D/A和A/D转换器的仿真研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇D/A和A/D转换器的仿真研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
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（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）。
1 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=1时，相应的模拟开关接运放放大器反相端；当Di=0时，相应的模拟开关将电阻2R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（EWB）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，OE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
参考文献
[1]路而红.虚拟电子实验室Electronics Workbench[M].北京：人民邮电出版社，2001.
[2]艾学忠，刘伟，陈北辰.单片机原理及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2012.