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知识路径： > 嵌入式系统硬件基础知识 > 嵌入式系统I/O > A/D、D/A接口的基本原理与结构 >
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相关知识点：17个
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所谓模／数转换器（A/D转换器）就是把电模拟量转换成为数字量的电路。在当今的现代化生产中，被广泛应用的实时监测系统和实时控制系统都离不开模／数转换器。一个实时控制系统要实现微机监控实时现场工作过程中发生的各种参数的变化，首先由传感器把实时现场的各种物理参数（如温度、流量、压力、PH值、位移等）测量出，并转为相应的电信号，经过放大、滤波处理，再通过多路开关的切换和采样／保持电路的保持，送到A/D转换器，由A/D转换器将电模拟信号转换为数字量信号，之后被微机采集，微机按一定算法计算输出控制量，并输出之。输出数据经D/A转换器（数／模转换器）将数字量转换为电模拟量去控制执行机构。
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实现A/D转换的方法很多，常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼近法。
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首先开始转换信号有效（由高变低），使计数器复位，当开始转换信号恢复高电平时，计数器准备计数。因为计数器已被复位，所以计数器输出数字为0。这个0输出送至D/A转换器，使之也输出0V模拟信号。此时，在比较器输入端上待转换的模拟输入电压Vi大于V0（0V），比较器输出高电平，使计数控制信号C为1。这样，计数器开始计数。从此D/A转换器输入端得到的数字量不断增加，致使输出电压V0不断上升。在V0<Vi时，比较器的输出总是保持高电平。当V0上升到某值时，第一次出现V0>Vi的情况，此时，比较器的输出为低电平，使计数控制信号C为0，导致计数器停止计数。这时候数字输出量D7～D0就是与模拟电压等效的数字量。计数控制信号由高变低的负跳变也是A/D转换的结束信号，它用来通知计算机，已完成一次A/D转换。
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计数式A/D转换的特点是简单，但速度比较慢，特别是模拟电压较高时，转换速度更慢。当C=1时，每输入一个时钟脉冲计数器加1。对一个8位A/D转换器，若输入模拟量为最大值，计数器从0开始计数到255时，才转换完毕，相当于需要255个计数脉冲周期。
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双积分式A/D转换的基本原理是对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，变换成与输入电压均值成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测出其时间间隔，因此，此类D/A转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但速度较慢，通常每秒转换频率小于10Hz，主要用于数字式测试仪表，温度测量等方面。
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首先电路对输入待测的模拟电压进行固定时间的积分，然后换至标准电压进行固定斜率的反向积分。反向积分进行到一定时间，便返回起始值。对标准电压进行反向积分的时间T正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间越长。因此，只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分花费的时间，就可以得到相应于输入模拟电压的数字量，即实现了A/D转换。
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逐次逼近式A/D转换法是A/D芯片采用最多的一种A/D转换方法，和计数式A/D转换一样，逐次逼近式A/D转换时，是由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的输出电压，把输入电压与输出电压进行比较而实现。不同之处是用逐次逼近式进行转换时，要用一个逐次逼近寄存器存放转换出来的数字量，转换结束时，将最终的数字量送到缓冲寄存器中。
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逐次逼近式A/D转换法的特点是速度快，转换精度较高，对N位A/D转换只需N个时钟脉冲即可完成，一般可用于测量几十到几百微秒的过渡过程的变化，是计算机A/D转换接口中应用最普遍的转换方法。
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D/A转换器的主要功能是将数字量转换为模拟量。数字量是由若干数位构成的，每个数位都有一定的权，如8位二进制数的最高位D7的权为27=128，只要D7=1就表示具有了128这个值。把一个数字量变为模拟量，就是把每一位上的代码按照权转换为对应的模拟量，再把各位所对应的模拟量相加，所得到各位模拟量的和便是数字量所对应的模拟量。
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基于上述思路，在集成电路中，通常采用T型网络实现将数字量转换为模拟电流，然后再用运算放大器完成模拟电流到模拟电压的转换。所以，要把一个数字量转换为模拟电压，实际上需要两个环节：即先由D/A转换器把数字量转换为模拟电流，再由运算放大器将模拟电流转换为模拟电压。目前D/A转换集成电路芯片大都包含了这两个环节，对只包含第一个环节的D/A芯片，就要外接运算放大器才能转换为模拟电压。
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