第11章数模与模数转换器习题与参考答案教学教材

合集下载

数模和模数转换器教材

数模和模数转换器在计算机控制系统与智能化仪表中，用数字方法处理模拟信号时，必须先将模拟量转换成数字量。

这是因为在计算机控制系统和智能化仪表中，被测物理量如温度、压力、流量、位移、速度等都是模拟量，而这些数字系统只能接收数字量，所以，必须首先把传感器（有时需要通过变换器）输出的物理量转化成数字量，然后再送到数字系统进行数据处理，以便实现控制或进行显示。

同样，在数字通信和遥测技术中，发送端也要把模拟量变成数字量的形式，以便发送出去。

能够把模拟量转变为数字量的器件叫模拟-数字转换器（简称A/D转换器）。

反过来，计算机控制系统处理后的数字量输出一般不能直接用以控制执行机构，还必须把数字量转变成模拟量；数字通信系统也需在接收端把数字量还原成模拟量。

这些都必须由数字-模拟转换器（简称D/A转换器）来完成。

可见，A/D转换器和D/A转换器是计算机应用于自动化生产过程的必须器件，也是智能仪表和数字通信系统中不可少的器件。

D/A转换器和A/D转换器中的模拟量在电路中多以电流或电压的形式出现，因此转换器的类型很多，这里只介绍典型的数字-电压转换器和电压-数字转换器。

由于A/D转换是在D/A转换的基础上实现的，所以先讨论D/A转换器。

10.1 数模转换器(DAC)D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成电压或电流形式的模拟量输出。

因此，D/A 转换器可以看作是一个译码器。

一般线性D/A转换器，其输出模拟电压u和输入数字量D 之间成正比关系，即u O=K×D式中K为常数，D为二进制数字量，D=Dn-1Dn-2 0D/A转换器的一般结构如图10-1所示。

图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。

n位锁存器的并行输出分别控制n个电子开关的工作状态。

通过电子开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。

并非所有的D/A转换器都具有这几个部分，但虚框内的部分是必不少的。

现在我们来讨论如何把一个二进制的数值D转换成一个模拟电压u O，这是D/A转换的典型问题。

11 数模和模数转换

START CLOCK 启动时钟 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 8位A/D转换器逻辑控制和定时电路 8路模拟量选通开关逐次逼近寄存器 SAR 三态输出数据锁存器
8 路模拟信号输入
转换结束 EOC D0 (LSB) D1 D2 8位 D3 数据 D4 输出 D5 D6 D7 (MSB) 输出有效控制 OE

Байду номын сангаас
例如±（1/2）LSB。如果分辨率为8位，则它的精度是： ±（1/2）（1/256）＝±1/512 ④线性误差当数字量变化时,D/A转换器输出的模拟量按比例关系变化的程度。 2. D/A和微机接口技术的关键 D/A转换器可视为微机的一种外围设备，实现D/A转换器和微机接口技术的关键是数据锁存问题。有些D/A芯片本身不带数据锁存器，而CPU向 D/A芯片输出一个数据只在DB上持续很短时间，所以必须用外部芯片，如用74LS273或8255A作为D/A 转换的数据锁存器。

CALL L2：DEC OUT OUT CALL CMP JNZ OUT OUT CALL ┇

DELAY2 AL ；产生梯形波下降部分波形 80H，AL 88H，AL DELAY1 AL 00H L2 80H，AL 88H，AL DELAY3；产生梯形波下降部分波形
例：转换8位，若电压满量程为5V，则能分辨的最小电压为：5V/256≈20mV；转换10位，若电压满量程为5V，则能分辨的最小电压为：5V/1024≈5Mv。 ② 转换时间：指数字量输入到转换输出稳定为止所需的时间； ③精度：指D/A实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位（LSB）作为衡量单位；

数模和模数转换习题解答

8-1 选择题1）一输入为十位二进制（n=10）的倒T 型电阻网络DAC 电路中，基准电压REF V 提供电流为 b 。

A. R V 10REF 2 B. RV 10REF 22⨯ C. R V REF D. R V i )2(REF ∑ 2）权电阻网络DAC 电路最小输出电压是 b 。

A. LSB 21V B. LSB V C. MSB V D. MSB 21V3）在D/A 转换电路中，输出模拟电压数值与输入的数字量之间 a 关系。

A.成正比B. 成反比C. 无4）ADC 的量化单位为S ，用舍尾取整法对采样值量化，则其量化误差m ax ε= b 。

A.0.5 SB. 1 SC. SD. 2 S5）在D/A 转换电路中，当输入全部为“0”时，输出电压等于 b 。

A.电源电压B. 0C. 基准电压6）在D/A 转换电路中，数字量的位数越多，分辨输出最小电压的能力 c 。

A.越稳定B. 越弱C. 越强7）在A/D 转换电路中，输出数字量与输入的模拟电压之间 a 关系。

A.成正比B. 成反比C. 无8）集成ADC0809可以锁存 8 模拟信号。

路 B. 8路 C. 10路 D. 16路5）双积分型ADC 的缺点是 a 。

A.转换速度较慢B. 转换时间不固定C. 对元件稳定性要求较高D. 电路较复杂8-2 填空题1）理想的DAC 转换特性应是使输出模拟量与输入数字量成__正比__。

转换精度是指DAC 输出的实际值和理论值__之差_。

2）将模拟量转换为数字量，采用 __A/D__ 转换器，将数字量转换为模拟量，采用__D/A_____ 转换器。

3）A/D 转换器的转换过程，可分为采样、保持及量化和编码 4个步骤。

4）A/D 转换电路的量化单位位S ，用四舍五入法对采样值量化，则其m ax ε= 。

5）在D/A 转换器的分辨率越高，分辨最小输出模拟量的能力越强；A/D 转换器的分辨率越高，分辨最小输入模拟量的能力越强。

《数字电子技术--刘汉华》第11章数模模数转换

？
D/A转换器的原理框图
基准电源
n位数字量输入
2021/6/10
数码寄存器
n位模拟开关
解码网络
图112.1 n位D/A转换器原理框图
解码网络
模拟量输出
5
一、权电阻网络D/A转权换电器阻网络
1.电路构成
由四部分组成：权电阻大器模拟开关
参考电源；
Most Significant
外接求和放大器；外接电阻。参考四位时的公式：
有O ：R 2 F 4 V R RRE(d F323d222 输d入121 数d020)
O
RFVREF 28 RR
字量
D
若取VREF=10V、RR=RF=5KΩ
则：
O
10 28
D
此时20，21/6输/10出模拟电压范围为：0~9.96V。
13
四、具有双极性输出的D/A转换器(以3位补码为例) 当输入数字量是带符号数时，就需要双极性输出的D/A转换器。带符号数以补码形式给出。输出为正、负极性的模拟电压。
2. 工作原理：
Bit
任务：求出输出模拟电压 o 与输入数字量d3d2d1d0间的关系。
o R F i Least Significant Bit 2.特点：
R F(I3I2I1I0)
1.电阻数量少，结构简单；
R 2V R RE(F 2 d0 3d 21 22 d2 1d 23 0)
2.电阻种类多，差别大，不易集成。
3. 集成D/A转换器CB7520简介：（十位）
可外接反馈电阻R
需外接运放
模拟开关电路：
2021/6/10
10
三、权电流型D/A转换器在权电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器中，

《数字电子技术基础》第五版：第11章数-模转换和模-数转换

可见量化误差最大达=1/8 V
方法二：取＝2/15 V，0 1/15 V 的电压以0×表示，则
模拟电压二进制编码
1V
13/15 V
111
代表的模拟电压电平
7＝14/15 V
11/15 V
110
6＝12/15 V
9/15 V
101
5＝10/15 V
7/15 V
100
4＝8/15 V
5/15 V 3/15 V
第11章数-模转换和模-数转换
11.1 概述 11.2 D/A转换器(DAC) 11.3 A/D转换器(ADC)
§11-1 概述
模拟量到数字量的转换称为模—数转换 A/D（Analog to Digital）实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter ADC）
I 24
(
d3
23
d2
22
d1
21
d0
20
)
I 24
D
运算放大器的输出电压为
VO
I
RF
IR F 24
D
若RF=R，并将I=VREF/R代入上式，则有
VO
VREF 24
D
N位倒T形电阻网络D/A转换器
di=1，Si接到运放反向输入端 di=0，Si接到运放同向输入端
都是虚地，各支路电流不会变化
T1 ( VI
0
R
)dt
T1 RC
VI
所以VO VI
第二步：S1 VREF 积分器作反相积分，至VO 0
VO
1 C
T2 VREF 0R
dt

(完整版)数模转换习题(含答案)

数模转换器和模数转换器1 常见的数模转换器有那几种？其各自的特点是什么？解数模转换器可分为二进制权电阻网络数模转换器和T型电阻网络数模转换器（包括倒T型电阻网络数模转换器）两大类。

权电阻网络数模转换器的优点是电路结构简单，可适用于各种有权码，缺点是电阻阻值范围太宽，品种较多，要在很宽的阻值范围内保证每个电阻都有很高的精度是极其困难的，因此在集成数模转换器中很少采用权电阻网络。

T形电阻网络数模转换器的优点是它只需R和2R两种阻值的电阻，这对选用高精度电阻和提高转换器的精度都是有利的。

2 某个数模转换器，要求10位二进制数能代表0～50V，试问此二进制数的最低位代表几伏？分析数模转换器输入二进制数的最低位代表最小输出电压。

数模转换器最小输出电压（对应的输入二进制数只有最低位为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）的比值为数模转换器的分辨率。

解由于该数模转换器是10位数模转换器，根据数模转换器分辨率的定义，最小输出电压u omin与最大输出电压u omax的比值为：由于V，所以此10位二进制数的最低位所代表的电压值为：（V）3 在如图1所示的电路中，若，，其最大输出电压u o是多少？图1 T型电阻网络数模转换器分析数模转换器的最大输出电压是输入二进制数的所有位全为1时所对应的输出电压。

解如图1所示电路是4位T型电阻网络数模转换器，当时，其输出电压u o为：显然，当d3、d2、d1、d0全为1时输出电压u o最大，为：（V）4 一个8位的T型电阻网络数模转换器，设，，试求d7～d分别为11111111、11000000、00000001时的输出电压u o。

分析当时，8位T型电阻网络数模转换器数的输出电压u o为：解当时有：（V）当时有：（V）当时有：（V）5 如图2所示电路是4位二进制数权电阻网络数模转换器的原理图，已知，kΩ，kΩ。

试推导输出电压u o与输入的数字量d3、d2、d、d0的关系式，并求当d3d2d1d0为0110时输出模拟电压u o的值。

第11章模数和数模转换接口技术

换。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
13 14 15 16 4 5 6 7 19 & LE=1 时，输出数据跟随输入 CS WR1 WR2 XFER 1 2 18 17 & & LE=0 时，数据被所存 20 10 VCC DGND LE1 LE2 3 AGND 8位输入寄存器 8位 DAC 寄存器 8位 D/A 转换器 Rfb 9 Rfb
分辨率也可以表示为。若n位D/A转换器转换后的电压满
量程为5V，则它能分辨的最小电压为 V。例如，8位D/A 转换器的最小分辨电压为19.53mV，而10位D/A转换器的最
小分辨电压为4.88mV。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术 ② 转换误差（error）指D/A转换器实际输出的模拟量与理论输出模拟量之间的差值。转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差、基准电源的不稳定、运算放大器的零漂等都是误差的来源。D/A转换器的绝对误差（或绝对精度）是指加入最大数字量（全1）时D/A转换器的理论值与实际值之差，该误差值应小于LSB/2。
DAC8032
VOUT2
图11-3 典型的单极性输出方式
图11-4 DAC0832双极性输出电路
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
11.1.3 DAC0832与单片机的接口及编程
根据对 DAC0832 的输入寄存器和 DAC 寄存器的不同控制方法， DAC0832 有 3 种工作方式：直通型、单缓冲型和双缓冲型。直通型：当DAC0832芯片的CS、WR1、WR2和XFER全部接地，而ILE接+5V时，DAC0832芯片处于直通型工作方式。数字

数模及模数转换器习题解答

自我检测题1．就实质而言，D/A 转换器类似于译码器，A/D 转换器类似于编码器。

2．电压比较器相当于1位A/D 转换器。

3．A/D 转换的过程可分为采样、保持、量化、编码4个步骤。

4．就逐次逼近型和双积分型两种A/D 转换器而言，双积分型的抗干扰能力强，逐次逼近型的转换速度快。

5．A/D6．8位D/A 转换器当输入数字量只有最低位为1时，输出电压为，若输入数字量只有最高位为1。

A ． C ． D ．都不是 7．D/A 转换器的主要参数有、转换精度和转换速度。

A ．分辨率B ．输入电阻C ．输出电阻D ．参考电压8．图所示R-2R 网络型D/A 转换器的转换公式为。

图A ．∑=⨯-=303REFo 22i i iD V v B ．∑=⨯-=304REF o 2232i i i D V vD ．∑=⨯=304REFo 22i i i D V v9．D/A 转换器可能存在哪几种转换误差？试分析误差的特点及其产生误差的原因。

解：D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标，通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。

偏移误差是指D/A 转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。

增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。

D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差，这种误差称为非线性误差。

10．比较权电阻型、R -2R 网络型、权电流型等D/A 转换器的特点，结合制造工艺、转换的精度和转换的速度等方面比较。

解：权电阻型D/A 转换器的精度取决于权电阻精度和外接参考电源精度。

由于其阻值范围太宽，很难保证每个电阻均有很高精度，因此在集成D/A 转换器中很少采用。

R -2R 网络型D/A 转换器电阻网络中只有R 和2R 两种阻值的电阻，且比值为2。

虽然集成电路技术制造的电阻值精度不高，但可以较精确地控制不同电阻之间的比值，从而使R -2R 网络型D/A 转换器获得较高精度。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第11章数模与模数转换器习题与参考答案精品文档

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第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：

mVmVVRRVINFO10010101

【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：mVmVVRRVINFO110101111）（【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。

图题11-3

D3 D2 D1 D0 VO 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 0 1 1 0 －2.5V－1.25=3.75

0 1 1 1 －0.625V－2.5V－1.25=4.375V

1 0 0 0 5V 精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除【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：V

VVVO5625.15165010125

4）（

【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？

解：V

VVVO988.215325651001100125

8）（

【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：VVVDDVVnnREFO5625.15165010125~240）（）（精品文档

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除【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？

DDDD

0123

1111111174LS00

+12V

20kΩ20kΩ20kΩ20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ10kΩ1kΩ1kΩ1kΩ1kΩ15V1kΩ740674LS04.

R0(1)12R0(2)1310911548ABABCDCKCKQQQQ

74LS293

&CLK

LM358

RESET5V.

.VIN

图题11-7 解：D3=1时，VVVO6221234，D3=0时，VO=0。

D2=1时，VVVO3221224，D2=0时，VO=0。 D1=1时，VVVO5.1221214，D1=0时，VO=0。 D0=1时，VVVO75.0221204，D0=0时，VO=0 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mVmVV

STEP5.192/50008

分辨率为：%39.00039.05000/5.195000/mVV

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 精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除可知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IOUT1是多少？

解：mAkVAFkVIREFOUT2278.025617515525615161）（

【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？精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除解：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：INREFREFREF256VVNVV（）（）（）

【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。

CS1WR12GND3D34D25D16D07VREF8Rfb9GND10IOUT111IOUT212D713D614D515D416XFER17WR218ILE19VCC20DAC08321－2+34

LM258+5V+5V

1kΩTL431+2.5V+5VU1U2U3...10kΩ10kΩ+12V...R1R2R3-12VVoutCLR1LOAD9ENT10ENP7CLK2RCO15A314B413C512D611A

BCD

QQQQ

74161

&+5VCLK.

*【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。精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第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+5V510ΩVO.

.. 【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：精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 +5V

KEYR1

1kΩ

20Ω33μFVO74LS14..

.. 【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）。

2.4kΩ0.1uF

+5V

10kΩ数字系统

输入12V.COMLED

...VO

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：

+5V510ΩCLR1LOAD9ENT10ENP7CLK2RCO15A314

B413C512D611Q

QQQ

ABCD

74160

1510Ω1

510Ω1

...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：