模拟信号和数字信号的转换

此文章介绍的模拟信号与数字信号转换相关的知识有如下:

通信原理的PCM脉冲编码调制

数字电子技术的A/D与D/A

以及stm32的ADC与DAC

模拟信号是指-----时间和数值均连续变化的电信号,如正弦波、三角波等。

数字信号是指-----在时间上和数值上均是离散的信号。

数字电路和模拟电路:工作信号,研究的对象不同,分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同。

由于数字信号便于存储、分析和传输,通常都将模拟信号转换为数字信号。

数字信号的表达方式如下:

二值数字逻辑-------- 0、1数码---表示数量时称二进制数

表达方式--------在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态

(即模拟电路用+5V、-5V等表示电压值,而在数字电路中则用0、1来表示逻辑电平,具体转换根据具体情况分析)

此外由于数字信号只有0、1,为了降低误差以及增加易读性,数字信号也有较多的类型的码,如AMI、曼彻斯特等,需要的可自行了解。

1、通信原理中的PCM编码调制

模拟信号若要通过数字通信系统传输,需要将 其转换为数字信号,即A/D转换。在接收端,再还 原为模拟信号,即D/A转换。 通信原理中重点放在模拟信号和数字信号之间的转换 问题,主要针对的是PCM电话通信系统

模拟信号数字化的过程一般需要三个步骤:抽样、量化与编码

PCM(Pulse Code Modulation)即脉冲编码调 制,是一种将时间连续、取值连续的模拟信号变换 成时间离散、抽样值离散的数字信号的过程

PCM系统包括编码器和译码器两个部分,基本框架如下图所示

抽样是把模拟信号由时间连续的信号变成时间 离散的信号。可根据自己的需求设置抽样频率。

量化是将抽样得到的幅度瞬时值离散化的过程,即将连续的瞬时抽样值近似为离散的电平值,以便 对量化后的信号进行编码。

编码是用二进制码组去表示每一个量化电平。 若编码后二进制码组的位数用N表示,则可以表示 的量化电平数为2^N个。

通常量化和编码可以同时完成。

抽样:

设模拟信号的抽样频率为f,每个样值编码位数为N,则单路PCM信号的码元速率为R=N*f。

k路复用,PCM系统的码元速率为k*N*f。

在无码间串扰的情况下,奈奎斯特带宽是指理 想低通系统所需的最小带宽,为k*N*f/2。

当采用升余弦系统传输时,所需带宽为k*N*f。

更具体的学习可观看下面的视频:

https://www.bilibili.com/video/BV1t94y1U7Yz/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=dc11fb9470f7aca3ec60abe32385eb96

最终结果应如下图示:

2、数字电子技术中的A/D与D/A转化

D/A转换器

主要技术指标:分辨率、转换精度(失调误差、增益误差、级差非线性误差DNL、整体非线性误差INL)、转换速度(稳定时间、转换速率)

实现D/A转换的基本思想:用加权和将二进制数转换为十进制数,二进制每位代码都有一定的权值,按其权的大小转换成模拟量, 然后将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正比的模拟量, 从而实现数字量--模拟量的转换。

学习D/A转换器需要学习的主要知识如下:

权电阻网络D/A转换器、 倒T形电阻网络D/A转换器、 权电流型D/A转换器、 电阻串联分压式D/A转换器、 D/A转换器的双极性输出方式、 D/A转换器的技术指标、 D/A转换器的应用

权电阻网络DAC------https://www.eefocus.com/article/201015.html

D/A转换器的双极性输出方式-------

http://news.eeworld.com.cn/dygl/2013/0519/article_16393.html

4位倒T形电阻网络D/A转换器、集成倒T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器以及D/A转换器的技术指标、D/A转换器的应用---------

https://blog.csdn.net/weixin_42771934/article/details/102814671

ADC与DAC的一些知识整理:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/362936841

https://zhuanlan.zhihu.com/p/142853178

A/D转换器

A/D转换器功能:能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。一般要包括取样, 保持,量化及编码4个过程。

类型: 并联比较型--------转换速度快,转换时间 10ns ~1ms, 但电路复杂。

https://blog.csdn.net/weixin_44236962/article/details/103459144

逐次逼近型-------转换速度适中,转换时间 为几ms ~100 ms, 转换精度高,在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。

https://blog.csdn.net/weixin_42079409/article/details/114757671

双积分型-------转换速度慢,转换时间 几百us ~几ms,但抗干扰能力最强。

https://www.cnblogs.com/nevel/p/6151928.html

A/D转换器的主要技术指标:分辨率、转换精度、转换速度

http://集成A/D转换器及其应用---https://www.docin.com/p-19234628.html

使用A/D转换器时应注意以下几点: 零点和满刻度调节、 参考电压的调节、接地

模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接,否则干扰很严重,以致影响转换结果的准确性。在线路设计中,必须将所有器件的模拟地和数字地分别相连,然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。

3、stm32的ADC与DAC

https://zhuanlan.zhihu.com/p/599754496

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