怎么将数字信号转换成模拟信号，其主要原理是什么 (模数转换器的基本原理)
怎么将数字信号转换成模拟信号，其主要原理是什么 (模数转换器的基本原理)
数模转换。
数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。与数模转换相对应的就是模数转换，模数转换是数模转换的逆过程。
D/A转换的基本原理，是待转换的数字乘以步进电压，获得输出电压值，然后输出。
把模拟信号转换为数字量，称为模数转换器（A/D转换器）；把数字量转换成模拟量，称为数/模转换器（D/A转换器）。市场上单片集成ADC和DAC芯片有几百种之多，而且技术指标也越来越先进，可以适应不同应用场合的需要。
扩展资料
DA 转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。大多数DA转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。
按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。
一般说来，由于电流开关的切换误差小，大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型DA转换器。此外，电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器。
参考资料来源：百度百科-数模转换
AD：模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。
由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。
DA：数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。
扩展资料：
数模转换器的转换方式：
1、并行数模转换
数模转换有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。图1为典型的并行数模转换器的结构。虚线框内的数码操作开关和电阻网络是基本部件。而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。
所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“，右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路，参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。
当该位的值是“0”时，与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。
位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1%。
2、串行数模转换
串行数模转换是将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。
随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。
由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。
这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC）；A/D转换器和D/A转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。
随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本章将介绍几种常用A/D与D/A转换器的电路结构、工作原理及其应用。
参考资料：
百度百科-模数转换器
百度百科-数模转换器
输入设备。
常规的计算机输入设备是键盘，鼠标，手写笔，扫码器等。而模数转换只是一个功能电路，比如鼠标里面就有模数转换模块，但鼠标是作为一个整体被称为输入设备的。
但是如果是特俗用途的计算机，比如由DSP组成的系统，那么可以认为模数转换器是输入设备，不过这么详细的去区分对日常应用没有什么太大意义。
基本原理
这种转换器的基本原理是把输入的模拟信号按规定的时间间隔采样，并与一系列标准的数字信号相比较，数字信号逐次收敛，直至两种信号相等为止。然后显示出代表此信号的二进制数，模拟数字转换器有很多种，如直接的、间接的、高速高精度的、超高速的等。
每种又有许多形式。同模拟数字转换器功能相反的称为“数字模拟转换器”，亦称“译码器”，它是把数字量转换成连续变化的模拟量的装置。
模数转换器通常将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号，ADC作为电路中重要的元器件，本文将介绍模数转换器的基本原理、转换步骤、主要技术指标以及不同类型ADC的特点。
1 模数转换器的基本原理
将模拟量转换成数字量的过程称为“模数转换”。完成模数转换的电路 称为模数转换器，简称 ADC（Analog to Digital Converter）。
2 实现模数转换的步骤
模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。
采样定理：当采样频率大于模拟信号中最高频率成分的两倍时，采样 值才能不失真的反映原来模拟信号。
3 模数转换器的主要技术指标
转换精度 集成 ADC 用分辨率和转换误差来描述转换精度。
（1）分辨率
通常以输出二进制或十进制数字的位数表示分辨率的高低，因为位数越多，量化单位越小，对输入信号的分辨能力就越高。
例如：输入模拟电压的变化范围为 0～5 V，输出 8 位二进制数可以
分辨的最小模拟电压为 5 VTImes;2－8 ＝20 mV；而输出 12 位二进制数可以
分辨的最小模拟电压为 5 VTImes;2－12≈1.22 mV。
（2） 转换误差
它是指在零点和满度都校准以后，在整个转换范围内，分别测量各个 数字量所对应的模拟输入电压实测范围与理论范围之间的偏差，取其 中的最大偏差作为转换误差的指标。通常以相对误差的形式出现，并 以 LSB 为单位表示。例如 ADC0801 的相对误差为±¼ LSB。
转换速度
完成一次模数转换所需要的时间称为转换时间。大多数情况下，转换 速度是转换时间的倒数。
ADC 的转换速度主要取决于转换电路的类型，并联比较型 ADC 的转换速度最高（转换时间可小于 50 ns），逐次逼近型 ADC 次之（转 换时间在 10～100μs 之间），双积分型 ADC 转换速度最低（转换时 间在几十毫秒至数百毫秒之间）。
4 模数转换器的构成及不同类型模数转换器的特点
模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接 ADC 和直 接 ADC。
间接 ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中 间量转换成数字量，常用的有中间量是时间的双积分型 ADC。
直接 ADC 则直接转换成数字量，常用的有并联比较型 ADC 和逐次 逼近型 ADC。
并联比较型ADC：由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较， 各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快是它的突出优点，同 时转换速度与输出码位的多少无关。并联比较型ADC的缺点是成本 高、功耗大。因为n位输出的ADC，需要 2n 个电阻，（2n －1）个比较器和D触发器，以及复杂的编码网络，其元件数量随位数的增加，以 几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。 逐次逼近型ADC：逐次逼近型ADC是另一种直接ADC，它也产生一 系列比较电压VR，但与并联比较型ADC不同，它是逐个产生比较电压， 逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次 逼近型ADC每次转换都要逐位比较，需要（n+1）个节拍脉冲才能完 成，所以它比并联比较型ADC 的转换速度慢，比双分积型ADC要快 得多，属于中速ADC器件。另外位数多时，它需用的元器件比并联比 较型少得多，所以它是集成ADC中，应用较广的一种。
双积分型 ADC：属于间接型 ADC，它先对输入采样电压和基准电压 进行两次积分，以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时在 这个时间间隔内，用计数器对标准时钟脉冲（CP）计数，计数器输 出的计数结果就是对应的数字量。双积分型 ADC 优点是抗干扰能力 强；稳定性好；可实现高精度模数转换。主要缺点是转换速度低，因此这种转换器大多应用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器 仪表中，例如用于多位高精度数字直流电压表中。
主要介绍以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法
1）逐次逼近法
逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法的转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Vo再与Vi比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数
字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
2）双积分法
采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。如图所示。基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。
双积分法
积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。
3）电压频率转换法
采用电压频率转换法的A/D转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，它的工作原理是V/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Vi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。
a/d转换器的作用是：将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。以下是关于a/d转换器的相关介绍：模数转换器介绍:模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的电路。a/d转换一般要经历四个过程:采样、保持、量化和编码。模数转换器的工作原理:汽车ECU不能直接识别和处理传感器送来的模拟信号，必须经过相应的a/d转换电路将模拟信号转换成数字信号后才能输入ECU。输入的模拟信号包括进气空空气流量、空空气温度、发动机冷却水温度、发动机负荷、电源电压等。在闭环调节控制系统中，还有来自氧传感器的残余氧电压信号输入。
