第29卷 数模与模数转换（DA 与 AD） 湖南省（对口招生）《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）电工电子类 《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 数模与模数转换（D/A 与 A/D） 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 一个8位的数模转换器，可输入______个不同的二进制数码。（ ） A. 32 B. 64 C. 128 D. 256 2. 16 位 DAC 输出为双极性，满量程输出电压范围 ±10V，采用偏移二进制码输入，当数字输入为 0100000000000000（二进制）时，输出电压为（ ） A. −5V B. −0.00015V C. 0.00015V D. 2.5V 3. 某 DAC 输出电压范围为 0~10V，建立时间为 50ns（即输出从 0 升至 10V 需 50ns），则其压摆率至少为（ ） A. 100V/μs B. 200V/μs C. 400V/μs D. 800V/μs 4. 一个8位D/A转换器的，当输入代码为10000011时，输出电压为（ ） A. 5.12V B. 5.01V C. 1.9V D. 12V 5. 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（ ） A. 0.5S B. 1S C. 1.5S D. 2S 6. 一个8位DAC的分辨率是多少（ ） A. 64 B. 128 C. 256 D. 32 7. 某 8 位 DAC，基准电压 VREF=5V，其最小输出电压（量化单位）ΔU 约为（ ） A. 156.3mV B. 39.1mV C. 78.2mV D. 19.5mV 8. 某 DAC 直接驱动继电器线圈（感性负载），未在负载两端接续流二极管。通电后断开 DAC 输出时，最可能导致的故障是（ ） A. DAC 输出电压纹波增大 B. DAC 输出级被感性负载产生的反向电动势击穿损坏 C. 负载无法正常工作 D. 转换速率下降 9. 双积分型ADC的缺点是（ ） 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 10. DAC 的功能框图中，其核心组成模块不包括（ ） A. 参考电压源 B. 模拟电子开关 C. 数据锁存器 D. 加法运算放大器 11. 8位DAC电路的输入数字量为00000001时，输出电压为0.03V，则输入数字量为10010001时，输出电压为（ ） A. 6V B. 3V C. 4.35V D. 8.19V 12. 五位D/A转换器的参考电压VREF为-8V，输入的数据Dn=10100，则该器件的输出电压为（ ） A. 8V B. 6V C. 7V D. -5V 13. 集成ADC0809可以对______路模拟信号进行转换。（ ） A. 4路 B. 8路 C. 10路 D. 16路 14. 集成电路ADC0809是一种______电路。（ ） A. 逐次逼近型A/D B. 双积分型A/D C. 倒T型电阻网络D/A D. 逐次逼近型D/A 15. 逐次逼近型 ADC（4 位），模拟输入 Ui=2.8V，VREF=5V，其数字输出结果为（ ） A. 1001（二进制） B. 1011（二进制） C. 1100（二进制） D. 1101（二进制） 16. 若某ADC取量化单位，并规定对于输入电压，在时，认为输入的模拟电压为0，输出的二进制数为000，则时，输出的二进制数为（ ） A. 001 B. 110 C. 101 D. 111 17. 某 ADC 电源端仅并联 0.1μF 陶瓷电容（滤波电容容量不足），最可能导致的问题是（ ） A. 转换速率下降 B. 量化误差增大 C. 输出数字信号含高频噪声（受电源波动影响） D. ADC 无法启动 18. 一般的A/D转换过程是通过______完成。（ ） A. 取样、保持、量化 B. 取样、保持、编码 C. 取样、保持、量化、编码 D. 取样、量化、编码 19. 某 12 位 ADC，基准电压 VREF=3.3V，其最小量化单位（分辨率）ΔU 约为（ ） A. 6.445mV B. 1.612mV C. 3.223mV D. 0.806mV 20. A/D转换的过程通常分为四个步骤，按先后顺序为（ ） A. 采样、保持、量化、编码 B. 保持、量化、编码、采样 C. 量化、保持、编码、采样 D. 量化、编码、采样、保持 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 数模转换器的基本功能是将数字量转换为与其对应的模拟量。（ ） 22. 模数转换器的输入信号必须是数字信号，输出信号才是模拟信号。（ ） 23. 模数转换过程通常包括采样、保持、量化和编码四个基本环节。（ ） 24. 在其他条件相同的情况下，数模转换器的位数越多，输出模拟量的分辨率越高。（ ） 25. 模数转换中的量化过程会把连续变化的模拟量划分为有限个离散等级。（ ） 26. 数模转换器的数字输入编码相同时，其模拟输出值一定与输入信号的变化速度有关。（ ） 27. 理想8位模数转换器能够区分的量化等级数为256级。（ ） 28. 当被测模拟信号的最高频率为5 kHz时，采样频率取10 kHz即可保证无失真恢复。（ ） 29. 提高模数转换器的采样频率，能够直接提高其量化分辨率。（ ） 30. 某理想模数转换器参考电压为5 V、位数为10位，则其量化等级数为1024级，单个量化间隔约为4.88 mV。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述数模转换器将数字量转换为模拟量的基本过程，并说明影响输出模拟量大小的主要因素。 32. 在如图所示的电路中，若5V，3R其最大输出电压是多少？ 33. 某理想8位模数转换器的输入电压范围为0～5 V。简述其基本转换步骤，并计算一个量化间隔的理想电压值。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某工业温度控制装置采用单极性模数转换器采集温度变送器信号，并通过数模转换器输出控制电压。模数转换器为10位，参考电压为5.00 V；数模转换器为8位，输出电压范围为0～5.00 V。控制程序规定：模数转换器输出码按计算结果向下取整，8位数模转换码按计算结果四舍五入取整。某时刻变送器输出电压为3.20 V，系统将采集结果换算为8位数模转换码后输出。（1）计算模数转换器的输出码，并计算换算后的8位数模转换码及其实际输出电压。（2）计算数模转换器实际输出电压与变送器输出电压的绝对误差，并判断该误差是否满足控制系统规定的电压误差不超过0.01 V的要求。（3）若系统长期运行后误差增大，说明造成数模与模数转换误差的主要因素，并提出两项改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 湖南省（对口招生）电工电子类 《电子技术基础与技能》（劳保版·第6版） 数模与模数转换（D/A 与 A/D） 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 一个8位的数模转换器，可输入______个不同的二进制数码。（ ） A. 32 B. 64 C. 128 D. 256 【答案】D 【解析】一位有0、1两种数码 8位有256种数码 2. 16 位 DAC 输出为双极性，满量程输出电压范围 ±10V，采用偏移二进制码输入，当数字输入为 0100000000000000（二进制）时，输出电压为（ ） A. −5V B. −0.00015V C. 0.00015V D. 2.5V 【答案】−5V 【解析】16位偏移二进制双极性DAC的满量程范围为−10V至+10V，总跨度为20V。中点码1000000000000000对应0V，输入码0100000000000000为满量程码的1/4，因此输出电压为−10V+20V×1/4=−5V。 3. 某 DAC 输出电压范围为 0~10V，建立时间为 50ns（即输出从 0 升至 10V 需 50ns），则其压摆率至少为（ ） A. 100V/μs B. 200V/μs C. 400V/μs D. 800V/μs 【答案】B 【解析】压摆率至少为输出电压变化量与建立时间之比：SR=10V/50ns=10V/(0.05μs)=200V/μs，因此选B。 4. 一个8位D/A转换器的，当输入代码为10000011时，输出电压为（ ） A. 5.12V B. 5.01V C. 1.9V D. 12V 【答案】A 【解析】输入代码10000011对应的十进制数为131，代入公式可得输出电压约为5.12V，故选A。 。 5. 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（ ） A. 0.5S B. 1S C. 1.5S D. 2S 【答案】B 【解析】舍尾取整法将采样值量化为不大于该值的量化级，量化误差小于1个量化单位S。在通常的最大误差取值约定下，量化误差最大为1S，因此选B。 6. 一个8位DAC的分辨率是多少（ ） A. 64 B. 128 C. 256 D. 32 【答案】C 【解析】8位DAC可表示的不同数字状态数为28=256，因此其量化电平数为256，选A。 7. 某 8 位 DAC，基准电压 VREF=5V，其最小输出电压（量化单位）ΔU 约为（ ） A. 156.3mV B. 39.1mV C. 78.2mV D. 19.5mV 【答案】D 【解析】8位DAC共有28=256个量化级，量化单位约为ΔU=VREF/28=5V/256≈0.0195V=19.5mV，因此选A。 8. 某 DAC 直接驱动继电器线圈（感性负载），未在负载两端接续流二极管。通电后断开 DAC 输出时，最可能导致的故障是（ ） A. DAC 输出电压纹波增大 B. DAC 输出级被感性负载产生的反向电动势击穿损坏 C. 负载无法正常工作 D. 转换速率下降 【答案】B 【解析】继电器线圈属于感性负载，断开电流时会产生较高的反向电动势。未接续流二极管时，该反向电动势可能加到DAC输出级两端，导致输出级击穿损坏，因此选B。 9. 双积分型ADC的缺点是（ ） 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 【答案】A 【解析】双积分型ADC需要先对输入电压积分，再对基准电压反向积分，转换过程需要较长时间，因此转换速度较慢，选A。 10. DAC 的功能框图中，其核心组成模块不包括（ ） A. 参考电压源 B. 模拟电子开关 C. 数据锁存器 D. 加法运算放大器 【答案】C 11. 8位DAC电路的输入数字量为00000001时，输出电压为0.03V，则输入数字量为10010001时，输出电压为（ ） A. 6V B. 3V C. 4.35V D. 8.19V 【答案】C 【解析】输入数字量00000001对应0.03V，因此1个数字量对应0.03V。10010001（二进制）=145（十进制），输出电压为145×0.03V=4.35V，因此选C。 12. 五位D/A转换器的参考电压VREF为-8V，输入的数据Dn=10100，则该器件的输出电压为（ ） A. 8V B. 6V C. 7V D. -5V 【答案】D 【解析】五位DAC的输入码10100（二进制）=20（十进制）。按单极性DAC关系，输出电压UO=(20/25)×(−8V)=(20/32)×(−8V)=−5V，因此选A。 13. 集成ADC0809可以对______路模拟信号进行转换。（ ） A. 4路 B. 8路 C. 10路 D. 16路 【答案】B 【解析】ADC0809内部具有8路模拟输入通道和多路模拟开关，可在通道选择后对其中一路模拟信号进行A/D转换，因此可以对8路模拟信号进行转换，选B。 14. 集成电路ADC0809是一种______电路。（ ） A. 逐次逼近型A/D B. 双积分型A/D C. 倒T型电阻网络D/A D. 逐次逼近型D/A 【答案】A 【解析】集成电路ADC0809是一种逐次逼近型A/D电路。 ADC0809是8位逐次逼近型模数转换器，它能将模拟信号转换为数字信号，具有8路模拟输入通道，可对多个模拟信号源进行分时转换，广泛应用于数据采集系统等领域。 15. 逐次逼近型 ADC（4 位），模拟输入 Ui=2.8V，VREF=5V，其数字输出结果为（ ） A. 1001（二进制） B. 1011（二进制） C. 1100（二进制） D. 1101（二进制） 【答案】A 【解析】4位ADC共有16个量化级，输入电压对应的数字量约为N=(Ui/VREF)×24=(2.8/5)×16=8.96。量化后取最接近的整数9，9的二进制表示为1001，因此选A。 16. 若某ADC取量化单位，并规定对于输入电压，在时，认为输入的模拟电压为0，输出的二进制数为000，则时，输出的二进制数为（ ） A. 001 B. 110 C. 101 D. 111 【答案】C 【解析】量化单位为VREF/8，每个区间对应一个3位二进制码。区间[5VREF/8，6VREF/8)是第5个量化区间，对应十进制数5，转换为3位二进制数为101，因此选B。 17. 某 ADC 电源端仅并联 0.1μF 陶瓷电容（滤波电容容量不足），最可能导致的问题是（ ） A. 转换速率下降 B. 量化误差增大 C. 输出数字信号含高频噪声（受电源波动影响） D. ADC 无法启动 【答案】C 【解析】ADC工作时会产生瞬态电流变化，若电源去耦和滤波不足，电源波动会耦合到转换电路，使输出数字信号受到高频噪声干扰，因此选C。 18. 一般的A/D转换过程是通过______完成。（ ） A. 取样、保持、量化 B. 取样、保持、编码 C. 取样、保持、量化、编码 D. 取样、量化、编码 【答案】C 【解析】A/D转换通常依次包括采样、保持、量化和编码四个基本环节：先对模拟信号采样并保持，在离散电平上进行量化，最后将量化结果编码为数字信号，因此选C。 19. 某 12 位 ADC，基准电压 VREF=3.3V，其最小量化单位（分辨率）ΔU 约为（ ） A. 6.445mV B. 1.612mV C. 3.223mV D. 0.806mV 【答案】D 【解析】12位ADC共有212=4096个量化级，最小量化单位为ΔU=VREF/212=3.3V/4096≈0.0008057V=0.806mV，因此选A。 20. A/D转换的过程通常分为四个步骤，按先后顺序为（ ） A. 采样、保持、量化、编码 B. 保持、量化、编码、采样 C. 量化、保持、编码、采样 D. 量化、编码、采样、保持 【答案】A 【解析】A/D转换的基本过程按时间先后为采样、保持、量化、编码，因此选A。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 数模转换器的基本功能是将数字量转换为与其对应的模拟量。（ ） 【答案】正确 【解析】数模转换器接收数字编码，并输出相应的模拟电压或模拟电流。 22. 模数转换器的输入信号必须是数字信号，输出信号才是模拟信号。（ ） 【答案】错误 【解析】模数转换器的输入是模拟信号，经过转换后输出数字编码。 23. 模数转换过程通常包括采样、保持、量化和编码四个基本环节。（ ） 【答案】正确 【解析】采样、保持、量化和编码共同完成连续模拟量到数字量的转换。 24. 在其他条件相同的情况下，数模转换器的位数越多，输出模拟量的分辨率越高。（ ） 【答案】正确 【解析】位数增加后，可表示的离散电平数增多，最小分辨电压通常减小。 25. 模数转换中的量化过程会把连续变化的模拟量划分为有限个离散等级。（ ） 【答案】正确 【解析】量化用有限个规定等级近似连续模拟量，因此会产生量化误差。 26. 数模转换器的数字输入编码相同时，其模拟输出值一定与输入信号的变化速度有关。（ ） 【答案】错误 【解析】在转换器参数确定时，模拟输出主要由数字编码和参考量决定，与输入变化速度无直接关系。 27. 理想8位模数转换器能够区分的量化等级数为256级。（ ） 【答案】正确 【解析】理想模数转换器的量化等级数为，8位时为级。 28. 当被测模拟信号的最高频率为5 kHz时，采样频率取10 kHz即可保证无失真恢复。（ ） 【答案】错误 【解析】为避免混叠，采样频率应大于最高频率的两倍，10 kHz不满足严格要求。 29. 提高模数转换器的采样频率，能够直接提高其量化分辨率。（ ） 【答案】错误 【解析】采样频率决定时间上的采样密度，量化分辨率主要由模数转换器的位数决定。 30. 某理想模数转换器参考电压为5 V、位数为10位，则其量化等级数为1024级，单个量化间隔约为4.88 mV。（ ） 【答案】正确 【解析】等级数为，量化间隔约为 V，即4.88 mV。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述数模转换器将数字量转换为模拟量的基本过程，并说明影响输出模拟量大小的主要因素。 【答案】（1）数字输入代码控制开关网络，使各位代码产生相应权重的电流或电压，再经求和电路形成模拟输出信号。（2）数字输入代码越大，理想模拟输出量通常越大。（3）输出模拟量主要受数字输入代码和参考电压大小影响，位数还决定输出分辨率。 【解析】（1）数模转换器利用数字代码控制加权网络，将各位权值相加得到模拟量。（2）代码和参考电压共同决定输出大小，转换位数决定可分辨的最小输出变化量。 32. 在如图所示的电路中，若5V，3R其最大输出电压是多少？ 【答案】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，其输出电压为： 显然，当、、、全为1时输出电压最大，为： （V） 33. 某理想8位模数转换器的输入电压范围为0～5 V。简述其基本转换步骤，并计算一个量化间隔的理想电压值。 【答案】（1）模数转换依次经过采样、保持、量化和编码，将连续变化的模拟电压转换为数字代码。（2）量化级数为 级，一个量化间隔为\[\Delta U=\frac{5\text{ V}}{256}=0.01953125\text{ V}\approx19.53\text{ mV}.\] 【解析】（1）采样和保持确定转换时刻的输入值，量化将其归入有限等级，编码再形成二进制数字量。（2）理想量化间隔等于输入满量程除以量化级数，即 ，结果约为19.53 mV。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某工业温度控制装置采用单极性模数转换器采集温度变送器信号，并通过数模转换器输出控制电压。模数转换器为10位，参考电压为5.00 V；数模转换器为8位，输出电压范围为0～5.00 V。控制程序规定：模数转换器输出码按计算结果向下取整，8位数模转换码按计算结果四舍五入取整。某时刻变送器输出电压为3.20 V，系统将采集结果换算为8位数模转换码后输出。（1）计算模数转换器的输出码，并计算换算后的8位数模转换码及其实际输出电压。（2）计算数模转换器实际输出电压与变送器输出电压的绝对误差，并判断该误差是否满足控制系统规定的电压误差不超过0.01 V的要求。（3）若系统长期运行后误差增大，说明造成数模与模数转换误差的主要因素，并提出两项改进措施。 【答案】（1）模数转换器输出码：。8位数模转换码：。实际输出电压：。（2）绝对误差：。由于0.004 V小于0.01 V，所以满足控制要求。（3）主要因素包括量化误差、参考电压误差、转换器的零点误差和增益误差等。可采用精度更高、分辨率更高的转换器，使用稳定的精密参考电压，并定期进行零点和满度校准。 【解析】（1）10位模数转换器有1024个量化等级，先按输入电压与参考电压的比例求出数字码，再按比例换算为8位代码，最后由代码计算输出电压。（2）将输出电压与输入电压相减并取绝对值，与规定误差比较即可。（3）转换器的量化、参考源和器件参数都会造成误差，改进应从提高器件精度和校准补偿两方面入手。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $