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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：【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10mV，试计算其输出电压VO。图题11-2解：【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。D3D2D1D0VO00010.625V00110.625V1.25V=1.87501002.5V01010.625V2.5V=3.125V01102.5V1.25=3.7501110.625V2.5V1.25=4.375V10005V 图题11-3【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，D3D0=0101因此输出电压为：【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：【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：【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，D3D0是多少？图题11-7解：D3=1时，D3=0时，VO=0。 D2=1时，D2=0时，VO=0。 D1=1时，D1=0时，VO=0。D0=1时，D0=0时，VO=0由此可知：输入电压为7.5V，D3D0=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：台阶电压为分辨率为：【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%=1/1001/2n ，有2n100 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：【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，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？ 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：【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。*【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05V，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：【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：【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）。【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：【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：基极限流电阻RB=（VOH-0.7）/0.4mA=4.3k，选5.1k。这里取VOH=2.4V，VBE=0.7V验证：IB=（VOH-0.7）/5.1 k=0.33mA，IC=IB=3.33180=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：TLP521二极管的电流为IF=（VOH-1V）/330=（4V-1V）/3301mA，由于TLP521的电流传输比CTR=16，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（=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300W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/300=40mA由图，TLP521二极管的电流为IF=（5V-1.5V）/91=3.5V/3601mA，由于TLP521的电流传输比CTR=16，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（=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：图中，流过数码管中发光二极管电流为：（12V-1.84）/240=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。【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：10