数字电路题解300例【B】.doc

B篇 数字电路题解300例203B.11 D/A转换电路基础题例解P11.1 填空。(1)在4位倒T型R-2R网络D/A转换电路中，如果VREF=5V，输入二进制数为1100时输出电压等于：vO=VREFD（10）/2n=512/16=15/4=3.75(V)。(2)DAC的转换精度主要取决于四种因素：基准电压的精度和稳定度、运算放大器的零点漂移、模拟开关的导通电阻、电阻网络电阻值的偏差。(3)AD7524是一个8位的DAC芯片，它的分辩率是1/(28-1)0.39%。P11.2 回答问题。图T10.2-3 用PAL16R6实现带预置数的4位二进制加/减计数器设计一个D/A转换系统：(1)如果要求模拟输出电压的最大值为10V，基准电压VREF应选几伏？(2)如果要求模拟输出电压的最大值为10V，电压的最小变化量为50mV，应选几位的DAC芯片？DAC0832还是AD7533？(3)如果输出电压的最大值为10V，要求转换误差小于25mV，DAC芯片的线性度误差应优于多少？(4)如果DAC芯片的建立时间tSET=1s， 外接运算放大器的电压变化率 SR=2V/s，在最大输出电压为10V时转换时间大约需要多少？答：(1)基准电压|VREF|选10V。(2)n=8位。2n10V/50mV=200即可。DAC0832已经够用。(3)线性度误差应优于25mV/10V=0.0025，即0.25%。DAC0832的线性度0.2%，满足要求。(4)T= tSET+VOMAX/SR=1+10/2=6(s)。P11.3 图P11.3-1所示电路，是一个单极性D/A转换电路。如果在AD7533的15引脚VREF端加输入电压vI，即可得到一个可编程增益放大器，也就是说电路的电压放大倍数AV=vO/vI可用输入数字量d9d8d0设定。试说明电路的工作原理，并导出其增益公式。解因为AD7533是倒T型D/A转换器， 其输出电压与输入数字的十进制值 D（10）成正比，即调节放大倍数调节基准图P11.3-1 单极性DAC电路所以，当VREF为输入电压vI时，输出电压与输入电压之间有以下关系：显然电路增益随着输入数据D（10）而改变。思考题例解T11.1 一个用8位倒T型D/A芯片AD7524组成的D/A转换器如图T11.1所示。回答以下问题：运算放大器A1，A2的作用。电阻R1R5的作用。电容C和稳压二极管的作用。当输入数字为FFH，81H，80H，7FH，01H，00H时，输出电压等于多少（用VREF表示）？图T11.1答：(1)AD7524需外接运算放大器，A1用于与内部R-2R网络构成基本单极性DAC；A2是反相比例求和电路，其输入有两路信号，一路是A1的输出vO1，另一路是VREF通过电阻R3提供的偏流，输出电压vO为(2)R1和R2用来调节基本DAC的满刻度精度；R3用来调节A2偏移量的大小；R4可改变求和比例；R5可改变输出的幅值。(3)C是补偿电容，一般C=10 15pF；稳压二极管D是保护二极管，防止输入信号过大损坏器件。(4)根据图中元件参数，有其中所以当输入数字为FFH，81H，80H，7FH，01H，00H时，模拟量输出如表T11.1所示。16进代码数字量模拟量FF11111111+(254/256)VREF8110000001+(2/256)VREF801000000007F01111111-(2/256)VREF0100000001-(254/256)VREF0000000000-VREF表T11.1 图T11.1电路（双极性）输出对照表T11.2 用D/A转换芯片DAC0832和4位二进制计数器芯片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，如图T11.2-1所示。请选择参考电源VREF，并画出电路连线图。解选择参考电源：|VREF|=160.5=8V图T11.2-1 波形图将VREF分为16份，每一份即为0.5V。因此只要取DAC0832地址的高4位，并用计数器74LS161依次改变地址，即地址0000000111110000，则这些“地址”数字便在DAC0832中变为模拟阶梯电压。8V阶梯波发生器电路图如图T11.2-2所示。图T11.2-2 阶梯波发生器T11.3 AD7520是10位倒T型R-2R网络DAC芯片，其中R=10k。试用AD7520设计一个双极性D/A转换器，要求最大输出电压为5V，电路如图T11.3所示，如果已经选定RS=20k，请选择VS和VREF。解选择VREF。因为输出电压为V5V，所以应选VREF=10V选择VS。VS应使流过RS的偏流等于I/2，即所以VS=10V图T11.3B.12 A/D转换电路基础题例解P12.1 填空与回答。(1)A/D转换有四个基本步骤，它们是取样、保持、量化和编码。(2)影响A/D转换精度的主要因素是位数（分辩率）、基准电压的精度和稳定度、元器件的偏差和温度。(3)什么叫量化？量化会产生误差吗？何为量化误差？答：将模拟信号化成某个最小数量单位的整数倍来表示，这个化模拟量为数字量的过程称为量化。量化会产生误差，因为模拟电压是连续量，不可能恰为某个最小数量单位的整数倍，从而有舍/入问题，舍/入误差就是量化误差。P12.2 判断与回答。(1)对于一个10位的逐次逼近型A/D转换器，如果时钟频率fCP=10MHz，完成一次A/D转换所需的时间是1.2s。(2)对于一个n位的双积分型A/D转换器，完成一次转换所需的时间是，对吗？ 对 。(3)对于一个双积分型A/D转换器，输入电压vI的最大值为VREF，对吗？ 对 。P12.3 回答问题。双积分型A/D转换器原理电路如图P12.3所示，请回答以下问题：(1)输入被测电压vI的最大值为2V，如果要求分辩率0.1V，图中的计数器应当取几位？(2)如果时钟频率fCP=200kHz，采样保持时间最大需要多少？(3)假定|vI|=2V0V，则vB为高电平1，与门开启，计数器开始计数，DAC的输出电压vO开始升高；只要vOvI，此计数过程就一直继续下去，直到vOvI，vB=0，与门关闭，计数器停止计数。此时的并行数字输出即为A/D转换的结果。此电路的优点是构思简单，缺点是速度太慢。T12.2 在某车辆控制系统中，车轮转速与转向的关系如图T12.2-1所示，呈“W”形。请设计一个车轮转速控制电路，输入是转向电压（模拟）016V，输出是转速控制电压（模拟）015V。控制误差可以暂不考虑。转向电压（V）图T12.2-1解设计思路如下：将转向输入电压016V通过A/D转换器转换成4位数字量。将图T12.2-1所示的“W”形特性转换成代码转换表，横坐标是输入代码，纵坐标是输出代码，皆用4位二进制码表示，换码表如表T12.2所示。转向输入（代码）转速输出（代码）A3A2A1A0D3D2D1D000001111000111110010111100110111010000000101010101101010011111111000111110011111101010101011010111000000110101111110111111111111表T12.2 “W”型曲线换码表将表T12.2中的输入代码当作地址，输出代码当作数据，存入16字4位的ROM中。如果将第步中转向输入电压通过A/D转换器转换成的4位数字当作ROM的地址，则ROM的输出数据就与转向输入电压成“W”型变换关系。最后，将ROM的输出数据通过D/A转换器转换成模拟电压，即为转速控制电压，电路框图如图T12.2-2所示。转向电压（016V）转速电压（016V）图T12.2-2 控制电路图13 数字电路CAD基础题例解P13.1 填空与回答。(1)数字电路CAD的设计流程大致可分为四个阶段：设计综合、电路仿真、物理实现和测试。(2)数字电路模型有三种：行为模型、结构模型、行为-结构混合模型。(3)数字电路的结构描述方法主要有逻辑图、网单和VHDL结构模型。(4)电路设计完成之后要进行设计仿真，仿真