模—數與數—模轉換

模—數與數—模轉換是把連續模擬量轉換為離散數字量的過程稱為模—數轉換。反之稱為數—模轉換。它們是模擬和數字控制系統中的重要壞節。因由各種感測器所獲得的信號值及機電裝置的輸入均是模擬電壓或電流值，而這些模擬量值不能與數位訊號通用，故其間必須經過模—數與數—模轉換。這種相互轉換廣泛地套用於遙控遙測、數字儀表、計算元件、模擬數字混合計算機系統和數位化製圖。

基本介紹

• 中文名：模數轉換與數模轉換
• 外文名：Analog-to-digital conversion and digital-to-analog conversion
• 模數轉換：數模轉換

定義

A/D是模擬量到數字量的轉換，依靠的是模數轉換器(Analog to Digital Converter)，簡稱ADC。

D/A是數字量到模擬量的轉換，依靠的是數模轉換器(Digital to Analog Converter)，簡稱DAC。它們的道理是完全一樣的，只是轉換方向不同。

模數和數模轉換的基本概念

隨著數位技術，特別是信息技術的飛速發展與普及，在現代控制、通信及檢測等領域，為了提高系統的性能指標，對信號的處理廣泛採用了數字計算機技術。由於系統的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數位訊號；而經計算機分析、處理後輸出的數字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執行機構所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數位訊號之間起橋樑作用的電路--模數和數模轉換器。

將模擬信號轉換成數位訊號的電路，稱為模數轉換器（簡稱a/d轉換器或adc,analog to digital converter）；將數位訊號轉換為模擬信號的電路稱為數模轉換器（簡稱d/a轉換器或dac,digital to analog converter）；a/d轉換器和d/a轉換器已成為信息系統中不可缺俚慕涌詰緶貳?br> 為確保系統處理結果的精確度，a/d轉換器和d/a轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現快速變化信號的實時控制與檢測，a/d與d/a轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量a/d與d/a轉換器的重要技術指標。隨著集成技術的發展，現已研製和生產出許多單片的和混合集成型的a/d和d/a轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。

數模轉換

數字電路處理的信號一般是多位二進制信息號是二進制數字量，輸出模擬信號則是與輸入數字量成正比的電壓或電流數/模轉換器的組成暫存器用來暫時存放數字量串列輸入，但輸出只能是並行輸出。n位暫存器的輸出分別控制N個模擬開關的接通或斷開數模和模數轉換器數模和模數轉換器數模和模數轉換器數模和模數轉換器 ，數字電子計算機、數字控制系統、數字通信設備和數字測量儀表等已經廣泛套用於國民經濟的各個領域。數字電子電路、數字系統或裝置一般只能加工和處理數位訊號。可是日常需要處理的物理量，絕大部分都、氣壓、聲音、圖像信號等。因此，必須先把這才能送入電子計算機或其他數字電路中進行加工和處經過數字電路處理後的數位訊號的輸出，也需要還原成模擬信號才能實在數字系統的輸入和輸出部分，一般要設有模擬信號轉換成字信號轉換成模擬信號的電路。 示出一個簡單的計算機控制系統的框圖。假設被控制的物理量是溫度，首先通過感測器將非電量溫度轉換成隨之變化的模擬電信號，然後通過模擬信號向再將數位訊號送入數字計算機進行處理;經過計算機處理後輸出的數位訊號又必須通過數位訊號向模擬信號轉換的電路，用模擬信號去推動執行-1數字系統框圖 能把模擬信號轉換成數位訊號的電路稱為模/數轉換器A/D轉換器或ADC。能把數位訊號轉換成模擬信號Analog-Converter)，簡稱D/A轉換器或DAC。數模轉換器數模轉換器數模轉換器數模轉換器 數字電路處理的信號一般是多位二進制信息。因此，數/模轉換器的輸入數字信輸出模擬信號則是與輸入數字量成正比的電壓或電流。 所示。 圖中暫存器用來暫時存放數字量D。暫存器的輸入可以是並行輸入，也可以是。通常輸入暫存器的數字量D都是存放數字碼。個模擬開關的接通或斷開。每個模擬開關相當於一個單刀雙擲開關，它們分別與電阻解碼電路的n個支路相連。當輸入數字量為l時，開關將參考電壓UR按位切換到電阻解碼電路;當輸入數字量為0時，開關接通到地，從而使電阻解碼網路輸出電壓(或電流)的大小與輸入數字量成正比。 電阻解碼電路是一個加權求和電路。它把輸入數字量的各位I按權變成相應的電流，再通過運算放大器轉換成模擬電壓U0。

模數轉換

A/D轉換器是將模擬量轉換成數字量的器件，模擬量可以是電壓、電流等信號，也可以是聲、光、壓力、溫度等隨時間連續變化的非電的物理量。非電量的模擬量可以通過適當的感測器（如光電感測器、壓力感測器、溫度感測器）轉換成電信號。A/D轉換的目的是將模擬信號轉換成數位訊號續變化的模擬信號，輸出則是離散的二進制數位訊號採樣、保持、量化和編碼四個步驟。

採樣和保持

要把隨時間連續變化的模擬信號變換成對應的離散數位訊號時間間隔取出模擬信號的值，這一過程叫採樣採樣定理：為了保證採樣後的信號能恢復原來的模擬信號與被採樣的模擬信號的最高頻率fImax fS≥2 fImax 由於模/數轉換需要一定的時間，採樣後的模擬信號值必須保持一段時間採樣信號及採樣後保持的信號波形圖頻率為fS=1/TS；U0為採樣保持後的輸出信號fS高於UI最高頻率的兩倍，則從輸出信號。

量化和編碼

經採樣、保持所得電壓信號仍是模擬量量轉換成數字量的過程，亦即A/D轉換的主要階段同樣可起到符號位的作用，但D7=l時Uo為正值，D7=0模數轉換器模數轉換器模數轉換器模數轉換器 轉換的目的是將模擬信號轉換成數位訊號，所以A/D轉換電路的輸入是連輸出則是離散的二進制數位訊號。從輸入到輸出，一般要經過，才能完成A/D轉換。 要把隨時間連續變化的模擬信號變換成對應的離散數位訊號，首先要按一定的這一過程叫採樣。 為了保證採樣後的信號能恢復原來的模擬信號，要求採樣的頻率fSImax應滿足下面關係： Imax ，在這段時間內模擬信號應保持不變，因此要求採樣後的模擬信號值必須保持一段時間，這一過程稱為保持。圖9-9是模擬信號、採樣信號及採樣後保持的信號波形圖。圖中，UI為輸入模擬信號；US為採樣信號，為採樣保持後的輸出信號，每個採樣值保持的時間為TS。只要則從輸出信號U0中可以恢復輸入模擬信號UI。

模數和數模轉換器的相關性能參數

D/A轉換器是把數字量轉換成模擬量的線性電路器件，已做成集成晶片。由於實現這種轉換的原理和電路結構及工藝技術有所不同，因而出現各種各樣的D/A轉換器。目前，國外市場已有上百種產品出售，他們在轉換速度、轉換精度、解析度以及使用價值上都各具特色。

數模轉換器的主要參數：

衡量一個D/A轉換器的性能的主要參數有：

（1）解析度

是指D/A轉換器能夠轉換的二進制數的位數，位數多解析度也就越高。

（2）轉換時間

指數字量輸入到完成轉換，輸出達到最終值並穩定為止所需的時間。電流型D/A轉換較快，一般在幾ns到幾百ns之間。電壓型D/A轉換較慢，取決於運算放大器的回響時間。

（3）精度

指D/A轉換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差，一般採用數字量的最低有效位作為衡量單位。

（4）線性度

當數字量變化時，D/A轉換器輸出的模擬量按比例關係變化的程度。理想的D/A轉換器是線性的，但是實際上是有誤差的，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。

模數轉換器主要性能指標

衡量一個A/D轉換器的性能的主要參數有：

（1）解析度

解析度表示轉換器對微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉換器輸出數字量的位數來表示。n位轉換器，其數字量變化範圍為0～2n-1，當輸入電壓滿該度為XV時，則轉換電路對輸入模擬電壓的分辨能力為X/2n-1。如果是8位的轉換器，5V滿量程輸入電壓時，則解析度為5/28-1=1.22mV。

（2）精度

A/D轉換器的精度是指與數字輸出量所對應的模擬輸入量的實際值理論之間的差值。A/D轉換電路中與每個數字量對應的模擬輸入量並非是一個單一的數值，而是一個範圍值△，其中△的大小理論上取決於電路的解析度。定義△為數字量的最小有效位LSB。但在外界環境的影響下，與每一數字輸出量對應的輸入量實際範圍往往偏離理論值△。

精度通常有最小有效位的LSB的分數值表示。目前常用的A/D轉換集成晶片精度為1/4～2LSB。

（3）轉換時間

（4）溫度係數和增益係數

（5）對電源電壓變化的抑制比。