什么是模數轉換器？

模數轉換器（ADC）是一種將模擬信號轉換為數字信號的電子元件。其工作原理是將模擬信號通過取樣、保持、量化和編碼四個過程，轉換為數字信號。具體來說，ADC將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號，這個過程需要一個參考模擬量作為標準，比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。輸出的數字量表示輸入信號相對于參考信號的大小。

模數轉換器廣泛應用于各個領域，例如無線通信、工業控制、高速數據采集、儀器儀表測量、音頻視頻數字化等。在音頻視頻系統中，ADC需要具有較高的分辨率；在無線通信領域，ADC需要具有較高的采樣率；而在可穿戴設備中，ADC需要具有較低的功耗。

模數轉換器有多種類型，常見的有積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型等。其中，積分型ADC工作原理是將輸入電壓轉換成時間或頻率，然后由定時器/計數器獲得數字值。

總之，模數轉換器是一種將模擬信號轉換為數字信號的電子元件，廣泛應用于各種領域。不同類型的模數轉換器具有不同的工作原理和特點，選擇合適的模數轉換器可以提高信號處理的效果和設備的性能。

接下來小編給大家分享一些模數轉換器電路圖，以及簡單分析它們的工作原理。

模數轉換器電路圖分享

1、使用定時器IC 555的模數轉換器電路圖

使用定時器 IC 555 的簡單模數轉換器電路，設計時只需很少的外部元件。我們知道，將模擬信號轉換為數字形式包括不同的階段，并且取決于轉換器電路增加的輸出分辨率成本。如果您正在尋找低分辨率（4 位至 10 位）ADC，那么該電路可能會幫助您。

創建模數轉換器 (ADC) 最簡單且經濟高效的方法之一是利用多功能定時器 IC 555。這里定時器 IC 通過放電和閾值、觸發引腳獲取模擬輸入。輸出脈沖寬度與模擬輸入電壓和 1μF 電容器 (C1) 兩端的電壓之間的差值成正比。

眾所周知，將模擬信號轉換為數字信號的過程涉及定期對模擬信號進行采樣，并將采樣值量化為數字代碼。但該電路根據模擬輸入信號給出具有可變占空比的數字脈沖。

定時電容器 C1 的充電和放電取決于模擬輸入信號，因此定時器 IC 的輸出根據模擬信號而變化。這里晶體管 Q1 充當開關并反轉數字輸出。

使用定時器 IC 555 的模數轉換器電路是一種簡單而有效的方法，可將模擬信號轉換為數字形式，適用于低級應用，您可以通過使用運算放大器和實施逐次逼近法來改進它。

這是給出的模擬結果。輸入模擬信號幅度為8V，電路工作電壓為8V DC。

2、使用ADC0808的模數轉換器電路圖

模數轉換器電路在數字系統中非常有用，其中原始模擬信號到數字數據位的轉換具有顯著的意義。 ADC 在一些微控制器中也很常見，但在微控制器中使用 ADC 需要編程技能，而且并不是每個人都喜歡編程。上面顯示的電路將為那些沒有任何編程技能的人提供解決方案。

該 IC 是一個簡單的模數轉換器，可為輸入模擬信號提供最終的 8 位數據。引腳 OUT1 至 OUT8 以二進制形式提供輸出數據位，而 IN0 至 IN7 允許用戶饋送模擬信號。用戶一次只能使用一個輸入通道，通道選擇是通過引腳 ADDA 至 ADDC 完成的。這三個引腳的各種邏輯狀態將使我們能夠從 8 個不同通道中選擇一個。

ALE（地址鎖存使能）引腳應設置為高電平以啟用輸入通道的選擇。 EOC（轉換結束）和開始引腳用于控制數據轉換。 EOC 引腳在轉換后給出高電平狀態，并且可以通過將低脈沖饋送到 IC 的低電平有效啟動引腳來啟動轉換。 OE（輸出使能引腳）用于啟用數字化輸出，時鐘引腳用于為芯片操作提供時鐘脈沖。

電路的工作首先將 ALE 和 OE 引腳設置為高電平，這意味著選擇通道并啟用輸出。 5 V 是默認參考電壓，可以通過將我們想要的電壓饋送到引腳 Vref+ 和 Vref- 來更改。通道選擇應通過使用引腳 ADDA 至 ADDC 引腳來完成，在此電路圖中選擇了輸入通道 1。下表給出了所有引腳的邏輯狀態及其各自的通道選擇。

現在模擬信號被饋入您選擇的通道，然后引腳 START 的狀態應從高電平變為低電平以開始激活。轉換結束后，EOC 引腳變高，表示轉換結束。一旦遇到下一個脈沖，EOC 引腳就會保持低電平狀態。正如您在上面的電路中看到的，EOC 引腳連接到啟動引腳，這會觸發連鎖反應，從而導致連續轉換發生。

最后我們將從引腳 OUT1 至 OUT8 獲取 8 位數據，可用于進一步處理和顯示。您甚至可以將 LED 連接到這些引腳并直觀地查看輸出的二進制數據，Led 亮起表示二進制 1，熄滅表示二進制 0 數據。

3、Teledyne 8703 8位單片CMOS模數轉換器的電路圖

基本模數 (A/D) 轉換器電路已經在之前的帖子中解釋過。除此之外，還有多種類型的單片模數轉換器，例如集成A/D、具有三級輸出的集成A/D以及具有鎖存輸出的跟蹤A/D。除此之外，A/D 的輸出還采用直接二進制、二進制編碼十進制 (BCD)、補碼二進制（1 或 2）、符號-數值二進制等進行編碼。下圖展示了具有三態輸出的 8 位單片 CMOS 模數轉換器。該轉換器與微處理器兼容，并且在整個溫度范圍內表現出高穩定性。它具有所有需要的有源元件，并具有帶選通或自由運行轉換的鎖存并行二進制輸出。它具有無限的輸入范圍，因為任何正電壓都可以通過縮放寄存器 R 施加 。

與單片A/D轉換器一樣，有許多混合A/D轉換器，例如帶輸入緩沖放大器的逐次逼近A/D、低功耗CMOS A/D、帶采樣保持的快速A/D ，以及帶輸入緩沖放大器的超快 A/D。 Datel Intersil 的混合 ADC-815MC 是一款超高速 8 位逐次逼近 A/D 轉換器。它只需 600 納秒就能達到 8 位分辨率。它具有六個模擬輸入電壓范圍，具有并行或串行輸出，無需校準。 Datel 的 ADC-MC8B 是一款 8 位單片多功能 A/DD/A 轉換器，采用單 +5V 電源供電。它是一個完整的 D/A 轉換器，可以通過使用外部比較器和四路兩輸入施密特觸發器與非門將其配置為 A/D 轉換器。

與數模轉換器類似，A/D 轉換器也使用分辨率或非線性等規格。 A/D 的另一個重要參數是轉換時間。轉換時間是將模擬輸入轉換為有效數字輸出所需的時間。 A/D 轉換器的典型應用包括微處理器接口、數據打印和記錄、數字電壓表以及 LED 或 LCD 顯示器的控制。

4、逐次逼近型模數轉換器電路圖

此類轉換器用于將模擬電壓轉換為其相應的數字輸出。模數轉換器的功能與數模轉換器的功能完全相反。與 D/A 轉換器一樣，A/D 轉換器也指定為 8 位、10 位、12 位或 16 位。盡管 A/D 轉換器有多種類型，但我們僅討論逐次逼近型。

逐次逼近A/D轉換器由比較器、逐次逼近寄存器(SAR)、輸出鎖存器和D/A轉換器組成。

該電路的主要部分是8位SAR，其輸出提供給8位D/A轉換器。然后，D/A轉換器的模擬輸出Va通過比較器與模擬信號Vin進行比較。比較器的輸出是 SAR 的串行數據輸入。直到 SAR 的數字輸出（8 位）等于模擬輸入Vin 為止， SAR 會自行調整。對話結束時的 8 位鎖存器保存最終的數字數據輸出。

在轉換周期開始時，通過將啟動信號 (S) 設置為高電平來重置 SAR。一旦引入第一次從低電平到高電平的轉換，就設置 SAR (Q7) 的 MSB。輸出被提供給 D/A 轉換器，該轉換器產生 MSB 的模擬等效值，并與模擬輸入 Vin 進行比較。

如果比較器輸出為低電平，D/A 輸出將大于Vin ，并且 MSB 將被 SAR 清零。

如果比較器輸出為高電平，D/A 輸出將小于 Vin ，并且 MSB 將被 SAR 設置到下一個位置（Q7 至 Q6）。

根據比較器的輸出，SAR 將保留或重置 Q6 位。這個過程一直持續到所有位都被嘗試為止。嘗試 Q0 后，SAR 使轉換完成 (CC) 信號為高電平，以表明并行輸出線包含有效數據。 CC 信號依次啟用鎖存器，并且數字數據出現在鎖存器的輸出處。由于 SAR 決定了每一位，因此數字數據也可以串行獲得。如上圖所示，CC信號連接到啟動轉換輸入，以便連續轉換周期。

這種電路的最大優點是速度高。它可能比 A/D 轉換器更復雜，但它提供更好的分辨率。