模/数转换器是将模拟电压（或电流）转换为数字量的电路。模/数转换广泛应用于计算机实时控制系统中，利用计算机及时搜集检测数据，按最佳值对控制对象进行自动调节或自动控制。例如，热水器温度计算机实时控制系统，通过控制蒸汽流入热水器的速度使热水器的水保持一定的温度。用一个测温器测定热水器的水温，通过模/数转换器将所测温度的信号转换为数字信号，送到计算机中，和所测温度值比较，产生误差信号。控制器按一定的规则，根据误差信号的大小，决定蒸汽阀门开闭程度的大小，并产生相应的信号，经过数/模转换装置，变成电流或电压信号，驱动蒸汽阀门的控制设备，开大或关小蒸汽阀门。这一整套过程不需要人干预，响应速度快，效果很好。计算机实时控制系统主要由传感器、计算机、执行机构及模/数转换器和数/模转换器构成。传感器相当于人的眼睛，计算机相当于大脑，控制系统通过传感器获得关于被控制对象的信息，如温度、速度等，经过计算机分析、比较、判断后，指挥执行机构采取相应动作，保证被控制对象能及时达到某种状态。模/数转换器用来将所测得的被控制对象的某种连续物理量转换成为离散的数字量，数/模转换器用来将离散的数字量转换成为连续的物理量，去控制被控制对象。
ADC转换电路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，因此，在模/数转换过程中，只能在一系列选定的瞬间对输入模拟量采样后再转换为输出的数字量，通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。
1.采样保持电路
所谓采样就是采集模拟信号的样本。
采样是将时间上、幅值上都连续的模拟信号，通过采样脉冲的作用，转换成时间上离散、但幅值上仍连续的离散模拟信号，所以采样又称为波形的离散化过程。
采样过程是通过模拟电子开关S实现的。模拟电子开关每隔一定的时间间隔 （周期T）闭合一次，当一个连续的模拟信号通过这个电子开关时，就会转换成若干个离散的脉冲信号。
采样保持电路如图9.7所示。其中电子开关S受时钟脉冲CP控制，C是存储电容，输入的模拟量为ui（t）。
当CP=1时，采样电子开关S接通，ui（t）信号被采样，并送到电容C中暂存。当CP=0时，采样电子开关S断开，前面采样得到的电压信号在电容C上保持。
随着一个一个固定时间间隔的CP=1信号到来，电路不断对模拟电压信号进行一个个的采样，输出电压就转换成在时间上离散的模拟量u′i（t）。
图9.7 采样保持电路
图9.8 采样保持前后的波形图
采样保持电路中输入模拟电压采样保持前后的波形如图9.8所示。
为了保证采样后的模拟信号u′i（t）能够基本上真实地保留原始模拟信号ui（t）的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成分fimax的2倍。这是采样电路的基本法则，称为采样定理。
同时要求采样电路的电子开关特性尽量趋于理想化，以保证最大限度不失真地恢复输入电压ui（t）。
2.量化编码电路(www.xing528.com)
（1）量化编码的概念。量化的概念：数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化也是不连续的。因此，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。在A/D转换过程中，必须把采样后离散的模拟输出电压，按某种近似方式归化到相应的离散电平上，离散电平为该最小数量单位的一个个整数倍，这一转化过程称为数值量化，简称量化。量化后的数值还要通过编码过程用一个二进制代码表示出来，这个经编码后得到的二进制代码就是A/D转换器的数字输出量。
显然，量化编码电路的作用是先将幅值连续可变的采样信号量化成幅值有限的离散信号，再将量化后的信号用对应该量化电平的一组二进制代码表示。量化过程中所取的最小数量单位称为量化当量，用δ表示。它是数字量最低位为1时所对应的模拟量，即ULSB。量化的方法常采用两种近似量化方式，即舍尾取整法和四舍五入法。
（2）舍尾取整法。以3位ADC为例，设输入信号ui（t）的变化范围为0～8V，采用舍尾取整法量化方式时，若取δ=1V，则量化中不足量化单位部分统统舍弃，如0～1V之间的小数部分的模拟电压都当作0δ，用二进制数000表示；数值在1～2V之间的小数部分也舍弃，对应的模拟电压当作1δ，用二进制数001表示，……这种量化方式的最大误差为δ。
（3）四舍五入法。采用四舍五入量化方式时，若取量化单位δ=8V/15，量化过程将不足半个量化单位的部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理，即将数值在0～8/15V之间的模拟电压都当作0δ对待，用二进制000表示，而数值在8/15～24/15V之间的模拟电压均当作1δ，用二进制数001表示，……
例如，已知δ=1V，若采样电压为2.5V时，用舍尾取整法得到的量化电压是2V；若采用四舍五入法，得到的量化电压是3V。
从上述分析可得，δ的数值越小，量化的等级越细，A/D转换器的位数就越多。
在量化过程中，由于取样电压不一定能被δ整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差称之为量化误差，用ε表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。但是，各离散电平之间的差值越小，量化误差就越小。
采用舍尾取整法时，最大量化误差为
采用四舍五入法最大量化误差为
显然四舍五入法量化误差比舍尾取整法量化误差小，故为多数ADC所采用。
若要减小量化误差，则需要在测量范围内减小量化最小数量单位δ，增加数字量D的位数和模拟电压的最大值Uimax。四舍五入量化方式的δ值应按下式选取
如ui=0～10V，Uimax=1V，若用ADC电路将它转换成n=3的二进制数，采用四舍五入量化法，其量化当量为
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