单片机系统内部运算使用的都是数字量，即0和1。因此，对于单片机系统来说，我们不能直接对模拟量进行运算，必须将模拟量转换成数字量。所谓数字量，是指用一系列由0和1组成的二进制码表示的某一信号的量。当一个数字量用来表示同一个模拟量时，位数可以多也可以少。位数越多，准确度越高，位数越少，准确度越低。 　　

　　比如上图中，正弦波模拟量可以用一个0000~-1111位二进制数来表示。5位二进制数最多只能有32种组合，所以需要把这个正弦波的最大值和最小值分成32等份，每个等份用一组5位二进制数表示。显然，如果用32等份的数字量来表示模拟量，我们就无法表示任意两个相邻等份之间的模拟量。只有增加等份，也就是增加数字量的位数，才能表示出来。因此，如果一个模拟量完全用数字量表示，其数字量位数是无限的。但是要设计这样的硬件，目前的技术是无法完成的。单片机采集模拟信号时，通常需要在前端增加一个模数转换器，简称模数转换器，即A/D (Analog to Digital)芯片。我们来看看AD的原理。 　　

　　在A/D转换器中，由于输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号代码是离散的，因此A/D转换器必须在转换过程中的一系列选定时刻(在时间坐标轴上的某些指定点)对输入的模拟信号进行采样，然后将这些采样值转换成数字量。所以一般的A/D转换过程是通过采样保持、量化编码三个步骤来完成的，即首先对输入的模拟电压信号进行采样，采样结束后，进入保持时间。在此期间，将采样的电压量转换成数字量，并按照一定的编码形式给出转换结果，然后开始下一次采样。从模拟到数字的转换过程如下。 　　

　　1. 采样定理 　　

　　可以证明，为了用下图中图1所示的采样信号vs正确表示模拟信号V，必须满足： 　　

　　F2Fimax (1) 　　

　　其中后者是采样频率，Fimax是输入信号V的最高频率分量的频率.公式就是所谓的采样定理。在满足采样定理的条件下，信号vs可以通过低通滤波器降低到V。这个低通滤波器的电压传输系数|A(f)|在Fimax以下的范围内应该保持不变，在Fs-Fimax之前应该迅速下降到零，如图b所示，因此采样定理规定了A/D转换的频率下限。 　　

　　因此，A/D转换器的采样频率必须高于公式(1)中指定的频率。采样频率提高后，留给A/D转换器每次转换的时间相应缩短，这就要求转换电路有更快的工作速度。因此，采样频率不可能无限增加。通常fs=(3~5)fm已经可以满足要求了。因为每次将采样电压转换成相应的数字量都需要一定的时间，所以每次采样后都需要保持采样电压一段时间。可以看出，用于A/D转换的输入电压实际上是每次采样结束时的V值。 　　

　　2量化和编码 　　

　　我们知道，数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值的变化也不是连续的。也就是说，任何数字量的大小都表示为某个最小量单位的整数倍。因此，当采样电压用数字量表示时，也必须换算成这个最小量单位的整数倍。这个转换过程称为量化。规定的最小量单位称为量化单位，用a表示，显然，数字信号最低有效位中1的个数等于a，量化值用二进制码表示，称为编码。这个二进制码就是A/D转换的输出信号。由于模拟电压是连续的，不一定能被A整除，所以必然会引入误差，我们称之为量化误差。当模拟信号被划分为不同的量化级别时，不同的划分方法可以得到不同的量化误差。假设0~ 1V的模拟电压信号需要转换成三位二进制码，那么可以取A=(1/8) V，规定所有取值在0~ (1/8) V之间的模拟电压都作为1 A处理，用二进制000表示3360。值在(1/8)(2/8)V之间的所有模拟电压都被视为1。不难看出，最大量化误差可以达到A，即(1/8) V . 　　

　　为了减小量化误差，通常采用图(B)所示的除法。取量化单位A=(2/15) v，将000码对应的模拟电压指定为0~(1/15) v，即0~A/2。此时最大量化误差会减小到A/2=(1/15) V，这个道理不难理解，因为现在每个二进制码所代表的模拟电压值都定义为其对应的模拟电压范围！