电子/数模和模数转换器
现实世界中的信号往往是模拟信号。例如，水箱中的水位或通过转速传感器测量的汽车速度。为了用数字电路处理这些信号，我们需要将它们转换成数字信号。反之，一旦数字信号被处理，它们通常必须转换回模拟信号。一个例子是数字处理音频信号并将其发送到扬声器。扬声器需要模拟信号。
模数转换器 (ADC) 接收一个模拟输入信号，并通过数学函数将其转换为数字输出信号。虽然有许多方法可以实现 ADC，但有三个概念上的步骤会发生。
- 信号被采样。
- 采样信号被量化。
- 量化信号被数字编码。
通过采样，我们将一个可能在不同时间取无限多个值的连续时间函数转换为一个可能在不同的离散索引处取无限多个值的离散函数。
采样通常使用采样保持电路完成（可以使用电容器和开关进行简单的实验）。为了能够重建信号，我们必须考虑采样定理，该定理指出，需要采样频率是预期最高频率的两倍。简单来说，采样可以定义为从连续时间函数 x(t) 中取样，为了重建信号，我们必须考虑采样定理，该定理指出采样频率必须始终大于或等于最高频率的两倍。
量化是将连续电压信号映射到离散电压电平的过程。电压电平的数量会影响发生的量化噪声。由于数字计算机本质上是二进制的，因此量化电平的数量通常是 2 的幂，即：
其中 n 是量化位的数量。
信号可以在进入 ADC 之前被放大或衰减，以便最大和最小电压电平在信号电平分辨率和最小化削波之间提供最佳折衷。
编码是将量化信号转换为数字表示的过程。通过为每个量化电平分配唯一的标签来执行此编码。例如，如果使用四个位，则最低电平可能是（以二进制形式）0000，下一个最高电平是 0001，等等。
数模转换器 (DAC) 接收一个数字信号，并通过数学函数将其转换为模拟信号。同样，DAC 可以通过多种方式实现，但从概念上讲，它包含两个步骤。
- 将数字信号的每个时间步转换为具有适当能量的“脉冲”。在实际系统中，这可以通过创建具有相同电压但总功率通过改变脉冲长度而改变的短脉冲来完成。此脉冲序列产生一个频率响应是周期性的（理论上扩展到无穷大）的信号。
- 将低通滤波器应用于脉冲的时间序列。这消除了所有高频周期性，只留下原始信号。
事实上，除了我们使用的计数器外，在将模拟信号转换为数字信号时，我们还使用数模转换器。在这里，我们可以使用计数器和移位寄存器来存储数字数据。