数模转换方法和电路与设计方案

PWM滤波数模转换电路设计基于LM358芯片的PWM滤波数模转换电路设计摘要：基于脉宽调制(PWM)波形的频谱理论分析，针对交流伺服电机实现速度闭环控制需要(±10)V模拟信号输入的要求，设计了一种基于PWM滤波的(±10)V模拟信号输出的电路。

通过对PWM信号整形隔离，再经过一个三阶滤波器滤波，偏置电路以及放大电路实现了最终的目的。

实践证明，该设计方案可以得到稳定、精确的模拟信号输出。

设计方案简单易行，性价比高，具有一定的通用性。

关键词：电路设计；PWM滤波；数模转换本研究在对PWM实现D/A转换理论进行分析的基础上，设计了一种输出为-10~+10V模拟信号的D/A转换电路，旨在为交流伺服电机提供更为稳定与精确的模拟信号。

1 PWM滤波的理论分析PWM是一种周期一定而占空比可以调制的方波信号，图1中是一种在实际电路中经常遇到的典型PWM波形。

该PWM的高低电平分别为VH和VL，理想的情况VL等于0，但实际一般不等于0。

图1 实际电路中典型的PWM波形本文假设PWM为理想情况，PWM的幅值为A，脉冲宽度为x(t)，则脉冲宽度调制波可以表示为：式中：假设脉冲中心在kTs处，T0为未调制宽度， m为调制指数；Tk为第k个矩形脉冲的宽度。

可以看出，脉冲宽度调制信号由x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。

当T0 - 1 - 2 电路设计根据前面分析可以设计出PWM滤波的信号处理方框图如图2，由单片机输出PWM波，通过整形隔离，然后通过有源滤波器及驱动放大得到模拟信号的输出。

图2 PWM滤波D /A转换器框图针对控制芯片输出的是0~5V的PWM信号，而一般交流伺服电机速度闭环控制需要外部提供(±10)V的模拟信号，所以在控制芯片和交流伺服控制卡之间要加一级D/A转换电路，其功能就是把0~5 V的PWM信号变为(-10)~(+10)V的模拟信号。

电路中主要器件采用的是LM358，其内部包括2个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

数模转换器电路设计一、引言数模转换器（DAC）是数字信号处理系统中的重要组成部分，用于将数字信号转换为模拟信号。

随着数字信号处理技术的不断发展，数模转换器的应用领域越来越广泛，如音频处理、图像显示、通信系统等。

因此，设计高性能的数模转换器电路具有重要意义。

本文将介绍数模转换器的基本原理、性能指标、电路设计、测试与验证等方面。

二、数模转换器的基本原理数模转换器的基本原理是将数字信号转换为模拟信号。

它通常由数字输入、解码器、权重电流源、运算放大器和模拟输出等部分组成。

数字输入接收到一个二进制数字信号，解码器将其转换为相应的二进制代码。

权重电流源根据二进制代码输出相应的电流，运算放大器将电流转换为电压，最后得到模拟输出信号。

三、数模转换器的性能指标数模转换器的性能指标主要包括分辨率、精度、速度、线性度等。

1.分辨率：数模转换器的分辨率是指其能够表示的最大二进制位数，通常以位（bit）为单位表示。

分辨率越高，能够表示的数字信号范围越大。

2.精度：数模转换器的精度是指其模拟输出信号与理想输出信号之间的误差。

精度通常以LSB（Least Significant Bit）为单位表示。

精度越高，误差越小。

3.速度：数模转换器的速度是指其完成数模转换所需的时间。

速度越快，转换效率越高。

4.线性度：数模转换器的线性度是指其模拟输出信号与数字输入信号之间的线性关系。

线性度越高，输出信号越接近理想值。

四、数模转换器的电路设计数模转换器的电路设计主要包括解码器设计、权重电流源设计和运算放大器设计等。

1.解码器设计：解码器的作用是将数字输入信号解码成相应的二进制代码。

根据需要，可以选择不同的解码算法，如二进制解码、格雷码解码等。

在设计解码器时，需要考虑数字信号的时序和逻辑电平。

2.权重电流源设计：权重电流源是根据二进制代码输出相应电流的电路部分。

在设计权重电流源时，需要考虑电流的精度和匹配性。

常用的电流源电路有电流镜和跨导放大器等。

基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计引言：数模转换器广泛应用于各种领域，如自动化控制系统、精密测量设备等。

本文将介绍一种基于STM32微控制器和AD5791数模转换器的高精度数模转换电路设计方案。

1.系统设计原理本系统的设计原理是将STM32作为主控芯片，控制AD5791完成对模拟信号的转换。

STM32通过SPI总线与AD5791进行通信，发送数字信号控制AD5791输出模拟信号。

AD5791是一款高端的16位DAC芯片，具有很高的精度和稳定性，它能够实现模拟信号的高精度转换。

2.系统硬件设计2.1STM32选型根据系统要求，选用一款性能较好的STM32微控制器作为系统主控芯片。

考虑到需要进行高精度的数模转换，推荐选用STM32F4系列的微控制器，如STM32F407ZGT62.2AD5791选型根据系统要求，选用一款能够满足高精度转换的DAC芯片。

AD5791是ADI公司生产的一款16位DAC芯片，其精度可以达到18位，具有较高的性能指标，因此选用AD5791作为系统的数模转换器。

3.系统软件设计3.1STM32驱动程序设计使用STM32的SPI接口与AD5791进行通信，需要编写SPI驱动程序实现数据的读写。

通过STM32的GPIO口进行CS片选信号的控制。

使用STM32的定时器功能生成SPI时钟信号。

3.2AD5791驱动程序设计AD5791的驱动程序主要包括寄存器初始化、数据写入等功能。

根据系统需求，配置AD5791的寄存器参数，包括引脚控制、参考电压选择、输出范围等。

4.电路板设计4.1电源电路设计为了保证系统的稳定运行，电源电路需要设计好。

使用线性稳压芯片和滤波电容，提供稳定的5V和3.3V电源。

4.2信号连接通过连接线将STM32和AD5791连接起来，其中包括SPI数据线、时钟线和片选信号线。

还需要连接AD5791的参考电压输出、模拟输出等引脚。

5.系统测试与优化完成电路板的设计后，进行系统的调试测试。

单片机常用接口电路设计单片机是一种集成电路，内部包含了处理器、内存和各种输入输出接口。

在单片机应用中，常用的接口电路设计包括数模转换、模数转换、显示控制、通信接口、电源接口等。

一、数模转换接口电路设计：数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的设备，常用于音频处理、控制信号输出等。

设计DAC接口电路时需要考虑输入信号的分辨率、精度和输出电压范围等因素。

一种常见的设计方案是使用运放作为缓冲放大器，将单片机输出的数字信号经过DAC转换后放大输出。

此外，还可以根据需要添加滤波电路来去除数字信号中的高频噪声。

二、模数转换接口电路设计：模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的设备，常用于传感器信号采集、音频采样等。

在设计ADC接口电路时需要考虑输入信号的范围、精度和采样率等因素。

常见的设计方案是使用运放将输入信号放大，并连接到ADC的输入端。

此外，还可以根据需要添加滤波电路来去除输入信号中的高频噪声。

三、显示控制接口电路设计：单片机常用于控制各种显示设备，如数码管、液晶显示屏等。

设计显示控制接口电路时需要考虑控制信号的电平、频率和电流等因素。

一种常见的设计方案是使用继电器或晶体管作为开关，将单片机输出的控制信号连接到显示设备，实现显示内容的控制。

此外，还可以使用驱动芯片来简化接口电路设计，提高驱动能力。

四、通信接口电路设计：单片机常用于与外部设备进行通信，如串口通信、SPI通信、I2C通信等。

设计通信接口电路时需要考虑信号的传输速率、电平逻辑和接口协议等因素。

常见的设计方案是使用电平转换器将单片机的信号电平转换为外设能够接受的电平，并通过串行线路或总线连接到外设。

此外，还可以使用专用的通信芯片来简化接口电路设计，提高通信速率和可靠性。

五、电源接口电路设计：单片机的正常工作需要稳定的电源供应。

设计电源接口电路时需要考虑电源稳压、过压保护和电源滤波等因素。

一种常见的设计方案是使用稳压电源芯片或稳压二极管作为功率稳定器，为单片机提供稳定的电压。

dac驱动电路设计一、引言DAC，即数模转换器，是数字电路与模拟电路之间的桥梁。

它将数字信号转换为模拟信号，广泛应用于音频、视频、通信、控制等领域。

而DAC驱动电路则是DAC正常工作的关键，它负责为DAC提供稳定的电源、时钟、数据和控制信号，确保DAC能够准确、快速地完成数模转换。

本文将详细阐述DAC驱动电路的设计要点、电路组成、工作原理以及实际应用中的注意事项。

二、DAC驱动电路设计要点1．电源设计：DAC驱动电路需要为DAC提供稳定的电源电压。

设计时需考虑电源噪声、纹波、电压稳定性等因素，以确保DAC工作稳定。

通常采用滤波电容、稳压电路等措施来优化电源性能。

2．时钟电路设计：DAC需要外部提供时钟信号，以控制数据转换的速率。

时钟电路的设计需考虑时钟频率、稳定性、抖动等因素。

一般采用晶体振荡器、PLL等器件生成高质量的时钟信号。

3．数据接口设计：DAC驱动电路需要将数字信号传输给DAC进行数据转换。

数据接口的设计需考虑数据传输速率、稳定性、抗干扰能力等因素。

通常采用差分信号、LVDS等高速接口技术。

4．控制信号设计：DAC驱动电路还需要为DAC提供控制信号，如片选信号、转换开始信号等。

控制信号的设计需考虑信号电平、时序等因素，以确保DAC能够正确响应控制指令。

三、DAC驱动电路组成1．电源模块：为DAC提供稳定的电源电压，包括正电源和负电源（如有需要）。

电源模块通常采用滤波电容、稳压电路等器件。

2．时钟模块：生成并提供稳定的时钟信号给DAC。

时钟模块可采用晶体振荡器、PLL等器件。

3．数据接口模块：将数字信号传输给DAC。

数据接口模块可采用差分信号、LVDS等高速接口技术，以提高数据传输的稳定性和抗干扰能力。

4．控制信号模块：生成并提供控制信号给DAC，以控制其工作状态。

控制信号模块需根据DAC的具体型号和要求进行设计。

四、DAC驱动电路工作原理DAC驱动电路的工作原理主要基于数字电路和模拟电路的基本原理。

一种两路数模转/换电路的设计一．计目的①掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；②学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；③掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。

二、设计要求1、查阅熟悉相关芯片资料；2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总倍数为12级；3、并通过高通.低通滤波电路滤波；4、利用PROTEL绘制电路原理图和印刷版图，并利用EWB软件仿真。

三、主要参考①童诗白．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社，2002②张建华．数字电子技术．北京：机械工业出版社，2004③陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：机械工业出版社，2005④毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2005⑤潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：西安电子科技大学出版社，2002⑥张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：航空工业出版社，20041.内容设计1、双四选一数据选择器 74LS153资料。

所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。

引脚排列如图所示，功能如表所示。

、为两个独立的使能端；A1、A0为公用的地址输入端；1D0～1D3和2D0～2D3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Q1、Q2为两个输出端。

1）当使能端（）＝1时，多路开关被禁止，无输出，Q＝0。

2）当使能端（）＝0时，多路开关正常工作，根据地址码A1、A0的状态，将相应的数据D0～D3送到输出端Q。

如：A1A0＝00 则选择DO数据到输出端，即Q ＝D0。

A1A0＝01 则选择D1数据到输出端，即Q＝D1，其余类推。

数据选择器的用途很多，例如多通道传输，数码比较，并行码变串行码，以及实现逻辑函等。

74LS153引脚功能74LS153真值表输入输出A1 A0 Q2、D/A转换器AD7520芯片资料。

单一电源，电源电压：VDD=+15V，VREF=+10V，外部提供基准电压，乘法运算型，电流建立时间50ns，转换时间500ns，功耗：20mW。

实验报告基于DAC0832的数模转换一、实验目的1.学习单片机控制技术----用单片机控制外部数模转换设备，实现D/A 转换；2.熟悉DAC0832芯片的内部结构、引脚功能、各种工作方式下的工作时序；3.熟悉并掌握51单片机系统硬件电路的基本工作原理，并学习硬件电路设计；4.学习C51单片机编程、调试方法。

二、实验任务利用51单片机控制DAC0832生成正弦波电压输出。

三、实验器材C51单片机 一块DAC0832 一块 LM324 一块 单孔板 一块 导线 若干 直流稳压电源 一台 示波器 一台四、实验原理1. 系统方案确立 1)硬件电路工作原理图4-1 信号发生器的硬件框图MCU 作为单片机微处理系统，通过Keyboard 输入可以产生正弦波数字信号的程序，使MCU 输出正弦波数字信号，通过DAC0832数模转换，变成正弦波的模拟信号，用示波器显示出来。

如图4-1所示。

DisplayMCU KeyboardDAC08322)程序工作流程图4-2 信号发生器的程序流程图2. 硬件电路设计1）单片机最小系统的组成单片机最小系统是指用最小元件组成的单片机工作系统。

对MCS-51系列单片机来说，其内部已经包含了一定数量的程序存储器和数据存储器，在外部只要增加时钟电路和复位电路即可构成单片机最小系统。

下图所示便是MCS-51系列单片机最小系统电路，由单片机芯片和典型的时钟电路和复位电路构成。

图4-3典型的时钟电路大多采用内部时钟方式，晶振一般在1.2～12MHz 之间，甚至可达到24MHz 或更高，频率越高，单片机处理速度越快，但功耗也就越大，一般采用11.0592MHz 的石英晶振。

与晶振相位复0D/A 芯片初始化Y相位>=2π？Ni++相幅转换 YN幅度D/A 转换输出定时器初始化 time 0=0 置定时到标志T0重赋值返回并联的两个电容1C 、2C 通常为30pF 左右，对频率有微调作用。

数模转换电路一、概述数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器DAC。

二、D/A转换器的基本原理基本原理：将输入的每一位二进制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，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。

这就是构成D/A转换器的基本思路。

D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。

数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为１的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。

1、数模转换器的转换方式（1）并行数模转换通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。

所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。

例如三位二进制数“111“,右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。

位数多的依次类推。

图2为这种三位数模转换器的基本电路,参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。

当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。

几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。

电压极性与参考量相反。

输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。

位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。

工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1％。

（2）串行数模转换将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。

如何设计简单的模数转换器和数模转换器电路在电子领域中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）是常见的电路设备，它们可以将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号。

本文将介绍如何设计一种简单但有效的模数转换器和数模转换器电路。

一、模数转换器（ADC）电路设计：ADC的作用是将模拟信号转换为数字信号。

以下是一个简单的ADC电路设计方案：1. 采样电路：ADC的第一阶段是采样，即对模拟信号进行定期的采样。

可以使用开关电容电路或样保持电路来实现这一功能。

这些电路可以将输入信号保持在一个电容中，然后在固定的采样时间内读取电容电压。

2. 量化电路：采样之后，接下来需要将模拟信号量化为数字信号。

使用比较器和计数器可以实现这一过程。

比较器将采样信号与一个参考电压进行比较，并产生高低电平的输出信号。

计数器用于计算比较器输出信号的个数，并将其转换为数字表示。

3. 数字处理电路：ADC的最后一步是数字处理，即将量化后的数字信号进行处理和滤波。

这个过程可以使用微处理器或数字信号处理器（DSP）来完成。

数字处理电路可以对信号进行滤波、平滑和放大等操作，以提高最终输出结果的质量。

二、数模转换器（DAC）电路设计：DAC的作用是将数字信号转换为模拟信号。

以下是一个简单的DAC电路设计方案：1. 数字信号处理：DAC的第一步是对数字信号进行处理。

这可以通过计算机、FPGA或其他数字处理设备来完成。

在这一步中，将数字信号转换为对应的数值表示。

2. 数字到模拟转换：将处理后的数字信号转换为模拟信号的常用方法是使用数字锯齿波发生器。

数字锯齿波发生器通过逐步增加或减小电压的值来产生连续的模拟输出信号。

可以使用操作放大器和运算放大器来实现这个功能。

3. 输出放大和滤波：模拟信号产生后，可能需要通过放大器进行放大以适应实际应用场景。

此外，还可以使用滤波器来去除模拟信号中的噪声和杂散成分，以提高输出信号的质量和稳定性。

总结：通过以上简单的电路设计方案，我们可以实现基本的模数转换器和数模转换器。

第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter DAC ）。

ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。

二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。

三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。

第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。

第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。

第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。

（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。

DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。

单片机数模转换电路设计
数模转换电路也叫模数转换电路，是将模拟信号转换成数字信号的一种电子电路。

在单片机系统中，常常需要将模拟信号转换成数字信号以满足系统对数据的处理和控制要求。

一般来说，数模转换电路由运放、电阻、电容、开关等元器件组成。

常见的数模转换电路有以下类型：
1. 逐次逼近型数模转换电路
逐次逼近型数模转换电路是一种经典的数模转换电路，它由一组电阻、运放和模拟开关组成，通过不断逼近模拟输入信号来完成转换。

其主要优点是精度高，但缺点是速度慢。

2. 闪存型数模转换电路
闪存型数模转换电路是一种速度较快的数模转换电路，由一组比较器、电阻和开关组成。

其主要优点是速度快，但成本较高。

3. 互补输出型数模转换电路
互补输出型数模转换电路是一种功耗低、速度快的数模转换电路，由一组比较器、运放和开关组成。

其主要优点是速度快，功耗低，但精度稍低。

以上是常见的数模转换电路类型，具体选择哪一种类型，需要根据具体应用场景来选择。

同时，还需要考虑输入信号的范围、分辨率、采样率等因素。

在设计过程中，需要注意保证信号的质量和可靠性。

数模及模数转换设计方案设计题目: 数模及模数转换电路设计Musitim专业: 电子信息工程技术班级: 电信0901姓名:指导教师: 张老师田老师前言随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，在通信，测量，自动控制及其他许多领域，将输入到系统的模拟信号转换成数字信号进行处理的情况已经越来越普遍。

同时，又常常要求将处理后的数字信号再转换成相应的模拟信号，作为系统的输出。

这样，在模拟信号与数字信号之间，或在模拟信号与数字信号之间，需要有一个接口电路——模/数转换器或数/模转换器。

把模拟信号转换为数字量，称为模数转换器（A/D转换器）；把数字量转换成模拟量，称为数/模转换器（D/A转换器）。

目前市场上单片集成ADC和DAC芯片有几百种之多，而且技术指标也越来越先进，可以适应不同应用场合的需要。

本实验将采用大规模集成电路DAC0832实现D/A转换，采用ADC0809实现A/D转换。

一、设计题目：数模及模数转换设计方案二、设计任务与要求：1、实现8位的数模转换2、采用分立元件设计。

3、所设计的电路具有一定的抗干扰能力。

4、对本次实验设计，原则上指导老师只给出大致的设计要求在设计思路上不框定和约束同学们的思维，所以同学们可以自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思维独特、效果良好。

三、实训目的:1、熟练掌握模拟电路、数字逻辑电路的设计、分析、仿真及调试的方法。

2、掌握使用EDA（电子设计自动化）工具设计电路的方法，了解系统设计的全过程。

3、熟练掌握Multisim 2001软件的基本操作及绘制原理图和进行电路仿真的一般方法4、掌握Protel 99 SE的基本操作和绘制原理图、进行印制板设计的一般方法和步骤。

5、通过对系统电路设计与制作，进一步巩固所学的理论知识，提高分析问题和解决问题的能力。

6、通过此次实训，引导学生提高和培养自身创新能力，为后续课程的学习，毕业设计制作以及毕业后的工作打下坚实的基础。