單片機(jī)開發(fā)之ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換和DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換

外部信號多為模擬信號比如電壓、溫度、壓力、電流等，單片機(jī)只能處理數(shù)字信號，當(dāng)單片機(jī)采集外部信號時需要一個將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的過程，這就需要用到ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號則需要用到DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器。信號有時是連續(xù)的，有時是分散的，連續(xù)變化的信號就是模擬信號，分散變化的信號是數(shù)字信號，一般我們將模擬信號用字母A表示，數(shù)字信號用字母D表示。
模擬信號的電路簡單，分辨率高，但是抗干擾能力弱；數(shù)字信號抗干擾能力強(qiáng)，便于儲存、處理和交換數(shù)據(jù)，且可以進(jìn)行加密處理，保證信息傳輸?shù)陌踩?。二者的區(qū)別在于轉(zhuǎn)換方向不同，A/D是模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，需要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，它是輸入通道的核心；D/A是數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，需要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成直流電壓或直流電流等模擬量，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。

ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換需要經(jīng)過采樣、存儲保持、量化和編碼四個步驟，采樣中通過運(yùn)算放大器放大信號、濾波電路去除干擾信號，采集模擬量；然后將采樣的結(jié)果進(jìn)行存儲，保持輸入信號不變；再通過A/D轉(zhuǎn)換器將采樣的模擬值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；量化后的數(shù)值用二進(jìn)制碼表示出來。A/D轉(zhuǎn)換有多個輸入通道，使用多路開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)AD多路使用，提高硬件利用率。
DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換包括儲存器、切換開關(guān)、基準(zhǔn)電壓、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放放大器，儲存器保存輸入的數(shù)字量，通過開關(guān)控制將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，基準(zhǔn)電壓為模擬量提供電壓參考，數(shù)字量經(jīng)過權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)被轉(zhuǎn)換成大小等比例的電流信號，運(yùn)算放大器把電流信號進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。其中基準(zhǔn)電壓和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵，基準(zhǔn)電壓越大可輸出的模擬量的范圍越大。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以分為雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器、跟蹤計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以分為權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器、電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和補(bǔ)充 D/A轉(zhuǎn)換器。不論是模數(shù)轉(zhuǎn)換器還是數(shù)模轉(zhuǎn)換器都需要考慮分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率、采樣時間、線性誤差、溫度系數(shù)等性能指標(biāo)問題都影響到轉(zhuǎn)換。
ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換和DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換打開了計算機(jī)與模擬信號的大門，是模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)溝通的橋梁，提高了計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，為信號處理提供了無限可能。