导语：喜欢科幻电影的朋友应该对文章封面比较熟悉，对！这是《黑客帝国》里的经典图。第一次看完的心情回眸：我是谁？我在哪里？我来自哪里？我要去哪里？今天我们来谈谈电驱动控制系统的微处理器是如何通过“神器”——数模转换器(ADC)与我们生活的模拟世界建立联系的。本文介绍了数字信号、模拟信号及相关电路。
本文根据以下逻辑展开：
1.模拟世界和数字世界
2.模拟信号
3.数字信号
4.模拟电路和数字电路
5.ADC——连接模拟世界和数字世界的人工产物
1.模拟世界和数字世界
我们生活的世界是一个用无限的色彩，无数的色调，无数的气味画出来的世界。所有这些元素都可以理解为模拟信号，构成了我们这个世界的无线可能性。
数字信号和描绘的对象是离散和有限的，可以由有限的数据集来定义。可以是255到4，294，967，296之间的任意值(只要不是)。
如果我们想让电动车按照自己的意图行驶，就需要控制动力总成，这就需要我们通过某种手段与我们真实的模拟世界进行交互。这就要求我们在输入输出方面处理模拟模型和数字信号，但是大多数微处理器、计算机和逻辑单元都是纯数字的！这就像是两种不同的语言，有的组件是双语的，而有的组件只能听懂或说其中一种，那怎么办？2.模拟信号
在进一步讨论之前，我们先来谈谈信号的实际含义，尤其是电子信号，比如交通信号、通信信号等。这些电子信号是随时间变化的定量信息。在电气工程领域，它们通常指电压。因此，当我们谈论信号时，我们可以认为它们是随时间变化的电压。
信号在设备之间传输，以发送和接收信息，这些信息可以是视频、音频或某种编码数据。一般来说，信号是通过电线传输的，但也可以通过射频(RF)波在空气中传播。例如，音频信号可以在计算机的声卡和扬声器之间传输，而数字信号可以在平板计算机和WiFi路由器之间通过空中传输。
那么模拟信号到底是什么样子的呢？
由于信号会随着时间而变化，它将被绘制在图表上，以帮助理解：X轴-时间，Y轴-电压。通过信号图可以直观的判断数据类型，模拟信号的时间-电压曲线应该平滑连续，如下图所示：
比如我们每天看的视频，听的音频，都是用模拟信号(一般来说)传输或录制的。例如，从RCA终端发送的复合视频是一个编码的模拟信号，通常定义在0到1.073V之间，其信号的微小变化会对视频的颜色或位置产生很大的影响。
3.数字信号
数字信号必须由一组有限的数据组成。在电气工程领域，最常见的数字信号是0V或5V，如下图“方波”:
数字信号也可以是离散数据表示的模拟波形，如下图所示：总体来说，它的波形是平滑的，就像模拟信号一样；但放大后会发现其实是由微小的离散信号组成的。
所以可以看出，模拟信号和数字信号最大的区别在于模拟信号是平滑连续的，而数字信号是步进方波离散的。我们仍然以视频和音频信号为例。例如，用于视频(和音频)的HDMI和用于音频的MIDI或AC"97是数字传输的，如下图所示：
4.模拟电路和数字电路
模拟电路
大多数基本的电子元件，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管、运算放大器等，本质上都是模拟的，由这些元件组成的电路通常是模拟的。
从上图可以看出，模拟电路的设计很有趣，偶尔也很简单。比如两个电阻的组合可以组成一个分压器；但是在相同任务的前提下，模拟电路的设计比数字电路的设计困难得多。此外，模拟电路通常更容易受到噪声的影响，其电压电平的微小变化可能会导致明显的处理误差。
数字电路
数字电路通过离散信号工作，这些电路通常由晶体管、逻辑门、高级微控制器或计算机芯片组成。对于大多数处理器(无论是大型处理器还是计算机中的微控制器)，都是在数字领域运行。
一般数字电路通常用二进制来定义数字信号，系统会给两个不同的逻辑电平分配两个不同的电压：高电压(通常为5V、3.3V或1.8V)代表一个值，低电压(通常为0V)代表另一个值。模拟和数字的结合
回到我们的电驱动系统控制器，它的核心器件Aurix有内部电路，可以和模拟电路(模数转换器、脉宽调制、数模转换器)接口。模数转换器(ADC)允许Aurix连接到模拟传感器(如电流、电压和温度传感器)。通过读取模拟电压，配合控制逻辑，可以实现系统的各种功能。
5.ADC——连接模拟世界和数字世界的人工产物
模数转换器(ADC)有一个神奇的特性，简单理解为电影《黑客帝国》中连接模拟世界和数字世界的特殊功能。第一次看《黑客帝国》的心情回眸，我是谁？我在哪里？我来自哪里？我要去哪里？
题外话，回到文章。
下图所示的微控制器，其中引脚的标签(A0至A5)前面有一个“A”，表示这些引脚可以读取模拟电压。如果微控制器具有10位ADC，这意味着它可以检测1024(210)个离散模拟电平，如果微控制器具有16位ADC(216=65，536个离散电平)。
ADC的工作方式非常复杂。最常见的技术之一是使用模拟电压对内部电容充电，然后测量通过内部电阻放电所需的时间。此时，微控制器监控电容放电前的时钟周期数，这是ADC完成后返回的数字。
ADC和电压的转换是线性的，很好理解，这里不再赘述。
【参考】
Jimblom，网站-Sparkfun，“模拟vs，数字”。
内特，网站- Sparkfun，“模数转换”。
