電子信號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。

　　數(shù)字信號(hào)

　　我們先來(lái)看看數(shù)字信號(hào)。

　　數(shù)字信號(hào)只能處于兩種可能狀態(tài)之一——開(kāi)或關(guān)（高或低，真或假）。它們是二進(jìn)制的，代表了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)內(nèi)部的工作方式。

　　關(guān)（低/假）通常用0V電壓表示。

　　On（高/真）通常由正電壓表示，其大小取決于特定的系統(tǒng)/協(xié)議；5V是傳統(tǒng)上大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)使用的電壓，然而3.3V在新系統(tǒng)中變得更加流行。一些系統(tǒng)使用1.8V、1.5V、1.35V、1.2V等較低的電壓，較低的電壓使用較少的功率，因此更加節(jié)能，但是它們更容易受到干擾和衰減，因此需要更加注意硬件設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)然，系統(tǒng)中的電壓不太可能精確地0V和5V，所以關(guān)于什么范圍的電壓代表開(kāi)/高，什么范圍的電壓代表關(guān)/低，存在一些容差。現(xiàn)代集成電路可以由數(shù)十億個(gè)微小晶體管組成，開(kāi)關(guān)閾值取決于所用晶體管的類(lèi)型：

　　晶體管到晶體管邏輯

　　采用較老的TTL（晶體管到晶體管邏輯）技術(shù)（使用BJTs雙極結(jié)型晶體管）構(gòu)建的系統(tǒng)接受2V及以上（最大系統(tǒng)信號(hào)電壓）的任何電壓作為開(kāi)/高電平，接受低于0.8V的任何電壓作為關(guān)/低電平。

　　同時(shí)，在輸出端，on應(yīng)至少為2.7V，off不應(yīng)超過(guò)0.5V和2V之間的電壓是不確定的，可以解釋為on或off（顯然是隨機(jī)的）。

　　互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體

　　采用較新的CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)（使用MOSFETs（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管））構(gòu)建的系統(tǒng)接受高于工作電壓約2/3 （67%）的任何電壓作為開(kāi)/高，接受低于工作電壓約1/3 （33%）的任何電壓作為關(guān)/低。例如：

　　輸出應(yīng)非常接近邏輯電源電平。高閾值和低閾值之間的輸入也是未定義的（并且可能導(dǎo)致消耗大量功率）。

　　模擬信號(hào)

　　數(shù)字信號(hào)只能處于兩種可能的水平之一，而模擬信號(hào)可以有幾乎無(wú)限的數(shù)值范圍（只受測(cè)量設(shè)備精度的限制，如果你要達(dá)到原子級(jí)的精度，那么從技術(shù)上講，就是一個(gè)質(zhì)子或電子的電荷）。

　　模擬與數(shù)字

　　如果模擬信號(hào)可以有幾乎無(wú)限的取值范圍，而數(shù)字信號(hào)只有兩種可能的取值范圍，那么聽(tīng)起來(lái)模擬信號(hào)可能更好，也是必然的選擇？然而，模擬信號(hào)也有缺點(diǎn)，這導(dǎo)致我們大多數(shù)現(xiàn)代電子系統(tǒng)都是數(shù)字的。

　　模擬信號(hào)的一個(gè)缺點(diǎn)是它們非常容易受到傳輸錯(cuò)誤的影響；這意味著到達(dá)接收器的模擬信號(hào)完全保證不會(huì)與發(fā)射器發(fā)射的模擬信號(hào)完全相同。這可能是由于在傳輸過(guò)程中添加到信號(hào)中的噪聲（例如來(lái)自電磁干擾），以及傳輸過(guò)程中信號(hào)的修改；例如，沿著金屬線(xiàn)傳輸?shù)男盘?hào)將會(huì)由于金屬線(xiàn)的電阻而降級(jí)/衰減。另一方面，數(shù)字信號(hào)可以準(zhǔn)確地傳輸和復(fù)制，因此到達(dá)接收器的數(shù)字信息與發(fā)射器發(fā)射的數(shù)字信息完全相同。

　　模擬信號(hào)的一些例子可以是來(lái)自傳感器或電位計(jì)的輸出電壓。例如，麥克風(fēng)將聲音轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)（電壓電平）。LP唱片——以模擬方式分享老店音頻中音樂(lè)的無(wú)處不在的方式（有時(shí)仍因其提供的無(wú)限分辨率而受到珍視——下文將對(duì)分辨率進(jìn)行更多討論）。

　　模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換

　　從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成的。用數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）完成從數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。

　　當(dāng)信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字時(shí)，必須為轉(zhuǎn)換選擇一定的分辨率。模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字，分辨率決定了該數(shù)字的可能取值范圍。

　　例如，一個(gè)1位ADC的輸出可能只有兩個(gè)值，要么是0，要么是1。

　　2位ADC的輸出介于0和3之間。

　　3位ADC的輸出介于0和7之間。

　　大多數(shù)流行的微控制器都內(nèi)置一個(gè)10位ADC外設(shè)，其輸出介于0和1023之間。

　　現(xiàn)在，ADC有正負(fù)基準(zhǔn)電壓，這決定了轉(zhuǎn)換中如何調(diào)整輸入電壓。正參考電壓為5V，負(fù)參考電壓為0V，例如：

　　如果分辨率為1位，則輸出1將意味著2.5V-5.0V之間的輸入，輸出0將意味著0.0V-2.5V之間的輸入。

　　如果分辨率為2位，則輸出3（二進(jìn)制11）意味著輸入介于3.75V-5.0V之間，輸出1意味著輸入介于1.25V-2.5V之間，輸出0意味著輸入介于0.0V-1.25V之間。

　　如果分辨率為3位，則輸出7（二進(jìn)制111）將意味著4.375V-5.0V之間的輸入，輸出1將意味著0.625V-1.25V之間的輸入，輸出0將意味著0.0V-0.625V之間的輸入。

　　諸如此類(lèi)。請(qǐng)注意，分辨率對(duì)應(yīng)于輸出中可能的二進(jìn)制位數(shù)。

　　根據(jù)具體的ADC或微控制器，有時(shí)也可以向ADC提供獨(dú)立的基準(zhǔn)電壓（例如負(fù)基準(zhǔn)電壓為1V，正基準(zhǔn)電壓為2V），此時(shí)輸出將在這些基準(zhǔn)電壓值之間進(jìn)行調(diào)整。

　　顯然，較高的分辨率似乎更好，但是這里有一個(gè)性?xún)r(jià)比的權(quán)衡，分辨率的選擇通常取決于應(yīng)用。更高的分辨率需要更多的內(nèi)存、更高的處理能力和更復(fù)雜的ADCs因此通常更加昂貴——并且根據(jù)應(yīng)用，由于質(zhì)量沒(méi)有進(jìn)一步明顯的改善，將會(huì)有一個(gè)提高分辨率的實(shí)際回報(bào)減少的點(diǎn)。

　　ADC有許多不同的類(lèi)型，如逐次逼近型和適馬-德?tīng)査停黄浼?xì)節(jié)超出了本文的范圍。

　　DAC的作用與ADC相反，它將數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬電壓（同樣，顯然，具有一定的分辨率）。還有許多不同類(lèi)型的DAC，如基于電阻梯的DAC和基于脈寬調(diào)制的DACs這些細(xì)節(jié)也超出了本文的范圍。

　　Proteus模擬中的信號(hào)傳輸

　　Proteus能夠進(jìn)行混合模式仿真，這意味著它能夠以最小的處理能力和最高的速度有效地模擬模擬和數(shù)字信號(hào)。Proteus包括各種ADC和DAC的仿真模型，以及內(nèi)置一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的各種微控制器。

　　審核編輯：黃飛