模拟量与数字量概述
数字电路(第一章逻辑代数基础)
东南大学计算机系
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刘其奇
1
第一章 逻辑代数基础
1-1 概述
1-1-1 数字量和模拟量
自然界中物理量分为两大类：
数字量：它们的变化在时间上和数量上都是离散的； 在时间上不连续。
模拟量：它们的变化在时间上或数值上是连续的。 数字信号：表示数字量的信号，是在两个稳定状态之 间作阶跃式变化的信号。 脉冲：是一个突然变化的电压或电流信号。
11
有权码
常用BCD码 十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
无权码
8421BCD
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
5421BCD
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100
22
2）变量常量关系定律
0、 1律：A • 1 = A; (2 )
A • 0 = 0;（1）
A + 1 = 1; （11） A + 0 = A（12） ;
互补律：A • A = 0； ） A + A = 1;（14） （4
3）逻辑代数的特殊定律
重叠律：A • A = A； ） A + A = A; （13） （3
Y = A + A BC( A + BC + D) + BC = A + ( A + BC)( A + BC + D) + BC = A + A ( A + BC + D) + BC( A + BC + D) + BC = A + BC
数字电子技术基础第四版
《数字电子技术基础》（第四版）教学课件 辽宁石油化工大学 杨冶杰
联系地址：辽宁石油化工大学电工电子教学系 邮政编码：113001 电子信箱：syuckso@ 联系电话：(0413)6865171
辽宁石油化工大学 电工电子教学系
《数字电子技术基础》第四版
第一章 逻辑代数基础
AB+AC+BC=AB+AC A B + A C + B CD = A B + A C
A AB = A B; A AB = A
辽宁石油化工大学 电工电子教学系
1.4 逻辑代数的基本定理
《数字电子技术基础》第四版
• 1.4.1 代入定理
------在任何一个包含A的逻辑等式中，若 以另外一个逻辑式代入式中A的位置，则等 式依然成立。
辽宁石油化工大学 电工电子教学系
《数字电子技术基础》第四版
辽宁石油化工大学 电工电子教学系
《数字电子技术基础》第四版
• 卡诺图
• EDA中的描述方式 HDL (Hardware Description Language)
VHDL (Very High Speed Integrated Circuit …) Verilog HDL
《数字电子技术基础》第四版
• 7–4=3 • 7 + 8 = 3 （舍弃进位） • 4 + 8 = 12 产生进位的模 • 8是-4对模数12的补码
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• 1110 – 0110 = 1000 （14 - 6 = 8）
• 1110 + 1010 = 11000 =1000（舍弃进位）
Y1 Y2 …. 输出对应的取值
数字量与模拟量
模拟量定义解释模拟模拟量量就是指变量在一定范围连续变化的量也就就是在一定范围(定义域)内可以取任意值、数字量就是分立量不就是连续变化量只能取几个分立值二进制数字变量只能取两个值。
研究领域一般模拟量一般模拟量就是指现场的水井水位、水塔水位、泵出口压力与出口流量等模拟量,需要通过多路复用芯片完成多路数据的采集与模数转换器完成模拟量与数字量的转换,再将采集的数据给CPU处理。
模拟电子技术模拟电子技术研究的就是连续信号称为模拟量、数字电子技术研究的就是断续信号称为数字量、根据这一点提出问题:大家非常熟悉也都会用的算盘它的数据就是连续的还就是断续的。
AD转换器AD转换器(模数转换器)的作用就是从信号加工放大器输入的0~5V的直流电信号通常称为模拟量,可用无限长的数字来表示,如4、8213、…(V),计算机处理这些模拟量,只能处理有限长度的量,我们称之为数字量。
量测压量测值电压值、有功功率、无功功率、温度与变压器抽头位置等均用量测值表示与状态量(也称逻辑量)对照也称为模拟量。
因日立仪器吸取试剂时并不就是按参数设置的体积吸取,而就是要多吸一部分(此部分称为模拟量),此种设计的目的就是为了防止试剂被稀释。
工作模式比较人们把连续变化的物理量称为模拟量、指针式万用表的指针偏转可随时间作连续变化,并与输入量保持一种对应关系,故称之为模拟式万用表(VOM)。
遥测遥测——反映电力系统及设备的运行状态如有功功率、无功功率、电压、电流及频率等也称为模拟量、电量——这就是功率对时间的积分量主要用于统计与记帐。
数字量与模拟量的区别数字量在时间上与数量上都就是离散的物理量称为数字量。
把表示数字量的信号叫数字信号。
把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。
例如:用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时,每送出一个零件便给电子电路一个信号,使之记1,而平时没有零件送出时加给电子电路的信号就是0,所在为记数。
可见,零件数目这个信号无论在时间上还就是在数量上都就是不连续的,因此她就是一个数字信号。
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式摘要：一、引言二、数字量与模拟量的概念三、数字量转换模拟量的公式1.线性关系2.非线性关系四、实际应用案例五、总结正文：一、引言随着科技的发展，数字技术和模拟技术在各个领域都有广泛应用。
数字量与模拟量是电子技术中的两个重要概念，数字量转换模拟量在实际应用中非常常见。
本文将介绍数字量转换模拟量的相关知识。
二、数字量与模拟量的概念1.数字量：数字量是离散的、数值化的量，通常由整数或浮点数表示。
例如，计算机中的数字、日期和时间等。
2.模拟量：模拟量是连续的、非数值化的量，通常用连续的波形信号表示。
例如，声音、光线、温度等。
三、数字量转换模拟量公式1.线性关系线性关系是指输入与输出之间呈直线关系。
对于线性关系，数字量转换模拟量的公式为：A = (A_digital - A_min) * (A_max - A_min) / (A_digital_max -A_digital_min)其中，A_digital 和A_min 分别表示数字量输入和最小模拟量输出，A_max 和A_digital_max 分别表示最大模拟量输出和数字量输入最大值。
2.非线性关系非线性关系是指输入与输出之间不成直线关系。
对于非线性关系，需要根据具体函数关系进行转换。
例如，常用的查表法、插值法等。
四、实际应用案例以温度传感器为例，假设我们需要将数字量（0-1023）转换为模拟量（0-5V）。
由于它们之间呈线性关系，我们可以使用线性插值法进行转换。
具体步骤如下：1.计算输入范围和输出范围的比例：(5V - 0V) / (1023 - 0) = (A_max - A_min) / (A_digital_max -A_digital_min)2.根据公式计算模拟量输出：A = (A_digital - A_digital_min) * (A_max - A_min) /(A_digital_max - A_digital_min)五、总结本文介绍了数字量与模拟量的概念，以及数字量转换模拟量的公式。
模拟电子技术第1章 数字电路基础
于其进位规则为“逢十六进一”，故称为十六进制，常用大写字母“H”表示。十六进制按
权展开式为：
n1
(N)16 =
ai 16i
im
式中，ai 为十六进制数的任意一个数码；n 表示整数部分数位，m 表示小数部分数位；下标
16（或 H）表示十六进制数。例如
(5D.6A)H =5×161+13×160+6×16-1+10×16-2
（2）二进制数与十六进制数的相互转换 由表 1-1 可知制数与十六进制数之间
进行转换时通常采用分组等值法。 具体操作以小数点为基准，向左或者向右将二进制数按 4 位一组进行分组（当不足 4 位时，
按整数部分从高位、小数部分从低位的原则予以补 0 处理），然后用对应十六进制数代替各组的 二进制数，即可得等值的十六进制数。反之，将十六进制数的每个数码用相应的 4 位二进制数代 替，并去除高、低位无效的 0，所得结果即为等值二进制数。
1.2.2 编码
利用二进制数表示图形、文字、符号和数字等信息的过程称为编码（Encode），编码的结果 称为代码（Code）。例如，发送邮件时收/发信人的 E-mail、因特网上计算机主机的 IP 地址等， 就是生活中常见的编码实例。
进制数。例如:
(110.01)B =1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2
【十六进制】十六进制（Hexadecimal System）是数字电路中另一种常用数制，包含 0～9、A、B、
C、D、E、F 十六个数码，其中 A、B、C、D、E、F 依次表示十进制数 10～15，所以基数为 16。由
（3）十进制数转换为二进制数 十进制数转换为二进制数需要将整数部分和小数部分分别进行转换。通常整数部分采用除 2 反序取余法进行转换，小数部分采用乘 2 顺序取整法进行转换。 具体操作：将给定的十进制整数部分依次除以 2，按反序的原则取余数即为等值二进制数； 十进制小数部分依次乘以 2，按顺序的原则取整数即为等值二进制数。当小数部分不能精确转换 为二进制小数时，可根据精度要求，保留几位小数。 此外，利用二进制数作桥梁，可以方便地将十进制数转换为十六进制数。
开关量数字量模拟量
开关量数字量模拟量This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020开关量：开关量只有两种状态，0、1，包括开入量和开出量，反映的是状态。
数字量：数字量由多个开关量组成。
如三个开关量可以组成表示八个状态的数字量。
模拟量：模拟量是连续的量，数字量是不连续的。
反映的是电量测量数值（如电流、电压）。
1、开关量：为通断信号，无源信号，电阻测试法为电阻0或无穷大；也可以是有源信号，专业叫法是阶跃信号，就是0或1，可以理解成脉冲量版主说的好，多个开关量可以组成数字量2、数字量：有0和1组成的信号类型，通常是经过编码后的有规律的信号。
和模拟量的关系是量化后的模拟量。
3、模拟量：连续的电压，电流等信号量，模拟信号是幅度随时间连续变化的信号，其经过抽样和量化后就是数字量。
4、脉冲量：在瞬间电压或电流由某一值跃变到另一值的信号量。
在量化后，其连续规律的变化就是数字量，如果其由0变成某一固定值并保持不变，其就是开关量开关量主要指开入量和开出量，是指一个装置所带的辅助点，譬如变压器的温控器所带的继电器的辅助点（变压器超温后变位）、阀门凸轮开关所带的辅助点（阀门开关后变位），接触器所带的辅助点（接触器动作后变位）、热继电器（热继电器动作后变位），这些点一般都传给PLC或综保装置，电源一般是由PLC或综保装置提供的，自己本身不带电源，所以叫无源接点，也叫PLC或综保装置的开入量。
数字量定义为：在时间和数值上都是断续变化的离散信号。
模拟量定义为：在时间和数值上都是连续变化的信号。
最基本的数字量就是0和1，最基本来说即指反映到开关上就是指一个开关的打开（0）或闭合（1）状态，开关量是无源的，即它需要装置输出电源对它进行检测（这也就是装置的开入量，如综保装置的非电量输入即是一个外部提供的开入量）；也可以用0和1进行编码，编成各种通讯码。
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式（原创实用版）目录1.数字量与模拟量的概念2.数字量转换为模拟量的原因3.数字量转换模拟量公式4.公式的应用实例5.注意事项正文1.数字量与模拟量的概念数字量和模拟量是电子工程和信号处理领域中的两个重要概念。
数字量通常是指离散的、以数字形式表示的信号，例如二进制数字信号。
而模拟量则是指连续的、以模拟电压或电流形式表示的信号，例如音频和视频信号。
2.数字量转换为模拟量的原因在某些应用场景中，需要将数字量转换为模拟量，以便信号能够更好地被传输或处理。
例如，在音频处理中，数字音频信号需要转换为模拟信号，以便通过扬声器播放出来。
3.数字量转换模拟量公式数字量转换为模拟量的公式通常为：模拟量 = (数字量 - 数字量最小值) / (数字量最大值 - 数字量最小值) * (模拟量最大值 - 模拟量最小值) + 模拟量最小值其中，数字量最小值为 0，数字量最大值为某个正整数 n，模拟量最大值为正无穷，模拟量最小值为负无穷。
4.公式的应用实例以音频处理为例，假设有一个数字音频信号，其数字量的范围为0-255，表示音频信号的幅度范围。
我们需要将这个数字音频信号转换为模拟音频信号，以便通过扬声器播放。
假设模拟音频信号的范围为 -10V 至 10V。
根据上述公式，可以计算出每个数字音频信号对应的模拟音频信号的幅度值。
例如，当数字音频信号为 255 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (255 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = 10V 类似地，当数字音频信号为 0 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (0 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = -10V5.注意事项在使用数字量转换模拟量公式时，需要注意以下几点：- 确保数字量的最小值和最大值与模拟量的最小值和最大值相对应。
- 公式中的除法操作需要保证数字量和模拟量的范围足够大，以避免除以零的错误。
关于模拟量A，数字量D,输入I，输出O的理解
关于模拟量A，数字量D,输⼊I，输出O的理解
模拟量（A）：即连续不间断的物理量。
如：压⼒P，温度T，流量Q，液位L，位移等，他们的数值有⼤⼩，且各⾃的变化不⼀。
例如：室内温度现在是20℃，⼀分钟，（由于空调的影响）它可能就变成21℃，两分钟后，它可能就是21.5℃了。
数字量（D）：即此类物理量只有通、断两种状态。
电⽓上常⽤1表⽰接通，0表⽰断开。
看看饮⽔机的开关，上⾯⼀般都标有，当你把1按下时，电路接通，饮⽔机通电，饮⽔机正常⼯作；当你按下0时，电路断开，饮⽔机停⽌⼯作。
它们再也没有第三种状态，即不接通也不断开的状态。
输⼊（I）：即我们需要采集的信号。
（为了对被控物的控制，我们需要对相关的设备的现⾏相关物理量进⾏采集，输⼊）
输出（O）：即我们对被控物的控制信号（包括显⽰信号）。
数字量和模拟量.
数字量和模拟量
数字信号的一些特点
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一、数字量和模拟量
数 字 量：物理量的变化在时间上和数量上都是离散 的。它们数值的大小和每次的增减变化都是某一个 最小数量单位的整数倍，而小于这个最小数量单位 的数值没有任何物理意义。 例如：统计通过某一个桥梁的汽车数量，得到的就 是一个数字量，最小数量单位的“1”代表“一辆” 汽车，小于1的数值已经没有任何物理意义。 数字信号：表示数字量的信号。如矩形脉冲。
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数字电路：工作在数字信号下的电子电路。
2
模 拟 量：物理量的变化在时间上和数值上都是连续的。 模拟信号：表示模拟量的信号。如正弦信号。
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例如：热电偶工作时输出的电压或电流信号就是一 种模拟信号，
因为被测的温度不可能发生突跳，所以测得的电压 或电流无论在时间上还是在数量上都是连续的。
这个信号在连续变化过程中的任何一个取值都有具 体的物理意义，即表示一个相应的温度。 模拟电路：工作在模拟信号下的电子电路。上页Βιβλιοθήκη 3下页返回
二、数字信号的一些特点
数字信号通常都是以数码形式给出的。
不同的数码不仅可以用来表示数量的不同大小，而 且可以用来表示不同的事物或事物的不同状态。 数制：把多位数码中每一位的构成方法以及从低位 到高位的进位规则称为数制。
码制：在编制代码时遵循的规则。
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模拟量采集模块与数字量采集模块的区别
模拟量采集模块与数字量采集模块的区别模拟量就是在时间上或数值上都是连续的物理量，把表示模拟量的信号叫模拟信号，把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。
例如：热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发生突跳，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的。
而且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度。
跟数字量的区别就是，数字量是指在时间上和数量上都是离散的物理量。
把表示数字量的信号叫数字信号。
把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。
就像用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时，每送出一个零件便给电子电路一个信号，使之记一，而平时没有零件送出时加给电子电路的信号是零，所在为记数。
可见零件数目这个信号无论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是一个数字信号。
最小的数量单位就是一个。
而诚控电子模拟量采集模块采用RS485通讯网路，将分散的现场数据点的模拟量经AD变换传输到主机或由PC控制远程主站点。
具有独特的双看门狗安全设计。
模拟量采集模块具有计量数据采集、测量数据采集、设备开关状态采集和对外逻辑控制等多项功能，主要用作各种测控终端的数据采集、控制和显示设备，适用于各行业的自动化、信息化系统。
诚控电子模拟量采集模块也分为输入模块与输出模块。
模拟量采集模块，采用业界通用协议，美国ADI公司高性能模数转换芯片，日本NEC光电隔离器件，为用户提供多量程、高耐压隔离、远距离、低漂移、宽泛工作温度环境、高性价比、远超同类的智能测控解决方案。
模拟量输入模块主要是指将4-20mA电流环信号转换成RS-485信号，支持Modbus RTU协议，也能兼容。
所具备的功能包括了采集功能、控制功能、显示功能、远程管理功能、报警功能以及存储功能。
其中采集功能是采集压力、温度、位移等变送器的标准信号；采集流量计、脉冲表的流量数据；采集水泵或阀门运行状态、设备供电状态和箱门开关状态。
模拟量和数字量的符号
模拟量和数字量的符号
模拟量和数字量是现代电子技术中最基本的概念之一。
模拟量是指连续变化的物理量，例如温度、压力、电压和电流等；而数字量是指离散的物理量，例如开关状态、计数器和逻辑电平等。
在电子电路中，模拟量和数字量的符号也有所区别。
对于模拟量，常用的符号有大写字母V、A、P等，表示电压、电流、功率等。
在电路图中，通常使用波形图或连续的曲线来表示模拟量，这些曲线可以是正弦波、方波、三角波等。
在实际的电路中，模拟量通常需要经过信号调理、滤波等处理，才能得到稳定的输出。
对于数字量，常用的符号有方框和箭头，表示数字信号的传输方向。
在电路图中，数字量通常用“1”和“0”表示，分别表示开关状态的“开”和“关”。
数字量的信号处理通常需要进行逻辑运算、比
较和转换等。
在实际的电子系统中，模拟量和数字量经常需要相互转换和处理，例如模数转换器、数模转换器、滤波器等。
因此，掌握模拟量和数字量的基本概念和符号，对于电子技术的学习和应用都具有重要的意义。
- 1 -。
如何采集模拟量和数字量
广州致远电子有限公司
电子测量仪器-数据采集记录仪
图 4 脉冲量信号
2. 如何采集数字量和模拟量
致远电子 DM100、 DP100 数据采集记录仪是一种通用的数据采集设备，通过模块化的设 计构架，为用户提供多样化的数据采集模块， 全面采集直流电压、直流电流、数字量、温 度、湿度等多种传感器信号数据，可实时操作并显示多种测量结果。用户可对采集到的数据 进行自 定义运算处理，并u ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处
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广州致远电子有限公司
电子测量仪器-数据采集记录仪
图 7 DM100 性能优势资料©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处
图 5 DM100 数据采集记录仪 同时采用智能化的架构设计，由 DM100 主机、DM90PS 电源模块和高精度数据采集模块 组成，单台 DM100 主机可连接 1-10 个数据采集模块，多台级联最多可扩展至 200 个采集 通道， 扩展性强，适合多通道数据采集记录。
图 6 DM 信号测量 DM100 数据采集记录仪，从数据采集、测量运算到存储记录，发挥数据采集记录仪整体 最优的性能。
散的物理量，其表示的信号则为数字信号。数字量是由 0 和 1 组成的信号，经过编码形成有 规律的信号，量化后的模拟量就是数字量。
图 1 数字信号 模拟量
模拟量的概念与数字量相对应，但是经过量化之后又可以转化为数字量。模拟量是在时 间和数量上都是连续的物理量，其表示的信号则为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中任 何一个取值都是一个具体有意义的物理量，如温度，电压，电流等。
模拟量和数字量在传感器中的区别
模拟量和数字量在传感器中的区别传感器是现代科技中一种重要的物理设备，它能够将非电信号转化为电信号，将被测信号转化为数字信号并输出。
其中，模拟量和数字量是传感器中两种常见的信号类型，本文将就它们的区别进行探讨。
一、模拟量和数字量的概念模拟量是指具有连续变化属性的物理量。
例如，光线的亮暗度、温度的升降、电压的变化都属于模拟量。
而数字量则是指由“０”和“１”两种离散状态组成的物理量。
例如，数字时钟上的时间显示、计算机二进制编码等都属于数字量。
二、模拟量和数字量在传感器中的应用在传感器的应用中，对于不同的信号类型，我们需要选择不同种类的传感器来进行转换。
传感器中常见的模拟量信号有电阻式、电容式、电感式、电压式等。
例如，电子温度计使用铂电阻作为敏感元件，其阻值随温度变化而变化，通过传感器的模拟转换，得到相应的电压变化信号。
而数字量转换则需要使用数字信号传感器。
数字传感器通过内部的 AD 转换器将模拟量转换为数字信号，用二进制位表示信号的大小。
例如，数码相机中的 CCD 感光传感器，通过将光信号转化为模拟信号，再通过 ADC 转化成数字信号，最终生成照片。
三、模拟量和数字量信号的优缺点相较于数字量，模拟量信号有以下优势：1. 具有连续性，在精度上较高；2. 自然界大部分物理量为模拟信号，易于获取。
但同时，它也存在以下缺点：1. 需要模拟转换电路及滤波电路，造成成本高，易受影响；2. 不方便传输和处理，易受干扰。
相对而言，数字信号则具有以下优势：1. 信号可靠、稳定，误差小；2. 传输损耗小，易于扩展和处理；3. 具有丰富的数字信号处理技术支持。
但也存在以下缺点：1. 精度受到采样频率和位数的限制；2. 受电噪声、信号串扰等干扰较大；3. 转换的电子元件成本较高。
四、总结模拟量和数字量转换是传感器的基本转换方式，两者适用的领域不尽相同。
在实际的应用中，我们需要从信号类型、成本、精度等多个方面进行考虑，综合考量优缺点，选择适宜的传感器，实现信号的精确转换。
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式（实用版）目录1.引言2.数字量与模拟量的概念与区别3.数字量转换为模拟量的原理4.模拟量转换为数字量的原理5.公式及应用示例6.结论正文1.引言在现代电子技术和自动控制领域，数字量和模拟量是两种常见的信号类型。
它们有着不同的特性和应用场景，但在实际应用中，有时需要将数字量转换为模拟量，或将模拟量转换为数字量。
本文将为您介绍这两种转换的原理及公式。
2.数字量与模拟量的概念与区别数字量是指离散的、以数字形式表示的信号，如二进制信号、BCD 码等。
它具有抗干扰能力强、精度高、易于处理等优点。
模拟量是指连续的、以模拟电压或电流形式表示的信号，如正弦波、方波等。
它具有信号连续、易于表示自然界的连续性信号等优点。
3.数字量转换为模拟量的原理数字量转换为模拟量的过程主要是通过数模转换器（DAC）实现的。
DAC 将数字信号转换为连续的模拟电压信号。
其基本原理是将数字量的每一位用一个电阻值表示，然后将这些电阻值串联或并联，得到一个与数字量相对应的模拟电压。
常见的数模转换方法有电阻串联法、电阻并联法、权电阻法等。
4.模拟量转换为数字量的原理模拟量转换为数字量的过程主要是通过模数转换器（ADC）实现的。
ADC 将连续的模拟电压信号转换为离散的数字信号。
其基本原理是将模拟信号与一系列基准电压进行比较，得到一个数字量。
常见的模数转换方法有比较器法、双积分法、折叠积分法等。
5.公式及应用示例数字量转换为模拟量的公式：V_a = (V_d × R_a) / (R_d + R_a)，其中 V_a 为模拟电压，V_d 为数字电压，R_a 为模拟量对应的电阻值，R_d 为数字量对应的电阻值。
模拟量转换为数字量的公式：V_d = (V_a × R_d) / (R_d + R_a)，其中 V_d 为数字电压，V_a 为模拟电压，R_d 为数字量对应的电阻值，R_a 为模拟量对应的电阻值。
应用示例：假设有一个 8 位的数字量信号，其值为 1024，转换为模拟电压，假设 R_d = 1kΩ，R_a = 2kΩ，则模拟电压为 V_a = (1024 ×1kΩ) / (1kΩ + 2kΩ) = 341.3mV。
模拟量和数字量的转换知识考点笔记
模拟量和数字量的转换知识考点笔记一、基本概念。
1. 模拟量。
- 定义：在时间和数值上都是连续变化的物理量。
例如温度、压力、声音等。
这些物理量可以取任意的实数值，并且在一定范围内是连续可变的。
- 表示：通常用传感器来获取模拟量信号，如热电偶测量温度时输出的电压信号就是模拟量，它的电压值会随着温度的连续变化而连续变化。
2. 数字量。
- 定义：在时间和数值上都是离散的物理量。
它只能取有限个离散的值，通常用二进制数表示。
例如计算机中的数据，只有0和1两种状态的组合。
- 表示：在数字电路中，数字量以高电平（通常表示为1）和低电平（通常表示为0）的形式存在。
二、模拟量转换为数字量（A/D转换）1. A/D转换原理。
- 采样：- 定义：按照一定的时间间隔对模拟量进行取值的过程。
- 采样定理（奈奎斯特定理）：为了能够从采样后的离散信号中无失真地恢复出原始的模拟信号，采样频率必须大于等于模拟信号最高频率的两倍。
例如，如果模拟信号的最高频率是1kHz，那么采样频率至少要2kHz。
- 量化：- 定义：将采样得到的模拟量的幅值按照一定的量化单位转换为离散的数字量的过程。
- 量化误差：由于量化过程中是将连续的模拟量近似为离散的数字量，必然会产生误差。
例如，将0 - 5V的模拟电压范围按照0.1V的量化单位进行量化，当模拟电压为0.05V时，会被量化为0V，这里就产生了0.05V的量化误差。
- 编码：- 定义：将量化后的数字量用二进制代码表示的过程。
常用的编码方式有自然二进制编码、格雷码等。
例如，将量化后的数字量10转换为二进制编码就是1010（自然二进制编码）。
2. A/D转换器的主要性能指标。
- 分辨率：- 定义：A/D转换器能够分辨的最小模拟量变化。
通常用数字量的位数来表示，例如8位A/D转换器，它可以分辨的最小模拟量变化为满量程值除以2^8。
如果满量程值为5V，那么分辨率为5V/256≈0.0195V。
- 转换精度：- 定义：指A/D转换器实际输出的数字量与理想输出数字量之间的误差。
《数字量与模拟量的》课件
数字量与模拟量在信息传输中扮演着不可或缺的角色。让我们深入了解数字 量和模拟量的基础概念、特点以及它们在传感器中的应用实例。
基础概念
数字量是指采用离散取值表示信息的信号，例如开关的开和关状态。模拟量是指连续变化的信号，可以 取任意数值，如声音强度或温度。
区别与联系
数字量与模拟量的区别在于数字量具有离散性，而模拟量具有连续性。然而， 它们都是信息传输的方式，彼此之间存在联系。
应用实例
数字量的应用包括开关控制、数字通信等。模拟量常用于测量温度、压力和位置等连续变化的物理量。
总结
数字量与模拟量是信息传输中不可或缺的两种方式。根据需求选择合适的方 式可以确保信
数字量具有离散性、稳定性和可靠性。它们可以被准确地记录和传输，且在 干扰下具有较强的抗干扰能力。
模拟量的特点
模拟量具有连续性、准确性和受干扰性。它们可以提供更为精确的数据，在受到干扰时可能产生误差。
传感器中的数字量与模拟量
传感器可以通过数字量或模拟量来传输信息。数字量传感器通过开关状态或逻辑电平来表示信息，而模 拟量传感器会输出连续变化的电压或电流。
数字量和模拟量的概念
数字量和模拟量的概念嘿，小伙伴们，今天咱们来聊聊两个听起来挺高大上，但其实跟咱们日常生活息息相关的概念——数字量和模拟量。
别紧张，咱们不用搞那些复杂的公式和代码，就像聊天一样，轻轻松松把它们弄明白。
想象一下，你手里拿着一杯刚泡好的茶，热气腾腾，香气四溢。
这时候，你想跟朋友说这茶的温度刚刚好，不冷不热，对吧？但你要怎么告诉他到底有多“刚刚好”呢？这就是模拟量的世界了。
模拟量就像是那杯茶的温度，它是连续变化的，没有一个固定的数字能完全准确地描述它。
它可以是暖洋洋的春天早晨，也可以是烈日炎炎的夏日午后，每一种感觉都是独一无二的，无法被精确地分割成一小块一小块。
再换个场景，你正在玩电子游戏，屏幕上的分数不断跳动，从100、200、300...一路飙升。
这些数字，就是数字量的代表。
它们不像模拟量那样模模糊糊，而是清清楚楚、明明白白地摆在那里。
你可以一目了然地看到自己得了多少分，离下一个关卡还有多远。
数字量就像是我们生活中的小目标，一个个具体而明确，引导着我们不断前进。
说起来，这数字量和模拟量啊，就像是咱们生活中的两个好朋友。
数字量就像是那个喜欢把一切都安排得井井有条的学霸，每一件事情都要用数字来量化，追求精确无误。
而模拟量呢，就像是那个随性自在的艺术家，喜欢用感觉去体验这个世界，每一刻都是那么独特而不可复制。
你可能会问，这两个家伙在生活中有什么用处呢？嘿，用处可大了！比如说，你家里的空调，它就是通过感知室内的温度（模拟量）来自动调节制冷的强度，让房间保持在一个舒适的温度范围内。
而那些智能家居设备，更是离不开数字量的支持，它们通过接收和处理各种数字信号，来实现对家居环境的智能控制。
所以你看，数字量和模拟量虽然性格迥异，但它们却携手合作，共同构建了我们这个多彩多姿的世界。
下次当你再遇到这两个概念时，不妨想想那杯温暖的茶和那个不断跳动的游戏分数，也许你就能更加亲切地感受到它们的魅力了。
数字量与模拟量的区别
一类：1、数字量:在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。
把表示数字量的信号叫数字信号。
把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。
例如：用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时，每送出一个零件便给电子电路一个信号，使之记1，而平时没有零件送出时加给电子电路的信号是0，所在为记数。
可见，零件数目这个信号无论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是一个数字信号。
最小的数量单位就是1个。
2、模拟量1 t.在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。
把表示模拟量的信号叫模拟信号。
把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。
例如：热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发生突跳，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的。
而且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度。
转换原理数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。
数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。
根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。
这样，用Sa 函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。
由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。
一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。
2. 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。
模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。
二类：1、数字量传送的是数字，比如流量是信号；数字量传递的是0和1的开关量，它表示的是二进制的状态；2、模拟量传送的是电压值或电流值；比如输入的是4到20mA电流信号，叫模似量输入，它再把它转换成相应数字信号，再对数字量进行计算和处理；而模拟量传递的是连续变化的一段信号范围，比如外部输入的4-20mA，输出的0-10V等。
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较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A /D与D/A转换器的重要技术指标。随着集成技术 的发展,现已研制和生产出许多单片的和混合集 成型的A/D和D/A转换器,它们具有愈来愈先进的 技术指标。
7.2 A/D转换原理
A/D转换器(ADC):将模拟量转换为数字量,通常 要经过采样、保持、量化和编码四个步骤。
(1)采样与保持
所谓采样,就是将一个时间上连续变化的模拟量 转化为时间上离散变化的模拟量,如图7-2所示。
采样结果存储起来,直到下次采样,这个过程称为 保持。一般,采样器和保持电路一起总称为采样 保持电路。
图7-2 采样 图7-3 量化
(2)量化与编码的过程
将采样电平归化为与之接近的离散数字电平,这
vo逐渐逼近vi值,最后得到A/D转换器转换结果D7~ D0为10101111。该数字量所对应的模拟电压为6. 8359375V,与实际输入的模拟电压6.84V的相对 误差仅为0.06%。 图7-5 8位逐次比较型A/D转换器波形图
逐次比较型A/D转换器的特点是:转换速度为(n+
1)Tcp,速度快;调整VREF,可改变其动态范围。
换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这 样,就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起 桥梁作用的电路——模数和数模转换器,如图7-1 所示。
图7-1 模数和数模转换器
将模拟信号转换成数字信号的电路,称为模数转 换器(简称A/D转换器或ADC,analog to digital
converter);将数字信号转换为模拟信号的电路,称 为数模转换器(简称D/A转换器或DAC,digital to analog converter)。A/D转换器和D/A转换器已成 为信息系统中不可缺少的部分。为确保系统处 理结果的精确度,A/D转换器和D/A转换器必须具 有足够的转换精度。如果要实现快速变化信号 的实时控制与检测,A/D与D/A转换器还要求具有
较,使转换所得的数字量在数值上逐次比较输入 模拟量对应值。
对应图7-4的电路,它由启动脉冲启动后,在第一 个时钟脉冲作用下,控制电路使时序产生器的最 高位置1,其他位置0,其输出经数据寄存器将1000 ……0送入D/A转换器。输入电压首先与D/A转
换器输出电压(VREF/2)相比较,如vi≥VREF/2,比较器 输出为1,若vi<VREF/2,则为0。比较结果存于数据 寄存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下,移位 寄存器的次高位置1,其他低位置0。如最高位已
存1,则此时vo= VREF。于是vi再与 VREF相比较,
如vi≥ VREF,则次高位Dn-2存1,否则Dn-2=0;如最高
位为0,则vo=VREF/4,与v0比较,如vi≥VREF/4,则Dn-2位 存1,否则存0……;以此类推,逐次比较得到输出 数字量。
为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理 及转换过程,下面用实例加以说明。
7.1 模拟量与数字量概述 随着数字技术,特别是信息技术的飞速发展与普
及,在现代控制、通信及检测等领域,为了提高系 统的性能指标,对信号的处理广泛采用了数字计 算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些 模拟量(如温度、压力、位பைடு நூலகம்、图像等),要使计 算机或数字仪表能识别、处理这些信号,必须首 先将这些模拟信号转换成数字信号;而经计算机 分析、处理后输出的数字量,也往往需要将其转
(2)双积分式A/D转换器
双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参 考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变 成与之成正比的时间间隔,然后利用时钟脉冲和 计数器测出此时间间隔,进而得到相应的数字量
输出。其工作原理框图见图7-6,积分器输出波形 见图7-7。由于该转换电路是对输入电压的平均 值进行变换,所以它具有很强的抗工频干扰能力, 在数字测量中得到广泛应用。
个过程称为量化,如图7-3所示。
由零到最大值(max)的模拟输入范围被划分为n 个值,称为量化阶梯。而相邻量化阶梯之间的中 点值,称为比较电平。
7.3 A/D转换器及参数指标
A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成 与之成正比的数字量,即能把被控对象的各种模 拟信息变成计算机可以识别的数字信息。A/D转 换器种类很多,但从原理上通常可以分为以下4 种:计数器式A/D转换器、双积分式A/D转换器、 逐次比较式A/D转换器和并行A/D转换器。
000000送入D/A转换器,其输出电压vo=5V,vi与vo 比较,vi>vo存1;第二个CP到来时,寄存器输出D7~D 0=11000000,vo为7.5V,vi再与7.5V比较,因vi<7.5V, 所以D6存0;输入第三个CP时,D7~D0=10100000,vo =6.25V,vi再与vo比较,……如此重复比较下去,经8 个时钟周期,转换结束。由图中vo的波形可见,在 逐次比较过程中,与输出数字量对应的模拟电压
设图7-4电路为8位A/D转换器,输入模拟量vi=6.84
V,D/A转换器基准电压VREF=10V。根据逐次比较 D/A转换器的工作原理,可画出在转换过程中 CP、启动脉冲、D7~D0及D/A转换器输出电压vo 的波形,如图7-5所示。
由图7-5可见,当启动脉冲低电平到来后转换开 始。在第一个CP作用下,数据寄存器将D7~D0=10
(1)逐次比较式A/D转换器
逐次比较ADC包括n位逐次比较型A/D转换器,如 图7-4所示。它由控制逻辑电路、时序产生器、 移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。
图7-4 逐次比较式A/D转换器原理框图
逐次比较转换过程和用天平称重物非常相似。 天平称重物的过程是,从最重的砝码开始试放,与
被称物体进行比较,若物体重于砝码,则该砝码保 留,否则移去。再加上第二个次重砝码,由物体的 重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留 下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为 止。将所有留下的砝码重量相加,就得此物体的 重量。仿照这一思路,逐次比较型A/D转换器就 是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比
(3)并行AD转换器
3位并行比较型A/D转换器原理电路如图7-8所