Широкое распространение в настоящее время получила обработка информации в цифровой форме, на которой основаны цифровые управляющие машины, цифровые измерительные приборы и т.д.
При их использовании возникает необходимость преобразования аналоговой величины (напряжение, ток, частота, температура, давление и т.п.) в цифровой код, подаваемый на вход цифрового устройства. Часто возникает обратная задача: цифровой код с выхода цифрового устройства нужно преобразовать в аналоговый сигнал (напряжение, ток и т.п.). Для выполнения этих стандартных задач используют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, которые выполняются и в виде ИМС. Рассмотрим основные способы построения таких преобразователей.
Рис. 4.29. Цифро-аналоговый преобразователь
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует цифровой двоичный код 
в аналоговую величину, обычно напряжение 
. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный «вес». Каждый разряд двоичного кода имеет определенный «вес»; вес i -го разряда вдвое больше, чем вес (i -1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:
где e — напряжение, соответствующее весу младшего разряда
— значение i -го разряда двоичного кода (0 или 1).
Например, числу 1001 соответствует 
, а числу 1100 
.
Упрощенная схема реализации ЦАП представлена на рис. 4.29. В схеме i -йключ замкнут при 
, при 
- разомкнут. Резисторы подобраны таким образом, что 
Эквивалентное сопротивление обведенного пунктиром двухполюсника 
и сопротивление нагрузки 
образуют делитель напряжения, тогда
Проводимость двухполюсника 
равна сумме (ветвей (при i -ветвь включена, при 
— отключена):
Подставив (4.5) в (4.4), получим выражение, идентичное (4.3):
Очевидно, что 
. Выбором e можно установить требуемый масштаб аналоговой величины.
4.11.2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Существует несколько способов создания АЦП. Рассмотрим в упрощенном виде наиболее распространенный способ построения. Структурная схема представлена на рис. 4.30, а.
Рис. 4.30. Аналого-цифровой преобразователь
АПЦ состоит из мультивибратора, генерирующего тактовые импульсы С (рис. б), реверсивного счетчика, подсчитывающего тактовые импульсы, ЦАП и компаратора К. Реверсивный счетчик работает на сложение при подаче сигнала 1 на вход «+» и на вычитание при сигнале 0 на названном входе.
На первый вход компаратора подан входной аналоговый сигнал — напряжение 
. В момент 
схема включена в работу, исходное состояние счетчика 
. На выходе ЦАП 
эквивалент кода, записанного в счетчике, т. е. нулевой сигнал. При 
сигнал компаратора положительный, этот сигнал подается на вход «+» счетчика, который работает на сложение. С каждым импульсом С код счетчика начинает увеличиваться, пока сигнал ЦАП не превысит . Компаратор переключается, на вход «+» подается нулевой сигнал и счетчик переходит в режим работы на вычитание.
Очередной импульс С уменьшает код счетчика, уменьшается сигнал на выходе ЦАП, компаратор снова переключается в первоначальное положение и так далее. При этом напряжение на выходе ЦАП колеблется около значения . Напряжение 
на выходе ЦАП однозначно связано с кодом счетчика, поэтому код счетчика соответствует значению . Выходной сигнал АЦП снимается с разрядов реверсивного счетчика.
Временные диаграммы рис. 4.30, б показывают, что при включении устройства и при изменении входного сигнала существует время запаздывания установки кода на счетчике. Для уменьшения этого интервала частота мультивибратора MB должна быть увеличена.
