單片機(jī)是一個(gè)典型的數(shù)字系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)只能呢個(gè)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，其輸出信號(hào)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(guò)傳感器變成與之對(duì)應(yīng)的電壓、電流等模擬量。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)這些電模擬量的測(cè)量，運(yùn)算和控制，就需要一個(gè)模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

一個(gè)包含A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的典型的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

一個(gè)包含A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的計(jì)算機(jī)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)下圖所示。

典型的計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)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(hào)后，才能加到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

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

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，若測(cè)量的模擬信號(hào)有幾路或幾十路，考慮到控制系統(tǒng)的成本，可采用多路開(kāi)關(guān)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行切換，使各種信號(hào)共用一個(gè)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(kāi)關(guān)，如多路輸入一路輸出的多路開(kāi)關(guān)有：AD7501，AD7503，CD4097，CD4052等。另一種是選用內(nèi)部帶多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0809等。

若模擬信號(hào)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(duì)那些需要用模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由計(jì)算機(jī)將經(jīng)過(guò)運(yùn)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成控制過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)程主要以A/D為例來(lái)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(gè)數(shù)字之間都有無(wú)限個(gè)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(hào)用離散的數(shù)字表達(dá)出來(lái)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(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)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(hào)的位數(shù)來(lái)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(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)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(wàn)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(wú)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(gè)或半個(gè)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(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)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(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。

6）線性度（Linearity）

實(shí)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(duì)精度（AbsoluteAccuracy），相對(duì)精度（RelativeAccuracy），微分非線性，單調(diào)性和無(wú)錯(cuò)碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性。