D-A与A-D转换器仿真探究

1、d/a与a/d转换器仿真探究摘 要 从d/a和a/d转换器的原理出发，采用ewb 仿真软件分别对d/a和a/d转换器进行模拟仿真，仿真结果 与理论计算取得一致的结果。关键词d/a； a/d；仿真中图分类号：tp335文献标识码：a文章编号： 1671-7597 (2013) 22-0066-02在控制系统当中，被测量对象经常是温度、压力、流量、 速度等非电物理量，需经传感器转换成连续变化的模拟电信 号，这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用 软件进行处理；单片机处理完毕的数字量，也常常需要转换 为模拟信号后送给执行机构。实现模拟量转换成数字量的器 件被称为a/d转换器，也称adc (

2、analog to digital converter)；数字量转换成模拟量的器件被称为d/a转换器, 也成为 dac (digital to analog converter)o1 d/a转换器原理及仿真1.1 d/a转换器原理d/a转换器被用在模拟量输出系统中，d/a转换器转换 过程是将输入数据d送到d/a转换器电阻网络，各位二进制 数按其权的大小转换为相应的模拟分量，然后在以叠加的方 法把个模拟分量相加，其和就是d/a转换的结果。8位倒t 型电阻网络d/a转换器原理如图1所示，模拟开关由输入数 码控制，当di=l时，相应的模拟开关接运放放大器反相端; 当di=o时，相应的模拟开关将电阻2

3、r接地。通过分析可知, 流经2r电阻的电流为定值，与开关位置无关，因此可以确 定输出电压为。通过表达式可知输入端输入的每一位二进制 代码，都可在其输出端得到与之相对应的模拟电压。d/a转 换器的指标很多，一般用户最关心的是分辨率、转换精度和 接口方式。分辨率是指dac转换器的单位数字量变化时引起 的模拟量输出的变化，取决于输入数字量的二进制位数。转 换精度是指满量程时dac的实际模拟输出值和理论值的接近 程度。通常dac的转换精度为分辨率一半。接口方式可以分 为并行接口与串行接口两种形式。图1倒t型电阻网络d/a转换器1.2 d/a转换器仿真测试electronics workbench (e

4、wb)软件是加拿大公司推出 的专门用于电子电路仿真和设计的虚拟电子工作台软件，它 是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件。 本次测试对8位集成d/a转换器进行仿真，采用开关量模拟 数字量，同时用数码管显示相应的数字信号，并用直流电压 表显示当时输出的模拟信号。仿真电路如图2所示。图2 d/a转换器仿真图通过观察数码管显示的dac输出数字信号与输出模拟信 号之间的关系，发现输出模拟信号的幅度与数码管显示的数 码大小成正比。验证dac输出电压公式是否与仿真实验结果 相吻合。理论上，当输入d=00000101时，输出。从原理计 算得出的结果与仿真结果一致，可以看出集成dac的转换精 度在

5、此仿真电路中得到较好的体现。利用字符发生器作为输入，并连接示波器进行观察，测 试电路如图3所示。在利用字符发生器设计的电路中，可以 发现，当字符发生器以1 hz的速度循环计数时，由仿真波 形可知，集成dac的转换速度和分辨率都得到了很好的体现。2 a/d转换器原理及仿真a/d转换器将输入的模拟量线性的转换为数字量的电 路。描述它的主要技术指标有：分辨率、转换速度和转换精 度。2.1 a/d转换器原理adc从电路结构看可分为逐次比较式、双积分式、v/f 等。逐次比较型a/d转换器在精度、速度和价格上都适中， 是最常用的a/d转换器件。逐次逼近型a/d转换器转换过程 类似天平称重，将输入模拟型号与

6、不同的参考电压做多次比 较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量。2.2 a/d转换器仿真测试现用ewb对8位集成a/d转换器进行仿真测试，仿真电 路如图4所示。为adc电路参考电压，其值应该与输入模拟 信号的振幅大约相等。是通过电位器来调节要转换的模拟电 压，满度电压设为5 v, soc是时钟脉冲，有函数发生器提 供脉冲信号，0e是转换使能。发出转换命令，通过两位数码 管段看到转换出来的数码。转换关系为，其中代表输入电压数码。利用公式可知， 当输入电压为2. 5 v时，=127,转换成十六进制为7f,二 进制为01111111,仿真结果与理论计算一致。3结论本文通过ewb对d/a和a/d的性能进行系统仿真，取得 和理论计算一致的结果，用此方法仿真可以清晰直观的了解 d/a和a/d的内部结构和工作过程，加深理解。图4 a/d转换器仿真图