单片机A/D转换器详解：逐次逼近与双积分方法

在《单片微型计算机原理及应用》的教学课件中，重点讨论了模拟量与数字量之间的转换，即A/D（模数转换）和D/A（数模转换）在单片机系统中的应用。满刻度误差，或称增益误差，是ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）的重要特性，它定义了当ADC达到满量程输出时，实际输入电压与理想电压之间的差距。这直接影响了转换精度，是设计和评估ADC性能的关键指标之一。 转换速率是ADC的一个关键参数，表示单位时间内能完成的转换次数，反映了设备的实时数据采集能力。转换速率的倒数则代表一次完整的转换所需的时间，包括稳定时间。高速转换速率对于实时性要求高的应用至关重要，但过快的转换可能需要额外的采样保持电路（Sample and Hold Circuit，S/H）来处理高频信号，而对于微弱信号，可能需要信号放大电路。 逐次逼近式A/D转换器是最常见的A/D转换器类型之一。它的工作原理是通过逐个比较模拟量与二进制位，将模拟信号逐步逼近到最接近的数字值。这种转换器的特点包括速度快，适合处理中低速模拟信号；然而，如果输入信号频率高或幅度小，可能需要额外电路支持。双积分式A/D转换器虽然转换精度较高，但速度相对较慢，通常用于需要高精度但不那么频繁的转换场景。 在含有模拟量输入输出的单片机系统中，模拟信号首先通过传感器转换为电信号，然后通过A/D转换器进行量化，形成数字信号以便于单片机处理。处理后的数字结果再通过D/A转换器转换回模拟信号，驱动执行机构进行控制。这样的系统广泛应用于工业自动化、仪器仪表、消费电子等领域。 理解并掌握这些概念和技术对于设计和优化基于单片机的模拟数字系统至关重要，因为它们直接影响系统的性能、精度和实时响应能力。在实际应用中，工程师需要根据具体项目需求选择合适的A/D和D/A转换器，并合理配置以满足系统的功能和性能要求。