DAC电分研究性课题报告

1、电分研究性课题报告-数字-模拟转换器(d ac)原理研究小组成员：通信1007班 陈宇鸿10211157自动化1006班 姜羽西10213069一、论文题目简介：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换(digital to analog), 或称d/a转换能够完成这种转换的电路称为数模转换器(digital analog converter),简称 dac.数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定 的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转 换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模 拟量，从而实现了数字一模拟转换

2、。这就是组成d/a转换器的基木指导思想。d/a转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及 基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中， 数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为1的 位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值和 力u,即得到数字量对应的模拟量。二、原理描述1、数模转换原理:dac输出模拟量的大小与输入数字量大小成正比。假设dac转换比例系数为k,则停vqdac输出特性(k为转换比例系数)两个相邻数码转换出的电压值z间的斧值，是信息所能分辨的最小量（1lsb）；最人输入数字量对应的输出屯压值（绝

3、对值）用fsr表示。2、dac的一般组成dac主要由数字寄存器、模拟电子开关、位权网络、求和运算放大器和基准 电压源（或恒流源）组成。基准电压源一1或恒流源d z dg dq求和运算放大器量出%號dac原理方框图用存放在数字寄存器中的数字量的各位数码，分别控制对应位的模拟电了开关，使数码为1的位在位权网络上产生与其位权成正比的电流值，再由运算放大器对各电流值求和，并转换成电压值。不同类型的dac,主要是位权网络不同。3、dac技术指标1、转换精度:转换精度通常用分辨率和转换误差來描述。分辨率：一般用dac的位数来衡量分辨率的高低，位数越多，分辨能力就越高。此外，也可用dac能分辨出来的最小输岀

4、电压1 lsb与最大输岀电压fsr z比泄义分辨率。1lsbfsr死 ”一1) 2"一1该值越小，分辨率越高。转换误差：转换谋差是指实际输出的模拟电压与理想值z间的最大偏差。通常用这 个偏差与fsr之比的百分数或若干个lsb表示，它是3种误差的综合指标。(1) 非线性误差主耍由模拟电子开关的导通电阻和导通压降以及电阻值的偏差引起，是随 机出现的。(2) 漂移误差由运算放大器的零点漂移造成的一种线性误丼。漂移误丼可通过零点校 准來消除，但不能在整个温度范围内获得校准(3) 增益误差曲运算放大器增益不稳定和枷防不稳定造成的一种线性误差。增益校准可 以暂时消除增益误差。2转换速度转换速度由

5、建立时间决定。从输入由全0突变为全1开始，到输出电圧 稳定在fsr±(1/2)lsb (或fsr土x%fsr)范围内为止,这段时间称为建立时间。三. 实验方案图1-1可作为研究da转换电路的模型，其中开关20, 21, 22分别与三位 二进制数相对应。当二进制数为“1”时开关接入相应屯压vs,为“0”时开关 接地。设沧二12v。(1) 列出从000到111所有数字信号对应的模拟电压。(2) 若每隔lus可以给出一个数字信号，试给出一种产生周期为16us,幅度 为7v的锯齿波和三角波和方波的数字信号方案(仅给出一个波形周期的数字信 号即可)。图1t(3)掇 dac0832芯片手册，分析

6、其倒置r-2r电阻网络(图1-2)边行dac转 换原理。当其输出接电流电压转换运放如(图1-3 )时，推导其输出电压。图1-2(<out| xr(d)vrcf (oighal input加宀hdigital input图1 -3(4) 扩展：设计一个数字控制增益的电压放大器，v0二nkvi,其屮n=0-15,k=2,vi=+/-5vo用ewb仿真设计结果。四、理论分析和计算(3) 由若干个相同的r、2r网络节组成，每节对应于一个输入位，节与节之间 串接成倒t形网络。工作原理:根据电路结构及运算放大器的特性有：5 =仏+仏+仏+ ±»0 其中/=鱼£ z 2

7、34 2 8 116 °r所以：iz =(23p3 + 22d2 + 2idi + 2°j90)2 r输出电压为：vq =斥尺卩=迟尺卩=+ 22d2 + 21n1 + 2°d0)dac为兀位时：巾=一?西2n r日特点：由于2r电阻対端的电压和流过的电流都不随开关的掷向而改变，不存在对网 络屮寄生电容的充、放电现象，因而工作速度和转换精度都有所提高。由于只使用两种阻值的电阻，因此屯阻的精度容易保证。五、仿真实验设计电路以及结果(1)此试验是电阻型dac根据计算得出以下对应的数字信号和模拟电压开关动作屯压值(v)00001001010211030014101501

8、161117后来我们乂用ewb对实验结果进行仿真，由于截图太多这里就不一一展示了,只展示111-7v的仿真图。l k unns2 mr12 k ohmr21 kohmr51 kohmr32 k ohmr4si(01121r72 k ohm（2）由第一题的分析可知电压值的变化是由于开关的动作引起的，若要产生数 字信号则需要不停的有序控制开关动作从而实现电压由0v变化到7vo那么下面 我们就从元件的特性来分析从而设计出符合题日要求的电路。数字信号发生器可以产生一系列电压，当我们输入需要的电压值时按以下 形式输入0000,0001,00020007 （单位：v）。实际上本题中数字信号与模拟 信号是按

9、2进制进行转化，由第一题中的对应方式我们不难看出输出一个电压值 开关就需要有开有闭，在同一时刻做到开关的有开有闭这就需要用到“非门”元 件了。“非门”是种逻辑电路，用1表示连通，用0表示没有连通。非门的输出结 果与输入正好相反，如输入有信号，但输出为0 （无信号），没有输入信号，但 输出为1 （有信号连通）。根据“非门”元件的性质我们可以用一个“非门”元 件同时连接两个开关1和2,其屮1号开关是电压控开关并且与电源相连，当电 压是iv是开关闭合，2号开关也是一个电压控开关但与地相连如下图：0000xxxx其t：作原理如下，当数字信号发生器给出的是0001v的信号时，第一组的1 号开关闭合，出于

10、“非门”元件的作用，就会在2号开关所在的支路上输出0v 的信号从而使开关闭合；由于在第二组开关屮输入的是信号是0,则与屯源相连 的开关断开，在“非门”的作用下与地连接的开关闭合，第三组开关和第二组一 样。这样就实现了电压是iv时，开关的动作为100o当信号变化时分析方法与 其一致。实现功能的电路已经找到，接下来就要输入信号来显示波形。(a) 当需要显示锯齿波形时，曲于周期是16us,输入的信号是lus-个，信号 是由0v到7v变化8个单位，则一个信号输出2us,显示的图像如下：lj word generatoraidress001122334editcurrentinitialfinalpop

11、e 000a 000? 0014000400050006-triggerexternalnal00060007000700000000-frequencyburst step breakpoint pattern.00000000asciibinary |0000000000000lii23 iiu oscilloscopet1t2vw2w2t2-t1w2-w1vb2w1184.0605 ms 0.0000 v6.9985 pv14.1114 ms0.0600 v -8.3301e-17v169.9491 ms0.0000 v6.9986 pvjjtime basetriggery posit

12、ion 0 00a 0 ertac 0channel aicchannel b| 5 0y position |000ac q jstreducereverse(b) 当需要输出三角波时则输入信号变化情况是0-7v-0,波形人致如下:n oi»q < md tjj<ska>wocd41 l» ii j2 * i 41000 v iir> f t ggg st(c) 方波的图像如下:1 kohm1 kohmr52 k ohmr72 k ohmar13 word generatoraidress0000 0000 0000 0007 0007 0007

13、0007 0007 0007 0007 0007 0000 0000 0000 0000 0000 oeeo eoeoedit currentinitialfinilbjk.breakpointext.m* h x 'frequtnoydata 厂 rwidy 'asciiblniry 0000000000000 伯©vwvb1t2wvb2955 0173 fs80000 v69985 pvt2-t17zz2vb2-vb17.9583 ml i 0.0000 v 69986 v|time basex position500tngger曰a ±level目y

14、position oopchannel achannel b5 v.ovreduceb/a afba b extac 0y position |。8 目 ac 0 reverse(六)扩展：v0=nkvi,其中n=0-15, k=2,vi=+/-5vo由于k是常数,相当于把nvi扩 大了两倍，根据以往所学这个功能可以由运算放大器实现，具体情况如下：r1r2由tr1=r2当运算放大器正端电圧是vi时，输出电压就是2vlo实现了放大，剩下的就要实现数字控制。出于n是出0变化到15,根据2 进制的关系，分析出应该有4组电源，这样才能有vo = n(23d3 + 22d2 + 2xdx + 2

15、6;do)vs电路其他部分大致和上面的题一致，在不包括运算放大器的情况下如下图所 示：在仿真的过程中，直接接入120v电源时，能实现vi=5v,但是加上“非门”、 信号发生器、电压控制开关时，最大值不是75v,而且波形很乱（见下图二）， 没有得到与理论相符的仿真值，不知道哪里出了错误，希望老师能帮助我们解决 这个问题。图一ssf-ewb图二mn n62.0010 hsb. eeee v 74.98” pvt2vw2218 0010 fs 0 eeee v 74.98”n-ti156 odee fs e eeee v e eeee u厂 timt bas«53xposition q8

16、bza 小伽eredge uv«l oxoomd bchmd a七、心得和体会在做这次专题研讨的时候，我们遇到的困难不少：首先就是对ewb软件的用 法和基木功能不太熟悉，ewb软件是英文版的界面，里面的元件和我们平时熟悉 的有很大不同，还有其名称不熟悉，儿乎不知道叫什么，搭电路的速度特别慢， 每一次都在找元件上花费很久。用了不短的时间才慢慢发现规律，懂得区分了 ewb屮电阻的表示符号和我们在电分课上学的常用符号；后来多用了儿次也就逐 渐熟悉了这款软件，了解了其中的一些元件的使用方法和基木的符号类型。遇到的第二个问题就是在做第二题时不知道应该如何实现开关的自动开闭。 最初我们以为可以不需更动开关，只让电压信号变化就可以输出矩形波，于是h 用了信号发生器，这样虽然有了波形，最大值却不对，经过后来的研究才发现这 样做是错误的。后來经过一些上网查找、翻阅资料的纠正工作，最后发现用“非 门”元件可以成功实现。在再次借鉴了老师的ppt辅导后，我们才明白了要做到 开关的自动开闭其中的开关的重要性，在一些信号波输入时不能用普通的开关而 是用电圧控制开关，在加上“非门”，这样就能让开关自动的开闭从而改变输出 电压的值。在这次专题研讨过程中，在小组的合作与讨论中，我们都感觉自己学到了很 多知识，通过自习掌握了 ewi3软件的基本功能和简单的分析方法，这是个很锻炼 学习能力和口