1、icl7107介紹及特點

雙積分型A/D轉換器ICL7107是一種間接A/D轉換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數字性輸出。

它包括積分器、比較器、計數器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是A/D轉換器的心臟，在一個測量周期內，積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結果作為數字電路的控制信一號。

時鐘信號源的標準周期Tc 作為測量時間間隔的標準時間。它是由內部的兩個反向器以及外部的RC組成的。

計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數脈沖fc和共陽極LED數碼管公共電極所需的方波信號fc。

（1） 31/2位雙積分型A/D轉換器ICL7107功能與特點

① ICL7107是31/2位雙積分型A/D轉換器，屬于CMoS大規模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉換精度為0.05士1 個字。

② 能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。

③ 在芯片內部從V+與COM之間有一個穩定性很高的2.8V基準電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓VREF 。

④ 能通過內部的模擬開關實現自動調零和自動極性顯示功能。 ⑤ 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。

⑥ 整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數碼管，就能構成一只直流數字電壓表頭。

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

⑨ 不設有一專門的小數點驅動信號。使用時可將LED共陽極數數碼管公共陽極接V+. ⑩ 可以方便的進行功能檢查。

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：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。

Bck：千位筆畫驅動信號。接千位LEO顯示器的相應的筆畫電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。

Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，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下列公式來決定： Fosl = 0.45/RC

COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連。 TEST ：測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數字地”。 VREF＋ VREF- ：基準電壓正負端。 CREF：外接基準電容端。

INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件 IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。

AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz 。如果應用在200mV滿刻度的場合是使用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。其輸出級的無功電流（ idling current ）是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。

ICL7107中文資料:

3、ICL7107主要參數

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- 最大結溫 150℃ 參考輸入電壓 V+ to V- 最高儲存溫度范圍 -65℃ to 150℃ 時鐘輸入 GND to V+

其振蕩周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

4、icl7107工作原理

圖2 ICL7107A/D轉換器原理

計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。

分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數脈沖fc和共陽極LED數碼管公共電極所需的方波信號fc。

譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計數器的BCD碼譯成LED數碼管七段筆畫組成數字的相應編碼。 驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。

控制器的作用有三個：第一，識別積分器的工作狀態，適時發出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。第二，當輸入電壓超量限時發出溢出信號，使千位顯示“1“ ，其余碼全部熄滅。

釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。

第一階段：自動調零階段AZ

轉換開始前（轉換控制信號VL=0） ，先將計時器清零，并接通開關S0 ，使積分電容C完全放電。

第二階段：信號積分INT

令開關S1合到輸入信號V1一側，積分器對V1進行固定時間Tl的積分，積分結果為：

上式說明，在Tl固定條件下V0與Vl成正比。

第三階段：反向積分DE

令開關S1轉至參考電壓VREF一側，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至必零時，所經過的積分時間T2則可得， 故可得到，

可見，反向積分到V0=0這段時間T2與Vl成正比。令時鐘脈沖CD的周期為Tc，計數扔器在T2時間內計數值為N得：T2=NTc

代入上式得：

分析可知：T1，Tc，VREF固定不變，計數值N僅與VIN成正比，實現了模擬量到數字量的轉變。 下面介紹A/D轉化過程的時間分配。假設時鐘脈沖頻率為40KHz，每個周期為4000Tc， 如圖3所示，每個測量周期中三個階段工作自動循環。

圖3 雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖 各階段時間分配如下

①信號積分時間Tl用1000Tc 。

②信號反向積分時間T2用0一2000Tc ，這段時間的長短是由VIN的大小決定的。 ③自動調零時間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。因為，

滿量程時N=2000，同樣由上式可導出滿量程時VIN與基準電壓的關系為：VIN=2VREF 。為了提高儀表的抗干擾能力，通常選定的采樣時間Tl 為工頻周期的整數倍。我國采用50Hz交流電網，其周期為20ms，應選T1=n&TImes;20ms。n= l，2，3……n越大，對串模干擾的抑制能力越強，但n越大，A/D轉換的時間越長。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f0=40KHz時，阻容元件的選取并不唯一，只要滿足要求即可。

5、icl7107應用電路

icl7107應用電路（1）

數字電壓表電路圖

ICL7107 安裝電壓表頭時的一些要點：按照測量＝±199.9mV 來說明。

1.辨認引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，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。

許多廠家會在第一腳旁邊打上一個小圓點作為標記。

知道了第一腳之后，按照反時針方向去走，依次是第 2 至第 40 引腳。（1 腳與 40 腳遙遙相對）。

2.牢記關鍵點的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準電壓，正確數值是 100mV，第 26 引腳是負電源引腳，正確電壓數值是負的，在 －3V 至 －5V 都認為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 ±199.9mV 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。

3.注意芯片 27，28，29 引腳的元件數值，它們是 0.22uF，47K，0.47uF 阻容網絡，這三個元件屬于芯片工作的積分網絡，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，信號地是 30 腳，基準地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個引腳都接地，在一些有特殊要求的應用中（例如測量電阻或者比例測量），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.負電壓產生電路：負電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這要求供電需要正負電源，通常采用簡單方法，利用一個 +5V 供電就可以解決問題。比較常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等電路來得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個電感來進行信號放大，把芯片 38 腳的振蕩信號串接一個 20K －56K 的電阻連接到三極管“B”極，在三極管“C”極串接一個電阻（為了保護）和一個電感（提高交流放大倍數），在正常工作時，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，把這個信號通過 2 只 4u7 電容和 2 支 1N4148 二極管，構成倍壓整流電路，可以得到負電壓供給 ICL7107 的 26 腳使用。這個電壓，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值都是正常的，也沒有“短路”或者“開路”故障，那么，電路就應該可以正常工作了。利用一個電位器和指針萬用表的電阻 X1 檔，我們可以分別調整出 50mV，100mV，190 mV 三種電壓來，把它們依次輸入到 ICL7107 的第 31 腳，數碼管應該對應分別顯示 50.0，100.0，190.0 的數值，允許有 2 －3 個字的誤差。如果差別太大，可以微調一下 36 腳的電壓。

7.比例讀數：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準電壓作為信號輸入到芯片的信號端，這時候，數碼管顯示的數值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之間，越接近 100.0 越好。這個測試是看看芯片的比例讀數轉換情況，與基準電壓具體是多少 mV 無關，也無法在外部進行調整這個讀數。如果差的太多，就需要更換芯片了。

8.ICL7107 也經常使用在 ±1.999V 量程，這時候，芯片 27，28，29 引腳的元件數值，更換為 0.22uF，470K，0.047uF 阻容網絡，并且把 36 腳基準調整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。

9.這種數字電壓表頭，被廣泛應用在許多測量場合，它是進行模擬－數字轉換的最基本，最簡單而又最低價位的一個方法，是作為數字化測量的一種最基本的技能。

ICL7107是一塊應用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數字A/D轉換器，可直接驅動LED數碼管，內部設有參考電壓、獨立模擬開關、邏輯控制、顯示驅動、自動調零功能等。這里我們介紹一種她的典型應用電路--數字電壓表的制作。其電路如附圖。

制作時，數字顯示用的數碼管為共陽型，2K可調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，如數顯電流表、數顯溫度計等。

icl7107應用電路（2）

利用ICL7107做的電壓表電路原理圖

icl7107應用電路（3）

要想自制輸出電壓數字顯示，可以利用帶有七段LED數碼管驅動的雙積分A/D變換器，型號為ICL7107，如下圖所示。

在數字電壓顯示中，需要數碼管。數碼管的連接方式如下圖所示。

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

除了用數字電壓表顯示電源的輸出電壓外，還可以直接利用數字控制的輸出、經過LED驅動器直接驅動LED來顯示輸出電壓，如下圖所示。

對于數控電壓源，也可以在數字控制的輸出端（即74LS192的輸出端）接七段LED驅動器，間接獲得輸出電壓顯示。如果數控電壓源處在正常狀態，則顯示值將是正確的；如果數控電壓源處在非正常狀態，如電流保護或者過熱保護狀態，則數值顯示將是錯誤的。

icl7107應用電路（4）

在電流或者電壓的測量中，經常遇見測量的并不是直流而是交流，這時候，絕對不可以把交流信號直接輸入到數字電壓表去，必須先把被測的交流信號變成直流信號后，才可以送入數字電壓表進行測量。下圖就是一個把交流信號轉換成為直流信號的參考電路。（說明：更好的交流轉換成為直流的電路是一種“真有效值”轉換電路，但是由于其專用芯片價格昂貴，多應用在一些高檔場合。）

本電路中，輸入的是 0～200.0mV 的交流信號，輸出的是 0～200.0mV 的直流信號，從信號幅度來看，并不要求電路進行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒有損失地進行 AC － DC 的信號轉換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運算放大器，其不靈敏區僅僅只有 2mV 左右，在普通數字萬用表中大量使用，電路大同小異。

在溫度測量和其他物理及化學量的測量中，經常會出現“零點”的時候信號不是零的情況，這時候，下面的“電橋輸入”電路就被優先采用了。可以根據被測信號的特點，用傳感器替換電橋回路中的某一個電阻元件。數字電壓表的兩個輸入端也不再有接地點，作為一種典型的“差分”輸入來使用了。

電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個把 4～20mA 電流轉換為數字顯示的電路。它的零點就是 4mA 而不是 0mA 。當輸入零點電流為 4 mA 的時候，利用 IN- 上面建立起來的電壓，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出現的無用信號，使得數字電壓表差分輸入＝0，就實現了 4mA 輸 入時顯示為 0 的要求。隨著信號的繼續增大，例如到了 20mA ，對數字電壓表來說，相當于差分輸入電流為 20-4=16mA ，這個 16mA 在 62.5R 電阻上的壓降，就是數字電壓表的最大輸入信號。這時候，把數字電壓表的基準電壓調整到與 16*62.5＝1000mV 相等，顯示就是 1000 個字！