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

前言

　　在過程控制和各種智能儀器中，絕大多數(shù)均由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和處理，而檢測(cè)的對(duì)象通常是一些變化的模擬量（如溫度、壓力、速度流量、電壓、電流、電阻等），因此，必須將這些模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能供單片機(jī)進(jìn)行處理，這個(gè)過程稱為模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換。目前國外能生產(chǎn)大規(guī)模集成電路，除混合集成電路、單片A／D轉(zhuǎn)換器和內(nèi)嵌MCU的A／D外，我國也相繼有效地生產(chǎn)出許多A／D芯片，它們與單片機(jī)結(jié)合廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益?！　∧壳?，集成A／D轉(zhuǎn)換器正朝著單片集成化、智能化、多功能、微功耗、高速、高分辨率和高可靠性的方向發(fā)展。鑒于目前國內(nèi)專門介紹集成A／D轉(zhuǎn)換器的書籍較少，而且介紹的內(nèi)容涉及面較窄，難以適應(yīng)科技發(fā)展和讀者迫切需要掌握該領(lǐng)域的新技術(shù)的需要。為此，作者將教學(xué)工作積累的經(jīng)驗(yàn)及部分科研成果加以系統(tǒng)總結(jié)，并參考國內(nèi)外的最新資料撰寫成書，以饗讀者?！　”緯茖W(xué)性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性于一體，主要有下列特點(diǎn)：　　（1）全書自始至終圍繞A／D轉(zhuǎn)換器的實(shí)用線路和實(shí)用技術(shù)，以優(yōu)化單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，詳細(xì)介紹各種A／D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)、原理、內(nèi)部電路和典型應(yīng)用?！　。?）強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性和實(shí)用性，堅(jiān)持理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則。書中的實(shí)用線路和應(yīng)用技術(shù)均是來源于科研和國外最新技術(shù)，這樣有利于讀者提高整機(jī)設(shè)計(jì)能力和展望國外科技動(dòng)態(tài)。　?。?）在實(shí)用線路和應(yīng)用技術(shù)中，特別提出使用和設(shè)計(jì)中要注意的問題，這也是讀者應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容?！　。?）模塊結(jié)構(gòu)，條理清晰，邏輯性強(qiáng)。在介紹各類集成A／D轉(zhuǎn)換器和應(yīng)用技術(shù)時(shí)，內(nèi)容由表及里，由淺入深。各章之間保持相對(duì)的獨(dú)立性，讀者既可通讀全文，也可根據(jù)需要選讀部分章節(jié)的內(nèi)容?！　。?）在重點(diǎn)章節(jié)后附有思考題，不僅能滿足不同層次讀者的需求，而且還能起到提示讀者觸類旁通的目的?！　”緯杉o(jì)宗南編寫，并負(fù)責(zé)文稿的收集、篩選和審閱，為本書編寫提供幫助的還有李鴻序、周惠娟、王杰、沈懿德、徐利群、王正碧、王正紅、黃國榮、黃國華、黃蘿薇、陳明富、紀(jì)敏、邢麗冬、許鳳蕓等。　　限于作者水平，書中錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是單片機(jī)外圍器件應(yīng)用叢書之一。    本書以優(yōu)化單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)為宗旨，系統(tǒng)地介紹各種新型集成A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)用線路和應(yīng)用技術(shù)。全書共分7章，第1章為集成A/D轉(zhuǎn)換器和外圍電路；第2～4章分別介紹通用集成A/D轉(zhuǎn)換器，高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換器和內(nèi)嵌MCU的A/D轉(zhuǎn)換器及其設(shè)計(jì)和使用中的有關(guān)問題；第5～7章深入講解A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)用線路和A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用技術(shù)。    本書選材新穎、內(nèi)容豐富、通俗易懂，并具有科學(xué)性、先進(jìn)性和很高的實(shí)用價(jià)值，可供計(jì)算機(jī)、電力及電子測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化控制、家用電器等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校有關(guān)專業(yè)的教材和參考書。

書籍目錄

前言第1章 集成A/D轉(zhuǎn)換器和外圍電路　1.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述　  1.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)　  1.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理　  1.1.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇原則　  1.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展動(dòng)態(tài)　1.2 A/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　1.3 A/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　  2.1.1 MAX133/MAX134的性能特點(diǎn)　  2.1.2 MAX133/MAX134的工作原理　  2.1.3 MAX133/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　  2.2.1 MAX187/MAX189的性能特點(diǎn)　  2.2.2 MAX187/MAX189的電路分析　  2.2.3 MAX187/MAX189的典型應(yīng)用　  2.2.4 MAX187/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　  2.3.1 MAX194的性能特點(diǎn)　  2.3.2 MAX194的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能　  2.3.3 MAX194設(shè)計(jì)要點(diǎn)　  2.3.4 MAX194的應(yīng)用電路　2.4 高分辨的單線輸出A/D轉(zhuǎn)換器　  2.4.1 MAX195的性能特點(diǎn)　  2.4.2 MAX195的電路說明　  2.4.3 MAX195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　  2.5.1 AD574A/AD674A/AD1674的性能特點(diǎn)　  2.5.2 AD574A/AD674/AD1674的工作原理　  2.5.3 AD574A/AD674A/AD1674和微控制器（單片機(jī)）的接口　  2.5.4 AD574A/AD674A/AD1674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　  2.6.1 AD7710的性能特點(diǎn)　  2.6.2 AD7710的工作原理　  2.6.3 AD7710的應(yīng)用　  2.6.4 AD7710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　  3.1.1 MAx1400的性能特點(diǎn)　  3.1.2 MAX1400的電路分析（說明）　  3.1.3 MAX1400的典型應(yīng)用　3.2 高分辨率的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)　  3.2.1 AD7716的性能特點(diǎn)　  3.2.2 AD7716的工作原理　  3.2.3 AD7716系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題　  3.2.4 AD7716的典型應(yīng)用電路　3.3 微功耗的A/D轉(zhuǎn)換器　  3.3.1 LTC2413的性能特點(diǎn)　  3.3.2 LTC2413內(nèi)部電路的設(shè)計(jì)　  3.3.3 LTC2413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)　  3.4.1 ADμC834的性能特點(diǎn)　  3.4.2 ADμC834的工作原理　  3.4.3 ADuC834的典型應(yīng)用　  3.4.4 ADμC834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　  3.5.1 MAX104的性能特點(diǎn)　  3.5.2 MAX104的工作原理　  3.5.3 MAX104的典型應(yīng)用　  3.5.4 MAX104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　  3.6.1 AD7865的性能特點(diǎn)　  3.6.2 AD7865的電路分析　  3.6.3 AD7865和微處理器（μP或μC）接口電路　  3.6.4 AD7865使用說明　3.7 高速、并列結(jié)構(gòu)的A/轉(zhuǎn)換器　  3.7.1 MAX100的性能特點(diǎn)　  3.7.2 MAX100的工作原理　  3.7.3 MAX100的應(yīng)用電路　  3.7.4 MAX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)　  4.2.1 ADμc812的性能特點(diǎn)　  4.2.2 ADμC812的電路分析　  4.2.3 ADμC812的應(yīng)用電路　  4.2.4 ADμC812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)　  4.3.1 MAX/7651/MAX7652的性能特點(diǎn)　  4.3.2 MAX7651/MAX7652的電路結(jié)構(gòu)　  4.3.3 MAX651/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)　  4.4.1 μPSD3234BV-24的性能特點(diǎn)　  4.4.2 μPSD3234BV-24的電路　  4.4.3 μPSD3234BV-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　  5.1.1 5G14433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MAX138組成的數(shù)字電壓表　  5.2.1 MAX138/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　  5.3.1 ADD3701的主要特點(diǎn)　  5.3.2 ADD3701的主要性能　  5.3.3 4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　  5.4.1 H17159/H17159A的性能特點(diǎn)　  5.4.2 H17159/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　6.4 單片數(shù)字視頻解碼器　  6.4.1 概述　  6.4.2 TVP5146的工作原理　  6.4.3 TVP5146實(shí)用線路　  6.4.4 設(shè)計(jì)和使用時(shí)應(yīng)注意的問題第7章 集成A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用技術(shù)　7.1 高速ADC外圍電路的設(shè)計(jì)　  7.1.1 驅(qū)動(dòng)電路和參考源的選擇　  7.1.2 ADC輸入過載和鎖定效應(yīng)抑制措施　  7.1.3 采樣時(shí)鐘發(fā)生器的正確設(shè)計(jì)　  7.1.4 電源、接地、去耦和布線設(shè)計(jì)　7.2 ∑-△ADC的設(shè)計(jì)和使用要點(diǎn)　  7.2.1 概述　  7.2.2 ∑-△ADC誤差源分析　  7.2.3 ∑-△ADC設(shè)計(jì)要點(diǎn)　  7.2.4 ∑-△ADC使用中的幾個(gè)問題　7.3 ADC非線性誤差（DNI、INL）的估算　  7.3.1 概述　  7.3.2 電容放電法　  7.3.3 噪聲激勵(lì)法　7.4 單片流水線ADC的數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)　  7.4.1 概述　  7.4.2 通用數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)　  7.4.3 1位/級(jí)流水線轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)算法　  7.4.4 1.5位/級(jí)流線轉(zhuǎn)換器的混合信號(hào)校準(zhǔn)算法　  7.4.5 模擬試驗(yàn)分析　7.5 驅(qū)動(dòng)源的阻抗如何影響A/D轉(zhuǎn)換器的精度　  7.5.1 概述　  7.5.2 模擬輸入源阻抗的影響　  7.5.3 參考電壓源輸入阻抗的影響　7.6 A/D轉(zhuǎn)換器有效位的分析　  7.6.1 概述　  7.6.2 噪聲源　  7.6.3 設(shè)計(jì)原則　  7.6.4 提高有效位的實(shí)際電路　7.7 利用單片機(jī)的軟資源實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換　  7.7.1 概述　  7.7.2 工作原理　  7.7.3 硬件電路和軟件設(shè)計(jì)　  7.7.4 精度分析　7.8 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM輸出的A/D轉(zhuǎn)換器　  7.8.1 概述　  7.8.2 工作原理　  7.8.3 硬件電路　  7.8.4 精度分析　  7.8.5 軟件說明　7.9 利用壓力傳感器提高A/D轉(zhuǎn)換器分辨率　  7.9.1 概述　  7.9.2 工作原理　  7.9.3 實(shí)用線路分析　  7.9.4 結(jié)論　7.10 基于ADC的傳感器線性化處理技術(shù)　  7.10.1 概述　  7.10.2 傳感器線性化處理的原理　  7.10.3 傳感器非線性補(bǔ)償?shù)姆椒ā? 7.10.4 傳感器非線性校準(zhǔn)實(shí)例　思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　集成A/D轉(zhuǎn)換器和外圍電路　　在實(shí)時(shí)過程控制、智能儀器儀表和各種單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中，絕大部分是由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的。它能加工的信息都是數(shù)字量，而被檢測(cè)對(duì)象的輸出往往是一些連續(xù)變化的模擬量。因此，必須將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能供單片機(jī)處理，這個(gè)進(jìn)程稱為模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。但是，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器是具有實(shí)際意義（除掉高集成度的單片A/D轉(zhuǎn)換器和SoC結(jié)構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換器外），均要和外圍器件和電路組合才能構(gòu)成實(shí)際電路和系統(tǒng)。這樣，本章將會(huì)涉及到A/D轉(zhuǎn)換器概述，外圍電路分析和外圍電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)。　　1.1　A/D轉(zhuǎn)換器概述　　A/D轉(zhuǎn)換器（或ADC）是一種器件，也可能是一個(gè)系統(tǒng)（如DAS或內(nèi)嵌MCU的快速編程系統(tǒng)），它的作用是把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量?！　≡诠I(yè)自動(dòng)化和單片機(jī)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象輸出的模擬信號(hào)首先要經(jīng)過前置級(jí)信號(hào)調(diào)理器調(diào)理，然后才能饋入ADC。通過ADC就能把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字代碼，然后根據(jù)需要分別送入單片機(jī)或計(jì)數(shù)器進(jìn)行處理。由于單片機(jī)和其他類型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度在不斷提高，這就要求A/D轉(zhuǎn)換器也能適應(yīng)高速、’高精度的要求，否則，不能達(dá)到預(yù)期的效果?！　?.1.1　A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)　　A/D轉(zhuǎn)換器的電參數(shù)是隨產(chǎn)品型號(hào)、工藝和集成度的不同而變化的，但主要電氣參數(shù)是相同的，現(xiàn)說明如下：　　1.分辨率　　A/D轉(zhuǎn)換器中的分辨率是指能夠識(shí)別的最小模擬輸入量，它能說明處理數(shù)字碼位數(shù)的能力，通常以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)或BCD碼位數(shù)來表示。例如；12位ADC的分辨率為212或12位。如果用百分?jǐn)?shù)來表示分辨率，則可用下式計(jì)算：　　1/2n×100％=1/212×100％=1/4096X 100％=0.0244％　　BCD碼輸出的A/D轉(zhuǎn)換器一般用位數(shù)表示分辨率。例如，ICL7135雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為41/2位，滿刻度字位為19999，用百分?jǐn)?shù)表示，其分辨率為　　1/19999×100％=0.005％　　A/D轉(zhuǎn)換器不同位數(shù)的分辨率見表1—1?！　　?/pre>








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