單片機是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)只能呢個對輸入的數(shù)字信號進行處理，其輸出信號也是數(shù)字的。但工業(yè)或者生活中的很多量都是模擬量，這些模擬量可以通過傳感器變成與之對應(yīng)的電壓、電流等模擬量。為了實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對這些電模擬量的測量，運算和控制，就需要一個模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化的過程。

一個包含A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的典型的計算機自動控制系統(tǒng)

一個包含A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的計算機閉環(huán)自動控制系統(tǒng)下圖所示。

典型的計算機自動控制系統(tǒng)

在上圖中，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入和模擬量輸出通路中的核心部件。在實際控制系統(tǒng)中，各種非電物理量需要由各種傳感器把它們轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓信號后，才能加到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

一般來說，傳感器的輸出信號只有微伏或毫伏級，需要采用高輸入阻抗的運算放大器將這些微弱的信號放大到一定的幅度，有時候還要進行信號濾波，去掉各種干擾和噪聲，保留所需要的有用信號。送入A/D轉(zhuǎn)換器的信號大小與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍不一致時，還需進行信號預(yù)處理。

在計算機控制系統(tǒng)中，若測量的模擬信號有幾路或幾十路，考慮到控制系統(tǒng)的成本，可采用多路開關(guān)對被測信號進行切換，使各種信號共用一個A/D轉(zhuǎn)換器。多路切換的方法有兩種：一種是外加多路模擬開關(guān)，如多路輸入一路輸出的多路開關(guān)有：AD7501，AD7503，CD4097，CD4052等。另一種是選用內(nèi)部帶多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809等。

若模擬信號變化較快，為了保證模數(shù)轉(zhuǎn)換的正確性，還需要使用采樣保持器。在輸出通道，對那些需要用模擬信號驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)，由計算機將經(jīng)過運算決策后確定的控制量（數(shù)字量）送D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬量以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作，完成控制過程。

A/D和D/A的基本概念

A/D是模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，依靠的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter），簡稱ADC。D/A是數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，依靠的是數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter），簡稱DAC。它們的道理是完全一樣的，只是轉(zhuǎn)換方向不同，因此我們講解過程主要以A/D為例來講解。

什么是模擬量？就是指變量在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的量，總之，任何兩個數(shù)字之間都有無限個中間值，所以稱之為連續(xù)變化的量，也就是模擬量。ADC就是起到把連續(xù)的信號用離散的數(shù)字表達(dá)出來的作用。

模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）技術(shù)指標(biāo)

1）分辨率（Resolution）

指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2^n的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。

2）轉(zhuǎn)換速率（ConversionRate）

是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率（SampleRate）必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo/MillionSamplesperSecond）。

3）量化誤差（QuantizingError）

由于AD的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

4）偏移誤差（OffsetError）

輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。

5）滿刻度誤差（FullScaleError）

滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。

6）線性度（Linearity）

實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。其他指標(biāo)還有：絕對精度（AbsoluteAccuracy），相對精度（RelativeAccuracy），微分非線性，單調(diào)性和無錯碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性。