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 ，试计算其输岀电压
V O 。
解：输出电压为:
V O
計"
10 10mV 100mV
【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 ,试计算其输岀电压
V O
解：V O (1
) % 11 10mV 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 转换器输岀电压 V O 。
图题
11- 3
D 3 D 2 D 1 D 0 V O 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 20 kQ
图题11- 1
图题11- 2
【题11-4】试计算图题11-4所示电路的输岀电压V O。
?
J-1
Q-
图题11- 4
解：由图可知，D3~D O=O1O1
【题11-5】8位输岀电压型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，该转换器输岀电压V O是多少？
5V 5V
解：V O(10011001) 153 2.988V
28256
杆V RE F时时
解：V O唾(D n ~ D0) 7^(0101) 5 1.5625V
2n2416
因此输出电压为：V O5^4^(0101)
24
5V
5 1.5625V
16
【题11-6】试计算图题11-6所示电路的输岀电压V O。
图题11- 6
【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 o 是
多少？
图题11- 7
【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 V ST EP 5000mV/28 19.5mV
分辨率为：V STEP /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。
R0(1) QA
R0(2)
Q B CK A Q C CK B
Q D
1 q i
>1
1
l i —
K
解：D3=1 时, V O
12V
子2
6V , D3=0 时，V O =0。
D2=1 时,
12V 2
歹2
3V , D2=0 时，V O =0。
D1=1 时,
空21
丁2 1.5V , D 仁0 时，V O =0。 D0=1 空20
24
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 , 74LS00封锁时钟脉冲 CLK , 74LS293停止计数。
时, V O
0.75V , D0=0 时，V O =0
由此可知： 比较器输岀低电平，使与非门
9
1k Q
■a c
RESET
D 0
D 1 D 2 D
3
+ 12V
20k Q V
O
12 1 3
15V
LM358
【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】
I OUT1是多少？
如果D/A转换器0832的输入数字为AF（16），参考电压为5V，其输岀电流
解：1
OUT1
V REF AF(16)5V 175
R
EF (16)0.2278 mA 15k 256 15k 256
【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，△—工位数最多。
【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 o
【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，减小转换主差
o
【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的输入电压与输岀数字之间，具有什么关系?
解：N
V IN V REF ()
V REF ( ) V REF ()
256
【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,
要求画岀完整原理图。（从 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。
+5V
*【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。要求画岀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：
+5V
510Q
KEY
【题12-2】 试设计一个输岀低电平有效消除抖动的按键电路。
解：
0V 不断升高，每次升高一个台阶，在最高电压处返回 0V 后,
CLK
CLR LOAD RCO
.ENT
ENP Q
A CLK Q
B A Q
C
B Q
D
C D
~13"
~6~ 1 2 5 ~TT
~4~
—
7 4161
—1 4
—1 3 +5V
—1 9 ----- 1 2 D0 Rfb
D1
D2 IOUT1 D3
D4 IOUT2
D5
D6
D7
ILE VREF
CS
WR1
VCC XFER WR2
GND GND
+5V
I
1k Q R
2
1 Ok Q
----
3
R
3
1
Ok Q
+12V
LM2 58
-12V
V
out
15 7 2 3 4 5 6
14
7
1 6 8
DAC08 32
+5V
20 | U 1
3 1 0 |
9 R 1
1 1
+2.5V
1 2
TL431
U 3
【题12-3】试设计一个开关量光耦隔离电路，当某开关闭合时，向数字电路输岀高电平有效的信号（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岀端的电平，要求输岀高电平使 发光二极管亮，试设计该电路（电源为
+5V ）o
解:
510Q
【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门电路输岀的有效 高电平控制，试设计该继电器驱动电路。
解：
基极限流电阻 R B = (V OH -0.7) /0.4mA=4.3k Q,选 5.1k Q o 这里取 V OH =2.4V , V BE =0.7V 验证：I B = ( V OH -0.7) /5.1 k Q =0.33mA , I C =I B XR =3.33 X 180=59mA
7 2 3 *
4 5
6
CLR LOAD ENT ENP CLK
A B C D
RCO
Q
A
Q B
Q
C
Q D
74LS04
+5V
510Q 510Q 510Q
741 6 0
------------------------------------------- i ------------ k ---------------------------- -
二 ------------------------- 厂 ！■ ------- =
abed e f g h
KCR0
RE0 5Q5C H47
n7 9
n6 8 n5 6
riTirn 厂i 厂i 厂
ii _ ■? 4 -
1
1
「 -----
510Q x 8
DATA 4-
RCK SRCK
n2 8 n1 6
10
5 3
G Q
FQ
EQ
D Q KCRO CQ
B Q FCE
K(臣
2 3 4
n4 1 2 _n3 9一 + 12V
RLY
数模及模数转换器习题解答
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ?
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/Ｄ转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。 ６．8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 。 R R R I V REF 2R 2R 2R 2R 2R S 3 S 2 S 1 S 0 D 3 D 2 D 1 D 0 R F =R A + -v O i ∑ 图T ７.8 A ．∑ =?- =3 3 REF o 22 i i i D V v ??B ．∑=?- =3 4 REF o 2 232i i i D V v ??C ．∑=?- =3 4 REF o 2 2 i i i D V v ??D ．∑=?= 3 4 REF o 2 2 i i i D V v ９.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
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 mV V R R V IN F O 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 F O 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 。 11-3 【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，该转换器输出电压V O 是多少？
解：V V V V O 988.21532565100110012 58≈== ）（ 【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 V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~240==-=-=）（）（ 【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 =，D 3～D 0是多少？ 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，D3~D0=1101，这时V O =6V++=，大于输入电压V IN =，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
7数模及模数转换器习题解答119 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/D 6．8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 REF v O 图T7.8 A．∑ = ? - = 3 3 REF o 2 2i i i D V v B．∑ = ? - = 3 4 REF o 2 2 3 2 i i i D V v D．∑ = ? = 3 4 REF o 2 2i i i D V v 9．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。
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 2 B. R V 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 2 1V 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 S B. 1 S C. 1.5 S D. 2 S 5）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. 0 C. 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。
实验报告 课程名称微机原理与接口技术 实验项目实验五 数/模转换器和模/数转换器实验实验仪器 TPC-USB通用微机接口实验系统 系别计算机系 专业网络工程 班级/学号 学生 _ 实验日期 成绩_______________________ 指导教师王欣
实验五数/模转换器和模/数转换器实验 一、实验目的 1. 了解数/模转换器的基本原理，掌握DAC0832芯片的使用方法。 2. 了解模/数转换器的基本原理，掌握ADC0809的使用方法。 二．实验设备 1.PC微机系统一套 2.TPC-USB通用微机接口实验系统一套 三．实验要求 1．实验前要作好充分准备，包括程序框图、源程序清单、调试步骤、测试方法、对运行结果的分析等。 2．熟悉与实验有关的系统软件（如编辑程序、汇编程序、连接程序和调试程序等）使用方法。在程序调试过程中，有意识地了解并掌握TPC-USB通用微机接口实验系统的软硬件环境及使用，掌握程序的调试及运行的方法技巧。 3．实验前仔细阅读理解教材相关章节的相关容，实验时必须携带教材及实验讲义。 四．实验容及步骤 （一）数/模转换器实验 1．实验电路原理如图1，DAC0832采用单缓冲方式，具有单双极性输入端(图中的Ua、Ub),编程产生以下锯齿波(从Ua和Ub输出，用示波器观察) 图1 实验连接参考电路图之一 编程提示： 1. 8位D/A转换器DAC0832的口地址为290H，输入数据与输出电压的关系为：
(UREF表示参考电压,N表示数数据)，这里的参考电压为ＰＣ机的＋５Ｖ电源。 2. 产生锯齿波只须将输出到DAC0832的数据由0循环递增。 3. 参考流程图（见图2）: 图2 实验参考流程图之一 （二）模/数转换器 1. 实验电路原理图如图3。将实验（一）的DAC的输出Ua，送入ADC0809通道1(IN1)。 图3 实验连接参考电路图之二 2. 编程采集IN1输入的电压,在屏幕上显示出转换后的数据(用16进制数)。编程提示： 1. ADC0809的IN0口地址为298H，IN1口地址为299H。 2. IN0单极性输入电压与转换后数字的关系为：
9 数模与模数转换器 9.1 D/A 转换器 9.1.1 10位倒T 形电阻网络D/A 转换器如图题9.1.1所示。 （1）试求出输出电压的取值范围。 （2）若要求电路输入数字量为200H 时输出电压v o =5V ，试问V REF 应取何值？ 解：（1）由式（9.1.6）可知，10位D/A 转换器输出电压O v 为 9 1002 2 f REF O i i i R R v R D ==-??∑ 当98D D …0D =00…0时 O v =0 V 当98D D …0D =11…1时，REF O R v R =- ，已知f R R =，所以 O REF v R =- 于是可得到输出电压的取值范围为：0REF V V - 。 （2）根据式（1） 109 21 2 O REF i f i i R v V R D =??=-? ?∑ 将98D D …0D =1000000000代入上式，的REF V =﹣10V 。 9.1.2 在图9.1.8所示的4位权电流D/A 转换器中，已知REF V =6V ，1R =48k Ω，当输入
3210D D D D =1100时，O v =1.5V ，试确定f R 的值。 解：n 位权电流D/A 转换器的输出电压为 1 122 n f i REF O i n i R R v D R -== ??∑ 于是，有 11 022 n O f n i REF i i R v R V D -=??= ??∑ 依题意，已知n=4，REF V =6V ，1R =48k Ω，3210D D D D =1100，O v =1.5V,代入上式得f R =16k Ω。 9.1.5 可编程放大器（数控可变增益放大器）电路如图题9.1.5所示。 （1）推导电路电压放大倍数/V O I A v v =的表达式。 （2）当输入编码为（001H ）和（3FFH ）时，电压放大倍数V A 分别为多少？ （3）试问当输入编码为（000H ）时，运放1A 处于什么状态？ 解：（1）图题9.1.5中运放3A 组成电压增益为﹣1的反相比例放大器，O v =﹣REF V 。AD7533
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. R V 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 2 1V 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 S B. 1 S C. S D. 2 S 5）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. 0 C. 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。 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？
第九章：数模和模数转换器 一、单选题 1：想选一个中等速度，价格低廉的A/D转换器，下面符合条件的是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 2：下面抑制电网公频干扰能力强的A/D转换器是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 3：不适合对高频信号进行A/D转换的是（）。 A 并联比较型B逐次逼近型 C双积分型D不能确定 4：四位DAC和八位DAC的输出最小电压一样大，那么他们的最大输出电压（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者D不确定 5：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下最大输出电压（）。A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 6：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下分辨率（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 7：下列A/D转换器类型中，相同转换位数转换速度最高的是（）。 A并联比较型B逐次逼近型 C双积分型D不能确定 8．一个无符号8位数字量输入的DAC，其分辨率为位。 A.1 B.3 C.4 D.8 9．将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为。 A.采样 B.量化 C.保持 D.编码 10．以下四种转换器，是A/D转换器且转换速度最高。 A.并联比较型 B.逐次逼近型 C.双积分型 D.施密特触发器 二、判断题 1：D/A转换器的建立时间等于数字信号由全零变全1或由全1变全0所需要的时间。（）2：D/A转换器的转换精度等于D/A转换器的分辨率。（） 3：采用四舍五入量化误差分析时，A/D转换过程中最小量化单位与量化误差是相等的。（） 4：在A/D转换过程中量化误差是可以避免的。（） 5：由于R-2R 倒T 型D/A转换器自身的优点，其应用比权电阻DAC广泛。（） 6：倒T型网络D/A转换器由于支路电流不变，所以不需要建立时间。（） 7：A/D转换的分辨率是指输出数字量中只有最低有效位为1时所需的模拟电压输入值。（） 8．权电阻网络D/A转换器的电路简单且便于集成工艺制造，因此被广泛使用。（）
第8章数模与模数转换 随着科学技术的迅速发展，尤其是在自动控制、自动检测通信等领域中，广泛采用数字电子计算机处理各种模拟信号，这样，必须先把这些模拟信号转换成相应的数字信号，计算机系统才能进行分析、处理，处理后的数字信号还需再转换为模拟信号才能实现对执行机构的控制。从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，简写为A/D。把能完成A/D转换功能的电路称为模数转换器，简称为ADC（Analog to Digital Converter）。从数字信号到模拟信号的转换称为数—模转换，简写为D/A，把能完成D/A转换功能的电路称为数模转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）。模拟信号和数字信号之间的转换可用图8-1所示，由此可见，ADC和DAC就是连接模拟系统和数字系统的“桥梁”—接口电路。 图8-1 模拟信号与数字信号的转换过程 8.1 数模转换 数模转换的基本思想是，把数字量中的每一位代码按对应权的大小转换成相应的模拟量，这些模拟量之和与数字量成正比。 数模转换器由输入寄存器、电子模拟开关、解码网络、基准电压源和求和电路组成，其组成的方框图如图8-2所示。 图8-2 DAC构成框图 DAC电路的工作过程为：数字量以并行或串行方式输入并存储在输入寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子模拟开关，解码网络就能获得相应的模拟量，再将这些模拟量送到求和电路相加即得到与数字量相对应的模拟量。 数模转换器按解码网络结构分为T形及倒T形电阻网络D/A转换器，权电阻网络D/A 转换器，权电流D/A转换器等。按模拟开关电路的不同可分为CMOS开关型和双极开关型D/A转换器，下面介绍常见的两种即倒T形电阻网络型和权电流型D/A转换器。 8.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器
课程设计任务书
摘要 目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代主流，因为它有很多模拟通信所没有的优点，因此模拟信号往往要被编码成数字信号，从而在数字信道中传输。 本次课程设计是在MATLAB软件环境下进行的，完成的是对A/D和D/A转换器的设计。A/D转换负责将模拟信号转换为数字信号，即用一串数字编码（如0101）去表示对应的一个模拟信号的一点的值，其转换过程是先对输入的模拟信号进行抽样，所使用的抽样频率要满足抽样定理的要求，然后对抽样结果进行幅度离散化（称为量化）并编码为二进制序列。D/A转换的功能与A/D转换相反，它将输入的数字信号序列转换为模拟信号，其转换过程是将输入（二进制）数字序列恢复为相应电平的抽样值序列,然后通过满足抽样定理要求的低通滤波器恢复模拟信号。A/D转换采用平顶抽样技术，所以恢复模拟信号存在高频段的失真，若对恢复信号质量要求严格，需采用均衡器来补偿这种孔径失真。A/D转换器的输出数据形式可以是并行的，也可以是串行的。 关键词:MATLAB；抽样；量化；编码
目录 1.课程设计目的 (1) 2.课程设计要求 (1) 3.相关知识 (1) 3.1 模拟信号数字化 (1) 3.2 A/D和D/A转换的原理 (2) 4．课程设计分析 (3) 4..1 A/D和D/A转换器的模型 (3) 4.2 模块参数设置 (8) 5．仿真 (8) 6．结果分析 (10) 7．参考文献 (11)
1.课程设计目的 （1）加深对A/D和D/A基本理论知识的理解。 （2）培养独立开展科研的能力和编程能力。 （3）掌握A/D和D/A结构及其在通信系统中的应用。 2.课程设计要求 （1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。 （2）程序设计合理、能够正确运行。 3.相关知识 3.1模拟信号数字化 通信系统可以分为模拟和数字通信系统两大类。数字通信系统具有抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好等优点，所以应用非常广泛，已经成为现代通信的主要发展趋势。自然界中的信号都是模拟信号，这就需要我们对模拟信号进行抽样、量化、编码，形成数字信号后，在数字信号系统中传输。在接收端则通过相应的逆变换恢复成模拟信号。若要利用数字通信系统传输模拟信号，一般需要三个步骤：（1）把模拟信号数字化，即模数转换（A/D）； （2）进行数字方式传输； （3）把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。 如果电信号的参量取值连续（不可数、无穷多），则称之为模拟信号。例如，话筒送出的送出电压包含有话音信息，并在一定的取值范围内连续变化。模拟信号有时也称连续信号，这里连续的含义是指信号的某一参量连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。 如果电信号的参量仅可能取有限个值，则称之为数字信号。如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。
3. 模数转换器 （1） 模/数（A/D ）转换器 A/D 转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D 转换器是不可缺少的重要组成部分。 1) 逐次逼近型A/D 转换器 逐次逼近型A/D 转换器又称逐次渐近型A/D 转换器，是一种反馈比较型A/D 转换器。逐次逼近型A/D 转换器进行转换的过程类似于天平称物体重量的过程。天平的一端放着被称的物体，另一端加砝码，各砝码的重量按二进制关系设置，一个比一个重量减半。称重时，把砝码从大到小依次放在天平上，与被称物体比较，如砝码不如物体重，则该砝码予以保留，反之去掉该砝码，多次试探，经天平比较加以取舍，直到天平基本平衡称出物体的重量为止。这样就以一系列二进制码的重量之和表示了被称物体的重量。例如设物体重11克，砝码的重量分别为1克、2克、4克和8克。称重时，物体天平的一端，在另一端先将8克的砝码放上，它比物体轻，该砝码予以保留（记为1），我们将被保留的砝码记为1，不被保留的砝码记为0。然后再将4克的砝码放上，现在砝码总和比物体重了，该砝码不予保留（记为0），依次类推，我们得到的物体重量用二进制数表示为1011。用下表7.1表示整个称重过程。 表7.1 逐次逼近法称重物体过程表 图7.7 逐次逼近型A/D 转换器方框图 利用上述天平称物体重量的原理可构成逐次逼近型A/D 转换器。 逐次逼近型A/D 转换器的结构框图如图7.7所示，包括四个部分：电压比较器、D/A 转换器、逐次逼近寄存器和顺序脉冲发生器及相应的控制逻辑。 逐次逼近型A/D 转换器是将大小不同的参考电压与输入模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进制代码表示。转换开始前先将寄存器清零，即送给D /A 转换器的数字量为0，三个输出门G 7、G 8、G 9被封锁，没有输出。转换控制信号有效后（为高电平）开始转换，在时钟脉冲作用下，顺序脉冲发生器发出一系列节拍脉冲，寄存器受顺序脉冲发生器及控制电路的控制，逐位改变其中的数码。首先控制逻辑将寄存器的最高位置为1，使其输出为100……00。这个数码被D/A 转换器转换成相应的模拟电压U o ,送到比较器与待转换的输入模拟电压U i 进行比较。若U o ＞U i ，说明寄存器输出数码过大，故将最高位的1变成0，同时将次高位置1；若U o ≤U i ,说明寄存器输出数码还不够大，则应将这一位的1 保留。数码的取舍通过电压比较器的输出经控制器来完成的。依次类推按上述方法将下一位置1进行比较确定该位的1是否保留，直到最低位为止。此时寄存器里保留下来的数码即为所求的输出数字量。 2) 并联比较型A/D 转换器 并联比较型A/D 转换器是一种高速A/D 转换器。图8-9所示是3位并联型A/D 转换器，
第11章数模与模数转换器习题与参考答 案
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V O 。 图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 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 F O 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11-3 D 3 D 2 D 1 D 0 V O 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 1 1 0 －2.5V －1.25=3.75 0 1 1 1 －0.625V － 2.5V － 1.25=4.375V 1 5V
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 5625.1516 50101 2 54===）（ 【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 988.2153256 510011001 2 58≈==）（ 【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 V V D D V V n n REF O 5625.151********~24 ==-=- =）（）（
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/D 转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。 6 ? 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 _________ 。 图 T7.8 9 . 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。 权电流型D/A 转换器可以消除模拟开关导通电阻产生的影响。同时可获得较高的转换速度。 11. 工—A 模/数（A / D ）中包括哪些主要部分？它们各起什么作用？ 解：工—A 模/数转换器由1个差分放大器、一个积分器、1个比较器、1个1bit 的DAC 和数 字滤波器组成。 差分放大器：将输入信号 V I 减去来自1位DAC 的反馈信号得到误差信号，V e = V I — V f 。 积分器：积分器对误差信号 v e 进行积分。 电压比较器：当积分器的输出电压 v g > 0V 时，输出V g /为高电平（逻辑1 ）；当V g W 0V 时，V g z 为低电平（逻辑0）。实际上，该电压比较器可以看成是 1位的ADC 1位的DAC 由一模拟选择开关构成。当输入为逻辑 1时，把输出端V f 接+V REF ；当输入为逻辑0 时，把输 出端V f 接地。 A . V 。 V REF 23 、D i i =0 B. V o 3 24 J 2i 2 V REF C . V o V 3 V R 4^' Di 2i 24 y D. V o V REF J 2 i =0 D i 2i
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/D 6．8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 。 图T7.8 A ．∑=?- =3 03 REF o 2 2 i i i D V v B ．∑=?- =3 04 REF o 2 232i i i D V v D ．∑=?= 3 4 REF o 2 2 i i i D V v 9．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。 权电流型D/A 转换器可以消除模拟开关导通电阻产生的影响。同时可获得较高的转换速度。 11．Σ－Δ模／数（A ／D ）中包括哪些主要部分？它们各起什么作用？
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 ，试计算其输岀电压 V O 。 解：输出电压为: V O 計" 10 10mV 100mV 【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 ,试计算其输岀电压 V O 解：V O (1 ) % 11 10mV 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 转换器输岀电压 V O 。 图题 11- 3 D 3 D 2 D 1 D 0 V O 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 20 kQ 图题11- 1 图题11- 2
【题11-4】试计算图题11-4所示电路的输岀电压V O。 ? J-1 Q- 图题11- 4 解：由图可知，D3~D O=O1O1 【题11-5】8位输岀电压型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，该转换器输岀电压V O是多少？ 5V 5V 解：V O(10011001) 153 2.988V 28256 杆V RE F时时 解：V O唾(D n ~ D0) 7^(0101) 5 1.5625V 2n2416 因此输出电压为：V O5^4^(0101) 24 5V 5 1.5625V 16 【题11-6】试计算图题11-6所示电路的输岀电压V O。 图题11- 6
第九章：数模和模数 转换器
第九章：数模和模数转换器 一、单选题 1：想选一个中等速度，价格低廉的A/D转换器，下面符合条件的是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 2：下面抑制电网公频干扰能力强的A/D转换器是（）。 A 逐次逼近型 B 双积分型 C 并联比较型 D 不能确定 3：不适合对高频信号进行A/D转换的是（）。 A 并联比较型B逐次逼近型 C双积分型D不能确定 4：四位DAC和八位DAC的输出最小电压一样大，那么他们的最大输出电压（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D不确定 5：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下最大输出电压（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 6：四位权电阻DAC和四位R—2R倒T型DAC在参数一样的条件下分辨率（）。 A一样大B前者大于后者C后者大于前者 D 不确定 7：下列A/D转换器类型中，相同转换位数转换速度最高的是（）。 A并联比较型B逐次逼近型
C双积分型 D不能确定 8．一个无符号8位数字量输入的DAC，其分辨率为位。 A.1 B.3 C.4 D.8 9．将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为。 A.采样 B.量化 C.保持 D.编码 10．以下四种转换器，是A/D转换器且转换速度最高。 A.并联比较型 B.逐次逼近型 C.双积分型 D.施密特触发器 二、判断题 1：D/A转换器的建立时间等于数字信号由全零变全1或由全1变全0所需要的时间。（） 2：D/A转换器的转换精度等于D/A转换器的分辨率。（） 3：采用四舍五入量化误差分析时，A/D转换过程中最小量化单位与量化误差是相等的。（） 4：在A/D转换过程中量化误差是可以避免的。（） 5：由于R-2R 倒T 型D/A转换器自身的优点，其应用比权电阻DAC广泛。（） 6：倒T型网络D/A转换器由于支路电流不变，所以不需要建立时间。（）7：A/D转换的分辨率是指输出数字量中只有最低有效位为1时所需的模拟电压输入值。（） 8．权电阻网络D/A转换器的电路简单且便于集成工艺制造，因此被广泛使用。（） 9．D/A转换器的最大输出电压的绝对值可达到基准电压V REF。（） 10．A/D转换过程中，必然会出现量化误差。（）