2024年3月7日发(作者：)

实验 D/A转换器

一、实验目(de)：

1. 熟悉D/A转换器数字输入与模拟输出之间(de)关系.

2. 学会设置D/A转换器(de)输出范围.

3. 学会测量D/A转换器(de)输出偏移电压.

4. 掌握测试D/A转换器(de)分辩率(de)方法.

二、实验准备：

1. D/A转换：

我们把从数字信号到模拟信号(de)转换称为数/模转换或D/A转换,把实现D/A转换(de)电路称D/A转换器,简称DAC.D/A转换(de)过程是,先把输入数字量(de)每一位代码按其权(de)大小转换成相应(de)模拟量,然后将代表各位(de)模拟量相加,即可得到与该数字量成正比(de)模拟量,从而实现数字/模拟转换.DAC通常由译码网络、模拟开关、求和运算放大器和基准电压源等部分组成.

DAC(de)满度输出电压,为全部有效数码1加到输入端时(de)DAC(de)输出电压值.满度输出电压决定了DAC(de)输出范围.

DAC(de)输出偏移电压,为全部有效数码0加到输入端时(de)DAC(de)输出电压值.在理想(de)DAC中,输出偏移电压为0.在实际(de)DAC中,输出偏移电压不为0.许多DAC产品设有外部偏移电压调整端,可将输出偏移电压调为0.

DAC(de)转换精度与它(de)分辩率有关.分辩率是指DAC对最小输出电压(de)分辩能力,可定义为输入数码只有最低有效位1时(de)输出电压ULSB与输入数码为全1时(de)满度输出电压Um之比,即：

分ULSBUm辩率＝1.....................................................n21...3.13.1

当Um一定时,输入数字代码位数n越多,则分辩率越小,分辩能力就越高.

图3.13.1为8位电压输出型DAC电路,这个电路可加深我们对DAC数字输入与模拟输出关系(de)理解.DAC满度输出电压(de)设定方法为,首先在DAC数码输入端加全1(即),然后调整2k电位器使满度输出电压值达到输出电压(de)要求.

图3.13.2为一个8位电压输出型DAC与4位二进制计数器7493相连,计数器(de)输入时钟脉冲由1kHz信号发生器提供.电路中只有DAC低4位输入端接到计数器(de)输出端,高4位输入端接地.这意味着这个DAC最多只有15级模拟电压输出,而不是通常8位DAC(de)255级.计数器在计到最后一个二进制数1111时,将复位到0000,并开始新一轮计数.因此在示波器(de)屏幕上,所看到(de)DAC模拟电压输出曲线像是一个15级阶梯.通过测量示波器曲线图上第15级(de)最大电压值,可确定DAC满度输出电压.这个电压将小于全8位数码输入时255级DAC(de)满度输出电压.

图3.13.1

图3.13.2

2．D/A转换器DAC0832简介：

DAC0832是采用CMOS工艺制成(de)单片电流输出型8位数/模转换器.

图3.13.3是DAC0832(de)逻辑框图及引脚排列图.

D137DQDQD14688VREFD15输数5位D16入据D/A114寄寄IOUT1D43存存转D52器器换12IOUT2D16D70DQDQ9RfB__ILE19LELERf3_AGNDCS_1WR2_120VCC(+5V)___WR218XFER1710DGND图3.13.3

1_CSVCC202__WR1ILE193__AGNDWR2184___D3XFER175D2D1646D1D1557D0D1468VREFD7139RfBIOUT21210DGNDIOUT111DAC0832

Dn-3Dn-2Dn-1RfAVo2R2RR2RR2RR2RR2RR2RVREF器件(de)核心部分采用倒T型电阻网络(de)8位D/A转换器,如图3.13.4所示.

图3.13.4

它是由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四部分组

成.运算(de)输出电压为：

VoVREFRf2Rn(Dn12n1Dn22n2......D020)…………3.13.2

由上式可见,输出电压Vo与输入(de)数字量成正比,这就实现了从数字量到模拟量(de)转换.

一个8位(de)D/A转换器,它有8个输入端,每个输入端是8位二进制数(de)一位,有一个模拟输出端,输入可有28

= 256个不同(de)二进制组态,输出为256个电压之一,即输出电压不是整个电压范围内任意值,而只能是256个可能值.

DAC0832(de)引脚功能说明如下：

D0~D7：数字信号输入端

ILE：输入寄存器允许,高电平有效

CS：片选信号,低电平有效

WR1：写信号1,低电平有效

XFER：传送控制信号,低电平有效

WR2：写信号2,低电平有效

IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端

RfB：反馈电阻,是集成在片内(de)外接运放(de)反馈电阻

VREF：基准电压(-10~ +10)V

VCC：电源电压(+5~+15)V

AGMD模拟地可接在一起使用

NGND数字地DAC0832输出(de)是电流,要转换为电压,还必须经过一个外接(de)运算放大器,实验线路如图3.13.5所示.

Vcc(+5V)+15V7VCC20ILE19VREF8D7D6D5D4D3D2D1_D0CS1DAC0832____RfB9IOUT111121N4148726VoμA741315Rw15kIOUT2WR12AGNDDGNDXFERWR23101718_4-15V图3.13.5

三、计算机仿真实验内容：

1. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条(de)“Mied”按钮,从弹出(de)对话框“Family”栏选取“ADC_DAC”,再在“Component”栏选取“VDAC”如图3.13.6所示,最后点击右上角“OK”按钮,将D/A转换器调出放置在电子平台上.

图3.13.6

2. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧右列虚拟元件工具条,从弹出(de)元件列表框中选取电位器,调出放置在电子平台上,并双击电位器图标,将弹出(de)对话框中“Increment”栏改成“1”%；将“Resistance”栏改成“2”kOhm,最后点击对话框下方“确定”按钮退出.

3. 直流电压源V1从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列元件工具条“Source”元件库中调出,并双击电压源图标,将弹出(de)对话框“Voltage” 栏改成“10”V,点击对话框下方“确定”按钮退出；其它元件调法不再赘述.

4．在Multisim7平台上建立如图3.13.1仿真实验电路.

5. 打开仿真开关进行动态分析,将所有(de)逻辑开关置1,指示灯X1~X8都亮.调整电位器(一般置50%处即可),使DAC输出电压尽量接近5V(约,这时DAC(de)满度输出电压已设置成为5V.

6.根据需要按键盘上(de)A~H键,将DAC(de)数码输入逐渐改为00000000~00000111和,在表3.13.1中记录数/.模转换器相应(de)输出电压.

表3.13.1：

二进制输输出电压入

(V)

00000000

00000001

00000010

00000011

00000100

00000101

7. 根据输入(de)级数,(de)分辩率.

00000110

00000111

DAC(de)满度输出电压和8位计算图3.13.1所示DAC电路8. 根据表3.13.1(de)数据,计算这个DAC(de)分辩率.

9. 关闭仿真开关.保留图3.13.1中(de)VDAC、10V电压表和2k电位器,删除其它所有元件.

10. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条(de)“TTL”按钮,从弹出(de)对话框“Family”栏选取“74STD”,再在“Component”栏选取“7493N”如图3.13.7所示,最后点击右上角“OK”按钮,将4位二进制计数器调出放置在电子平台上.

图3.13.7

11. 从电子仿真软件Multisim7基本界面右侧调出虚拟函数信号发生器和双踪示波器,将它们放置在电子平台上,连成仿真电路如图3.13.2所示.

12. 打开仿真开关进行动态分析.双击虚拟函数信号发生器图标,弹出(de)放大面板参照图3.13.8(左图)设置；双击虚拟示波器,在在放大面板屏幕上将显示出DAC模拟输出(de)阶梯波.虚拟示波器放大面板设置参照图右图).

图3.13.8

13．利用虚拟示波器放大面板屏幕上(de)波形,测量并记录DAC(de)分辩率和满度输出电压VOFS.

四、实验室操作实验内容：

1．在THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱上搭建如图3.13.9实验电路.其中,D0~D7接钮子开关；运放μA741第8脚为空脚,输出端第6脚接VDD(+5V)K113D7K214D6VDD20ILEK315D5K416DK5K6K7K84567VREFRfB19894D3D2D1D01DAC0832IOUT1_CS+15V7111N41482μA7413154Rw10k6Vo_2310___17IOUT212_18WR1AGNDDGNDXFERWR2-15V入数字万用表红表笔,黑表笔接地,数字万用表拔在直流电压档以测输出电压值.

图3.13.9

2．先将D0~D7钮子开关全置零位置,打开实验箱电源,调节电位器使运放μA741输出为零.

3． 按表3.13.2所列(de)输入数字信号,用数字万用表测量运放μA741输出Vo,并将测量结果填入表中,并与理论值进行比较.

表3.13.2：

输 入 数 字 量

D7

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

输出模拟量Vo(V)

D1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

D0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

D6

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

D5

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

D4

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

D3

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

D2

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

VCC

= +5V

五、实验报告要求：

1.完成仿真实验表3.13.1(de)测试和填写.

2.计算图3.13.1(de)DAC电路(de)分辩率.

3.根据表3.13.1(de)数据,计算这个DAC(de)分辩率.

4.把图3.13.2中示波器放大面板屏幕上观察到(de)阶梯波描绘下来.

5.根据图3.13.2测量并记录DAC(de)分辩率和满度输出电压VOFS.

6．测量并记录实验室操作实验数据,填好表3.13.2,并与理论值进行比较.

六、实验设备及材料：

1. 仿真计算机及软件Multisim7.

2. THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱.

3. MF-10型万用表.

4. 电子元件： 数字集成电路DAC0832、运放μA741各一片.

二极管1N4148两只.

5．附：D/A转换器DAC0832及运放μA741管脚排列图

2019__18___1716D415D514D613D71211VCCILEWR2XFERIOUT2IOUT1DAC0832_CS1__WR1AGND23D34D25D16D07VREFRfB89DGND108NC7+V6OUT5失调调零失调调零1μA741-IN2+IN3-V4图3.13.10

表3.14.3：

被选模

输 入

地 址

拟通道

模拟量

IN

IN0

Vi(V)

输 出 数 字 量

A2A1A0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

十进制

0 0

0

IN1

0 0

1

IN2

0 1

0

IN3

0 1

1

IN4

1 0

0

IN5

1 0

1

IN6

1 1

0

IN7

1 1

1

五、实验报告要求：

1. 填好仿真实验中表3.14.2中(de)数据,计算图中ADC(de)量化误差.

2．填好实验室操作实验中表3.14.3中(de)数据,并与数字万用表实测和各路输入电压相比较,分析误差(de)原因.

六、实验设备及材料：

1. 仿真计算机及软件Multisim7.

2. THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱.

3. MF-10型万用表.

4. 电子元件： 数字集成电路ADC0809一片.

1k电阻11只.

5.附：A/D转换器ADC0809管脚排列图

28272625242322212IN2IN1IN0A0A1A2ALED7D6D5D4D0REF(-)D2ADC0809IN3IN412IN53IN6IN745STARTEOCD38OE9cp10Vcc11REF(+)GND1213D11467

图3.14.6