A/D转换器的工作原理

A/D转换就是要将模拟量V（如V=5V）转换成数字量D（如D=255）。模/数（A/D）转换的型式较多，如计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。在集成电路器件中普遍采用逐次逼近型，现简要介绍逐次逼近型A/D的基本工作原理。
图为逐次逼近型的结构图。这种A/D转换器是以D/A转换器为基础，加上比较器、逐次逼近寄存器、置数选择逻辑电路及时钟等组成。其转换原理如下。
在启动信号控制下，首先置数选择逻辑电路，给逐次逼近寄存器最高位置“1”，经D/A转换成模拟量后与输入模拟量进行比较，电压比较器给出比较结果。如果输入量大于或等于经D/A变换后输出的量，则比较器为1，否则为0，置数选择逻辑电路根据比较器输出的结果，修改逐次逼近寄存器中的内容，使其经D/A变换后的模拟量逐次逼近输入模拟量。这样经过若干次修改后的数字量，便是A/D转换结果的量。
现逼近型A/D大多采用二分搜索法，即首先取允许电压最大范围的1/2值与输入电压值进行比较，也就是首先最高为“1”，其余位为“0”。如果搜索值在此范围内，则再取范围的1/2值，即次高位置“1”。如果搜索值不在此范围内，则应以搜索值的最大允许输入电压值的另外1/2范围，即最高位为“0”，依次进行下去，每次比较将搜索范围缩小1/2，具有n位的A/D变换，经n次比较，即可得到结果。逐次逼近法变换速度较快，所以集成化的A/D芯片多采用上述方法。
由图可知，A/D转换需外部启动控制信号才能进行，分为脉冲启动和电平启动两种，使用脉冲启动的芯片有ADC0804、ADC0809、ADC1210等。使用电平启动的芯片有ADC570、ADC571、ADC572等。这一启动信号由CPU提供，当A/D转换器被启动后，通过二分搜索法经n次比较后，逐次逼近寄存器的内容才是转换好的数字量。因此，必须在A/D转换结束后才能从逐次逼近寄存器中取出数字量。为此D/A芯片专门设置了转换结束信号引脚，向CPU发转换结束信号，通知CPU读取转换后的数字量，CPU可以通过中断或查询方式检测A/D转换结束信号，并从A/D芯片的数据寄存器（即图10-9中逐次逼近寄存器）中取出数字量。