轉(zhuǎn)換器（converter）是指將一種信號轉(zhuǎn)換成另一種信號的裝置。信號是信息存在的形式或載體。在自動化儀表設(shè)備和自動控制系統(tǒng)中，常將一種信號轉(zhuǎn)換成另一種與標(biāo)準(zhǔn)量或參考量比較后的信號，以便將兩類儀表聯(lián)接起來，因此，轉(zhuǎn)換器常常是兩個儀表（或裝置）間的中間環(huán)節(jié)。下面就來看看D/A與A/D轉(zhuǎn)換器工作原理解析。
數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來表示的，對于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每一位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得與數(shù)字量成正比的模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換。
n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖
數(shù)碼寄存器、模擬電子開關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分。
數(shù)字量以串行或并行方式輸入并存儲于數(shù)碼寄存器中，寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動對應(yīng)數(shù)位上的電子開關(guān)將在電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)字權(quán)值送入求和電路。求和電路將各權(quán)值相加便得到與數(shù)字量對應(yīng)的模擬量。
D/A轉(zhuǎn)換就是要將數(shù)字量D轉(zhuǎn)換成與之成正比的模擬量V，即：V= R×D ，其中R為比例系數(shù)。若D為二進制數(shù)，則按權(quán)展開后 ：
數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）電路形式是多種多樣的，多數(shù)采用T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)以三位二進制數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路說明其工作原理，如圖10-3所示。在T型解碼網(wǎng)絡(luò)中，有一個標(biāo)準(zhǔn)電源VREF 。二進制數(shù)的每一位di（i=0，1，2）對應(yīng)一個電阻2R，并由該二進制值di控制一個雙向電子開關(guān)Ki，當(dāng)di=0時Ki接地，當(dāng)di=1時Ki接通右邊運算放大器求和點。下面分析輸出電壓V。
當(dāng)D= d2d1d0=111時，所有開關(guān)Ki均接放大器求和點∑，由于∑是虛地點，從A點看，D點與∑點均為地，所以：
由上式可見，輸出電壓與二進制數(shù)D成線性比例關(guān)系。調(diào)整運算放大器的反饋電阻R0和參考電壓－VREF ，就可得到和n位二進制數(shù)成線性比例的輸出電壓V。
將（R-2R）T型電阻網(wǎng)絡(luò)、二進制數(shù)碼控制電子開關(guān)以其控制電路集成在一個芯片內(nèi)，便形成了各種型號的D/A芯片。D/A轉(zhuǎn)換芯片的輸出方式有兩種：電流輸出與電壓輸出。實際使用時，常采用電流輸出的D/A芯片外加運算放大器實現(xiàn)電壓輸出。從連接方式上看，D/A芯片可分為兩類，一類是D/A芯片內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，具有數(shù)據(jù)寫入選通信號和片選信號輸入線，它們可以與80C51單片機直接接口，作為單片機的I/O擴展口。另一類D/A芯片內(nèi)沒有鎖存器，輸出信號隨輸入數(shù)據(jù)變化而變化，因此不能直接與CPU數(shù)據(jù)總線接口，必須通過并行口和系統(tǒng)連接。
將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱a/d轉(zhuǎn)換器或adc，analog to digital converter），A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，這些過程有的是合并進行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的。
A/D轉(zhuǎn)換就是要將模擬量V（如V=5V）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D（如D=255）。模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的型式較多，如計數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型等等。在集成電路器件中普遍采用逐次逼近型，現(xiàn)簡要介紹逐次逼近型A/D的基本工作原理。
圖為逐次逼近型的結(jié)構(gòu)圖。這種A/D轉(zhuǎn)換器是以D/A轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)，加上比較器、逐次逼近寄存器、置數(shù)選擇邏輯電路及時鐘等組成。其轉(zhuǎn)換原理如下。
在啟動信號控制下，首先置數(shù)選擇邏輯電路，給逐次逼近寄存器最高位置“1”，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后與輸入模擬量進行比較，電壓比較器給出比較結(jié)果。如果輸入量大于或等于經(jīng)D/A變換后輸出的量，則比較器為1，否則為0，置數(shù)選擇邏輯電路根據(jù)比較器輸出的結(jié)果，修改逐次逼近寄存器中的內(nèi)容，使其經(jīng)D/A變換后的模擬量逐次逼近輸入模擬量。這樣經(jīng)過若干次修改后的數(shù)字量，便是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的量。
現(xiàn)逼近型A/D大多采用二分搜索法，即首先取允許電壓最大范圍的1/2值與輸入電壓值進行比較，也就是首先最高為“1”，其余位為“0”。如果搜索值在此范圍內(nèi)，則再取范圍的1/2值，即次高位置“1”。如果搜索值不在此范圍內(nèi)，則應(yīng)以搜索值的最大允許輸入電壓值的另外1/2范圍，即最高位為“0”，依次進行下去，每次比較將搜索范圍縮小1/2，具有n位的A/D變換，經(jīng)n次比較，即可得到結(jié)果。逐次逼近法變換速度較快，所以集成化的A/D芯片多采用上述方法。
由圖可知，A/D轉(zhuǎn)換需外部啟動控制信號才能進行，分為脈沖啟動和電平啟動兩種，使用脈沖啟動的芯片有ADC0804、ADC0809、ADC1210等。使用電平啟動的芯片有ADC570、ADC571、ADC572等。這一啟動信號由CPU提供，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器被啟動后，通過二分搜索法經(jīng)n次比較后，逐次逼近寄存器的內(nèi)容才是轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量。因此，必須在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后才能從逐次逼近寄存器中取出數(shù)字量。為此D/A芯片專門設(shè)置了轉(zhuǎn)換結(jié)束信號引腳，向CPU發(fā)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，通知CPU讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，CPU可以通過中斷或查詢方式檢測A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，并從A/D芯片的數(shù)據(jù)寄存器（即圖10-9中逐次逼近寄存器）中取出數(shù)字量。
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