1、icl7107介紹及特點(diǎn)

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。

它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)源。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，積分器先后對(duì)輸入信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號(hào)與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信一號(hào)。

時(shí)鐘信號(hào)源的標(biāo)準(zhǔn)周期Tc 作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。它是由內(nèi)部的兩個(gè)反向器以及外部的RC組成的。

計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過(guò)程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。分頻器用來(lái)對(duì)時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖fc和共陽(yáng)極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號(hào)fc。

（1） 31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107功能與特點(diǎn)

① ICL7107是31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，屬于CMoS大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉(zhuǎn)換精度為0.05士1 個(gè)字。

② 能直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡(jiǎn)化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。

③ 在芯片內(nèi)部從V+與COM之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的2.8V基準(zhǔn)電源，通過(guò)電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓VREF 。

④ 能通過(guò)內(nèi)部的模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。 ⑤ 輸入阻抗高，對(duì)輸入信號(hào)無(wú)衰減作用。

⑥ 整機(jī)組裝方便，無(wú)需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽(yáng)極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。

⑦ 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長(zhǎng)。 ⑧ 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

⑨ 不設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用時(shí)可將LED共陽(yáng)極數(shù)數(shù)碼管公共陽(yáng)極接V+. ⑩ 可以方便的進(jìn)行功能檢查。

2、icl7107引腳圖及功能

圖1 ICL7107的引腳圖及典型電路

（2） ICL7107引腳功能

au-gu，aT-gT，aH-gH：分別為個(gè)位、十位、百位筆畫(huà)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫(huà)電極。

Bck：千位筆畫(huà)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫(huà)電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱背電極。

Oscl-OSc3 ：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來(lái)決定： Fosl = 0.45/RC

COM ：模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱“模擬地”，使 用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。 TEST ：測(cè)試端，該端經(jīng)過(guò)500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。 VREF＋ VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。 CREF：外接基準(zhǔn)電容端。

INT：27是一個(gè)積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件 IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。

AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場(chǎng)合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。

BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級(jí)的無(wú)功電流（ idling current ）是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。

ICL7107中文資料:

3、ICL7107主要參數(shù)

電源電壓

ICL7107 V+ to GND 6V 溫度范圍 0℃ to 70℃

ICL7107 V- to GND -9V 熱電阻 PDIP封裝 qJA（℃/W） 50 MQFP封裝 80

模擬輸入電壓 V+ to V- 最大結(jié)溫 150℃ 參考輸入電壓 V+ to V- 最高儲(chǔ)存溫度范圍 -65℃ to 150℃ 時(shí)鐘輸入 GND to V+

其振蕩周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

4、icl7107工作原理

圖2 ICL7107A/D轉(zhuǎn)換器原理

計(jì)數(shù)器對(duì)反向積分過(guò)程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。

分頻器用來(lái)對(duì)時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖fc和共陽(yáng)極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號(hào)fc。

譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計(jì)數(shù)器的BCD碼譯成LED數(shù)碼管七段筆畫(huà)組成數(shù)字的相應(yīng)編碼。 驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對(duì)應(yīng)于共陽(yáng)極數(shù)碼管七段筆畫(huà)的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫(huà)的方波。

控制器的作用有三個(gè)：第一，識(shí)別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，使各模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識(shí)別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號(hào)顯示。第二，當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號(hào)，使千位顯示“1“ ，其余碼全部熄滅。

釣鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)LED 。它的每個(gè)測(cè)量周期自動(dòng)調(diào)零（AZ）、信號(hào)積分（INT）和反向積分（DE）三個(gè)階段。

第一階段：自動(dòng)調(diào)零階段AZ

轉(zhuǎn)換開(kāi)始前（轉(zhuǎn)換控制信號(hào)VL=0） ，先將計(jì)時(shí)器清零，并接通開(kāi)關(guān)S0 ，使積分電容C完全放電。

第二階段：信號(hào)積分INT

令開(kāi)關(guān)S1合到輸入信號(hào)V1一側(cè)，積分器對(duì)V1進(jìn)行固定時(shí)間Tl的積分，積分結(jié)果為：

上式說(shuō)明，在Tl固定條件下V0與Vl成正比。

第三階段：反向積分DE

令開(kāi)關(guān)S1轉(zhuǎn)至參考電壓VREF一側(cè)，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至必零時(shí)，所經(jīng)過(guò)的積分時(shí)間T2則可得， 故可得到，

可見(jiàn)，反向積分到V0=0這段時(shí)間T2與Vl成正比。令時(shí)鐘脈沖CD的周期為Tc，計(jì)數(shù)扔器在T2時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值為N得：T2=NTc

代入上式得：

分析可知：T1，Tc，VREF固定不變，計(jì)數(shù)值N僅與VIN成正比，實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)變。 下面介紹A/D轉(zhuǎn)化過(guò)程的時(shí)間分配。假設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為40KHz，每個(gè)周期為4000Tc， 如圖3所示，每個(gè)測(cè)量周期中三個(gè)階段工作自動(dòng)循環(huán)。

圖3 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖 各階段時(shí)間分配如下

①信號(hào)積分時(shí)間Tl用1000Tc 。

②信號(hào)反向積分時(shí)間T2用0一2000Tc ，這段時(shí)間的長(zhǎng)短是由VIN的大小決定的。 ③自動(dòng)調(diào)零時(shí)間T0用1000－3000Tc 。

從上面的分析可知，Tl 侍定不變的，但T2隨VIN的大小而改變。因?yàn)椋?/P>

滿量程時(shí)N=2000，同樣由上式可導(dǎo)出滿量程時(shí)VIN與基準(zhǔn)電壓的關(guān)系為：VIN=2VREF 。為了提高儀表的抗干擾能力，通常選定的采樣時(shí)間Tl 為工頻周期的整數(shù)倍。我國(guó)采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應(yīng)選T1=n&TImes;20ms。n= l，2，3……n越大，對(duì)串模干擾的抑制能力越強(qiáng)，但n越大，A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間越長(zhǎng)。因此，一般取Tl=100ms，即f0＝40KHz 。

由T0=2RC105=2.2RC，得

式中T0為振蕩周期。

由上式可知，當(dāng)f0=40KHz時(shí)，阻容元件的選取并不唯一，只要滿足要求即可。

5、icl7107應(yīng)用電路

icl7107應(yīng)用電路（1）

數(shù)字電壓表電路圖

ICL7107 安裝電壓表頭時(shí)的一些要點(diǎn)：按照測(cè)量＝±199.9mV 來(lái)說(shuō)明。

1.辨認(rèn)引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對(duì)型號(hào)字符，然后，在芯片的左下方為第一腳。

也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。

許多廠家會(huì)在第一腳旁邊打上一個(gè)小圓點(diǎn)作為標(biāo)記。

知道了第一腳之后，按照反時(shí)針?lè)较蛉プ撸�依次是�?2 至第 40 引腳。（1 腳與 40 腳遙遙相對(duì)）。

2.牢記關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 －3V 至 －5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號(hào)輸入引腳，可以輸入 ±199.9mV 的電壓。在一開(kāi)始，可以把它接地，造成“0”信號(hào)輸入，以方便測(cè)試。

3.注意芯片 27，28，29 引腳的元件數(shù)值，它們是 0.22uF，47K，0.47uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用磁片電容。

4.注意接地引腳：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號(hào)地是 30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個(gè)引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測(cè)量電阻或者比例測(cè)量），30 腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。

5.負(fù)電壓產(chǎn)生電路：負(fù)電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來(lái)提供，但是這要求供電需要正負(fù)電源，通常采用簡(jiǎn)單方法，利用一個(gè) +5V 供電就可以解決問(wèn)題。比較常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等電路來(lái)得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個(gè)電感來(lái)進(jìn)行信號(hào)放大，把芯片 38 腳的振蕩信號(hào)串接一個(gè) 20K －56K 的電阻連接到三極管“B”極，在三極管“C”極串接一個(gè)電阻（為了保護(hù)）和一個(gè)電感（提高交流放大倍數(shù)），在正常工作時(shí)，三極管的“C”極電壓為 2.4V － 2.8V 為最好。這樣，在三極管的“C”極有放大的交流信號(hào)，把這個(gè)信號(hào)通過(guò) 2 只 4u7 電容和 2 支 1N4148 二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給 ICL7107 的 26 腳使用。這個(gè)電壓，最好是在 －3.2V 到 －4.2V 之間。

6.如果上面的所有連接和電壓數(shù)值都是正常的，也沒(méi)有“短路”或者“開(kāi)路”故障，那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。利用一個(gè)電位器和指針萬(wàn)用表的電阻 X1 檔，我們可以分別調(diào)整出 50mV，100mV，190 mV 三種電壓來(lái)，把它們依次輸入到 ICL7107 的第 31 腳，數(shù)碼管應(yīng)該對(duì)應(yīng)分別顯示 50.0，100.0，190.0 的數(shù)值，允許有 2 －3 個(gè)字的誤差。如果差別太大，可以微調(diào)一下 36 腳的電壓。

7.比例讀數(shù)：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準(zhǔn)電壓作為信號(hào)輸入到芯片的信號(hào)端，這時(shí)候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之間，越接近 100.0 越好。這個(gè)測(cè)試是看看芯片的比例讀數(shù)轉(zhuǎn)換情況，與基準(zhǔn)電壓具體是多少 mV 無(wú)關(guān)，也無(wú)法在外部進(jìn)行調(diào)整這個(gè)讀數(shù)。如果差的太多，就需要更換芯片了。

8.ICL7107 也經(jīng)常使用在 ±1.999V 量程，這時(shí)候，芯片 27，28，29 引腳的元件數(shù)值，更換為 0.22uF，470K，0.047uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把 36 腳基準(zhǔn)調(diào)整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。

9.這種數(shù)字電壓表頭，被廣泛應(yīng)用在許多測(cè)量場(chǎng)合，它是進(jìn)行模擬－數(shù)字轉(zhuǎn)換的最基本，最簡(jiǎn)單而又最低價(jià)位的一個(gè)方法，是作為數(shù)字化測(cè)量的一種最基本的技能。

ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開(kāi)關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路--數(shù)字電壓表的制作。其電路如附圖。

制作時(shí)，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽(yáng)型，2K可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計(jì)等。

icl7107應(yīng)用電路（2）

利用ICL7107做的電壓表電路原理圖

icl7107應(yīng)用電路（3）

要想自制輸出電壓數(shù)字顯示，可以利用帶有七段LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的雙積分A/D變換器，型號(hào)為ICL7107，如下圖所示。

在數(shù)字電壓顯示中，需要數(shù)碼管。數(shù)碼管的連接方式如下圖所示。

從圖4-4中可以看到，LED數(shù)碼管分共陰極和共陽(yáng)極兩種接線方式，圖（a）所示為數(shù)碼管的外觀示意及各引腳功能，圖（b）所示為共陰極數(shù)碼管的等效電路，圖（c）所示為共陽(yáng)極數(shù)碼管的等效電路。

除了用數(shù)字電壓表顯示電源的輸出電壓外，還可以直接利用數(shù)字控制的輸出、經(jīng)過(guò)LED驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)LED來(lái)顯示輸出電壓，如下圖所示。

對(duì)于數(shù)控電壓源，也可以在數(shù)字控制的輸出端（即74LS192的輸出端）接七段LED驅(qū)動(dòng)器，間接獲得輸出電壓顯示。如果數(shù)控電壓源處在正常狀態(tài)，則顯示值將是正確的；如果數(shù)控電壓源處在非正常狀態(tài)，如電流保護(hù)或者過(guò)熱保護(hù)狀態(tài)，則數(shù)值顯示將是錯(cuò)誤的。

icl7107應(yīng)用電路（4）

在電流或者電壓的測(cè)量中，經(jīng)常遇見(jiàn)測(cè)量的并不是直流而是交流，這時(shí)候，絕對(duì)不可以把交流信號(hào)直接輸入到數(shù)字電壓表去，必須先把被測(cè)的交流信號(hào)變成直流信號(hào)后，才可以送入數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量。下圖就是一個(gè)把交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為直流信號(hào)的參考電路。（說(shuō)明：更好的交流轉(zhuǎn)換成為直流的電路是一種“真有效值”轉(zhuǎn)換電路，但是由于其專用芯片價(jià)格昂貴，多應(yīng)用在一些高檔場(chǎng)合。）

本電路中，輸入的是 0～200.0mV 的交流信號(hào)，輸出的是 0～200.0mV 的直流信號(hào)，從信號(hào)幅度來(lái)看，并不要求電路進(jìn)行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒(méi)有損失地進(jìn)行 AC － DC 的信號(hào)轉(zhuǎn)換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運(yùn)算放大器，其不靈敏區(qū)僅僅只有 2mV 左右，在普通數(shù)字萬(wàn)用表中大量使用，電路大同小異。

在溫度測(cè)量和其他物理及化學(xué)量的測(cè)量中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“零點(diǎn)”的時(shí)候信號(hào)不是零的情況，這時(shí)候，下面的“電橋輸入”電路就被優(yōu)先采用了。可以根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，用傳感器替換電橋回路中的某一個(gè)電阻元件。數(shù)字電壓表的兩個(gè)輸入端也不再有接地點(diǎn)，作為一種典型的“差分”輸入來(lái)使用了。

電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個(gè)把 4～20mA 電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示的電路。它的零點(diǎn)就是 4mA 而不是 0mA 。當(dāng)輸入零點(diǎn)電流為 4 mA 的時(shí)候，利用 IN- 上面建立起來(lái)的電壓，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出現(xiàn)的無(wú)用信號(hào)，使得數(shù)字電壓表差分輸入＝0，就實(shí)現(xiàn)了 4mA 輸 入時(shí)顯示為 0 的要求。隨著信號(hào)的繼續(xù)增大，例如到了 20mA ，對(duì)數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于差分輸入電流為 20-4=16mA ，這個(gè) 16mA 在 62.5R 電阻上的壓降，就是數(shù)字電壓表的最大輸入信號(hào)。這時(shí)候，把數(shù)字電壓表的基準(zhǔn)電壓調(diào)整到與 16*62.5＝1000mV 相等，顯示就是 1000 個(gè)字！