什么是A/D轉換器（ADC）

1、概述

　　D/A轉換器（Digital to Analog Converter）——能把數字量轉換為模擬量的電子器件（簡稱為DAC）。

　　A/D轉換器（Analog to Digital Converter）——能把模擬量轉換成相應數字量的電子器件（簡稱為ADC）。

　　A/D轉換器把模擬量轉換成數字量，以便于單片機進行數據處理。A/D轉換一般要經過采樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，有些過程是合并進行的，如采樣和保持，量化和編碼在轉換過程中是同時實現的。

　　目前單片的ADC芯片較多，對設計者來說，只需合理的選擇芯片即可。現在部分的單片機片內集成了A/D轉換器,僅在片內A/D轉換器不能滿足需要的情況下，需外擴。當然作為擴展A/D轉換器的基本方法，還是應該掌握。

AD轉換器的分類

　　盡管A/D轉換器的種類很多，但目前廣泛應用在單片機應用系統中的主要有逐次比較型轉換器和雙積分型轉換器，此外S-Δ式轉換器逐漸得到重視和較為廣泛的應用。

　　逐次比較型A/D轉換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉換器。

　　雙積分型A/D轉換器，具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優點，與逐次比較型A/D轉換器相比，轉換速度較慢，近年來在單片機應用領域中也得到廣泛應用。

　　S-D式ADC具有積分式與逐次比較型ADC的雙重優點。它對工業現場的串模干擾具有較強的抑制能力，不亞于雙積分ADC，它比雙積分ADC有較高的轉換速度，與逐次比較型ADC相比，有較高的信噪比，分辨率高，線性度好，不需要采樣保持電路。

　　A/D轉換器按照轉換速度可大致分為超高速（轉換時間≤1ns）、高速（轉換時間≤1ms）、中速（轉換時間≤1ms）、低速（轉換時間≤1s）等幾種不同轉換速度的芯片。

　　按照輸出數字量的有效位數分為4位、8位、10位、12位、14位、16位并行輸出以及BCD碼輸出的3位半、4位半、5位半等多種。

　　目前，除并行輸出A/D轉換器外，隨著單片機串行擴展方式的日益增多，帶有同步SPI串行接口的A/D轉換器的使用也逐漸增多。串行輸出的A/D轉換器具有占用端口線少、使用方便、接口簡單等優點。較為典型的串行A/D轉換器為美國TI公司的TLC549（8位）、TLC1549（10位）以及TLC1543（10位）和TLC2543（12位）。

2、ADC主要技術指標

　　（1）轉換時間和轉換速率

　　A/D完成一次轉換所需要的時間。轉換時間的倒數為轉換速率。

　　（2）分辨率

　　分辨率是衡量A/D轉換器能夠分辨出輸入模擬量最小變化程度的技術指標。分辨率取決于A/D轉換器的位數，習慣上用輸出的二進制位數或BCD碼位數表示。例如，AD1674的滿量程輸入電壓為5V，可輸出12位二進制數，即用212個數進行量化，其分辨率為12位，或A/D轉換器能分辨出輸入電壓5V/212=1.22mV的變化。

　　（3）量化誤差

　　量化過程引起的誤差稱為量化誤差。是由于有限位數字量對模擬量進行量化而引起的誤差。理論上規定為一個單位分辨率的-1/2-+1/2LSB，提高A/D位數既可以提高分辨率，又能夠減少量化誤差。

　　（4）轉換精度

　　轉換精度定義為一個實際A/D轉換器與一個理想A/D轉換器在量化值上的差值，可用絕對誤差或相對誤差表示。

3、逐次逼近式ADC的工作原理

　　轉換過程中的逐次逼近是按照對分比較或者對分搜索的原理進行。工作原理：在時鐘脈沖的同步下，控制邏輯先使N位寄存器的D7位置1（其余位為０），此時該寄存器輸出的內容為10000000，此值經DAC轉換為模擬量輸出VN，與待轉換的模擬輸入信號VIN相比較，若VIN>=VN，則比較器輸出為1。于是在時鐘脈沖的同步下，保留最高位D7=1，并使下一位D6=1，所得新值（11000000B）再經DAC轉換得到新的VN，與VIN比較，重復前述過程。反之，若使D7=1后，經比較VIN<=VN，則使D7=0，D6=1，所得新值VN再與VIN比較，重復前述過程。依次類推，從D7到D0都比較完畢后，控制邏輯使EOC變為高電平，表示A/D轉換結束，此時的D7～D0即為對應于模擬輸入信號VIN的數字量。