嵌入式软件工程师-硬件接口与通信协议-ADC_DAC转换_ADC-DAC转换的接口技术与信号调理.docx

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ADC和DAC的基本原理

1subtitle1.1:ADC和DAC的基本原理

1.1ADC（模数转换器）原理

模数转换器（Analog-to-DigitalConverter，简称ADC）是一种将连续变化的模拟信号转换为数字信号的电子设备。ADC的工作原理基于采样定理，即奈奎斯特采样定理，它指出，为了准确地从采样信号中恢复原始信号，采样频率必须至少是信号最高频率的两倍。ADC的转换过程通常包括采样、量化和编码三个步骤。

采样：ADC在特定的时间点上测量模拟信号的电压值，将连续的信号转换为离散的信号。

量化：将采样得到的电压值转换为有限个离散的电平，这个过程会引入量化误差。

编码：将量化后的电平转换为二进制数字，以便于数字信号处理系统进行处理。

1.2DAC（数模转换器）原理

数模转换器（Digital-to-AnalogConverter，简称DAC）的作用与ADC相反，它将数字信号转换为模拟信号。DAC的基本原理是将数字信号的每一位转换为相应的电压或电流，然后将这些电压或电流相加，得到模拟信号。

解码：将数字信号转换为一系列的电压或电流值。

加权求和：根据数字信号的每一位的权重，将对应的电压或电流值相加。

滤波：通过低通滤波器去除转换过程中产生的高频噪声，平滑信号，得到连续的模拟信号。

1.3示例代码：使用Python模拟ADC和DAC转换

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#ADC转换示例

defadc_conversion(analog_signal,bits):

模拟ADC转换过程

:paramanalog_signal:输入的模拟信号，numpy数组

:parambits:ADC的位数

:return:数字信号，numpy数组

max_value=2**bits-1

digital_signal=np.round(analog_signal/(analog_signal.max()/max_value))

returndigital_signal

#DAC转换示例

defdac_conversion(digital_signal,bits):

模拟DAC转换过程

:paramdigital_signal:输入的数字信号，numpy数组

:parambits:DAC的位数

:return:模拟信号，numpy数组

max_value=2**bits-1

analog_signal=digital_signal*(digital_signal.max()/max_value)

returnanalog_signal

#生成模拟信号

time=np.linspace(0,1,1000)

analog_signal=np.sin(2*np.pi*10*time)

#ADC转换

bits=8

digital_signal=adc_conversion(analog_signal,bits)

#DAC转换

analog_signal_recovered=dac_conversion(digital_signal,bits)

#绘制信号

plt.figure(figsize=(12,6))

plt.subplot(3,1,1)

plt.plot(time,analog_signal)

plt.title(原始模拟信号)

plt.subplot(3,1,2)

plt.stem(time,digital_signal)

plt.title(ADC转换后的数字信号)

plt.subplot(3,1,3)

plt.plot(time,analog_signal_recovered)

plt.title(DAC转换后的模拟信号)

plt.tight_layout()

plt.show()

1.4代码解释

ADC转换：通过将模拟信号的每个值除以最大可能的模拟值，然后乘以最大可能的数字值（2的位数次方减1），并进行四舍五入，得到数字信号。

DAC转换：将数字信号的每个值乘以最大可能的模拟值，然后除以最大可能的数字值，得到模拟信号。

信号生成与绘制：使用numpy生成一个正弦波模拟信号，然后使用matplotlib绘制原始信号、ADC转换后的信号和DAC转换后的信号。

2subtitle1.2:ADC和DAC的