D-A與A-D轉(zhuǎn)換器仿真探究

1、d/a與a/d轉(zhuǎn)換器仿真探究摘 要 從d/a和a/d轉(zhuǎn)換器的原理出發(fā)，采用ewb 仿真軟件分別對(duì)d/a和a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果 與理論計(jì)算取得一致的結(jié)果。關(guān)鍵詞d/a； a/d；仿真中圖分類號(hào)：tp335文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)： 1671-7597 (2013) 22-0066-02在控制系統(tǒng)當(dāng)中，被測(cè)量對(duì)象經(jīng)常是溫度、壓力、流量、 速度等非電物理量，需經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信 號(hào)，這些模擬電信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用 軟件進(jìn)行處理；單片機(jī)處理完畢的數(shù)字量，也常常需要轉(zhuǎn)換 為模擬信號(hào)后送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器 件被稱為a/d轉(zhuǎn)換器，也稱adc (

2、analog to digital converter)；數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件被稱為d/a轉(zhuǎn)換器, 也成為 dac (digital to analog converter)o1 d/a轉(zhuǎn)換器原理及仿真1.1 d/a轉(zhuǎn)換器原理d/a轉(zhuǎn)換器被用在模擬量輸出系統(tǒng)中，d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 過(guò)程是將輸入數(shù)據(jù)d送到d/a轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)，各位二進(jìn)制 數(shù)按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬分量，然后在以疊加的方 法把個(gè)模擬分量相加，其和就是d/a轉(zhuǎn)換的結(jié)果。8位倒t 型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器原理如圖1所示，模擬開(kāi)關(guān)由輸入數(shù) 碼控制，當(dāng)di=l時(shí)，相應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)接運(yùn)放放大器反相端; 當(dāng)di=o時(shí)，相應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)將電阻2

3、r接地。通過(guò)分析可知, 流經(jīng)2r電阻的電流為定值，與開(kāi)關(guān)位置無(wú)關(guān)，因此可以確 定輸出電壓為。通過(guò)表達(dá)式可知輸入端輸入的每一位二進(jìn)制 代碼，都可在其輸出端得到與之相對(duì)應(yīng)的模擬電壓。d/a轉(zhuǎn) 換器的指標(biāo)很多，一般用戶最關(guān)心的是分辨率、轉(zhuǎn)換精度和 接口方式。分辨率是指dac轉(zhuǎn)換器的單位數(shù)字量變化時(shí)引起 的模擬量輸出的變化，取決于輸入數(shù)字量的二進(jìn)制位數(shù)。轉(zhuǎn) 換精度是指滿量程時(shí)dac的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近 程度。通常dac的轉(zhuǎn)換精度為分辨率一半。接口方式可以分 為并行接口與串行接口兩種形式。圖1倒t型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器1.2 d/a轉(zhuǎn)換器仿真測(cè)試electronics workbench (e

4、wb)軟件是加拿大公司推出 的專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的虛擬電子工作臺(tái)軟件，它 是一種在電子技術(shù)界廣為應(yīng)用的優(yōu)秀計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件。 本次測(cè)試對(duì)8位集成d/a轉(zhuǎn)換器進(jìn)行仿真，采用開(kāi)關(guān)量模擬 數(shù)字量，同時(shí)用數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并用直流電壓 表顯示當(dāng)時(shí)輸出的模擬信號(hào)。仿真電路如圖2所示。圖2 d/a轉(zhuǎn)換器仿真圖通過(guò)觀察數(shù)碼管顯示的dac輸出數(shù)字信號(hào)與輸出模擬信 號(hào)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)輸出模擬信號(hào)的幅度與數(shù)碼管顯示的數(shù) 碼大小成正比。驗(yàn)證dac輸出電壓公式是否與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 相吻合。理論上，當(dāng)輸入d=00000101時(shí)，輸出。從原理計(jì) 算得出的結(jié)果與仿真結(jié)果一致，可以看出集成dac的轉(zhuǎn)換精 度在

5、此仿真電路中得到較好的體現(xiàn)。利用字符發(fā)生器作為輸入，并連接示波器進(jìn)行觀察，測(cè) 試電路如圖3所示。在利用字符發(fā)生器設(shè)計(jì)的電路中，可以 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)字符發(fā)生器以1 hz的速度循環(huán)計(jì)數(shù)時(shí)，由仿真波 形可知，集成dac的轉(zhuǎn)換速度和分辨率都得到了很好的體現(xiàn)。2 a/d轉(zhuǎn)換器原理及仿真a/d轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量線性的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電 路。描述它的主要技術(shù)指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精 度。2.1 a/d轉(zhuǎn)換器原理adc從電路結(jié)構(gòu)看可分為逐次比較式、雙積分式、v/f 等。逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器在精度、速度和價(jià)格上都適中， 是最常用的a/d轉(zhuǎn)換器件。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過(guò)程 類似天平稱重，將輸入模擬型號(hào)與

6、不同的參考電壓做多次比 較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量。2.2 a/d轉(zhuǎn)換器仿真測(cè)試現(xiàn)用ewb對(duì)8位集成a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行仿真測(cè)試，仿真電 路如圖4所示。為adc電路參考電壓，其值應(yīng)該與輸入模擬 信號(hào)的振幅大約相等。是通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)要轉(zhuǎn)換的模擬電 壓，滿度電壓設(shè)為5 v, soc是時(shí)鐘脈沖，有函數(shù)發(fā)生器提 供脈沖信號(hào)，0e是轉(zhuǎn)換使能。發(fā)出轉(zhuǎn)換命令，通過(guò)兩位數(shù)碼 管段看到轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)碼。轉(zhuǎn)換關(guān)系為，其中代表輸入電壓數(shù)碼。利用公式可知， 當(dāng)輸入電壓為2. 5 v時(shí)，=127,轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制為7f,二 進(jìn)制為01111111,仿真結(jié)果與理論計(jì)算一致。3結(jié)論本文通過(guò)ewb對(duì)d/a和a/d的性能進(jìn)行系統(tǒng)仿真，取得 和理論計(jì)算一致的結(jié)果，用此方法仿真可以清晰直觀的了解 d/a和a/d的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，加深理解。圖4 a/d轉(zhuǎn)換器仿真圖