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V O 。
图题11-1
解：输出电压为：
mV mV
V R R V IN F
O 10010101
=?=-
=
【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V O 。
图题11-2
解：mV mV V R R V IN F
O 110101111
=?=+
=）（ 【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V O 。
图题11-3
D 3 D 2 D 1 D 0 V O 0 0 0 1 －0.625V
0 0 1 1 －0.625V －1.25V=1.875 0 1 0 0 －2.5V
0 1 0 1 －0.625V －2.5V=3.125V
1 1 0 －2.5V －1.25=3.75
0 1 1 1 －0.625V － 2.5V
－
1.25=4.375V 1
5V
【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。
图题11-4
解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.1516501012
54
===）（
【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V O 是多少？
解：V V V V O 988.2153256510011001258
≈==）（
【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。
图题11-6
解：V V
V D D V V n n REF O 5625.1516501012
5~24
0==-=-
=）（）（
【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V IN =7.5V ，D 3～D 0是多少？
V O
D D D D 0123
.
.
.
.
1
1
1
1
1
1
1
1
74LS00
+12V
20kΩ
20kΩ
20kΩ
20kΩ20kΩ
10kΩ
10kΩ
10kΩ1kΩ
1kΩ
1kΩ
1kΩ
15V
1kΩ
7406
74LS04
.
.
.
R0(1)12R0(2)1310911
548
A B A B C D
CK CK Q Q Q Q 74LS293
&
CLK LM358
RESET
5V
.
.
..
V IN
..
.
图题11-7
解：D3=1时，V V V O 622123
4
==，D3=0时，V O =0。 D2=1时，V V V O 322122
4
==，D2=0时，V O =0。 D1=1时，V V V O 5.122121
4
==
，D1=0时，V O =0。 D0=1时，V V V O 75.022120
4
==
，D0=0时，V O =0 由此可知：输入电压为7.5V ，D3~D0=1101，这时V O =6V+1.5V+0.75V=8.25V ，大于输入电压V IN =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mV mV V STEP 5.192/50008==
分辨率为：%39.00039.05000/5.195000/===mV V STEP
【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。
【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I OUT1是多少？
解：mA k V AF k V I REF OUT 2278.0256
17515525615161≈Ω=Ω=）
（
【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T C ，则最小转换
时间是nT C 。
【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？
解：IN REF REF REF 256V V N V V -+--=
-（）
（）（）
【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。
CS 1WR12GND 3D34D25D16D07VREF
8
Rfb 9GND
10
IOUT111IOUT2
12
D713D614D515D416XFER 17WR218
ILE 19VCC
20DAC0832
1－
2+
3
4
8
LM258
+5V
+5V
1kΩTL431
+2.5V
+5V
U
1
U
2
U
3
...
10k Ω
10k Ω
+12V
.
.
.R 1
R 2
R 3
-12V
V o ut
CLR 1LOAD 9ENT 10ENP 7CLK 2RCO 15A 314B 413C 512D 6
11
A B C D
Q Q Q Q 74161
&
+5V
CLK
.
.
*【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。
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：
KEY
+5V
510Ω
V O
.
.
.
.
【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：
+5V
KEY
R 1
R 2
C 1
1kΩ
20Ω
33μF
V O
74LS14
.
.
.
.
.
【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 ）。
2.4k Ω
0.1u F
+5V
10k Ω
数字系统
输入
12V
.
CO M
LE D
R 1
C 1
SW
..
.
V O
BAT
.
.
【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：
+5V
510ΩCLR 1LOAD 9ENT 10ENP 7CLK 2RCO 15A 314B 413C 512D 6
11
Q Q Q Q A B C D
74160
1510Ω1510Ω1510Ω
1
.
.
.
.
74LS04
..
...
【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：
.
.
.
G 13
R C K
12
S E R 14
S
R C L R 10S R C K 11
Q A 15
Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 1
9
U 74H C 595G 13R C K
12
S E R 14
S R C L R
10S R C K 11
Q A 15
Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 1
9
U 74H C 595DATA
RCK
SRCK
HQw
a 11
b 7
c 4
d 2
e 1
f 10
g 5
h
3
112293846
SM2
a 11
b 7
c 4
d 2
e 1
f 10
g 5h
3
112293846
SM1
n1
n2n3n4n5
n6n7n8.
b c d e f g h a
n 5n 6n 7n 8n 1
n 2n 3n 4.
510Ω x 8
.
..
+5V
.
.
1
2
【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：
5.1k
继电器
+12V
.
.
123RLY
D1
1N4148
Q19013
&74LS00/4
.
.
.
.
基极限流电阻R B =（V OH -0.7）/0.4mA=4.3k Ω，选 5.1k Ω。这里取V OH =2.4V ，
V BE =0.7V
验证：I B =（V OH -0.7）/5.1 k Ω=0.33mA ， I C =I B ×β=3.33×180=59mA
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
.
.
74HC04/6
1N40013.3kΩ33k Ω
9013
12
3
4TLP521-1
R 1U 1
R 2
R 3
RY 1
D 1
Q 1
.
330Ω
.
1
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
.
.
74LS04/6
1N40013.3kΩ33kΩ
9013
1
2
3
4TLP521-1
+5V
R 1U 1
R 2
R 3
RY 1
D 1
Q 1
.
360Ω
.
1
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。
【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：
4537126
1312111091514
A B C D LT RBI BI/RBO a b c d e f g
74247
240Ωx 8
.
IN 1IN 2IN 3IN 4IN 5IN 6IN 7IN 8GND
9
COM
10
OUT 11OUT 12OUT 13OUT 14OUT 15OUT 16OUT 17OUT 1812345678123456782803+12V
数码管
+5V
.
.
.
.
.
1
111111
74LS04
74LS04/6
.
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。
D BTA12
1
2
3
4
5
6过零检测
U MOC3063
+5V
74LS04
R 330Ω
R 360Ω
交流负载
N
AC 220V
LJQ ..
.
39Ω
0.01μF
Cs
Rs
A A G 231211
1
1
Q1
9013
RB 3kΩ
RD 1kΩ
..
.
.
【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：
EN 1A12Y43A24Y35A36Y27A48Y19GND
10
A511Y412A613Y314A715Y216A817
Y118EN 19VCC 2074LS244
4
537126
1312111091514
A B C D LT RBI BI/RBO a b c d e f g
74LS247
+5V
.
..
.
C11J 1K 74LS76
7406
9012
9012
+12V
470Ω
470Ω
1kΩ
1kΩ
470Ω
BCD BCD CLK
1
2
共阳数码管..
.
3
8
a 7
b 6g 10
f 9e 1d 2h
5
c 43
8
a 7
b 6g 10
f 9e 1d 2h
5
c 4.
7406
C11J 1K
74LS76+5V
FF1
FF0EN 1A12Y43A24Y35A36Y27A48Y19GND
10
A511Y412A613Y314A715Y216A817
Y118EN 19VCC 2074LS244
&
&
&&BCD BCD 3
4
.
3
8
a 7
b 6g 10
f 9e 1d 2h
5
c 49012
.
.
470Ω
1kΩ
1kΩ
470Ω
.
.
9012
3
8
a 7
b 6g 10
f 9e 1d 2h
5
c 4