Multisim数电仿真 DA转换器.docx
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Multisim数电仿真DA转换器
实验3.13D/A转换器
一、实验目的：
1.熟悉D/A转换器数字输入与模拟输出之间的关系。
2.学会设置D/A转换器的输出范围。
3.学会测量D/A转换器的输出偏移电压。
4.掌握测试D/A转换器的分辩率的方法。
二、实验准备：
1.D/A转换：
我们把从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换或D/A转换，把实现D/A转换的电路称D/A转换器，简称DAC。
D/A转换的过程是，先把输入数字量的每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，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的满度输出电压，为全部有效数码1加到输入端时的DAC的输出电压值。
满度输出电压决定了DAC的输出范围。
DAC的输出偏移电压，为全部有效数码0加到输入端时的DAC的输出电压值。
在理想的DAC中，输出偏移电压为0。
在实际的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的转换精度与它的分辩率有关。
分辩率是指DAC对最小输出电压的分辩能力，可定义为输入数码只有最低有效位1时的输出电压
与输入数码为全1时的满度输出电压
之比，即：
分辩率＝
........................................................3.13.1
当
一定时，输入数字代码位数
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的理解。
DAC满度输出电压的设定方法为，首先在DAC数码输入端加全1（即11111111），然后调整2k电位器使满度输出电压值达到输出电压的要求。
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，计数器的输入时钟脉冲由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的输出端，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的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。
因此在示波器的屏幕上，所看到的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级的最大电压值，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的满度输出电压。
图3.13.1
图3.13.2
2．D/A转换器DAC0832简介：
DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数/模转换器。
图3.13.3是DAC0832的逻辑框图及引脚排列图。
图3.13.3
器件的核心部分采用倒
型电阻网络的8位D/A转换器，如图3.13.4所示。
图3.13.4
它是由倒
型
-
电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压
四部分组
成。
运算的输出电压为：
…………3.13.2
由上式可见，输出电压
与输入的数字量成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。
一个8位的D/A转换器，它有8个输入端，每个输入端是8位二进制数的一位，有一个模拟输出端，输入可有28=256个不同的二进制组态，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的引脚功能说明如下：
：
数字信号输入端
：
输入寄存器允许，高电平有效
：
片选信号，低电平有效
：
写信号1，低电平有效
：
传送控制信号，低电平有效
：
写信号2，低电平有效
、
：
DAC电流输出端
：
反馈电阻，是集成在片内的外接运放的反馈电阻
：
基准电压（-10~+10）V
：
电源电压（+5~+15）V
DAC0832输出的是电流，要转换为电压，还必须经过一个外接的运算放大器，实验线路如图3.13.5所示。
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的“Mixed”按钮，从弹出的对话框“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，从弹出的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，将弹出的对话框中“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
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，将弹出的对话框“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，将所有的逻辑开关置1，指示灯
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4.972V），这时DAC的满度输出电压已设置成为5V。
6.根据需要按键盘上的
键，将DAC的数码输入逐渐改为00000000~00000111和11111111，在表3.13.1中记录数/.模转换器相应的输出电压。
表3.13.1：
二进制输入
输出电压（V）
00000000
00000001
00000010
00000011
00000100
00000101
00000110
00000111
11111111
7.根据DAC的满度输出电压和8位输入的级数，计算图3.13.1所示DAC电路的分辩率。
8.根据表3.13.1的数据，计算这个DAC的分辩率。
9.关闭仿真开关。
保留图3.13.1中的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的“TTL”按钮，从弹出的对话框“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，弹出的放大面板参照图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模拟输出的阶梯波。
虚拟示波器放大面板设置参照图3.13.8（右图）。
图3.13.8
13．利用虚拟示波器放大面板屏幕上的波形，测量并记录DAC的分辩率和满度输出电压
。
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，
接钮子开关；运放μA741第8脚为空脚，输出端第6脚接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
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所列的输入数字信号，用数字万用表测量运放μA741输出
，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
输出模拟量Vo（V）
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
VCC=+5V
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
五、实验报告要求：
1.完成仿真实验表3.13.1的测试和填写。
2.计算图3.13.1的DAC电路的分辩率。
3.根据表3.13.1的数据，计算这个DAC的分辩率。
4.把图3.13.2中示波器放大面板屏幕上观察到的阶梯波描绘下来。
5.根据图3.13.2测量并记录DAC的分辩率和满度输出电压
。
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
图3.13.10
表3.14.3：
被选模
拟通道
输入
模拟量
地址
输出数字量
IN
Vi（V）
A2A1A0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
十进制
IN0
4.5
000
IN1
4.0
001
IN2
3.5
010
IN3
3.0
011
IN4
2.5
100
IN5
2.0
101
IN6
1.5
110
IN7
1.0
111
五、实验报告要求：
1.填好仿真实验中表3.14.2中的数据，计算图3.14.1中ADC的量化误差。
2．填好实验室操作实验中表3.14.3中的数据，并与数字万用表实测和各路输入电压相比较，分析误差的原因。
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
图3.14.6
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