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 mVV R R V IN FO 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 FO 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11-3D 3 D 2 D 1 D 0 V O 0 0 0 1 －0.625V0 0 1 1 －0.625V －1.25V=1.875 0 1 0 0 －2.5V0 1 0 1 －0.625V －2.5V=3.125V1 1 0 －2.5V －1.25=3.750 1 1 1 －0.625V － 2.5V－1.25=4.375V 15V【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 5625.151650101254===）（【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 VV D D V V n n REF O 5625.15165010125~240==-=-=）（）（【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 OD D D D 0123....1111111174LS00+12V20kΩ20kΩ20kΩ20kΩ20kΩ10kΩ10kΩ10kΩ1kΩ1kΩ1kΩ1kΩ15V1kΩ740674LS04...R0(1)12R0(2)1310911548A B A B C DCK CK Q Q Q Q 74LS293&CLK LM358RESET5V....V IN...图题11-7解：D3=1时，V V V O 6221234==，D3=0时，V O =0。

D2=1时，V V V O 3221224==，D2=0时，V O =0。

D1=1时，V V V O 5.1221214==，D1=0时，V O =0。

D0=1时，V V V O 75.0221204==，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 2278.025617515525615161≈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 3D34D25D16D07VREF8Rfb 9GND10IOUT111IOUT212D713D614D515D416XFER 17WR218ILE 19VCC20DAC08321－2+348LM258+5V+5V1kΩTL431+2.5V+5VU1U2U3...10k Ω10k Ω+12V...R 1R 2R 3-12VV o utCLR 1LOAD 9ENT 10ENP 7CLK 2RCO 15A 314B 413C 512D 611A B C DQ Q Q Q 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。

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+5V510ΩV 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：+5VKEYR 1R 2C 11kΩ20Ω33μFV O74LS14.....【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 Ω0.1u F+5V10k Ω数字系统输入12V.CO MLE DR 1C 1SW...V OBAT..【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：+5V510ΩCLR 1LOAD 9ENT 10ENP 7CLK 2RCO 15A 314B 413C 512D 611Q Q Q Q A B C D741601510Ω1510Ω1510Ω1....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 13R C K12S E R 14SR C L R 10S R C K 11Q A 15Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 19U 74H C 595G 13R C K12S E R 14S R C L R10S R C K 11Q A 15Q B 1Q C 2Q D 3Q E 4Q F 5Q G 6Q H 7Q H 19U 74H C 595DATARCKSRCKHQwa 11b 7c 4d 2e 1f 10g 5h3112293846SM2a 11b 7c 4d 2e 1f 10g 5h3112293846SM1n1n2n3n4n5n6n7n8.b c d e f g h an 5n 6n 7n 8n 1n 2n 3n 4.510Ω x 8...+5V..12【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..123RLYD11N4148Q19013&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..74HC04/61N40013.3kΩ33k Ω90131234TLP521-1R 1U 1R 2R 3RY 1D 1Q 1.330Ω.1TLP521二极管的电流为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。