单片机开发之ADC模数转换和DAC数模转换

描述

外部信号多为模拟信号比如电压、温度、压力、电流等,单片机只能处理数字信号,当单片机采集外部信号时需要一个将模拟信号转为数字信号的过程,这就需要用到ADC模数转换器,如果需要将数字信号转换成模拟信号则需要用到DAC数模转换器。信号有时是连续的,有时是分散的,连续变化的信号就是模拟信号,分散变化的信号是数字信号,一般我们将模拟信号用字母A表示,数字信号用字母D表示。
模拟信号的电路简单,分辨率高,但是抗干扰能力弱;数字信号抗干扰能力强,便于储存、处理和交换数据,且可以进行加密处理,保证信息传输的安全性。二者的区别在于转换方向不同,A/D是模拟量转换成数字量,需要用到模数转换器ADC,它是输入通道的核心;D/A是数字量转换成模拟量,需要用到数模转换器DAC,将数字量转换成直流电压或直流电流等模拟量,可以实现对生产过程的自动控制。


ADC模数转换需要经过采样、存储保持、量化和编码四个步骤,采样中通过运算放大器放大信号、滤波电路去除干扰信号,采集模拟量;然后将采样的结果进行存储,保持输入信号不变;再通过A/D转换器将采样的模拟值转化为数字量;量化后的数值用二进制码表示出来。A/D转换有多个输入通道,使用多路开关可以实现AD多路使用,提高硬件利用率。
DAC数模转换包括储存器、切换开关、基准电压、权电阻网络和运放放大器,储存器保存输入的数字量,通过开关控制将数字量转换为模拟量输出,基准电压为模拟量提供电压参考,数字量经过权电阻网络被转换成大小等比例的电流信号,运算放大器把电流信号进一步转换为电压信号输出。其中基准电压和权电阻网络是关键,基准电压越大可输出的模拟量的范围越大。
模数转换器可以分为双积分型A/D转换器、跟踪计数式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器;数模转换器可以分为权电阻D/A转换器、电阻网络D/A转换器和补充 D/A转换器。不论是模数转换器还是数模转换器都需要考虑分辨率、精度、转换速率、采样时间、线性误差、温度系数等性能指标问题都影响到转换。
ADC模数转换和DAC数模转换打开了计算机与模拟信号的大门,是模拟系统和数字系统沟通的桥梁,提高了计算机系统的应用范围,为信号处理提供了无限可能。

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