集成A/D轉換器應用技術和實用線路基本信息

ISBN: 9787508374741

開本: 16

定價: 30.00 元

前言

第1章集成A/D轉換器和外圍電路

1.1A/D轉換器概述

1.1.1A/D轉換器的主要參數(shù)

1.1.2A/D轉換器的基本原理

1.1.3A/D轉換器的選擇原則

1.1.4A/D轉換器的發(fā)展動態(tài)

1.2A/D轉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信號調理器

1.3A/D轉換器外圍電路設計要點

1.3.1放大器的選擇技巧

1.3.2怎樣保持放大器的設計原則

1.3.3電源地線設計

1.3.4信號的隔離

1.3.5數(shù)字接口電路

思考題

第2章通用A/D轉換器的應用

2.1專配單片機的41/2位數(shù)字多用表ADc

2.1.1MAxl33/MAXl34的性能特點

2.1.2MAXl33/MAX134的工作原理

2.1.3MAXl33/MAX134的應用電路

2.2具有單片機接口兼容的單線數(shù)據(jù)輸出A/D轉換器

2.2.1MAx187/MAx189的性能特點

2.2.2MAx187/MAX189的電路分析

2.2.3MAx187/MAx189的典型應用

2.2.4MAx187/MAx189設計中的幾個問題

2.3具有自動校準功能和串行接口的A/D轉換器

2.3.1MAX194的性能特點

2.3.2MAx194的內部結構和引腳功能

2.3.3MAX194設計要點

2.3.4MAX194的應用電路

2.4高分辨的單線輸出A/D轉換器

2.4.1MAx195的性能特點

2.4.2MAX195的電路說明

2.4.3MAx195應用電路和設計要求

2.5內含單片機接口的快速A/D轉換器

2.5.1AD574A/AD674A，AD1674的性能特點

2.5.2AD574A/AD674A/ADl674的工作原理

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

2.5.4AD574A/AD674A/ADl674的使用和設計要點

2.6單片精密24位A/D轉換器

2.6.1AD7710的性能特點

2.6.2AD7710的工作原理

2.6.3AD7710的應用

2.6.4AD7710設計和使用要點

思考題

第3章高速、高分辨A/D轉換器的應用

3.1單片機接口的高分辨A/D轉換器

3.1.1MAx1400的性能特點

3.1.2MAx1400的電路分析(說明)

3.1.3MAx1400的典型應用

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

3.2.2AD7716的工作原理

3.2.3AD7716系統(tǒng)設計應考慮的問題

3.2.4AD7716的典型應用電路

3.3微功耗的A/D轉換器

3.3.1LTC2413的性能特點

3.3.2LTc2413內部電路的設計

3.3.3LTC2413的應用電路

3.4內嵌單片機的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.4.1ADuc834的性能特點

3.4.2ADLLC834的工作原理

3.4.3ADLLC834的典型應用

3.4.4ADuC834的設計提示

3.5具有高速轉換速率和快閃功能的A/D轉換器

3.5.1MAx104的性能特點

3.5.2MAX104的工作原理

3.5.3MAX104的典型應用

3.5.4MAx104設計和使用說明

3.6高速低功耗、多通道同時采樣的A/D轉換器

3.6.1AD7865的性能特點

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、并列結構的A/D轉換器

3.7.1MAxl00的性能特點

3.7.2MAxl00的工作原理

3.7.3MAxl00的應用電路

3.7.4MAX的設計要點

思考題

第4章內嵌MCUA/D轉換器的應用

4.1內嵌MCu的轉換器件

4.1.1概述

4.1.2主要特性

4.1.3典型器件說明

4.2內嵌Mcu的單片A/D轉換子系統(tǒng)

4.2.1ADμc812的性能特點

4.2.2ADμc812的電路分析

4.2.3ADμC812的應用電路

4.2.4ADμC812的設計要點

4.3內含8051CPu的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4.3.1MAX/7651/MAx7652的性能特點

4.3.2MAX7651/MAX7652的電路結構

4.3.3MAX7651/MAX7652的設計和使用說明

4.4具有8032內核的快閃編程系統(tǒng)

4.4.1μPSD3234BV-24的性能特點

4.4.2μPSD3234BV-24的電路

4.4.3SD3234BV-24設計提示

思考題

第5章A/D轉換的實用線路

5.1由5G14433構成的數(shù)字電壓表

5.1.15G14433主要性能特點

5.1.2數(shù)字電壓表實際線路分析

5.1.3數(shù)字電壓表設計和使用中的幾個問題

5.2由MAXl38組成的數(shù)字電壓表

5.2.1MAXl38/MAX139/MAx140的性能特點

5.2.2數(shù)字電壓表實用線路說明

5.3由ADD3701構成的4量程數(shù)字電壓表

5.3.1ADD3701的主要特點

5.3.2ADD3701的主要性能

5.3.34量程數(shù)字電壓表實用線路

5.4內含微控制器的51/2A/D轉換器

5.4.1H17159/H17159A的性能特點

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單片集成電路簡介

5.5.3硬件電路設計

5.5.4軟件設計

5.5.5實用電路

5.5.6主要技術指標

5.6其他實用線路

第6章A/D轉換的綜合實用線路

6.1單片機構成的智能電感測量儀

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

6.2多功能的功率因數(shù)測量儀

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)測量儀

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轉換器的應用技術

參考文獻

……

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

以下以一個四位的d/a轉換器說明d/a轉換器的工作原理: 當d3=1 i3=vd/2r=vref/(1×2r) 當d3=0 i3=0 當d2=1 i2=vd/2r=vref/(2×2r) 當d2=0 i2=0 當d1=1 i1=vd/2r=vref/(4×2r) 當d1=1 i1=0 當d0=1 i0=vd/2r=vref/(8×2r) 當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轉換器介紹

1. AD轉換器的分類

下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、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換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉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由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，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)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格很高。

3）并行比較型/串并行比較型（如TLC5510）

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

串并行比較型AD結構上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉換的叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線（Pipelined）型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數(shù)字運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)調制型（如AD7705）

Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度)信號，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。主要用于音頻和測量。

5）電容陣列逐次比較型

電容陣列逐次比較型AD在內置DA轉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轉換器。最近的逐次比較型AD轉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）是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數(shù)轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數(shù)器將頻率轉換成數(shù)字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點是分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數(shù)電路共同完成AD轉換。

2. AD轉換器的主要技術指標

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

2）轉換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字的AD轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(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的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

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

5）滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。

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

其他指標還有：絕對精度(Absolute Accuracy) ，相對精度(Relative Accuracy)，微分非線性，單調性和無錯碼，總諧波失真（Total Harmonic Distotortion縮寫THD）和積分非線性。

3. DA轉換器

DA轉換器的內部電路構成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運算等進行分類。大多數(shù)DA轉換器由電阻陣列和n個電流開關(或電壓開關)構成。按數(shù)字輸入值切換開關，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部的。一般說來，由于電流開關的切換誤差小，大多采用電流開關型電路，電流開關型電路如果直接輸出生成的電流，則為電流輸出型DA轉換器。此外，電壓開關型電路為直接輸出電壓型DA轉換器。

1）電壓輸出型（如TLC5620）

電壓輸出型DA轉換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內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載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉換器使用。

2）電流輸出型(如THS5661A)

電流輸出型DA轉換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉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載電阻而進行電流—電壓轉換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流—電壓轉換的方法，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使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOSDA轉換器當輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。當外接運算放大器進行電流電壓轉換時，則電路構成基本上與內置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉換器的電流建立時間上加入了達算放入器的延遲，使響應變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內部電容而容易起振，有時必須作相位補償。

3）乘算型（如AD7533）

DA轉換器中有使用恒定基準電壓的，也有在基準電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準電壓輸入相乘的結果而輸出，因而稱為乘算型DA轉換器。乘算型DA轉換器一般不僅可以進行乘法運算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進行調制的調制器使用。

4）一位DA轉換器

一位DA轉換器與前述轉換方式全然不同，它將數(shù)字值轉換為脈沖寬度調制或頻率調制的輸出，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)，用于音頻等場合。

4. DA轉換器的主要技術指標：

1）分辯率(Resolution) 指最小模擬輸出量（對應數(shù)字量僅最低位為‘1’）與最大量（對應數(shù)字量所有有效位為‘1’）之比。

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

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

（1）內部電路板和其他零件的更換及相關操作必須由專業(yè)工程師或技術人員進行。

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

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

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

部件或電路板上的電路圖案，必要時需采取相應的防靜電措施。

《現(xiàn)代傳感器應用技術和實用線路》是《單片機外圍器件應用叢書》之一。

《現(xiàn)代傳感器應用技術和實用線路》從優(yōu)化單片機輸入通道結構出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹各種新型傳感器的實用線路和應用技術?！冬F(xiàn)代傳感器應用技術和實用線路》共分7章，第1章為現(xiàn)代傳感器綜述，第2~4章分別介紹開關量輸出、大信號輸出、數(shù)字量輸出的傳感器和應用電路，第5章詳細分析傳感器接口技術和應用電路，第6~7章重點闡述傳感器的實用線路、綜合應用電路及應用技術，內容充分反映了國內外在該領域的最新成果和發(fā)展動態(tài)。

《現(xiàn)代傳感器應用技術和實用線路》適合高等院校的電力電子、自動化、通信、計算機等專業(yè)的高年級本科生、研究生學習參考，也可作為從事相關專業(yè)的工程技術人員參考。