一种基于 PWM 的电压输出 DAC 电路设计
作者：本站来源：转载发布时间：2006-6-1 11:47:30发布人：51c51
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摘 要：对实际应用中的脉宽调制（PWM）波形的频谱进行了理论分析，指出通过一个低通
滤波器可以把 PWM 调制的数模转换信号解调出来，实现从 PWM 到 DAC 的转换。论文还对
转换误差产生的因素进行了分析，指出了减少误差的方法，论文给出了两种从 PW M 到 0～5
V 电压输出的电路实现方法，第 2 种电路具有很高的转换精度。
关键词：脉宽调制；电路设计；数模转换器；单片机
在电子和自动化技术的应用中，单片机和 DAC (数模转换器)是经常需要同时使用的，然而许
多单片机内部并没有集成 DAC,即使有些单片机内部集成了 DAC,DAC 的精度也往往不高，在
高 精度的应用中还是需要外接 DAC，这样增加了成本。但是，几乎所有的单片机都提供定时
器 或者 PWM 输出功能。如果能应用单片机的 PWM 输出（或者通过定时器和软件一起来实现
PWM 输 出），经过简单的变换电路就可以实现 DAC，这将大量降低成本电子设备的成本、减
少体积 ，并容易提高精度。本文在对 PWM 到 DAC 转换关系的理论分析的基础上，设计出输出
为 0～5 V 电压的 DAC。
1 应用 PWM 实现 DAC 的理论分析
PWM 是一种周期一定而高低电平的占空比可以调制的方波信号，图 1 是一种在电路中经常遇
到 的 PWM 波。该 PWM 的高低电平分别为 VH 和 VL，理想的情况 VL 等于 0， 但是实际中一般
不等于 0，这往往是应用中产生误差的一个主要原因。
图 1 的 PWM 波形可以用分段函数表示为式（1）：
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其中：T 是单片机中计数脉冲的基本周期，即单片机每隔 T 时间记一次数（计数器的值增加
或者减少 1），N 是 PWM 波一个周期的计数脉冲个数，n 是 PWM 波一个周期中高电平的 计数
脉冲个数，VH 和 VL 分别是 PWM 波中高低电平的电压值，k 为谐波次数，t 为时间。把式(1)
所表示的函数展开成傅里叶级数［1］，得到式(2)：
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