集成A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路

前言

第1章集成A/D轉(zhuǎn)換器和外圍電路

1.1A/D轉(zhuǎn)換器概述

1.1.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)

1.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理

1.1.3A/D轉(zhuǎn)換器的選擇原則

1.1.4A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展動(dòng)態(tài)

1.2A/D轉(zhuǎn)換器外圍電路的分析

1.2.1儀表放大器

1.2.2隔離放大器

1.2.3采樣/保持放大器

1.2.4信號(hào)調(diào)理器

1.3A/D轉(zhuǎn)換器外圍電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.3.1放大器的選擇技巧

1.3.2怎樣保持放大器的設(shè)計(jì)原則

1.3.3電源地線設(shè)計(jì)

1.3.4信號(hào)的隔離

1.3.5數(shù)字接口電路

思考題

第2章通用A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

2.1專配單片機(jī)的41/2位數(shù)字多用表ADc

2.1.1MAxl33/MAXl34的性能特點(diǎn)

2.1.2MAXl33/MAX134的工作原理

2.1.3MAXl33/MAX134的應(yīng)用電路

2.2具有單片機(jī)接口兼容的單線數(shù)據(jù)輸出A/D轉(zhuǎn)換器

2.2.1MAx187/MAx189的性能特點(diǎn)

2.2.2MAx187/MAX189的電路分析

2.2.3MAx187/MAx189的典型應(yīng)用

2.2.4MAx187/MAx189設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

2.3具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能和串行接口的A/D轉(zhuǎn)換器

2.3.1MAX194的性能特點(diǎn)

2.3.2MAx194的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能

2.3.3MAX194設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.3.4MAX194的應(yīng)用電路

2.4高分辨的單線輸出A/D轉(zhuǎn)換器

2.4.1MAx195的性能特點(diǎn)

2.4.2MAX195的電路說明

2.4.3MAx195應(yīng)用電路和設(shè)計(jì)要求

2.5內(nèi)含單片機(jī)接口的快速A/D轉(zhuǎn)換器

2.5.1AD574A/AD674A，AD1674的性能特點(diǎn)

2.5.2AD574A/AD674A/ADl674的工作原理

2.5.3AD574A/AD674A/ADl674和微控制器(單片機(jī))的接口

2.5.4AD574A/AD674A/ADl674的使用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.6單片精密24位A/D轉(zhuǎn)換器

2.6.1AD7710的性能特點(diǎn)

2.6.2AD7710的工作原理

2.6.3AD7710的應(yīng)用

2.6.4AD7710設(shè)計(jì)和使用要點(diǎn)

思考題

第3章高速、高分辨A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

3.1單片機(jī)接口的高分辨A/D轉(zhuǎn)換器

3.1.1MAx1400的性能特點(diǎn)

3.1.2MAx1400的電路分析(說明)

3.1.3MAx1400的典型應(yīng)用

3.2高分辨率的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.2.1AD7716的性能特點(diǎn)

3.2.2AD7716的工作原理

3.2.3AD7716系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題

3.2.4AD7716的典型應(yīng)用電路

3.3微功耗的A/D轉(zhuǎn)換器

3.3.1LTC2413的性能特點(diǎn)

3.3.2LTc2413內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)

3.3.3LTC2413的應(yīng)用電路

3.4內(nèi)嵌單片機(jī)的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.4.1ADuc834的性能特點(diǎn)

3.4.2ADLLC834的工作原理

3.4.3ADLLC834的典型應(yīng)用

3.4.4ADuC834的設(shè)計(jì)提示

3.5具有高速轉(zhuǎn)換速率和快閃功能的A/D轉(zhuǎn)換器

3.5.1MAx104的性能特點(diǎn)

3.5.2MAX104的工作原理

3.5.3MAX104的典型應(yīng)用

3.5.4MAx104設(shè)計(jì)和使用說明

3.6高速低功耗、多通道同時(shí)采樣的A/D轉(zhuǎn)換器

3.6.1AD7865的性能特點(diǎn)

3.6.2AD7865的電路分析

3.6.3AD7865和微處理器(up或uC)接口電路

3.6.4AD7865使用說明

3.7高速、并列結(jié)構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換器

3.7.1MAxl00的性能特點(diǎn)

3.7.2MAxl00的工作原理

3.7.3MAxl00的應(yīng)用電路

3.7.4MAX的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

思考題

第4章內(nèi)嵌MCUA/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

4.1內(nèi)嵌MCu的轉(zhuǎn)換器件

4.1.1概述

4.1.2主要特性

4.1.3典型器件說明

4.2內(nèi)嵌Mcu的單片A/D轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)

4.2.1ADμc812的性能特點(diǎn)

4.2.2ADμc812的電路分析

4.2.3ADμC812的應(yīng)用電路

4.2.4ADμC812的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.3內(nèi)含8051CPu的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4.3.1MAX/7651/MAx7652的性能特點(diǎn)

4.3.2MAX7651/MAX7652的電路結(jié)構(gòu)

4.3.3MAX7651/MAX7652的設(shè)計(jì)和使用說明

4.4具有8032內(nèi)核的快閃編程系統(tǒng)

4.4.1μPSD3234BV-24的性能特點(diǎn)

4.4.2μPSD3234BV-24的電路

4.4.3SD3234BV-24設(shè)計(jì)提示

思考題

第5章A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)用線路

5.1由5G14433構(gòu)成的數(shù)字電壓表

5.1.15G14433主要性能特點(diǎn)

5.1.2數(shù)字電壓表實(shí)際線路分析

5.1.3數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)和使用中的幾個(gè)問題

5.2由MAXl38組成的數(shù)字電壓表

5.2.1MAXl38/MAX139/MAx140的性能特點(diǎn)

5.2.2數(shù)字電壓表實(shí)用線路說明

5.3由ADD3701構(gòu)成的4量程數(shù)字電壓表

5.3.1ADD3701的主要特點(diǎn)

5.3.2ADD3701的主要性能

5.3.34量程數(shù)字電壓表實(shí)用線路

5.4內(nèi)含微控制器的51/2A/D轉(zhuǎn)換器

5.4.1H17159/H17159A的性能特點(diǎn)

5.4.2H17159/H17159A的工作原理

5.4.3由H17159/H17159A組成的51/2位智能數(shù)字電壓表

5.5單片集成電路構(gòu)成的智能數(shù)字萬用表

5.5.1概述

5.2.2單片集成電路簡(jiǎn)介

5.5.3硬件電路設(shè)計(jì)

5.5.4軟件設(shè)計(jì)

5.5.5實(shí)用電路

5.5.6主要技術(shù)指標(biāo)

5.6其他實(shí)用線路

第6章A/D轉(zhuǎn)換的綜合實(shí)用線路

6.1單片機(jī)構(gòu)成的智能電感測(cè)量?jī)x

6.1.1概述

6.1.2工作原理

6.1.3電感儀的硬件電路

6.1.4軟件分析

6.1.5性能指標(biāo)

6.2多功能的功率因數(shù)測(cè)量?jī)x

6.1.1概述

6.2.2工作原理

6.2.3硬件配置

6.2.4軟件分析

6.2.5性能

6.3電池綜合參數(shù)測(cè)量?jī)x

6.3.1概述

6.3.2工作原理

6.3.3電路說明

6.3.4軟件分析

6.3.5性能

……

第7章集成A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用技術(shù)

參考文獻(xiàn)

……

ISBN: 9787508374741

開本: 16

定價(jià): 30.00 元

d/a轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字系統(tǒng)與模擬量控制對(duì)象之間聯(lián)系的橋梁，它的任務(wù)是將離散的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬信號(hào)。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，d/a轉(zhuǎn)換器是不可缺少的重要組成部分。

以下以一個(gè)四位的d/a轉(zhuǎn)換器說明d/a轉(zhuǎn)換器的工作原理: 當(dāng)d3=1 i3=vd/2r=vref/(1×2r) 當(dāng)d3=0 i3=0 當(dāng)d2=1 i2=vd/2r=vref/(2×2r) 當(dāng)d2=0 i2=0 當(dāng)d1=1 i1=vd/2r=vref/(4×2r) 當(dāng)d1=1 i1=0 當(dāng)d0=1 i0=vd/2r=vref/(8×2r) 當(dāng)d0=1 i0=0 vout=-iout1×rf 由此可見:隨著d3-d0的取值(0、1)的不同在運(yùn)放輸出端可以得到不同的電壓量。如果用數(shù)字量來控制電子開關(guān)的通斷(1表示接通，0表示斷開) 例如:d3d2d1d0 vout 0000 0v 0001 1/24vref*rf/r 0010 2/24 vref*rf/r 0011 3/24 vref*rf/r 15/24 vref*rf/r 可見:在輸出端可得到與輸入數(shù)字量成正比的模擬電壓量。

AD轉(zhuǎn)換器介紹

1. AD轉(zhuǎn)換器的分類

下面簡(jiǎn)要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。

1）積分型（如TLC7135）

積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡(jiǎn)單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時(shí)間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。

2）逐次比較型（如TLC0831）

逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時(shí)價(jià)格很高。

3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）

并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。

串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級(jí)（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉(zhuǎn)換時(shí)序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級(jí)型AD中還加入了對(duì)多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。

4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)調(diào)制型（如AD7705）

Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測(cè)量。

5）電容陣列逐次比較型

電容陣列逐次比較型AD在內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。

6）壓頻變換型（如AD650）

壓頻變換型（Voltage-Frequency Converter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時(shí)間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個(gè)數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外部計(jì)數(shù)電路共同完成AD轉(zhuǎn)換。

2. AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1）分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。

2）轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。

3）量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

4）偏移誤差(Offset Error) 輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。

5）滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。

6）線性度(Linearity) 實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。

其他指標(biāo)還有：絕對(duì)精度(Absolute Accuracy) ，相對(duì)精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無錯(cuò)碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫THD）和積分非線性。

3. DA轉(zhuǎn)換器

DA轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運(yùn)算等進(jìn)行分類。大多數(shù)DA轉(zhuǎn)換器由電阻陣列和n個(gè)電流開關(guān)(或電壓開關(guān))構(gòu)成。按數(shù)字輸入值切換開關(guān)，產(chǎn)生比例于輸入的電流(或電壓)。此外，也有為了改善精度而把恒流源放入器件內(nèi)部的。一般說來，由于電流開關(guān)的切換誤差小，大多采用電流開關(guān)型電路，電流開關(guān)型電路如果直接輸出生成的電流，則為電流輸出型DA轉(zhuǎn)換器。此外，電壓開關(guān)型電路為直接輸出電壓型DA轉(zhuǎn)換器。

1）電壓輸出型（如TLC5620）

電壓輸出型DA轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負(fù)載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉(zhuǎn)換器使用。

2）電流輸出型(如THS5661A)

電流輸出型DA轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負(fù)載電阻而進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運(yùn)算放大器。用負(fù)載電阻進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運(yùn)算放大器使用。此外，大部分CMOSDA轉(zhuǎn)換器當(dāng)輸出電壓不為零時(shí)不能正確動(dòng)作，所以必須外接運(yùn)算放大器。當(dāng)外接運(yùn)算放大器進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，則電路構(gòu)成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時(shí)由于在DA轉(zhuǎn)換器的電流建立時(shí)間上加入了達(dá)算放入器的延遲，使響應(yīng)變慢。此外，這種電路中運(yùn)算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振，有時(shí)必須作相位補(bǔ)償。

3）乘算型（如AD7533）

DA轉(zhuǎn)換器中有使用恒定基準(zhǔn)電壓的，也有在基準(zhǔn)電壓輸入上加交流信號(hào)的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果而輸出，因而稱為乘算型DA轉(zhuǎn)換器。乘算型DA轉(zhuǎn)換器一般不僅可以進(jìn)行乘法運(yùn)算，而且可以作為使輸入信號(hào)數(shù)字化地衰減的衰減器及對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器使用。

4）一位DA轉(zhuǎn)換器

一位DA轉(zhuǎn)換器與前述轉(zhuǎn)換方式全然不同，它將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到一般的電壓輸出(又稱位流方式)，用于音頻等場(chǎng)合。

4. DA轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：

1）分辯率(Resolution) 指最小模擬輸出量（對(duì)應(yīng)數(shù)字量?jī)H最低位為‘1’）與最大量（對(duì)應(yīng)數(shù)字量所有有效位為‘1’）之比。

2）建立時(shí)間(Setting Time) 是將一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號(hào)所需的時(shí)間，也可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)換時(shí)間。DA中常用建立時(shí)間來描述其速度，而不是AD中常用的轉(zhuǎn)換速率。一般地，電流輸出DA建立時(shí)間較短，電壓輸出DA則較長(zhǎng)。

其他指標(biāo)還有線性度(Linearity)，轉(zhuǎn)換精度，溫度系數(shù)/漂移。

（1）內(nèi)部電路板和其他零件的更換及相關(guān)操作必須由專業(yè)工程師或技術(shù)人員進(jìn)行。

（2）打開殼蓋前須保證設(shè)備斷電至少10min。殼蓋的打開須由專業(yè)工程師或技術(shù)人員進(jìn)行。

（3）防爆型的轉(zhuǎn)換器必須轉(zhuǎn)移到一個(gè)安全的區(qū)域進(jìn)行維修保養(yǎng)、拆卸、再組裝。

（4）轉(zhuǎn)換器電路板組件中包含敏感部件，可能會(huì)被靜電損壞。小心操作以免直接接觸電子

部件或電路板上的電路圖案，必要時(shí)需采取相應(yīng)的防靜電措施。

《現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路》是《單片機(jī)外圍器件應(yīng)用叢書》之一。

《現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路》從優(yōu)化單片機(jī)輸入通道結(jié)構(gòu)出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹各種新型傳感器的實(shí)用線路和應(yīng)用技術(shù)?！冬F(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路》共分7章，第1章為現(xiàn)代傳感器綜述，第2~4章分別介紹開關(guān)量輸出、大信號(hào)輸出、數(shù)字量輸出的傳感器和應(yīng)用電路，第5章詳細(xì)分析傳感器接口技術(shù)和應(yīng)用電路，第6~7章重點(diǎn)闡述傳感器的實(shí)用線路、綜合應(yīng)用電路及應(yīng)用技術(shù)，內(nèi)容充分反映了國內(nèi)外在該領(lǐng)域的最新成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)。

《現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路》適合高等院校的電力電子、自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生學(xué)習(xí)參考，也可作為從事相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。