第8章-数模和模数转换习题解答
数字电子技术第8章 模拟信号与数字信号的转换答案
一、填空题1. DAC ADC2. 采样 保持 量化 编码3. 最小输出模拟量 最小输入模拟量4. 2.565. 正比 之差6. 双积分型 逐次逼近型7. 分辨率8. 1个LSB 的输出变所对应的模拟量的范围 不可二、选择题1. B2. A3. A4. B5. C6. A三、计算与思考题1. 略2. 略3. 略4. 略5. 解：（1）当8位D/A 转换器的最小输出电压增量为0.02V 时，输入代码为01001101所对应的输出电压：U O =0.02（26+23+22+20）=1.54V 。
（2）由于D/A 转换器的转换误差为1/2LSB ，若要求D/A 转换器的精度小于0.25%（精度是转换误差与最大输出电压之比），则其分辨率应小于0.5%，因此这一8位D/A 转换器满足要求。
6. 解：V V LSB 005.010231101211010≈⨯=-⨯=2000005.01012==-N20002≈N11≈N所以，该电路输入二进制数字量的位数Ｎ应是11。
7. 解：（1）当8位D/A 转换器的最小输出电压增量为0.02V 时，输入代码为01001101所对应的输出电压：U O =0.02（26+23+22+20）=1.54V 。
（2）8位D/A 转换器的分辨率百分数为：%3922.0%1001218=⨯- （3）由于D/A 转换器的转换误差为1/2LSB ，若要求D/A 转换器的精度小于0.25%（精度是转换误差与最大输出电压之比），则其分辨率应小于0.5%，因此这一8位D/A 转换器满足要求。
8. 解：因为N V u N REF i ⋅=2n REF i V u 2⋅=n REFi V u 2⋅= 所以，当输入电压为4.48Ｖ时，1157.114256448.021048.482≈≈⨯=⨯=N （采用四舍五入法） 转换成二进制数为01110011。
当输入电压为7.81Ｖ时，2009.199256781.021081.782≈≈⨯=⨯=N （采用四舍五入法） 转换成二进制数为11001000。
模数转换与数模转换电路问答
模数转换与数模转换电路问答No. 001Σ-Δ型模数转换器与传统的A/D转换器有什么差别？Σ-Δ型模数转换器由Σ-Δ调制器和数字抽取滤波器组成，Σ-Δ调制器量化对象不是传统A/D转换器中信号采样点的幅值，而是相邻两个采样点幅值之间的差值，并将这种值编码为1位的数字信号输出；数字抽取滤波器则具有数字抽取（重采样）和低通滤波的双重功能。
它和传统滤波器最大的差别在于：传统的A/D转换器可以多个通道模拟信号输入共用一个转换器，而Σ-Δ型模数转换器是一个通道一个转换器，传统的A/D转换器每一通道的前端都需要一个抗混叠滤波器，而Σ-Δ型模数转换器因其数字抽取滤波器具有低通滤波功能而避免了混叠失真，所以不需要此器件。
No. 002I2C接口9通道14位电流DAC MAX5112的性能如何？MAX5112是一款14位、9通道电流输出数/模转换器（DAC）（见图1）。
该器件工作在低至3.0V电源，并提供14位的性能，而无需任何调整。
图1MAX5112的内部功能框图器件输出范围优化用于偏置大功率可调节激光源，9个通道中每一路都带有电流源。
并行连接DAC输出可获得额外电流或更高的分辨率。
器件包含内部基准。
I2C兼容接口能够以高达400MHz的时钟速率驱动器件，通过高电平有效的异步CLR输入能够将DAC复位至0，无需使用串口。
器件为驱动接口逻辑电路提供独立的电源输入。
MAX5112工作在-40℃～+105℃温度范围，提供3mm×3mm、36焊球WLP 和5mm×5mm、32引脚TQFN封装。
MAX5112的特点和优势：●低至3.0V的供电电压●集成多路复用器用于输出1和输出2●并行连接输出可增大电流或提高分辨率●I2C兼容串行接口●内部基准●过热保护●-40℃～+105℃温度范围●提供36焊球WLP或32引脚TQFN封装No. 003A/D前都需要加抗混叠滤波器吗？根据奈奎斯特采样定律，A/D的采样频率fs必须高于信号最高频率的两倍，因此一般A/D在进行数模转换前，都会在A/D前加一个抗混迭滤波器，滤去fs/2以上的频率，消除混迭失真的影响。
第8章-数模和模数转换习题解答
思考题与习题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 2B. 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 21VB. LSB VC. MSB VD. MSB 21V 3）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. 1.5 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。
A.4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= 0.5s 。
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。
第八章 数模、模数转换器
上一页 下一页 返回
A/D转换器 8.2 A/D转换器
用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫做编码。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫做编码。 由于数字量的位数有限，一个n位的二进制数只能表示2 由于数字量的位数有限，一个n位的二进制数只能表示2n 个值，因而任何一个采样-保持信号的幅值， 个值，因而任何一个采样-保持信号的幅值，只能近似地逼近 某一个离散的数字量。 某一个离散的数字量。因此在量化过程中不可避免的会产生 误差，通常把这种误差称为量化误差。显然，在量化过程中， 误差，通常把这种误差称为量化误差。显然，在量化过程中， 量化级分得越多，量化误差就越小。 量化级分得越多，量化误差就越小。
上一页 下一页 返回
A/D转换器 8.2 A/D转换器
3．逐次逼近型模-数转换器 逐次逼近型模逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、 逐次逼近型模-数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼 近寄存器、 数转换器和电压比较器等几部分组成， 近寄存器、模-数转换器和电压比较器等几部分组成，其原理 框图如图 12所示 所示。 框图如图8-12所示。 一次转换过程如表 一次转换过程如表8-3和图8-15所示。 15所示。 所示
上一页 下一页 返回
D/A转换器 8.1 D/A转换器
8.1.3 T形电阻网络D/A转换器 T形电阻网络D/A转换器 形电阻网络D/A
为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差过大的缺 为了克服权电阻网络D/A转换器中电阻阻值相差过大的缺 D/A 点，又研制出了如图8-3所示的T形电阻网络D/A转换器，由R 又研制出了如图 所示的T形电阻网络D/A转换器， D/A转换器 和2R两种阻值的电阻组成T形电阻网络（或称梯形电阻网络） 2R两种阻值的电阻组成T形电阻网络（或称梯形电阻网络） 两种阻值的电阻组成 为集成电路的设计和制作带来了很大方便。网络的输出端接 为集成电路的设计和制作带来了很大方便。 到运算放大器的反相输入端。 到运算放大器的反相输入端。 提高转换速度和减小尖峰脉冲的有效方法是将图 提高转换速度和减小尖峰脉冲的有效方法是将图8-4电路 改成倒T形电阻网络D/A转换电路， D/A转换电路 所示。 改成倒T形电阻网络D/A转换电路，如图8-6所示。
第8章模数及数模转换
D0
…
D/A 转换器
V(或I)
8.2 D/A转换器
❖ 8.2.1 权电阻网络D/A转换器
❖ 图是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，由模拟电子开关阵列、权电阻网络、
运算放大器和基准参考电压源组成。
D3
D2
D1
D0
VREF
数字寄存器
Ｓ3
Ｓ2
Ｓ1
Ｓ0
RF
R
2R
4R
8R
—
V
＋
8.2 D/A转换器
❖ (1)数码寄存器：在锁存指令控制下，将输入数字量D3～D0存入寄存器中，使得 在一次完整的转换过程中输入的数字量保持稳定。
8.3 A/D转换器
❖ 8.3.1 A/D转换的基本原理
❖ A/D转换的功能就是将模拟信号转换为对应的数字信号。通常要求这种转换是线 性的，使得每次转换产生的若干位数字量可以真实地反映当前模拟量的大小。
采样
保持
量化
编码
Vi
S
Vs
Vo
C
S (t) ( a)
8.3 A/D转换器
❖ 通常采样和保持是由采样保持电路来实现的，
❖ 当第三个CP脉冲到达后，节拍脉冲CP2的下降沿使JK触发器FF1的输出Q1为0， FF0被直接置为l，Q2Q1Q0=D2D1D0=101，3位D/A转换器输出的比较电压为 VR=5V，此时因Vi>VR，故比较器输出仍为CO =l，各JK触发器的J=1，K=0。
8.2 D/A转换器
❖ 8.2.3 权电流型D/A转换器
❖ 上述两种D/C转换器都是利用电子开关将基准电压接到电阻网络中去，由于电子 开关存在导通电阻和导通压降，而且其值也各不相同，不可避免会引起转换误差； 而权电流型D/A转换器是将一系列的电流源通过控制开关引导到负载上，可以很 好地克服上述两种D/C转换器存在的缺陷。
第8章数模转换器与模数转换器
R ∞
O1 O2
－
＋
uo
I /1 6
2R 2R
I /8
2R
I/4
2R
I/2
2R
I= V REF / R
R
A B
R
C
R
D
I/8
I/4
I/2
I
－VREF
1. 倒T形电阻网络DAC
（1）电阻译码网络
电阻译码网络由R及2R两种电阻接成倒T形构成。由于网络两个输出端O1，O2都处 于零电位（O1点为虚地），所以从A、B、C任一节点向左看等效电阻都是2R， 如图（b）所示，因此，基准源电流I为
数据总线 d0～d7 (CS1)① (CS2)② 数据1锁存到①输入锁存器 (WR1)① 数据1输入①输入锁存器 (WR1)② 数据2输入②输入锁存器 WR2(XFER) ILE＝1 D/A寄存器锁存 数据2锁存到②输入锁存器
刷新模拟输出
8.1 DAC
8.1.3 1.
DAC的主要参数
第8章 数模转换器与模数转换器
ADC与DAC在工业控制系统中的作用举例。
非电模拟量
传感器
模拟信号
ADC
数字信号
数字系统
数字信号
DAC
模拟信号
执行机构
8.1 DAC
8.1.1 D/A转换基本原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，每一位代码都有一定的 权值。例如，二进制数1010，第四位代码权是23，代码“1”表 示数值为“8”；第三位代码权是22 ，代码“0”表示这一位没有 数；第二位代码权是21 ，代码“1”表示数值为“2”；第一位代 码权是20，代码“0”表示这一位没有数，这样1010所代表的十 进制数是8×1＋4×0＋2×1＋1×0＝10。可见，数模转换只 要将数字量的每一位代码，按其权数值转换成相应的模拟量， 然后将各位模拟量相加，即得与数字量成正比的模拟量。
数模 模数转换
数模模数转换ADAD是把模拟信号转换为数字信号，便于计算机等数字控制器处理。
模拟信号转换为数字信号一般分为四个步骤进行，即取样、保持、量化和编码。
DADA指数模转换，顾名思义，就是把数字信号转换成模拟信号。
AD最关键的两个参数：分辨率（几位？）分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。
分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。
转换时间（频率）转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。
类似地，存储器几位（几根地址线）同样计算方法。
D/A A/D转换1．（╳）DAC0832是与MP兼容的12位D/A转换器。
2．5V电压经过10位A/D转换后，其电压分辨率近似为（C）。
A. 20mvB. 10 mvC. 5 mvD. 2.5 mv3．ADC0809是A/D转换芯片，其转换时间约为100μs，其分辨率为8位二进制。
4.选用A/D芯片时，考虑它的主要技术指标是转换时间、二进制位数等。
5.ADC 0809是多路输入，8位A/D转换电路，其转换时间为100 us。
6.（√）对20Hz ~ 10K Hz音频信号作A/D转换时，A/D转换芯片的转换时间（采样时间）至少应小于50μs。
7..（B ）对5V电压进行A/D采样，若要求对电压的最小分辩率为5mv，则A/D的转换位数为：A、8位二进制B、10位二进制C、12位二进制D、14位二进制8.设计一压力信息采集、存储、显示系统，要求因A/D转换器引入的误差小于千分之一，请回答：1画出系统的电路组成框图。
2说明选用A/D 转换器的主要技术指标。
3说明设计此系统的重点与难点。
答; A压力B.转换速度，由于压力变化速度慢，故一般A/D 均可适用；转换精度，由于要求A/D 转换器引入的误差小于千分之一，故A/D 的二进制位数至少10位，因为10位二进制有210=1024种状态，基本能满足要求。
数字电子技术基础 第08章数模和模数转换习题_图文
8.14 某双积分A/D转换器中，计数器为十进制计数器，其最大计数容量为(3000D。
已知计数时钟频率fCP=30kHz，积分器中R=100kΩ，C=1μF，输入电压uI的变化范围为0～5V。
试求： (1第一次积分时间 T1；(2求积分器的最大输出电压|UOmax|; (3当UREF=10V，第二次积分计数器计数值D=(150010时，输入电压的平均值UI为多少? 解: (1第一次积分时间T1=3000TCP=3000/30000=0.1s (2 U O max = D= T1 0.1 × 5 = 5V uIm ax = RC 100 × 103 × 1 × 10−6 (3由 N D 1500 U I , U I = U REF = × 10 = 5V U REF N 30008.15 某双积分A/D转换器如图8.17所示。
试问： (1若输入电压的最大值uImax=2V，要求分辨率小于等于0.1mV, 则二进制计数器的计数总容量应大于多少? (2需要用多少位二进制计数器? (3若时钟脉冲频率fCP=200kHz，则采样/保持时间为多少? (4若时钟脉冲频率fCP=200kHz，|uI|<|UREF|，已知UREF=2V，积分器输出电压uO 的最大值为5V，问积分时间常数RC为多少? 积分器解:(1二进制计数器的计数总容量 2/0.1^-3=20000 (2用15位二进制计数器 (3 则采样/保持时间为T1=1/(fCP×32768=0.16384s S2 C 过零比较器∞ uO A2 uC G 1 n位二进制计数器 CQ1 Q0R Qn-1 & uI -UREF S1 R A2 定时器Q 1D C1 QR ∞ CR CP Dn-1 数字量输出D1 D0 TC uIm ax 2 τ = RC = T1 = × 0.16384 = 0.066s uO 5 (48.16 某信号采集系统要求用一片A/D转换器芯片在 1s内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。
第8章-模-数和数-模转换器习题解答
复习思考题8-1 常见的D/A转换器的电路结构有哪些类型？它们各有什么特点？答：目前常用的有权电阻网络D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器和权电容网络D/A转换器等。
权电阻网络D/A转换器结构简单，所用的元件数较少，但电阻阻值相差太大，精度不够高。
倒T形电阻网络D/A转换器克服了阻值相差太大的缺点，但模拟开关存在导通电阻，容易引起误差。
权电流型D/A转换器采用恒流源电路，不受模拟开关导通电阻的影响，但是电路较为复杂。
8-2 D/A转换器的输出量是与输入量一定相等吗？答：一般情况下是不相等的，因为在转换的时候存在这样或那样的误差。
8-3 权电阻网络D/A转换器中的电阻值有什么关系？答：权电阻网络D/A转换器中电阻值的选择应遵循一定原则：流过各电阻支路的电流I i和对应D i位的权值成正比。
例如，对四位权电阻网络D/A转换器来说，数码最高位D3，其权值为23，驱动开关S3连接的电阻R3=23-3=20R；最低位D对应的驱动开关为S0，它连接的权电阻为R=23-0=23R。
因此，对于任意位D i，其权值为2i，驱动开关S i，连接的权电阻值为R i=2n-1-i R，即位权越大,对应的权电阻值就越小。
8-4 影响倒T形电阻网络D/A转换器转换精度的因素有哪些？答：首先，网络中两种电阻R和2R要保证严格的2倍关系。
其次，模拟开关存在导通电阻，为了保证支路的电流大小关系，模拟开关导通电阻也要按照相应的2的整数倍关系递增或递减。
在实际生产过程中，模拟开关导通电阻很难做到这一点。
8-5 D/A转换器的分辨率与A/D转换器的分辨率有何区别?答：D/A转换器分辨率：表示D/A转换器对输入微小量变化的感应程度，是理论上可以达到的精度。
其定义是指输入数字量最低有效位为1时，对应输出可分辨的电压变化量ΔU与最大输出电压Um之比。
A/D转换器分辨率：表示A/D转换器在理论上能够达到的精度，以输出二进制(或十进制)数的位数表示，它描述对输入信号的分辨能力。
(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。
数字电子技术基础 第08章数模和模数转换习题
U REF 9 i I OUT1 = 10 ∑ 2 Di 2 R i=0 U 由于V-=V+=0, I B = B ,因此If=Iout1+IB(KCL) RB 9 U REF U U NB U uO = − I f R f = − 10 R f ∑ 2i Di − B R f uO = − REF 10 R f − B R f RB R 2 RB 2 R i=0 由N B = 0时,uO = 5V,可得U B = 10V,RB = 2 R f
8.8 试分别求出八位D/A转换器和十位D/A转换器的分辨率各为多少?
1 1 = 分辨率8 = 8 2 − 1 255 1 1 = 分辨率10 = 10 2 − 1 1023
8.9 试说明影响D/A转换器转换精度的主要原因有哪 些。
答: D/A转换器的转换误差分为比例系数误差、失调误差和非线 性误差等几种类型。 比例系数误差指实际转换特性曲线的斜率与理想转换特性曲 线的斜率的偏差。它主要是由参考电压UREF的波动引起 的。 失调误差由运算放大器的零点漂移所引起的，使输出电压的 转移特性曲线发生平移，失调误差电压的大小与输入数 字量无关。 非线性误差是一种没有一定变化规律的误差，一般用在满刻 度范围内。引起非线性误差主要原因有模拟开关的导通 内阻和导通压降、电阻网络中电阻值的偏差等。
8.12 在图8.13所示并行比较型A/D转换器中，UREF=7V，试 问电路的最小量化单位Δ等于多少，当uI=2.4V时输出数字量 D2D1D0为多少，此时的量化误差ε为多少? 解: Δ=2/15×7=14/15V 数字量 D2D1D0=2.4/Δ=2.57=3=011 量化误差ε=Δ/2=7/15V
D0 D1 D2 D7 D8 D9 R AD7520 10kΩ IOUT1 IOUT2 S0 2R 2R S1 2R S2 2R S7 2R S8 2R 10kΩ R R R R R S9 2R 20kΩ UREF R A ∞ uO Rf
数模和模数转换器
第八章 数模和模数转换器
所以电路中的电流关系如下：
第八章 数模和模数转换器
流入运放反相端的总电流在二进制数D控制下的表达式为
第八章 数模和模数转换器
输出电压
由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模 拟量的转换。倒T形电阻网络由于其各支路电流不 随开关状态而变化，有很高的转换速度， 因此在 D/A转换器中被广泛使用。
2. ICL7106 A/D转换器 转换器 转换器
第八章 数模和模数转换器
ICL7106是双积分型CMOS工艺4位BCD码输出A/D转换器， 它包含双积分A/D转换电路、基准电压发生器、时钟脉冲产生 电路、自动极性变换、调零电路、七段译码器、LCD驱动器及 控制电路等。电路采用9 V单电源供电，CMOS差动输入， 可 直接驱动 位液晶显示器(LCD)。
3) 转换时间 转换时间 转换时间是A/D转换器完成一次从模拟量到数字 转换时间是A/D转换器完成一次从模拟量到数字 量的转换所需的时间，它反映了A/D转换器的转换速度。 量的转换所需的时间，它反映了A/D转换器的转换速度。
第八章 数模和模数转换器
8.2.2 典型的 典型的A/D转换器原理 转换器原理 1. 逐次比较型 逐次比较型A/D转换器 转换器
第八章 数模和模数转换器
在第二次积分结束时， 有 （8-3） 设CP脉冲的周期为TC，则式（7-3）可变为 即 （8-4）
（8-5）
第八章 数模和模数转换器
8.2.3 集成 集成A/D转换器及其应用 转换器及其应用 1. ADC0804 A/D转换器
图8-13 ADC0804外引线图
第八章 数模和模数转换器
1) 采样保持
第八章 数模和模数转换器
采样是在在时间上连续变化的信号中选出可供转换成数字 量的有限个点。根据采样定理，只要采样频率大于二倍的模拟 信号频谱中的最高频率， 就不会丢失模拟信号所携带的信息。 这样就把一个在时间上连续变化的模拟量变成了在时间上离散 的电信号。由于每次把采样电压转换成数字量都需要一定的时 间，因此在每次采样后必须将所采得的电压保持一段时间。 完 成这种功能的便是采样保持电路。图8-9示出了采样保持电路的 原理电路。
内工大微机原理 第八章 数模和模数转换器1
A/D转换器 8-3 A/D转换器
一、A/D转换器的功能 转换器的功能 将模拟量（电压或电流） 将模拟量（电压或电流）转换为与该数值成正 比的数字量输出 。 二、A/D转换器的类型 A/D转换器的类型 计数型 逐次逼近型 双积分型
1、计数型A/D转换器的转换原理 计数型A/D转换器的转换原理 A/D
0809转换时间大约为100µs，可在启动0809后，延时等 待100µs，此时可确定A/D已转换结束，直接采集数据。
如：设0809端口地址为98H，将通道7（IN7）的模拟 0809端口地址为98H，将通道7 IN7） 端口地址为98H 量转换为数字量送存AL。 量转换为数字量送存AL。 AL MOV OUT CALL IN AL， AL，0000 0111B 98H， 98H，AL D150µ D150µs AL， AL，98H ；选择IN7 选择IN7 ；启动A/D转换器 启动A/D转换器 A/D ；延时150 µs 延时150 ；采集数据
2、逐次逼近型A/D转换器的转换原理 逐次逼近型A/D转换器的转换原理 A/D
输出数字量1000 0000
逐次逼近型A/D转换器的 逐次逼近型A/D转换器的 A/D 转换原理与计数型基本相 同，但转换速度快。 但转换速度快。
N
模拟输入>D/A转换值？
Y
输出数字量0100 0000 输出数字量1100 0000
输入数字量
8-2 DAC0832
一、DAC0832的结构及主要管脚
说明： 1、当ILE、CS、WR1有效时,输入寄存器的输出随输入而变。 输入寄存器的输出随输入而变。 输入寄存器的输出随输入而变 DAC寄存器的输出随输入而变。 2、当XFER、WR2有效时,DAC寄存器的输出随输入而变。 DAC寄存器的输出随输入而变 任一控制信号无效时，数据则被锁存 锁存。 锁存 3、0832D/A转换器为电流输出型（数字量 需要外接运算放大器将电流转换为电压。 4、0832采用双缓冲器(锁存器)结构,提供三种工作方式。 三种工作方式。 三种工作方式 ①无缓方式 ②单缓方式 ③双缓方式 电流），
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0.02V，若输入数字量只有最高位为1时，则输出电压为V。
A．0.039 B．2.56 C．1.27 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T7.8所示R-2R网络型D/A转换器的转换公式为。
V REFv O图T7.8A ．∑=⨯-=303REF o 22i iiD V vB ．∑=⨯-=304REFo 2232i iiD V vD ．∑=⨯=34REF o 22i iiD 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。
数字逻辑第8章习题解答
习题8.1 解释下列名词：分辨率、转换精度、转换时间、量化、量化单位。
略（见书）8.2 数字量和模拟量有何区别?D/A 转换和A/D 转换在数字系统中有何主要作用? 略（见书）8.3 一个D/A 转换器应包含哪几部分，它们的功能是什么? 略（见书）8.4 一个8位D/A 转换器的分辨率为多少？ 解：n 位D/A 转换器的分辨率为121n-，因此8位D/A 转换器的分辨率为814%21=-。
8.5 图8.4所示电路为4位T 形电阻D/A 转换器。
1)试分析其工作原理，求出V O 的表达式； 2)如果已知n=8位的D/A 转换器中，V REF =-10V ，R f =3R ，输入D=11010100时，输出电压值；3)如果R f =2R ，对应(2)中的输出电压V O 又是多少？解：1）S 3、S 2、S 1、S 0为模拟开关，分别受输入代码d 3、d 2、d 1、d 0的状态控制，也就是说输入代码的高低电平状态可控制流入集成运放A 反相输入端的电流，也就控制了输出电压的大小。
从而使得输出电压与输入的数字代码成比例关系。
输出电压表达式为：3210R E F O 32104321R E F R E F 321044(2222)323(2222)22V V d d d d R R V V d d d d D=-⨯+⨯+⨯+⨯⋅⋅=-⨯+⨯+⨯+⨯=-2）如果已知n =8位的D/A 转换器中，V REF =-10V ，R f =3R ，输入D =11010100时，同理可推出n =8位的D/A 转换器的输出电压R E F O 82V V D =-，即O 8.3V V ≈。
3）如果R f =2R ，对应（2）中的输出电压为R E F R E F O 88222332V V V D R D R=-⋅=-⋅⋅。
8.6 一个8位D/A 转换器，求：1)最小输出电压增量V LSB =0.02V ，当输入代码为01001101时，输出电压V O 为多少？2)若其分辨率用百分数表示，则为多少？3)若某一系统中要求的精度为0.25%，能不能用该D/A 转换器。
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：—= —!—-0.001如迪210-1 1C23由于；二工：=V，所以此10位二进制数的最低位所代表的电压值为：丄 5 - ------ （V）3 在如图1所示的电路中，若i - " ,1 ：,其最大输出电压u o是多少？4 一个8位的T型电阻网络数模转换器，设，；：1d o分别为11111111、11000000 00000001 时的输出电压u。
分析当- V时，8位T型电阻网络数模转换器数的输出电压u0=_ 冬仙-27"丽一¥ “ 一2s +- - 24a3 23+ 21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，当亠出电压U o为：1时所对时，其输= 一^"@3 -卩4令■ 2^ 4-dj ■ 21+ ■ 2°)显然，当d a> d2、d i、d o全为1时输出电压U o最大，为：+ 沪+ 2°J = -4.d875(V)，试求d7〜U o为：儿2°)当」•-，」..A 时有:当 J _ ] - 1 1 1时有.当 1 .■■ ' ■"'I 1 111〔I 时有: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% JIW , K = iDk Q,耳二5k Q 。
模拟输入通道(数模、模数转换)
；中断服务程序入口
；置数据区首地址 ; 转换通道数 ；为边沿触发方式 ；开中断 ；允许中断 ；指向IN0通道 ；启动A/D转换 ；等待中断
2021/7/1
26
PINT1 NEXT:
ORG 2100H
转换后数据
MOV @R1，A ；数据存入RAM中
INC R1
二、双积分式ADC的转换原理
标准电压
积分器输出
VIN
－
比较器
＋
计
数
器
时钟 控制逻辑
T2’
t
T2 =
T1 VREF
VIN
2021/7/1
T1
N D= VREF VIN
T2 18
8.2.2 ADC0809芯片及其与单片机的接口
主要性能为： 分辨率为８位； 单+5V供电，模拟输入电压范围为0～＋5V； ８路模拟输入； 可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容； 时钟频率范围：典型值为时钟频率640KHz，转换时间约为 100μS。
2021/7/1
35
四、固态继电器输出接口
固态继电器（SSR）是近年发展起来的一种新型电子继电 器，其输入控制电流小，用TTL、HTL、COMS等集成电 路或加简单的辅助电路就可直接驱动，具有无机械噪声、 无抖动和回跳、开关速度快、体积小、重量轻、寿命长、 工作可靠等特点，并且耐冲力、抗潮湿、抗腐蚀，因此在 微机测控等领域中。
MAIN: MOV R1，#30H
；置数据区首地址
MOV DPTR，#7FF8H
；指向０通道
MOV R7，#08H
；置通道数
LOOP: MOVX @DPTR，A
；启动A/D转换
JNB P3.3,$
- 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)。
思考题与习题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 2B. 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 21VB. LSB VC. MSB VD. MSB 21V 3）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. 1.5 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。
A.4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= 0.5s 。
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。
6）A/D 转换过程中，量化误差是指 1个LSB 的输出变所对应的模拟量的范围 ，量化误差是 不可 消除的。
8-3 要求某DAC 电路输出的最小分辨电压LSB V 约为5m Ｖ，最大满度输出电压m U =10Ｖ，试求该电路输入二进制数字量的位数Ｎ应是多少？解： V V LSB 005.010231101211010≈⨯=-⨯=2000005.01012==-N20002≈N11≈N所以，该电路输入二进制数字量的位数Ｎ应是11。
8-4 已知某DAC 电路输入10位二进制数，最大满度输出电压m U =5Ｖ，试求分辨率和最小分辨电压。
解：其分辨率为0.1%=≈=-001.010********因为最大满度输出电压为5Ｖ，所以，10位DAC 能分辨的最小电压为：mV V V LSB 5005.0102315121510=≈⨯=-⨯=8-5 设REF V =+5Ｖ，试计算当DAC0832的数字输入量分别为7FH ，81H ，F3H 时（后缀H 的含义是指该数为十六进制数）的模拟输出电压值。
解：若采用内部反馈电阻，当DAC0832的数字输入量为7FH 时，因为7FH 的数值为127，所以模拟输出电压值为：V D V D R R V R i u REF fREF f o o 48.212725652288-≈⨯-=⋅-=⋅⋅⋅-=-= 当DAC0832的数字输入量为81H 时，因为81H 的数值为129，所以模拟输出电压值为：V D V D R R V R i u REF fREF f o o 52.212925652288-≈⨯-=⋅-=⋅⋅⋅-=-= 当DAC0832的数字输入量为F3H 时，因为F3H 的数值为243，所以模拟输出电压值为：V D V D R R V R i u REF f REF f o o 75.424325652288-≈⨯-=⋅-=⋅⋅⋅-=-=8-6 在AD7520电路中，若DD V =10Ｖ，输入十位二进制数为()10110101012，试求：1）其输出模拟电流o i 为何值（已知k Ω10=R ）？2）当k Ω10F ==R R 时，外接运放Ａ后，输出电压应为何值？解：1）其输出模拟电流o i 为o i =⋅⋅V R D REF 210mA 708.01024725)141664128512(2101010≈=+++++⋅⋅= 2）当Ω==k R R f 10时，外接运放Ａ后，输出电压应为f o o R i u -=V 08.710708.0-=⨯-=8-7 用DAC0832和4位二进制计数器74LS161，设计一个阶梯脉冲发生器。
要求有15个阶梯，每个阶梯高0.5Ｖ。
请选择基准电源电压REF V ，并画出电路图。
解：要求设计的阶梯波脉冲有15个阶梯，也即需要将参考电源分为16等分，所以参考电源的大小应为VREF=16*0.5=-8V 。
将74LS 的4位输出连接到DAC 的D7-D4上，而D3-D0接地，这样通过计数器输出的16个计数状态，就可以从DAC 的输出端得到16个等间隔大小的模拟量输出。
它们之间的关系如下所示01234051627385.044(2222(28Q Q Q Q Q Q Q Q u O +++=⨯+⨯+⨯+⨯--=8-8 某8位D/A 转换器，试问：1）若最小输出电压增量为0.02Ｖ，当输入二进制01001101时，输出电压位多少伏？2）若其分辨率用百分数表示，则为多少？3）若某一系统中要求的精度由于0.25%，则该D/A 转换器能否使用？解：1）最小输出电压增量为0.02Ｖ，即Omin u =0.02Ｖ，则输出电压i n i i O D u u 211Omin ⨯⨯=∑-=当输入二进制码01001101时输出电压54.17702.0=⨯=O u Ｖ2）分辨率用百分数表示为%39.0%10025502.002.0%100Omax Omin =⨯⨯=⨯u u 3）不能。
8-9 已知10位R-2R 倒T 型电阻网络DAC 的R R =F ，REF V =10V ，试分别求出数字量为0000000001和1111111111时，输出电压o u 。
解：输入数字量为0000000001时的输出电压：V R R V V o 0049.0210F REF min ==输入数字量为1111111111时的输出电压为： V R R V V F REF o 995.41023210max =⨯=8-10 如图图8-20所示电路为由AD7520和计数器74LS161组成的波形发生电路。
已知V V 10REF -=，试画出输出电压o u 的波形，并标出波形图上各点电压的幅度。
图8-20 图题8.14解：由图可知，74LS161组成的十六进制计数器，其输出在时钟CLK 作用下，从0000～1111循环输出，故AD7520的03d d ～也从0000～1111循环输入。
当9d 、8d 、7d 、6d 分别为1，其他位为0时，有19=d 时，O u =5V ；8d =1时，O u =2.5V ；7d =1时，O u =1.25V ；6d =1时，O u =0.625V ，由此可以画出O u 波形如下图所示。
8-11 设5REF =V V ，当ADC0809的输出分别为80H 和F0H 时，求ADC0809的输入电压21i i u u 和。
解：由x D =I REF I Imax max 255u V u u D ⨯=⨯可知当x D =80H=10000000时，128I V5255u ⨯=，得到V 5.2I =u ； 当x D =FFH=11110000时，240I V 5255u ⨯=，得到V 7.4I =u ；8-12 已知在逐次渐近型A/D 转换器中的10位D/A 转换器的最大输出电压V 322.14Omax =V ，时钟频率Z MH 1=C f 。
当输入电压V 45.9I =u 时，求电路此时转换输出的数字状态及完成转换所需要的时间。
解：1）求转换的数字输出状态因其D/A 转换器的最大输出电压Omax u 已知，而且知道此DAC 为10位，故其最低位为“1”时输出为V 014.01214.322V 1210max Omin =-=-=n O V u 故当输入电压V 45.9I =u 时的数字输出状态为210)1010100011()675(V014.09.45V == 即09d d ～=10101000112）求完成此次转换所需的时间t由逐次渐近型A/D 的过程可知，无论输入信号I u 的大小，其最后的数字输出状态都必须在第n+2个时钟脉冲到后才能输出，所以转换时间与输入信号的大小无关，只与转换的位数有关，故μs 121011)210(1)2(6=⨯⨯+=+=s f n t C8-13 某8位ADC 输入电压范围为0～＋10Ｖ，当输入电压为4.48Ｖ和7.81Ｖ时，其输出二进制数各是多少？该ADC 能分辨的最小电压变化量为多少m Ｖ？ 解：因为N V u N REF i ⋅=2n REF i V u 2⋅=n REFi V u 2⋅= 所以，当输入电压为4.48Ｖ时，1157.114256448.021048.482≈≈⨯=⨯=N （采用四舍五入法） 转换成二进制数为01110011。
当输入电压为7.81Ｖ时，2009.199256781.021081.782≈≈⨯=⨯=N （采用四舍五入法） 转换成二进制数为11001000。
8-14 双积分型ADC 中的计数器若做成十进制的，其最大计数容量N 1101019992000=≈()()，时钟脉冲频率10=C f KHZ ，则完成一次转换最长需要多长时间？若已知计数器的计数值N 210369=()，基准电压V V REF 6-=-，此时输入电压i u 有多大？解：双积分型ADC 完成一次转换最长需要的时间是第一次积分时间T 1的二倍，而C NT T =1（式中，T C 为时钟脉冲的周期，Ｎ为计数器的最大容量）。
因为mS f T c C 1.01011===，所以完成一次转换最长需要的时间 S mS NT T T C 4.04001.020002221max ==⨯⨯===因为C REFi T N V u T ⋅⋅=2，T N T C 22=，所以 N V u N REFi ⋅=2 V N N V u REF i 107.1369200062=⨯=⋅= 可见完成一次转换最长需要的时间为0.4秒；若已知计数器的计数值102)369(=N ，基准电压V V REF 6-=-，此时输入电压i u 为1.107伏。
8-15 在双积分型ADC 中，若计数器为8位二进制计数器，CP 脉冲的频率Z kH 10=C f ，10REF -=-V V 。