第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案

第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案

【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV，试计算其输出电压VO。

图题11-1

解：输出电压为：

VO??RFVIN?10?10mV?100mV R1

【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV，试计算其输出电压VO。

图题11-2

解：VO?（1?RF）VIN?11?10mV?110mV R1【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V，数字0代表0V，试计算D/A转换器输出电压VO。

D3 0 0 0 0 0 D2 0 0 1 1 1 0 1 1 0 D1 0 1 0 0 D0 1 1 0 1 VO －0.625V －0.625V－1.25V=1.875 －2.5V －0.625V－2.5V=3.125V

1 0 － 1.25=3.75 2.5V－－1 0 1 0 0.625V－2.5V－

1.25=4.375V 5V 图题11-3

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【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压VO。

图题11-4

解：由图可知，D3~D0=0101 因此输出电压为：VO?

【题11-5】 8位输出电压型R/2R电阻网络D/A转换器的参考电压为5V，若数字输入为10011001，该转换器输出电压VO是多少？

5V5V（0101）?5?1.5625V

1624解：VO?

5V5V（10011001）?153?2.988V 82562【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压VO。

图题11-6

解：VO??VREF5V5V（D~D）??（0101）?5?1.5625V n0n41622

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【题11-7】 试分析图题11-7所示电路的工作原理。若是输入电压VIN=7.5V，D3～D0是多少？

.1213..R0(1)R0(2)CKACKB74LS293QAQBQCQD9548+12V.1011D0D1D2D31.11.174LS0411117406&74LS00.1kΩ1kΩ1kΩ1kΩCLK1kΩ20kΩ10kΩ5V20kΩ10kΩ20kΩ10kΩ20kΩVO15V.LM358...20kΩ.VINRESET..

图题11-7

解：D3=1时，VO? D2=1时，VO? D1=1时，VO?D0=1时，VO?12V32?6V，D3=0时，VO=0。 4212V22?3V，D2=0时，VO=0。 2412V12?1.5V，D1=0时，VO=0。 2412V02?0.75V，D0=0时，VO=0 42由此可知：输入电压为7.5V，D3~D0=1101，这时VO=6V+1.5V+0.75V=8.25V，大于输入电压VIN=7.5V，比较器输出低电平，使与非门74LS00封锁时钟脉冲CLK，74LS293停止计数。

【题11-8】 满度电压为5V的8位D/A转换器，其台阶电压是多少？分辨率是多少？

解：台阶电压为VSTEP?5000mV/28?19.5mV

分辨率为：VSTEP/5000mV?19.5/5000?0.0039?0.39%

【题11-9】 若是分辨率要求小于1%，至少要多少位D/A转换器？

解：1%=1/100>1/2n ，有2n>100

可知n应该大于等于7，因此D/A转换器的位数至少7位。

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【题11-10】 解释什么是D/A转换器的偏移误差？偏移误差可消除吗？

解：偏移误差是D/A转换器输入数字为0时，输出电压不为0，输出电压的大小就是偏移误差，偏移误差可以用在输出电压上叠加电压的方法消除。

【题11-11】 如果D/A转换器的参考电源发生了变化，将引起哪种误差？

解：引起增益误差。

【题11-12】 如果D/A转换器0832的输入数字为AF（16），参考电压为5V，其输出电流IOUT1是多少？

解：IOUT1?

VREFAF5V175（16）??0.2278mA

15k?25615k?256【题11-13】 在学过的几种A/D转换器中，哪种转换速度快？哪种转换位数多？

解：并联A/D转换速度最快，Δ－Σ位数最多。

【题11-14】 逐次比较式A/D转换器的转换时间与转换位数之间有什么关系？

解：转换时间取决于转换转换位数，若位数为n，转换时钟周期为TC，则最小转换时间是nTC。

【题11-15】 某10位A/D转换器的参考电压为4.096V，该转换器能区分的输入模拟信号最小变化量为多少？分辨率是多少？

解：最小变化量是4mV，分辨率是1/1024=0.097%

【题11-16】 A/D转换器的采样频率与输入信号频率之间应该满足什么关系？

解：按照采样定理，采样频率至少是输入信号最高有效频率的2倍。

【题11-17】 采样/保持电路的作用是什么？

解：采样保持电路可以在A/D转换期间保持输入A/D转换器的电压稳定，减小转换误差。

【题11-18】 如何采用一个A/D转换器实现多路模拟量转换？

解：可以采用多路转换器，就是采用模拟开关选择A/D转换器的输入信号。

【题11-19】 A/D转换器0809的输入电压与输出数字之间，具有什么关系？

VIN?VREF（?）256 解：N?VREF（?）?VREF（?）

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【题11-20】 试用D/A转换器0832与计数器74LS161组成10个台阶的阶梯电压发生器，要求画出完整原理图。（从0V不断升高，每次升高一个台阶，在最高电压处返回0V后，再重复升高过程的电压波形就是阶梯电压）

解：根据题意有原理图如下。

.+5VCLK.1910723456..CLRLOADENTENPCLKABCD74161RCOQAQBQCQD1514131211&765416151413+5V19121718+5VU1D0D1D2D3D4D5D6D7ILECSWR1XFERWR2DAC0832RfbIOUT1IOUT291112R1+2.5V1kΩU3R3+12VR2.10kΩTL4318U23VREF8+5V－+210kΩ1LM258Vout.VCCGNDGND20310-12V..4

*【题11-21】 试用A/D转换器0804组成一个8位A/D转换电路，输入模拟电压范围为0～5V，采用2个十六进制显示的共阳数码管显示转换结果，用CPLD器件MAX7128S实现、并用Verilog HDL描述十六进制-7段译码器。要求画出完整电路图与十六进制-7段译码器的Verilog HDL描述。

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第12章 习题与参考答案

【题12-1】 某数字电路输入端低电平有效，试设计一个按键电路给该数字电路输入端提供信号。

解：

.+5V510ΩVO..KEY.

【题12-2】 试设计一个输出低电平有效消除抖动的按键电路。

解：

.+5VR11kΩR2.C133μF74LS14VO..20ΩKEY.

【题12-3】 试设计一个开关量光耦隔离电路，当某开关闭合时，向数字电路输出高电平有效的信号（数字电路侧电源为+5V，开关量侧电源为+12V）。

R1SW12V2.4kΩ.+5VC10.1uF.BATLEDCOM10kΩVO输入.数字系统...

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【题12-4】 现有74LS160需要外接发光二极管显示其输出端的电平，要求输出高电平使发光二极管亮，试设计该电路（电源为+5V）。

解：

....1910723456CLRLOADENTENPCLKABCD74160.RCOQAQBQCQD151413121174LS041111..+5V..510Ω510Ω510Ω510Ω

【题12-5】 试设计一个采用74HC595的8位共阳数码管显示电路，由于室内显示，不需要很亮，可以采用74HC595直接驱动（电源为+5V）。

解：采用74HC595扫描驱动。电路图如下：

....n8n7n6n5n4n3n2n1hgfedcba15510Ω x 81174210111HQw..74211053n8n7n6n5129861234SM2n4n3n2n11512986abcdefgh1234SM1abcdefgh123456791234567953QAQBQCQDQEQFQGQQHH1RCKGSRCLR74SHECR595RCKGRCLRS131210111413121011DATA..14U174HC595SERSRCKSRCKQAQBQCQDQEQFQGQQHH1.U2+5VRCKSRCK.

【题12-6】 某继电器工作电压12V，工作电流50mA，若采用74LS00门电路输出的有效高电平控制，试设计该继电器驱动电路。

解：

.+12VD11N4148123RLYQ1.9013继电器...&74LS00/45.1k.

基极限流电阻RB=（VOH-0.7）/0.4mA=4.3kΩ，选5.1kΩ。这里取VOH=2.4V，VBE=0.7V 验证：IB=（VOH-0.7）/5.1 kΩ=0.33mA， IC=IB×β=3.33×180=59mA

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由于集电极电流IC大于继电器工作电流，所以可以使三极管饱和。

【题12-7】 某继电器工作电压6V，工作电流50mA，若采用74HC04门电路输出的有效高电平控制，试设计光耦隔离电路驱动该继电器（电源为+6V）。

解：

.+6V.D1RY174HC04/6.U112TLP521-1.1N400143.1R23.3kΩ33kΩQ19013R1330ΩR3

TLP521二极管的电流为IF=（VOH-1V）/330=（4V-1V）/330≈1mA，由于TLP521的电流传输比CTR=1~6，若取最小值1，则流过光耦三极管的电流为1mA，该电流流入9013的基极（忽略电阻R3），使流入9013集电极的临界饱和电流为180mA（β=180），远大于继电器的工作电流50mA，因此9013可以可靠饱和。

..【题12-8】 非门74LS04输出低电平有效，现需要驱动电压为12V、线圈阻值为300?的继电器，试设计该继电器的驱动电路。

解：继电器工作电流为 12V/300Ω=40mA

.+12V+5V.R1360ΩU1112TLP521-1.D11N400143RY1.R23.3kΩ33kΩQ1901374LS04/6R3

由图，TLP521二极管的电流为IF=（5V-1.5V）/91=3.5V/360≈1mA，由于TLP521的电流传输比CTR=1~6，若取最小值1，则流过光耦三极管的电流为1mA，该电流流入9013的基极（忽略电阻R3），使流入9013集电极的临界饱和电流为180mA（β=180），远大于继电器的工作电流40mA，因此9013可以可靠饱和。

..

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【题12-9】 某共阳数码管中每段都是由4个发光二极管串联构成，若数码管驱动电源为12V，试采用74LS247译码电路设计该数码管的驱动电路（可用ULN2803）。

解：

..+5V1131211109151411111174LS04.+12V.4537126BI/RBORBILTABCD74247abcdefg数码管123456789IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8GNDOUT 1OUT 2OUT 3OUT 4OUT 5OUT 6OUT 7OUT 8COM181716151413121110..240Ωx 874LS04/62803.

图中，流过数码管中发光二极管电流为：（12V-1.8×4）/240Ω=20mA。

【题12-10】 试采用MOC3063设计一个74LS04输出有效高电平驱动交流220V、5A电炉丝负载的电炉。

.+5VRD1kΩ12...U1MOC306365R2330ΩD1BTA12AC 220V39ΩNA2A1Rs0.01μFCsLJQ1.1RB3kΩQ13过零检测.4R3360ΩG交流负载74LS049013.

【题12-11】 试用74LS244、74LS76、74LS247、门电路和三极管设计一个4位共阳数码管扫描显示电路。

解：该例原理图如下：

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.+5V1JC11KFF1&&&...74LS76+12VCLK1JC11KFF0&74061kΩ470Ω1kΩ9012470Ω1kΩ9012470Ω1kΩ9012470Ω9012383838374LS76+5V124681911131517ENA1A2A3A4ENA5A6A7A874LS244..7406共阳数码管..8..abcdefghabcdefghabcdefghBCD1BCD2VCCY1Y2Y3Y4Y1Y2Y3Y4GND2018161412975310764211907642119076421190764211905554537126BI/RBORBILTABCD74LS247abcdefg1312111091514BCD3BCD4124681911131517ENA1A2A3A4ENA5A6A7A874LS244.VCCY1Y2Y3Y4Y1Y2Y3Y4GND.2018161412975310.5470Ωabcdefgh

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ooh7.html