微机原理第九章.ppt
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精品课件-微机原理与接口技术-第9章
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.2 D/A转换的基本原理
第9章 D/A、A/D转换接口
DAC的输出形式有电压、电流两大类型。电压输出型的DAC 相当于一个电压源，内阻较小，选用这种芯片时，与它匹配的 负载电阻应较大；电流输出型的DAC相当于电流源，内阻较大， 选用这种芯片时，负载电阻不可太大。
第9章 D/A、A/D转换接口
在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输 出，其电压通常为0～+5 V或0～+10 V；有时则要求输出是双 方向的，即双极性输出，如电压为±5 V、±10 V。单极性和 双极性输出电路分别如图9.4(a)和(b)所示。在图9.4(b)中， 通过运算放大器A1将单极性输出转变为双极性输出，由UREF为A2 提供一个偏移电流，该电流方向应与A1输出电流方向相反。
第9章 D/A、A/D转换接口
能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字/模拟转换器， 简称DAC或D/A转换器。
计算机通过ADC或DAC与外界使用模拟量的设备相连接的技 术就是模拟接口技术，它是计算机应用于自动控制领域的基础。 一个典型的计算机测控系统如图9.1所示。
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.1 典型的计算机检测、控制系统框图
第9章 D/A、A/D转换接口
二—十进制的转换公式： B=bn-1bn-2… b1b0=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+ b1×21+b0×20
式中，B表示转换后的十进制数；bn-1为二进制数的最高位， b0为二进制数的最低位。
为了把一个数字量变为模拟量，必须把每一位的数码按照 权来转换为对应的模拟量，再把各模拟量相加。这样，得到的 总模拟量便对应于给定的数据。DAC的主要部件是电阻开关网 络，它通常是由输入的二进制数的各位控制一些开关，通过电 阻网络，在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比 例的电流，经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比 例的模拟电压。最简单的DAC电路如图9.2(a)所示。
《微机原理与接口技术》第九章8253
二、8253的内部结构
数据总线 缓冲器 读／写控 制电路 计数通道
通道控制 寄存器
三、 8253的管脚分配
控制线
数据线 通道选择
通道管脚
四、 8253的编程
8253只有一个控制字，8253的一个方式 控制字只决定一个计数通道的工作模式。 8253 的控制字格式如图所示。共分为 4 部 分，通道选择、计数器读 / 写方式、工作 方式和计数码的选择。
第9章 可编程接口芯片
可编程接口概术 可编程定时／计数器接口芯片8253
可编程接口概术
一个简单的具有输入功能和输出功能的 可编程接口电路如下图，它包括一个输入接口， 其组成主要是八位的三态门；一个输出接口， 其组成主要是八位的锁存器；另外还有八位的 多路转换开关及控制这个开关的寄存器FF。
9. 1 可编程定时／计数器接口芯片8253 一、功能
定时和脉冲信号的处理与接口是完全有别于 并行信号的，其特点是信号形式简单但需要连 续检测，下面介绍的INTEL8253可编程定时／ 计数器就是可以实现所要求这方面功能。8253 内部有3个独立的16位定时／计数器通道。计 数器可按照二进制或十进制计数，计数和定时 范围可在1—65535之间改变，每个通道有6种 工作方式，计数频率可高达2MHz以上。
4、方式3——方波发生器 方式2虽然可以作分频电路，但其输出 是窄脉冲，如果是方波，就只有选方式3
5、方式4——软件触发方式 方式4在工作过程中有以下特点：
a、 门控信号GATE为高电平，计数器开始减 1计数，OUT维持高电平； b、 当计数器减到0，输出端OUT变低，再经 过一个 CLK 输入时钟周期， OUT 输出又变 高。
解：1、电路。 需要两个通道，一个作为计数，选用通道0。另一 个产生1KHz信号，选用通道1。工作原理如下，传感 器电路把物理事件转换为脉冲信号输入到通道0计数， 当记录10000个事件后，通道0计数器溢出，GATE端输 出高电平，这时通道1开始工作，产生1KHz信号推动喇 叭发音。
微机原理及应用(第五版)PPT课件
微型计算机原理
• 第一章 微型计算机基础知识 • 第二章 微型计算机组成及微处理器功能结构 • 第三章 80X86寻址方式和指令系统 • 第四章 汇编语言程序设计 • 第六章 半导体存储器及接口 • 第八章 中断和异常 • 第九章 输入/输出方法及常用的接口电路
2021
1
第一章 微型计算机基础知识
X为负时:求[X]补是将[X]原的符号位不变,其余各位
变反加1.
求[X]反是将[X]原的符号位不变,其余各位
变反.
2021
微机原理及应8用
补码没有+0和-0之分;反码有+0和-0之分
[+0]补=00…..00=0 [-0]补=00…..00=0 [+0]反=00…..00=0 [-0]反=00…..00=111…..11
解: ①.设x=129,y=79则
[x]补=10000001B,[y]补=01001111B [-y]补=[y]变补=10110001B [x-y]补=[x]补+[-y]补=00110010B 最高位有进位,
结果为正[x-y]补= [x-y]原=00110010B x-y=50
②.设x=79,y=129则
• 二进制:数的后面加后缀B. • 十进制:数的后面加后缀D或不加. • 十六进制:数的后面加后缀H.
2021
微机原理及应5用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数
1).原码: 设X=+1011100B,Y=-1011100B
• 补码:优点:符号位和数值一起运算; 减法可以变成加法运算.
• 第一章 微型计算机基础知识 • 第二章 微型计算机组成及微处理器功能结构 • 第三章 80X86寻址方式和指令系统 • 第四章 汇编语言程序设计 • 第六章 半导体存储器及接口 • 第八章 中断和异常 • 第九章 输入/输出方法及常用的接口电路
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第一章 微型计算机基础知识
X为负时:求[X]补是将[X]原的符号位不变,其余各位
变反加1.
求[X]反是将[X]原的符号位不变,其余各位
变反.
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微机原理及应8用
补码没有+0和-0之分;反码有+0和-0之分
[+0]补=00…..00=0 [-0]补=00…..00=0 [+0]反=00…..00=0 [-0]反=00…..00=111…..11
解: ①.设x=129,y=79则
[x]补=10000001B,[y]补=01001111B [-y]补=[y]变补=10110001B [x-y]补=[x]补+[-y]补=00110010B 最高位有进位,
结果为正[x-y]补= [x-y]原=00110010B x-y=50
②.设x=79,y=129则
• 二进制:数的后面加后缀B. • 十进制:数的后面加后缀D或不加. • 十六进制:数的后面加后缀H.
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微机原理及应5用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数
1).原码: 设X=+1011100B,Y=-1011100B
• 补码:优点:符号位和数值一起运算; 减法可以变成加法运算.
微机原理课件第九章
A8 A6 A3 A9 M/IO & A B C E3 E2 E1 74LS138 D0～D7 Y0 A2 A1 CS
A7 A5 A4
8255A A1 WE A0 OE
WR RD
图9.14
并行口扩展图
设端口A中断服务子程序名为SERA。
具体8255A的初始化程序如下：
MOV MOV OUT MOV OUT MOV MOV MOV MOV CLD STOSW MOV AX，SEG SERA AL，10111001 ；控制命令字 DX，0B6H DX，AL AL，00001001 ; 置位复位pc4；intea DX，AL AX，0 ES，AX DI，0FH*4 AX，OFFSET SERA ;控制口地址
INTE2 INTRA
9.5
8255A应用举例
1、基本输入/输出应用举例
以下是8086微机系统扩展一片8255A作为并行口的电路图，同时
还配以74LS138译码器等芯片，如图9-14所示。端口A为方式1 输入，以中断方式与CPU交换数据，中断类型号为0FH；端口B
工作于方式0输出，端口C的普通I/O作为输入。
第9章
可编程并行接口芯片8255A
并行接口一般具有以下特点：
1）通过多根信号线同时传送多位数据；
2）并行接口多用于传送距离短，数据量大，速度高的实时传输场 合； 3）传送时一般不需要特定的数据传送格式。 (什么是特定的数据传送格式)
9.1
8255A的结构
图9.1
8255A外部引脚
1、数据端口
在8255A内部包含了三个8位输入/输出数据端口：端口A、端口 B、端口C。
A口的中断请求信号。当其有 效时，8255A的A口向CPU申请 中断，要求CPU访问A口 中断允许 信号。 A口的输出缓冲器“满”信号， 当其有效时表示A口的输出缓 冲器已暂存一个有效数据。 外设回答信号。由外设发出。 当其有效时，表示外设已接 收数据。 A口的输入缓冲器“满”信号， 当其有效时表示A口的输入缓 冲器已暂存一个有效数据 A口的选通信号，当其有效时， 外设把数据打入A口的输入缓 冲器
A7 A5 A4
8255A A1 WE A0 OE
WR RD
图9.14
并行口扩展图
设端口A中断服务子程序名为SERA。
具体8255A的初始化程序如下：
MOV MOV OUT MOV OUT MOV MOV MOV MOV CLD STOSW MOV AX，SEG SERA AL，10111001 ；控制命令字 DX，0B6H DX，AL AL，00001001 ; 置位复位pc4；intea DX，AL AX，0 ES，AX DI，0FH*4 AX，OFFSET SERA ;控制口地址
INTE2 INTRA
9.5
8255A应用举例
1、基本输入/输出应用举例
以下是8086微机系统扩展一片8255A作为并行口的电路图，同时
还配以74LS138译码器等芯片，如图9-14所示。端口A为方式1 输入，以中断方式与CPU交换数据，中断类型号为0FH；端口B
工作于方式0输出，端口C的普通I/O作为输入。
第9章
可编程并行接口芯片8255A
并行接口一般具有以下特点：
1）通过多根信号线同时传送多位数据；
2）并行接口多用于传送距离短，数据量大，速度高的实时传输场 合； 3）传送时一般不需要特定的数据传送格式。 (什么是特定的数据传送格式)
9.1
8255A的结构
图9.1
8255A外部引脚
1、数据端口
在8255A内部包含了三个8位输入/输出数据端口：端口A、端口 B、端口C。
A口的中断请求信号。当其有 效时，8255A的A口向CPU申请 中断，要求CPU访问A口 中断允许 信号。 A口的输出缓冲器“满”信号， 当其有效时表示A口的输出缓 冲器已暂存一个有效数据。 外设回答信号。由外设发出。 当其有效时，表示外设已接 收数据。 A口的输入缓冲器“满”信号， 当其有效时表示A口的输入缓 冲器已暂存一个有效数据 A口的选通信号，当其有效时， 外设把数据打入A口的输入缓 冲器
微机原理与应用第九章
；定义ICW2 ；定义ICW3 ；定义ICW4 ；定义OCW1
IR3上接有从 8259A
采用特殊完全嵌套方式、非 自动EOI结束方式、非缓冲方式
；定义OCW2
中断屏蔽字11010110
从8259A的初始化程序段
ICW1标志
MOV MOV OUT MOV MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOV OUT MOV MOV OUT
中断请求的优先级别以循环方式类推。
例：假设当前正在处理IR2和IR6引入的中断请求，
中断源 ISR 内容 优先级 ISR 内容 优先级 ISR 内容 优先级 IR7 ISR7 0 7 0 4 0 0 IR6 ISR6 1 6 1 3 0 7 R5 ISR5 0 5 0 2 0 6 IR4 ISR4 0 4 0 1 0 5 IR3 ISR3 0 3 0 0 0 4 IR2 ISR2 1 2 0 7 0 3 IR1 ISR1 0 1 0 6 0 2 IR0 ISR0 0 0 0 5 0 1
ICW2
由当前的中断请求 IR7—IR0确定
ICW2的标志
A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
A0 1
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 0 ID2ID1ID0
从8259A的识别地址
1：表示IR端接有从8259A 0：表示IR端未接从8259A
2 1 ADI SNGL IC4
0
1：需要设置ICW4
0：不需要设置ICW4
标 志 位
1：单级使用 0：级联使用 1：调用地址间隔为4 0：调用地址间隔为8
ICW1的标志
1：电平触发 0：边缘触发
微机原理-9,单片机
1/2R1
Vs
C1
C3 R3
U0
1/2R1 K
2020/4/22
7
9.2 采样技术—连续采样误差
➢连续采样指对同一输入按一定周期间隔进行采样 ➢输入滤波电容C大或采样周期长会使误差下降
2020/4/22
8
9.2 采样技术—孔径时间误差
u
△u
2020/4/22
△t
t
9
9.2 采样技术—孔径时间误差
9.6 抗干扰设计--硬件抗干扰
干扰传播路径措施
（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电 路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感, 要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单 片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路， 当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。
（5）用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离， 最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。
（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘。
（7）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗 干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路
accumulator += ADC_VALUE; // 读ADC值并加到运行总和变量
int_dec--; // 更新抽取计数器
if (int_dec == 0) { // 如果为0则执行抽取
int_dec = 256; // 复位计数器
result = accumulator >> 4; // 用移位执行除法操作
du dt
max
Aw
微机原理第9章ppt
例2：使计数器T2 工作在方式1 ，进行8位二 进制计数，并设计数初值的低8位为BYTEL。 (设8253的端口地址为304H-307H） 其初始化程序段为 MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，10010010B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，306H ；T2数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL
3、控制字寄存器
在8253初始化编程时，由CPU写入控制字寄存器以决定通 道的工作方式。控制字寄存器只能写不能读。 4、计数器#0，计数器#1，计数器#2
这是三个计数器/定时器通道，每一个都是由一个16位 的可预置值的减法计数器构成。
9.1.3 8253-PIT的引线 8253芯片是具有24个引脚的双列直插式集成电路芯片， 其引脚分布如P248图9－2所示。
9.2.5 8253的工作方式 （1）方式0——计数结束产生中断 一次定时或计数,重写初值,启动新一轮的计数 （2）方式1——可编程的单脉冲(单稳)触发器 GATE边沿触发,启动新一轮计数 （3）方式2——分频器(速度波发生器) 具有计数初值重装能力 （4）方式3——方波发生器 具有计数初值重装能力 （5）方式4——软件触发的选通信号发生器 一次定时,重写初值,启动新一轮的计数 （6）方式5——硬件触发的选通信号发生器 GATE边沿触发新一轮计数
例3：使计数器T0 工作在方式2 ，进行16位二 进制计数。 (设8253的端口地址为304H-307H） 其初始化程序段为 MOV DX，307H ；命令口 MOV AL，00110100B ；方式字 OUT DX，AL MOV DX，304H ；T0数据口 MOV AL，BYTEL ；低8位计数值 OUT DX，AL MOV AL，BYTEH ；高8位计数值 OUT DX，AL
微机原理与接口技术9章(DMA控制器)
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 其他
• EOP ：双向，当字节数计数器减为0时，在 上输出一个有效的低电平脉冲，表明DMA传 送已经结束；也可接收外部的信号，强行结 束8237的DMA操作或者重新进行8237的初始 化 • CLK：时钟信号输入，对于标准的8237，其输 入时钟频率为3MHz • READY：输入，高电平表示传送准备好。可用 来在DMA传送周期中插入等待状态 • RESET：输入，复位信号。芯片复位时，屏蔽 寄存器被置1，其他寄存器均清零，8237工作 于空闲周期SI
– DMAC是控制存储器和外设之间直接高速传送数 据的硬件 – DMAC应具备的功能
• 能接受外设的DMA请求信号，并向外设发出DMA响 应信号 • 能向CPU发出总线请求信号，当CPU发出总线保持响 应信号后，能够接管对总线的控制权 • 能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址 • 能向存储器和外设发出读/写控制信号 • 能控制传输的字节数，并判断传送是否结束 • 能发出DMA结束信号，DMA传送结束后，能释放总 线，让CPU重新获得总线控制权
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 读写控制信号
• MEMR、MEMW：输出信号，控制对存储器的 读写 • IOW 、IOR ：双向信号
– 输入信号：CPU向8237写控制字或读8237状态 – 输出信号：8237控制对外设的读写
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 数据地址信号
• DB0~DB7：既是CPU向8237的数据通道（输入或输出）；主动状 态时为向存储器输出的高8位地址A8~15 • A0~7：分两部分 – A0~3为双向，由CPU输入时选择8237的端口 – 输出时A0~3和A4~7一起输出存储器低8位地址 • ADSTB：正脉冲输出，地址选通信号，将DB0~7中的高8位地址信 号锁存到外部锁存器中 • AEN：高电平输出，地址输出允许，由它把锁存在外部锁存器中 的高8位地址送入系统的地址总线，同时禁止其它系统驱动器使 用系统总线 • CS ：输入信号，片选信号
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2．AD7522
AD7522是CMOS数/模转换芯片。数字输入端具有双重锁存， 不仅可以锁存10位并行数码，还可以接纳串行信息。具有一对 互补的电流输出。输出增益可通过反馈电阻改变。 ·分辨率——10位； ·建立时间——500ns； ·增益温度系数——10×10-6/℃； ·输入——TTL或CMOS电平； ·功耗——20mW；
3. 转换速率 ( Conversion Tempi ) 模拟输出电压的最大变化速度，单位为V/Μs。
4. 建立时间 (Settling Time) 当数字输入发生满量程的变化，DAC的模拟输出电压稳定达 到规定值时所需要的时间，规定值一般指最终值±1/2LSB。
5. 线性误差 (Linearity Error) 理想情况下DAC的转换特性是线性的，实际输出不是理想线 性。实际转换特性偏离理想转换特性的最大值称为线性误差。
第九章 D/A和A/D转换与接口技术
第一节 概 述
一、 数/模(D/A )转换和模/数(A/D)转换的目的与发展 微型计算机处理的是数字量，而实际上外界输入系统的信
息大多是模拟量，如：温度、压力、流量、浓度、速度、水 位、距离等等，这些都是非电的物理量，它们必须经过适当 的转换才能为微机处理。将模拟量转换为数字量称为A/D转换， 又称为量化过程。
⑴ DAC0832的引脚功能框图 •• XIRLFEFEB：R：：允传反许送馈输控电入制阻锁信，存号已；，被可制控作制在W芯R片2是内否；起作用； •• DCVSI0R~E：FD：I片7 基：选准8信位电号数压。字输与输入I入L；E；结合可控制WR1是否起作用； •• IWDOGURTN1：D：：写电数信流字号输地1出。，1在芯。I片L是E数和逻字C辑S电有电路效平接时为地将1的点数各。字位V锁C输C存：出于电电输源流入电之寄压和存；；器中； •• IWAOGURTN22：D：：写电模信流拟号输地2出。，2在芯。X片是FE模逻R有拟辑效电电时路平将接为输地0的入点各寄。位存输器出中电的流数之据和送；入；DAC；
⑴ AD7522的引脚及功能部件框图
⑵ AD7522单极性工作输出接线图
⑶ AD7522与CPU的接口
3个口地址安排为98H，99H和9AH，分别用于选通10位数字 的低字节、高字节和打入D/A寄存器。
D/A 转换实质上就是将每个数位上的代码按其权值转换为对 应的模拟量，再将每一位对应的模拟量相加即可得到给定的数 据。
二、 DAC的基本结构
1、权电阻网络D/A转换器
I0
Vref 8R
Vref
I1
Vref 4R
VA
D3
VB VC
D2 D1
VD
D0
I3 I2 I1 I0
Rf
RR 2RR 4RR 8RR
四、 DAC器件和DAC与微机系统的连接
1．DAC0832 DAC0832是用CMOS/Si-Cr工艺制成的 8位数/模转换芯片。
数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直接输 入，特别适用于要求几个模拟量同时输出的场合，与微处理器 接口很方便，主要特性如下： ·分辨率——8位 ·建立时间——1μs ·增益温度系数——20×10-6/℃ ·输入——TTL电平 ·功耗——20mW
三、数/模(D/A )转换和模/数(A/D)转换的类型
1、数字→电压、电压→数字； 2、电压→频率(脉宽)、频率(脉宽) →电压； 3、轴角→数字、数字→轴角；
第二节 数/模转换器(DAC)
一、DAC的基本原理 数字量是用代码按数位组合起来的，每一个数位都有一个
确定的“权”。 如 二进制数 1011 8×1+4 ×0+2 ×1+1 ×1=11
1. DAC的分辨率( Resolution ) 表明DAC对运算放大器输出模拟值分辨能力，能由DAC 产生的最小模拟量的变化。最小输出电压与最大输出电压 之比，即 1
2n 1
若8位DAC，最大输出电压5伏，则分辨率为 5V 0.0196V
2n 1
2. 转换精度 ( Conversion Accuracy ) 绝对精度：输出模拟电压的实际值与理想值之差。 相对精度：绝对转换精度相对于满量程输出的百分比， 或模拟分辨率量值的二分之一，1/2 LSB。
I2
Vref 2R
I3
Vref R
R -
VO I3 I2 I1 I0 Rf
+
VO
VO
1 8
8D3
4D2
2D1
D0
Rf R
Vref
2、T型R-2R电阻网络D/A转换器
Vref
IR
Vref R
IR Vref 2 2R
IR Vref 4 4R
IR Vref 8 8R
A
B
C
D
R
R
R
2R 2R 2R 2R
IR Vref 2 2R
IR Vref 4 4R
IR Vref 8 8R
IR Vref 16 16R
IR Vref 16 16R
VO
IR 2
D3
IR 4
D2
IR 8
D1
IR 16
D
0
R
f
VO
1 16
8D3
4D2
2D1
D0
Rf R
Vref
-
+
VO
三、 DAC的参数指标
1948年1月17日 卡希莱申请了循环式D/A专利； 1948年2月21日 奥立弗和香农申请了电荷耗尽型A/D转换器专利； 50年代 A/D和D/A转换器由电子管向晶体管发展； 60年代 出现了在基片上集成基准电源、运算放大器和模拟开关
的混合集成电路A/D和D/A转换器； 70年代 A/D和D/A转换器步入大规模集成电路时代；
⑵ DAC0832的模拟输出 单路单极性模拟量输出
三路单极性模拟量同时输出
具有双重输入缓冲锁存器的12位DAC接口示意图
⑶ DAC0832与CPU的接口
DAC0832本身有数据锁存器，只需外加地址译码给出片选 信号即可。单片DAC0832时，则可只用一级缓冲。可将CS和 XFER接在地址译码的同一个输出端上，把WR1和WR2接同一个 控制信号。 OUT 81H，AL ；
许多执行部件需要由模拟信号来驱动。由微机加工处理后 的数字量转换为模拟量，称为D/A转换。
A/D转换和D/A转换互为逆过程。
下图给出了A/D、D/A转换器在微机测控系统中的应用
控 传感器 制 对 象 执行部件
模拟量
模拟量
运放
ADC
微
机
模拟量
模拟量 系
功放
DAC
统
二、数/模(D/A )转换和模/数(A/D)转换的的发展历史