，能够更好地保障信息的传输质量和安全性。
模拟信号和数字信号之间可以通过模数转换和数模转换相互转换。
模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程，常用的模数转换方法有采样和量化。
采样是将连续的模拟信号在时间上离散化，将连续的时间信号转换为离散的时间序列。
量化是将连续的幅度值离散化，将连续的幅度信号转换为离散的幅度序列。
数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程，常用的数模转换方法有脉冲宽度调制（PWM）和脉冲编码调制（PCM）。
脉冲宽度调制是通过改变脉冲宽度来表示数字信号的幅度值，脉冲编码调制是通过改变脉冲的位置和宽度来表示数字信号的幅度值。
模拟信号和数字信号在各个领域有着广泛的应用。
模拟信号在音频和视频传输领域得到广泛应用，如音频播放器、电视机等。
模拟信号在传感器中的应用也十分重要，如温度传感器、压力传感器等。
数字信号在计算机和通信领域得到广泛应用，如计算机内部的数据传输、网络通信等。
数字信号在图像处理和音频处理领域也有着重要的应用，如数字图像处理、音频编码等。
模拟信号和数字信号是通信领域中两种重要的信号类型。
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换是通过模数转换（ADC）和数模转换（DAC）来实现的。
模拟信号转换成数字信号，首先通过ADC将模拟信号进行采样，即将连续的模拟信号按照一定的频率进行离散化，得到一系列的模拟采样值。
然后将模拟采样值通过量化处理，转换成对应的数字信号，即根据一定的量化规则，将模拟采样值映射到一系列离散的数字量级上。
数字信号转换成模拟信号，首先通过DAC将数字信号进行反量化，即将数字信号的离散量级映射回模拟信号的值。
然后通过重构滤波器将反量化后的数字信号进行平滑处理，得到模拟信号。
最后，通过模拟电路对模拟信号进行放大、滤波等处理，使之符合要求。
需要注意的是，模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号都会引入一定的误差，即量化误差和重构误差。
因此，在进行模拟信号与数字信号之间的转换时，要选择合适的采样频率、量化精度和重构滤波器等参数，以保证转换的精度和准确性。
模拟信号和数字信号的转换
数字信号也存在一些缺点，如对设备和线路的同步要求较高、需要较大的带宽和功耗等。此外，在某些应用场景 下，数字信号可能无法完全替代模拟信号，如音频和视频等领域仍需要使用模拟信号来保证更好的音质和画质。
04 模拟信号与数字信号的转 换
模拟信号转换为数字信号的过程
采样
按照一定的时间间隔采集模拟信号的幅度值。
连续变化的物理量，如声音、温 度、压力等。
数字信号
离散的、不连续的物理量，如计 算机中的二进制数据。
02 模拟信号
模拟信号的定义与特点
模拟信号
连续变化的物理量，如电压、电流等 。
特点
幅度连续变化，时间连续变化，与真 实世界直接对应。
模拟信号的应用场景
音频信号
如语音、音乐等。
视频信号
如电视信号、电影等。
控制系统
如温度、压力等传感器传输的信号。
模拟信号的优缺点
优点
直观、易于理解，与真实世界直接对应，实时性好。
缺点
易受干扰，传输过程中易失真，不易存储、复制的定义与特点
定义
数字信号是一种离散的信号形式，其取值通常只有两个状态，即高电平和低电平，分别代表二进制数 中的1和0。
解决方案
可以采用适当的抗干扰技术和措施来减小干扰对信号的影响，如增加屏蔽、使用滤波器等。同时，在数 字信号传输过程中，也可以采用差分传输、低阻抗传输等措施来提高抗干扰能力。
06 模拟信号与数字信号转换 的未来发展
新技术与新方法的探索
神经网络与深度学习
利用神经网络和深度学习算法，实现更高效、准确的模拟信号到 数字信号的转换。
采样频率决定了信号的还原精度，采样频 率越高，还原的信号越接近原始信号。
量化位数决定了信号的动态范围和精度， 量化位数越高，表示的数值范围越大，信 号的动态范围和精度越高。
模拟信号与数字信号的优缺点及之间的转化
模拟信号与数字信号之间的优缺点及两者之间的转换概述：信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等，从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。
模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
目前，ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange)已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码，使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号；图形、音频与视频数据则可分别采用多种编码格式。
模拟信号与数字信号：（1）模拟信号与数字信号：不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点数字信号，只要走了，则为有信号，不走则为无信号，走的时间越长则信号越强，脉冲宽度越短同样信号也越强。
单片机指令的模拟信号处理和转换
单片机指令的模拟信号处理和转换随着科技的发展和应用的深入，单片机成为了现代电子产品中不可或缺的核心组成部分。
它通过执行指令来实现各种功能，其中包括对模拟信号的处理和转换。
本文将探讨单片机指令在模拟信号处理和转换中的应用。
一、模拟信号处理单片机通过内部的AD转换器将模拟信号转换为数字信号，然后进行处理。
具体来说，它可以使用各种算法和技术对模拟信号进行过滤、滤波、放大、补偿等处理，以满足不同应用需求。
1.1 滤波处理在许多实际应用中，模拟信号中存在着各种噪声和干扰。
为了确保系统的正常运行，我们需要对这些干扰信号进行滤除。
单片机通过低通、高通、带通滤波器等技术，可以有效地滤除不需要的频率成分，从而实现滤波处理。
1.2 放大处理在一些应用中，模拟信号的幅值可能较小，无法满足后续电路的工作要求。
此时，单片机可以通过内部的放大电路对信号进行放大处理，以增加信号的幅值，使其能够满足后续电路的工作要求。
1.3 补偿处理在某些情况下，模拟信号的特性可能会受到环境温度、供电电压等因素的影响，导致信号的准确性和稳定性下降。
单片机可以通过内部的补偿电路对信号进行补偿处理，以提高信号的准确性和稳定性。
二、模拟信号转换在单片机系统中，模拟信号的转换是非常重要的环节。
通过合理的转换方式，可以将模拟信号转换为数字信号，方便后续的数字信号处理。
2.1 AD转换AD转换是将模拟信号转换为数字信号的一种常用方式。
单片机内部的AD转换器可以将模拟信号的连续变化转换为离散的数字数值，以便进行后续的数字信号处理。
2.2 DA转换DA转换是将数字信号转换为模拟信号的一种方式。
在某些应用场景中，需要将数字信号转换为模拟信号的形式输出。
单片机通过内部的DA转换器可以实现这一功能，将数字信号转换为与原始模拟信号相对应的模拟信号。
2.3 PWM输出PWM（脉冲宽度调制）是一种将模拟信号转换为数字信号的方式。
单片机可以通过PWM输出方式，将模拟信号转换为一系列脉冲信号，通过控制脉冲信号的占空比来实现对模拟信号的转换。
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在、无线电和电视播送中的声音和图像。
数字数据 (Digital Data)那么是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
目前，ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchang&)为 ISO国际标准化组织和CCITT国际电报咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码，使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号;图形、音频与视频数据那么可分别采用多种编码格式。
模拟信号与数字信号.(1)模拟信号与数字信号不同的数据必须转换为相应的信号才能进展传输:模拟数据一般采用模拟信号(AnalogSignal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视播送中的电磁波),或电压信号(如传输中的音频电压信号)来表示，数字数据那么采用数字信号([Digital Signal) 例如用-系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二=进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质;而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如网、有线电视网)来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，-般那么需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来,才能将信号从一个节点传到另一个节点。
(2)模拟信号与数字信号之间的互相转换模拟信号和数字信号之间可以互相转换:模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse CodeModulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为28=256个量级，实用中常采取24位或30位编码;数字信号一般通过对载波进展移相(Phase Shif)的方法转换为模拟信号。
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模拟信号到数字信号的转换（A/D转换）
（胥永刚）
现在大部分传感器输出的信号都是模拟信号，主要包括电压信号和电流信号两种，当然也有直接输出数字信号的传感器。
对于传感器输出的模拟信号，除了一些简单的仪表直接进行显示之外，大部分都需要转换成数字信号，以便在网络上进行传输，并保存在硬盘、CF卡等存储介质上，用于后续的分析和处理，如此，就需要用专门的器件将模拟信号转换成数字信号。
对于部分技术人员来说，了解模数转换的原理，对深入了解测试仪器，开发测试系统，修正仪器的技术参数等有着很大的帮助。
对于一个完整的带反馈控制的监控系统来说，大体可以用图1这个框图来描述，从图中可以看出来，一般而言，模数转换（A/D）大多在数模转换（D/A）之前，但在很多教材上，往往是先讲数模转换（D/A），再讲模数转换（A/D），因为模数转换电路里要用到数模转换。
当然这是从理论上来讲的，对于现在工程中实际应用的数模转换究竟基于什么原理，我也不是很清楚，但并不妨碍我们对模数转换的理解。
.
因此，我们尝试着讲解数模转换原理，因为从对应关系上来说，这两者是一样的，只是转换电路不同而已。
图1 典型的监控系统（带反馈控制）
1、数模转换原理
图2是很多教材上给出的数模转换电路，要想讲清楚这个，需要用到电工电子方面的知识，这里我们就不详细展开了。
（原谅我一次一次提到教材二字，因为在高校里工作，养成习惯了，^_^）
图2 数模转换电路
图1是一个4位的数模转换电路，意思是将一个4位的二进制数转换成对应的电压。
4位的二进制数可以表示成3210d d d d ，翻译成十进制数，就是
32103210
2*+2*+2*+2*d d d d （1）
式（1）中的四位二进制数，每个位上要么是0，要么是1，不可能是其它数字。
因此，四位二进制数最大可表示十进制的15，最小可表示十进制的0。
若我们任意给一个四位的二进制数，可以按照如下公式进行数字和电压之间的换算。
321043210=(2+2+2+2)32F R o R U U d d d d R （2）
比如，我们假设这个四位的数模转换器参考电压=10R U V ，=3F R R ，若输入的四位二进制数是0000（对应的十进制数是0），则输出的电压为：
3210
410=(2*0+2*0+2*0+2*0)=032
F o R U V R 若输入的四位二进制数是1101（对应的十进制数是13），则输出的电压为： 321041010130=(2*1+2*1+2*0+2*1)=(8+4+0+1)=321616
F o R U V R 也就是说，要是输入的十进制数是0，则输出电压0V，若输入的十进制数是13，则输出的电压为13016
V ，如此类推，我们就可以得知，输入任意一个四位二进制数（对应的十进制数在0~15之间），就可以按照式（2）得到一个对应的电压值。
如此，就实现了数字信号到模拟信号的转换。
当然，现在市场上很少能买到4位的数模转换器，大部分都是12位，16位，24位的，转换规律是一样的，参考下式：
-1-20-1-20=
(2+2++2)32F R n n n o n n R U U d d d R （3）
2 关于数模转换的直观理解 不理解上面那几个公式也没关系，只要明白下面这个对应关系也可以。
不管是数模转换（D/A）还是模数转换（A/D），就是根据某一个公式实现电压信号和对应的数字信号之间的转换。
比如，一个数模转换器允许输入的数字范围是0~4095，对应输出的电压为-5V~+5V。
之所以这样假设，是因为大多数数模转换输入的是十进制数字，12位的二进制信号对应的十进制数字就是000000000000对应着十进制的0，111111111对应着十进制的4095，常见的数模转换和模数转换电压范围为-5V~+5V。
在这个假设下，如图4所示，若是数模转换，意味着输入数字为0时，输出电压是-5V，输入数字为4095时，输出电压为+5V，输入数字为2048时，输出电压为0V。
图4数字和电压之间的对应关系
其间的转换关系为：
[(+5)-(-5)]=*-54096
o V V U N V （4） 其中的N 是输入的十进制数字，o U 是对应输出的电压值。
反过来，若是模数转换器，则输入的是模拟信号电压值，输出的是数字信号。
对应关系为：
+5=*4096[(+5)-(-5)]
i U V N V V （5） 其中的i U 是输入的电压值，N 是对应输出的十进制数。
当然，若该转换器件是n 位的，输出电压范围（对于模数转换而言就是输入电压范围）为最低U ~最高U ，则式（4）会变成：
[-]=
*+2最低最高最低n
o U U U N U （6） 式（5）会变成 -=*2[-]
最低最低最高i n U U N U U （7）。