ICL7107ADC在智能仪器中的应用

　　ICL7107是一种能直接驱动数码管显示器的3音位单片A／D转换器．用它组装成韵各种数字化电压表和电流表，具有外围元件少．接线简单、成本低廉等优点，配上不同的传感器后，可用于测量温度、压力、流量等非电量。为了扩大ICL7107A／D转换器的功能，如将数据打印出来，利用其数据进行各种控制，就必须将7107输出笔划信号通过反译码器CH294转换成BCD码。

　　转换器ICL7107功能与特点

　　①ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMoS大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1个字。

　　②能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN。

　　③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF。

　　④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。

　　⑥整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。

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

　　⑨不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.⑩可以方便的进行功能检查。

　　图1ICL7107的引脚图及典型电路。

　　（2）ICL7107引脚功能及主要电气参数V＋和V-分别为电源的正极和负极，

　　au-gu，aT-gT，aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

　　Bck：千位笔画驱动信号。接千位LEO显示器的相应的笔画电极。PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。

　　Oscl-OSc3：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：Fosl=0.45/RC

　　COM：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。TEST：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。VREF＋VREF-：基准电压正负端。CREF：外接基准电容端。

　　INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN-：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。

　　AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

　　BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流（idlingcurrent）是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。ICL7107主要参数：电源电压

　　ICL7107V+toGND6V温度范围0℃to70℃

　　ICL7107V-toGND-9V热电阻PDIP封装qJA（℃/W）50MQFP封装80

　　模拟输入电压V+toV-最大结温150℃参考输入电压V+toV-最高储存温度范围-65℃to150℃时钟输入GNDtoV+

　　其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC。

　　ICL7107工作原理

　　计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。

　　分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。

　　译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。

　　控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1“，其余码全部熄灭。

　　钓锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。第一阶段：自动调零阶段AZ

　　转换开始前（转换控制信号VL=0），先将计时器清零，并接通开关S0，使积分电容C完全放电。第二阶段：信号积分INT

　　令开关S1合到输入信号V1一侧，积分器对V1进行固定时间Tl的积分，积分结果为：

　　上式说明，在Tl固定条件下V0与Vl成正比。第三阶段：反向积分DE

　　令开关S1转至参考电压VREF一侧，积分器反向积分。如果积分器的输出电压上升至必零时，所经过的积分时间T2则可得，故可得到，

　　可见，反向积分到V0=0这段时间T2与Vl成正比。令时钟脉冲CD的周期为Tc，计数扔器在T2时间内计数值为N得：T2=NTc代入上式得：

　　分析可知：T1，Tc，VREF固定不变，计数值N仅与VIN成正比，实现了模拟量到数字量的转变。下面介绍A/D转化过程的时间分配。假设时钟脉冲频率为40KHz，每个周期为4000Tc，如图3所示，每个测量周期中三个阶段工作自动循环。

　　图3双积分型A/D转换器的电压波形图各阶段时间分配如下

　　①信号积分时间Tl用1000Tc。

　　②信号反向积分时间T2用0一2000Tc，这段时间的长短是由VIN的大小决定的。③自动调零时间T0用1000－3000Tc。

　　从上面的分析可知，Tl侍定不变的，但T2随VIN的大小而改变。因为，

　　选基准电压VRFF=100.0mv。

　　ICL7107A／D转换器的应用

　　1．用ICL7107组成DVMIUL7107组成的DVM线路图如图4所录。

　　图示为200m，V满量程、每秒3次读数的基本DV。输入低端IN一可与COM短接而浮地工作，也可以与GND短接而共地l工作。

　　由手采用TLED显示，亮度大、读数清楚，不存在视角问题。但是LED功耗较大，每笔需要5mA左右的驱动电流，若3}位全部笔划都点亮，则需100mA以上的电流逸就是说，7107需要吸收100mA的电流，这十电流流过芯片将产生相当于200roW的功耗。用7107构成的仪表，功耗大，且需要±5V两组电源（也可用单电源+5V工作），不宜用千电池供电。所以，7107适合于组装用市电供电的要求读数亮度大的仪器仪表。

　　2．ICL7107在智能化仪表中的应用因ICL7107只能直接驱动显示器的笔划信号，又无BCD码数据信号，因而不能直接驱动打印机和数控系统，也无法与计算机联接构成各种智能化仪表。为了克服这一缺点，我们使用了CH294反译码器，．它能把笔划信号译成BCD码。

　　CH294采用三态输出形式，具有TTL的驱动能力，所以CH29，1输出的BCD码可以直接供打印机打印，亦可作为数控系统和智能仪器的控制信号。由于，具有三态功能，CH294的输出可以直接挂在单片机的数据总线上，将并行的数据变成串行数据送入单片机进行处理。现以ICL7107在智能微欧计的应用为例，说明其如何与单片机连接。具体框图见图5。

　　（1）智能微欧计的简单原理。从图4中可以看出，被测电阻Rx通过电阻／电压转换电路转变为毫伏级的电压信号，谈信号经可编程放大器放大~JA／D转换器的规范值，然后由A／D转换器对模拟信号进行量化，变成单片机所能接受的数字量，单片机则根据人们的需要进行各种处理。由于采用了单片机，因此可充分利用软件编程技巧及其运行速度快的特点，对运放的零漂、A／D非线性等进行校正，从而得到满意的结果，克服了普通徽欧计的单一性和局限性，并且提高了测量的精确度。

　　（2）ICL7~07与单片机的接口电路：MCS一5l系列单片机是高档的8位机，在自动控制和智能仪器仪表方面是比较理想的单_片机。下面以8o31为铡说明ICL7107在智能辙欧计中的应角，其实际的接口电路如图6所示。

　　因为ICL7107通过cH29，1反译码器后，其输出为三态输出的BCD码数据信号，所以可以直接与单片机的Po口相连。这一特点在实际应用中特别方便，也可以节约更多的I／On线。由于输出是BCD码，所以也可以直接连到8031的I／O口上，或是连N8031的扩展J／On。在该系统中，还是与相连为最简单和最方便。从图6可以看出，该接口电路较以往的A／D接日简单，且能直接显示，无须显示程序，所以编程和控制均较容易实现，这里不再赘述了。

　　图6左边部分为CH~94与直接驱动发光二极管显示器的ICLfi07的连接。ICL7107直接驱动共阳极发光二极管显示器，所以反码0驱动笔划点亮，因此CH294的输入适应端BP应接在V+电平上。STO并成总的存入控制端。ENA为位驱动信号，A／D转换的个、十、百位输出的笔划与CH294的输入直接相连。对千位的CH294来说，b段不论是零还是l都发蠢，所以b应接GND的0”，g段应接V+姆“1”CH294的a、d、e，f应接一信号。