基于OrCAD/PSpice的AD/DA轉換電路的解決方案

1.引言

隨著數字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測領域中，信號的處理無處不在。自然界中的物理量，例如壓力、溫度、位移、等都是模擬量。

要對這些物理量進行控制和檢測，往往需要一種能在模擬信號與數字信號之間起轉換作用的電路--模數轉換器和數模轉換器。A/D D/A轉換器在電子線路中的應用十分廣泛，它溝通了整個電子領域中的模擬域和數字域。但在A/DD/A轉換器的實驗教學過程中，由于受傳統(tǒng)實驗設備的限制，很難對其實際工作過程進行有效的分析與驗證。OrCAD/PSpice提供了一個虛擬實驗平臺，它克服了傳統(tǒng)電子元器件、儀器設備的限制，包含非常豐富的電子元器件庫，并且提供功能強大的多種仿真分析功能，本文利用其瞬態(tài)分析功能，在A/D和D/A轉換電路的仿真與分析中，很好地捕捉和展現(xiàn)出各種時域暫態(tài)的數字信號和相應模擬電壓波形，能幫助學生熟悉和快速掌握先進的電路實驗方法和技能。

2.A/D D/A轉換電路基本原理

(1)AD轉換電路基本原理

A/D轉換器是用來將模擬信號轉換成一組相應的二進制數字量輸出。圖1為8位逐次比較型A/D轉換器框圖。它由控制邏輯電路、數據寄存器、移位寄存器、D/A轉換器及電壓比較器組成。

電路啟動后，第一個CP將移位寄存器置為10000000,該數字經數據寄存器送入D/A轉換器。輸入模擬電壓Vi首先與10000000所對應的電壓Vref/2相比較，如果Vi>=Vref/2,則比較器輸出為1,否則輸出為0,此結果存于數據寄存器的D7位;第二個CP使移位寄存器為01000000.如果最高位已存1,則此時D/A轉換器的輸出電壓Vo'=3Vref/4,Vi再與3Vref/4相比較，如果Vi>=3Vref/4,則次高位D6存1,否則存0;如果最高位為0,則Vo'=3Vref/4,Vi與Vo'

比較，如果Vi>=3Vref/4,則數據寄存器的D6存1,否則存0……依此類推，逐次比較得到輸出數字量為止，這就是8位逐次比較型A/D轉換器的基本工作原理。

輸出數字量與輸入模擬量之間的一般關系式為：

(2)DA轉換電路基本原理

將數字信號轉換為模擬信號的過程稱為D/A轉換。實現(xiàn)D/A軟的的器件稱為D/A轉換器，簡稱DAC,其框圖如圖2所示。

圖2中，輸入數字量NB為n位二進制代碼Dn-1Dn-2…D1D0,Vo為輸出模擬量。輸出量與輸入量之間的一般關系式為：

實現(xiàn)D/A轉換的過程是將輸入二進制數中為1的每1位代碼按其權的大小，轉換成模擬量，然后將這些模擬量相加，相加的結果就是與數字量成正比的模擬量。這就是組成D/A轉換器的指導思想。

3.AD/DA轉換電路的仿真與分析

(1)AD轉換電路的仿真與分析

A/D轉換電路原理圖如圖3所示：

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