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A/D

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數模轉換的概念：數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。

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A/D簡介

　　隨著數字技術，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，對信號的處理廣泛采用了數字計算機技術。由于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字信號；而經計算機分析、處理后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字信號之間起橋梁作用的電路--模數和數模轉換器。

　　將模擬信號轉換成數字信號的電路，稱為模數轉換器（簡稱A/D轉換器或ADC，Analog to Digital Converter）；將數字信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少的接口電路。

A/D百科

　　數模轉換的概念：數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。模數轉換器中一般都要用到數模轉換器，模數轉換器即A/D轉換器，簡稱ADC，它是把連續的模擬信號轉變為離散的數字信號的器件。

　　基本概念

　　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，現已研制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。

　　模塊設計

　　本實例的A/D模塊采用流水線結構的12位模－數轉換器（ADC），內部由流水線ADO、基準電壓源、控制邏輯、FIFO、緩沖器、采樣保持器和多路器切換開關等組成。其功能有：

　　·片選信號CS，低電平有效，設置片選信號，以便與各種處理器連接。

　　·轉換時鐘或啟動轉換信號，單次轉換時為啟動轉換，連續轉換時是時鐘輸入信號。

　　·數據有效可以讀取信號，可作為轉換結束或數據準備好信號輸出。

　　·模擬單端輸入時，分別接外部信號，差分輸入時，前后兩個端子分別組成一對差分輸入端。

　　·讀信號RD、寫WR或讀寫組合信號，實現數據的輸入輸出控制。

　　·模擬電源、數字電源和緩沖器電源的輸入端，一股前者采用5V電源，后兩者采用3．3V電源。

　　值得注意的是，A/D模塊內部的FIFO安排成環形，采用讀取點、寫入點和觸發點控制讀寫操作，如圖1所示。

　　系統采用中斷方式來設計A/D模塊，其工作原理是由ARM的CLK時鐘連接A/D芯片的轉換時鐘控制采樣保持和A/D變換。這樣讓設定通道的信號同時采樣保持，然后分別轉換為數字信號并自動順序寫入FIFO，同時FIFO的寫入點向前移動，指示下一個寫入點；當FIFO內的數據達到預定的觸發深度時，發出數據就緒信號申請中斷，ARM響應中斷讀取轉換數據，同時清除信號，讀取點和觸發點向前移動。芯片的工作方式由兩個寄存器控制，通過編寫ARM程序寫寄存器，可以選擇使用通道、工作模式、∏FO觸發深度、極性與觸發方式等。

　　轉換過程

　　A/D轉換可分為4個階段：即采樣、保持、量化和編碼。

　　采樣就是將一個時間上連續變化的信號轉換成時間上離散的信號，根據奈奎斯特采樣定理fsZZfh，如果采樣信號頻率大于或等于2倍的最高頻率成分，則可以從采樣后的信號無失真地重建恢復原始信號。考慮到模數轉換器件的非線性失真、量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響，采樣頻率一般取2．5～3倍的最高頻率成分。但轉換速度較慢。有些轉換器還將多路開關。基準電壓源。時鐘電路。譯碼器和轉換電路集成在一個芯片內，已超出了單純a/d轉換功能，使用十分方便。

　　要把一個采樣信號準確地數字化，就需要將采樣所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。保持是將時間離散、數值連續的信號變成時間連續、數值離散信號，雖然邏輯上保持器是一個獨立的單元，但是，實際上保持器總是與采樣器做在一起，兩者合稱采樣保持器。圖給出了A/D采樣電路的采樣時序圖，采樣輸出的信號在保持期間即可進行量化和編碼。

　　量化是將時間連續、數值離散的信號轉換成時間離散、幅度離散的信號；編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。到此，也就完成了A/D轉換，這些過程通常是合并進行的。例如，采樣和保持就經常利用一個電路連續完成，量化和編碼也是在保持過程中實現的。

　　D/A和A/D具體工作原理

　　DAC即Digital to Analog Converter，數字到模擬量轉換器，把枯燥無味的數字轉換成現實中的、模擬的增量。DAC是個黑盒，輸進去一串101010111000……，DAC內部按照預定的位數，6位、8位、24位量化結果，輸出端給出持續變化的電壓或電流，參考另外一路電壓或電流，則那組持續變化的電壓/電流就有了意義。驅動LED則會閃爍，驅動電機則會停停走走，驅動喇叭會發出聲音，于是DAC就有了意義。

　　ADC原理完全相反，自然界中的模擬量如聲音、水溫、顏色、速度、力量、化學成分……在輸入的熱電偶、傳感器、話筒、溫控電阻上產生一路變化的電壓，ADC按照預定位數、頻率，把這些變化的模擬量量化成一串10100111000……，然后如何處理就不關它事了。ADC存在于今日眾多日常設備中，數碼相機、手機、電腦、錄音筆、汽車上的數百個傳感器、安檢門、雷達等等……。

　　DAC原理解釋——

　　DAC不是一個伴隨著高科技的電子技術才問世的東西，早在19世紀即有機械式DAC，把一串二進制紙帶打孔信號量化成幾個燈泡的順序開啟，這個我們不做研究。

　　二進制數字轉換成模擬量，首先舉例，比如我們知道二進制b‘1000換十進制是d’8，b‘0101是d’5。（b表示binary斌納瑞二進制，d表示decimal黛西貓十進制，是不是萌萌噠？）那我們需要把這兩個二進制數字輸入DAC后，得到開啟的8個燈泡和5個燈泡（模擬量量化），需要做什么工作呢？首先我們從19世紀的開爾文男爵那里得到了開爾文分壓器電路，目前世界上大多數DAC仍然使用相近的原理：

　　說明：

　　·Terminal A接參考電壓，Terminal B接地線。

　　·LSB是最低有效位，即0101的最低位那個1，就進LSB，造成LSB位的開關導通。

　　·MSB是最高有效位，如果我們輸入100000這個七位數，最高位的那個1就進入MSB，造成開關導通。

　　·電阻R的每個電阻阻值都完全相同。

　　讓我們分析一下這個東西：

　　1·當沒有開關導通，即輸入00000……時，電流從A到B，過串聯的7個電阻入地，如果每個電阻的阻值都是10歐，而參考電壓是10伏特，則輸出TAP是浮動。

　　2·輸入0000001，LSB開關導通，相當于串聯70歐電阻，并聯0歐電阻，根據電壓分壓公式得出輸出是0伏。

　　3·輸入0000010，LSB閉合，第二個開關導通，等效于串聯60歐姆電阻，并聯10歐姆電阻，由分壓公式得出1.42V，這個電壓代表2。

　　4·輸入0000100，低位第3個電阻接通，等效于串聯50歐姆，并聯20歐姆，分壓公式得出2.857，這個電壓代表4。

　　輸入10000000，開啟最高位，等效于短路，參考電壓10伏直接輸出，這個電壓代表128。

　　綜上，只要把二進制數字分組（DAC每次轉換是并行處理，即一組數字共同發過去開啟開關）源源不斷的輸入DAC，TAP輸出端即可每次量化出不同的電壓，D to A就此完成。另外如果TAP端接電壓，Terminal B做輸出端，則每次輸出的都是電壓不變，電流變化的電流輸出信號。

　　這個圖片十分簡陋，僅僅是簡單的說明了記權電阻網絡，即“音量開關”型DAC的簡易工作原理。在實際生活中，我們接觸和使用最多的，是R-2R電阻網絡式DAC：

　　圖中左側三角是運算放大器，輸入的差分端同兩組不同的電阻網絡連接，輸入數字后，根據電阻分壓原理，改變運算放大器的“負端”電位，實現輸出Uo的變化。基本原理跟上邊那個圖沒有明顯區別。

　　ADC則完全相反過來。

　　就這樣，沒有用歐姆定律嚇人，沒有艱深莫測的名詞，這是我能做到的最簡易的方式向題主解釋DAC的原理。

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