模数转换与数模转换技术详解

"电子资源讲座数模模数转换知识，主要涵盖了数据采集系统中的模数转换过程，包括传感器、采样保持器和A/D转换器的功能。此外，讲解了模拟量与数字量的区别，以及A/D和D/A转换在计算机系统中的作用。讲座还深入探讨了D/A转换器的基本概念、工作原理及其应用中的挑战。" 模数转换是数据采集系统的核心部分，用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。这一过程首先由传感器完成，传感器将各种物理量如温度、压力、声音等转换为电压或电流信号。接着，采样保持器对这些连续的模拟信号进行采样，将其短暂保持在某一固定值，以便后续的A/D转换器能够稳定地处理。 A/D转换器是模数转换的关键组件，它接收采样保持器提供的模拟信号，并将其转化为数字形式。在计算机科学与技术学院的体系结构中心的讲座中，提到了A/D转换器在计算机系统的前向通道中，通常与多路复用器（MUX）配合使用，以实现多个模拟输入的切换和处理，最终将信息传递给CPU进行处理。 数字到模拟（D/A）转换则是模数转换的逆过程，用于将数字信号转换回模拟信号。D/A转换器在后向通道中，常用于产生模拟量输出，例如音频信号或控制信号。讲座详细阐述了D/A转换器的工作原理，主要分为二进制加权电阻网络和R-2R电阻网络两种基本类型。 在二进制加权电阻网络中，每个二进制位对应一个不同权重的电阻，通过控制位的高低电平来改变流过总电阻网络的电流，从而得到与输入数字值成比例的输出电压。而R-2R网络（T型电阻网络）则通过更平衡的电阻分配来简化电路设计，尽管它仍存在电阻值范围宽的问题，这在集成电路中可能会带来挑战。 以12位D/A转换器为例，最高位（MSB）的电阻值为10K欧姆，最低位（LSB）的电阻值为2的11次方乘以10K欧姆，这种差异在实际应用中需要特殊考虑。D/A转换器的输出电压可通过计算输入数字值与参考电压的比例来确定，其精度和线性度是衡量D/A转换器性能的重要指标。 这个电子资源讲座深入浅出地介绍了模数和数模转换技术，不仅对于理解数据采集系统的基本运作至关重要，也为电子竞赛和其他相关领域的学习者提供了宝贵的理论基础和实践经验。通过这样的讲座，参与者可以更好地掌握计算机系统中模拟和数字信号之间的转换原理，为进一步的硬件设计和系统集成奠定坚实基础。