区分模拟量与它的数字表示

**模拟（analogue）**量连续变化，在一个范围内可以取任何值，例如温度、声音或光。**数字（digital）**表示则把这个量存成由位（bit）组成的数字，因此只能取一组固定的值。考试会要你指出哪个是哪个，并说明转换过程。

这是硬件、软件与系统单元的最后一课，与输入输出流程中的传感器阶段相连。

现实中的量如何变成数字数据？

1. 传感器测量真实的量，产生连续变化的信号。
2. **模拟数字转换器（ADC）**在固定的时间点测量这个信号，并把每次测量值四舍五入到最接近的可用步数。
3. 计算机存储并处理得到的二进制数。
4. 如果要控制现实世界中的东西，例如扬声器，**数字模拟转换器（DAC）**会把数字变回连续变化的信号。

用 n 位时有 2ⁿ 个步数。8 位就是 2⁸ = 256 步，编号 0 到 255。

例题

教室里的传感器测量 0 °C 到 50 °C 的温度，使用 8 位转换器（虚构的简化设置）。读数是 28.4 °C。

存储的数字是什么？转换回来代表什么？

第 1 步，可用步数： 256 个值，从 0 到 255。

第 2 步，比例： 255 步涵盖 50 °C，所以 1 °C 是 255 ÷ 50 = 5.1 步。

第 3 步，转换： 28.4 × 5.1 = 144.84。四舍五入到最近的整数步：145。用二进制存储：10010001。

第 4 步，转换回来： 145 × 50 ÷ 255 = 28.43…… °C。

第 5 步，比较： 存储的值代表 28.43 °C，而不是恰好 28.4。这个小差别是步数有限造成的四舍五入。

检查二进制：128 + 16 + 1 = 145。正确。

学生常犯什么错？

常见的失误是因为计算机以数字显示，就说这个量本身是数字的。

错误答案： “温度是数字的，因为屏幕显示 28.4。”

屏幕显示的是存储的数字。房间里的温度仍然是模拟的，连续变化。

纠正的方法是把两件事分开：真实的量（模拟）与它存储的数字（数字）。

自我检测

1. 说出下列各项是模拟还是数字：房间里一个人说话的响度、内存中存储的数字 0110。

2. 4 位转换器可以产生多少个不同的值？

3. 为什么例题中存储的读数与 28.4 °C 稍有不同？

接下来学什么？

你现在已经学完整个单元。请在综合练习中测试所有内容，并试试实操任务与证据检查器，了解情境作业如何被检查。

如果二进制转换或转换器的概念仍然不稳，我们的老师可以在线上一对一 ICT 补习中放慢速度带你理解。