第11章数模与模数转换器习题与参考答案(最新整理)

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
－ 0.625V－ 01 1 1
1.25=4.375V
2.5V－
1 0 0 0 5V
图题 11-3
1
【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
52V4（0101）
5V 16
5
1.5625V
【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： VO
52V8（10011001）
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：
.
.
.
.
hgf edcba .
15 1 2 3 4 5 6 7 9
QH1
QH
QG
QF
74HC595
SRCK QE
SRCLR QD
QC
QB
QA
SER
RCK
G
DATA
. .
RCK
SRCK
13 12 10 11 14
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
+5V
.
+12V
R1 360¦¸
U1 1
D1 1N4001 4
【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。
时， VO
12V 24
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20
0.75V
，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VSTEP 5000mV / 28 19.5mV
. RY1
.
1
2
3 R2
74LS04/6
TLP521-1 . 3.3k¦¸ 33k¦¸ R3
Q1 9013
. .
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
1k¦¸
20k¦¸ 10k¦¸
VIN
1k¦¸
20k¦¸
VO
15V
LM358
.
. .
图题 11-7
解：D3=1
时， VO
12V 24
23
6V
，D3=0
时，VO=0。
D2=1
时， VO
12V 24
22
3V
，D2=0 时，VO=0。
D1=1
时， VO
12V 24
21
1.5V
，D1=0
时，VO=0。
D0=1
.
+12V
D1 1N4148 ¼ÌµçÆ÷
5.1k &
.
74LS00/4
Q1 .9013
1
2
.
3.
RLY
.
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，
7
IC=IB×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。
图题 11-2
解： VO
（1
RF R1
）VIN
1110mV
110mV
【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 D2 D1 D0 VO
0 0 0 1 －0.625V
.
.
12 13
R0(1) R0(2)
10 11
CKA CKB
QA 9
QB QC
5 4 8
QD
.
+12V
.
D0
D1 . D2
D3
1
1
1
1
74LS293
74LS04
.
1
1
1
1
CLK 1k¦¸
RESET
&
7406
1k¦¸
74LS00
.
20k¦¸
10k¦¸
5V
. 20k¦¸
.
.
.
1k¦¸
20k¦¸ 10k¦¸
.
KEY
.
【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）。
R1
.
+5V
SW 12V
2.4k¦¸ C1
0.1uF
.
BAT
LED COM
.
6
VO ÊäÈë
10k¦¸
.
Êý×Öϵͳ
.
.
【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：
【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 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
D1
. RY1
74HC04/6
U1
1N4001
1
1
4
.
.
2
3 R2
Q1
TLP521-1 . 3.3k¦¸
9013
R1 330¦¸
【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
VREF 15k
AF（16） 256
5V 15k
175 256
0.2278mA
. .
1 9 10
7 2 3 4 5 6
CLR LOAD
ENT ENP CLK A B C D
74160
..
RCO 15 14
Q A 13 Q B 12 Q C 11 QD
.
74LS04 1
1
1
1
. .
+5V
. .
510¦¸
510¦¸
510¦¸
510¦¸
【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
U1
.
13 12 10 11 14
G
QA
RCK
QB
QC
SRCLR QD
15 1 2 3 4 5 6 7 9
n8 n7 n6 n5 n4 n3 n2 n1
SRCK QE
QF
QG
510¦¸ x 8
QH
QH1
HQw .
n8 12 n7 9
1 2
n6 8 n5 6
3 4
SM2
74HC595
SER
U2
+5V
a b c d e f g h
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。
8
【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）。
5V 153 256
2.988V
【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
V2REnF（Dn
~
D0）
5V（0101） 24
5V 16
5
1.5625V
2
【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？
11 7 4 2 1 10 5 3
11 7 4 2 1 10 5 3
a b c d e f g h
n4 12 n3 9
1 2
.
n2 8 n1 6
3 4
SM1
【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：
33k¦¸ R3
. .
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
解：
N
VIN VREF（
VREF（ （ （ VREF（
（
256
4
【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）
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。
3
【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。
ILE CS WR1
XFER WR2
.
.
+5V
Rfb 9
R1
IOUT1 11 +2.5V
IOUT2 12
VREF
VCC GND GND
8
+5V 20 3 10
1k¦¸ U3
TL431 R2
10k¦¸
R3 +1. 2V 10k¦¸
8
2
£-
U2 1
3+
LM258
4
-12V
DAC0832
.
.
Vout .
*【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 11 章 数模与模数转换器 习题与参考答案
【题 11-1】 VO。
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
解：输出电压为：
图题 11-1
VO
RF R1
VIN
10 10mV
100mV
【题 11-2】 VO。
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
解：根据题意有原理图如下。
.
+5V
CLK
.
1 9 10 7 2 3 4 5 6
CLR LOAD ENT ENP CLK A B C D
RCO 15
QA QB QC QD
14 13 12 11
74161
&
7 6 5 4 16 15 14 13 +5V 19 1 2
17 18
U1
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
5
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：
.
+5V
510¦¸
.
KEY
VO .
.
【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
R1
1k¦¸
R2
C1
VO .
.
20¦¸
33¦ÌF
74LS14
解：
.
.
+5V
.
4 5 3 7 1 2 6
BI/RBO RBI LT A B C D
74247
a b c d e f g
13 12 11 10 9 15 14
74LS04 1 1 1 1 1 1 1 74LS04/6
【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？