【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 阻，它是由滿量程輸入電壓和用來(lái)對(duì)積分電容充電的內(nèi)部緩沖放大器的輸出電流來(lái)定義的，對(duì)于 ICL7107，充電電流的常規(guī)值為 Iint=4uA，則Rint=滿量程 /4uA。所以在滿量程為 200mV，即參考電壓 Vref= 時(shí)， Rint=50K,實(shí)際選擇 47K 電阻；在滿量程為 2V，即參考電壓 Vref=1V 時(shí)， Rint=500K,實(shí)際選擇 470K 電阻。 Cint=T1*Iint/Vint,一般為了減小測(cè) 量時(shí)工頻 50HZ 干擾， T1 時(shí)間通常選為 ，具體下面再分析，這樣又由于積分電壓的最大值 Vint=2V，所以：Cint=,實(shí)際應(yīng)用中選取 。對(duì)于 ICL7107， 38 腳輸入的振蕩頻率為：f0=1/(*R1*C1)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)脈沖頻率是 f0的 4倍，即 Tcp=1/(4*f0)，所以測(cè)量周期 T=4000*Tcp=1000/f0，積分時(shí)間（采樣時(shí)間） T1=1000*Tcp=250/fo。所以 fo的大小直接影響轉(zhuǎn)換時(shí)間的快慢。頻率過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)影響測(cè)量精度和線性度，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)過(guò) 程中通過(guò)改變 R1 的值同時(shí)觀察芯片第 40 腳的波形和數(shù)碼管上顯示的值來(lái)分析。一般情況下，為了提高在測(cè)量過(guò)程中抗 50HZ 工頻干擾的能力，應(yīng)使 A/D 轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間選擇為 50HZ 工頻周期的整數(shù)倍，即 T1=n*20ms,考慮到線性度和測(cè)試效果，我們?nèi)?T1=(n=5)，這樣 T=， f0=40kHZ， A/D轉(zhuǎn)換速度為 次 /秒。由 T1==250/f0，若取 C1=100pF，則 R1≈ 。實(shí)驗(yàn)中為了讓同學(xué)們更好的理解時(shí)鐘頻率對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換的影響，我們讓 R1 可以調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)電位器就是實(shí)驗(yàn)儀中的電位 器 RWC。 10 基于 ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 圖 ICL7107和外圍器件連接圖 （ 1）直流電壓測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（直流電壓表） Ⅰ : 當(dāng)參考電壓 Vref=100mV 時(shí)， Rint=47KΩ 。此時(shí)采用分壓法實(shí)現(xiàn)測(cè)量 0～ 2V 的直流電壓 ,電路圖見圖 5。 Ⅱ :直接使參考電壓 Vref=1V， Rint=470KΩ 來(lái)測(cè)量 0～ 2V 的直流電壓，電路圖如圖 。 （ 2）直流電流測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（直流電流表） 直流電流的測(cè)量通常有兩種方法，第一種為歐姆壓降法，即讓被測(cè)電流流過(guò)一定值電阻 Ri，然后用 200mV 的 電壓表測(cè)量此定值電阻上的壓降 Ri*Is（在 Vref=100mV時(shí)，保證 Ri*Is≤ 200mV 就行），由于對(duì)被測(cè)電路接入了電阻，因而此測(cè)量方法會(huì)對(duì)原電路有影響，測(cè)量電流變成 Is’ =R0*Is/(R0+Ri),所以被測(cè)電路的內(nèi)阻越大，誤差將越小。第二種方法是由運(yùn)算放大器組成的 IV變換電路來(lái)進(jìn)行電流的測(cè)量，此電路對(duì)被測(cè)電路的無(wú)影響，但是由于運(yùn)放自身參數(shù)的限制，因此只能夠用在對(duì)小電流的測(cè)量電路中，所以在這里就不再詳述。 第二章 課程設(shè)計(jì)方案、要求、任務(wù)實(shí)驗(yàn)原理 11 如下圖所示 圖 電阻值測(cè)量的實(shí)現(xiàn)（歐姆表） Ⅰ :當(dāng)參考電壓選擇在 100mV 時(shí)，此時(shí)選擇 Rint=47KΩ ，測(cè)試的接線圖如圖 8所示，圖中 Dw 是提供測(cè)試基準(zhǔn)電壓，而 Rt 是正溫度系數(shù)（ PTC）熱敏電阻，既可以使參考電壓低于 100mV，同時(shí)也可以防止誤測(cè)高電壓時(shí)損壞轉(zhuǎn)換芯片，所以必需滿足 Rx=0 時(shí)， Vr≤ 100mV。由前面所講述的 7107 的工作原理，存在： Vr=(Vr+)– (Vr)=Vd*Rs/(Rs+Rx+Rt) (6) IN=(IN+)– (IN)=Vd*Rx/(Rs+Rx+Rt) (7) 由前述理論 N2/N1=IN/Vr 有： Rx=（ N2/N1） *Rs （ 8） 所以從上式可以得出電阻的測(cè)量范圍始終是 0～ 2RsΩ 。 Ⅱ : 當(dāng)參考電壓選擇在 1V 時(shí)，此時(shí)選擇 Rint=470KΩ ，測(cè)試電路可以用圖 9實(shí)現(xiàn)，此電路僅供有興趣的同學(xué)參考，因?yàn)樗粠ПＷo(hù)電路，所以必需保證 Vr≤ 1V。在進(jìn)行多量程實(shí)驗(yàn)時(shí) (萬(wàn)用表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) )，為了設(shè)計(jì)方便，我們的參考電壓都將選擇為 100mV，除了比例法測(cè)量電阻我們使 Rint=470KΩ 和在進(jìn)行二極管正向?qū)▔? 12 基于 ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 圖 降測(cè)量時(shí)也使 Rint=470KΩ 并且加上 1V的參考電壓。 常用萬(wàn)用表需要對(duì)交直流電壓、交直流電流、電阻、三極管 FEh 和二極管正向壓降的測(cè)量等，圖 10為萬(wàn)用表測(cè)量基本原理圖。下面我們主要講講提到的幾種參數(shù)的 測(cè)量： 實(shí)驗(yàn)使用的 DH6505 型數(shù)字電表原理及萬(wàn)用表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀，它的核心是由雙積分式模數(shù) A/D轉(zhuǎn)換譯碼驅(qū)動(dòng)集成芯片 ICL7107 和外圍元件、 LED 數(shù)碼管構(gòu)成。為了同學(xué)們能更好的理解其工作原理，我們?cè)趦x器中預(yù) 留了 9 個(gè)輸入端，包括 2 個(gè)測(cè)量電壓輸入端 (IN+ 、 IN)、 2 個(gè)基準(zhǔn)電壓輸入端 (Vr+、 Vr)、 3 個(gè)小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸入端（ dp dp2 和 dp3）以及模擬公共端（ COM）和地端（ GND）。 圖 數(shù)字萬(wàn)用表的組交流直流變換器 基準(zhǔn)電壓 數(shù)字顯示屏（ LED 或液晶） 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng) 分檔電阻 分流器 分壓器 過(guò)壓過(guò)流保護(hù) 過(guò)壓過(guò)流保護(hù) 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼驅(qū)動(dòng) 直流 交流 電阻 電壓 電流 被測(cè)量輸入 第三章 課程設(shè)計(jì)框圖及工作原理 13 第三章 課程設(shè)計(jì)框圖及工作原理 工作原理 ICL7107 是雙積型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，還集成了 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬部分電路，如緩沖器、電壓比較器、積分器、正負(fù)電壓參考源和模擬開關(guān)，以及數(shù)字電路部分如振蕩器、計(jì)數(shù)器、鎖碼器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和控制邏輯電路等，使用時(shí) 只需外加少量的電阻、電容元件顯示器件，就可以完成模擬到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而滿足設(shè)計(jì)要求。顯示穩(wěn)定可讀和測(cè)量顯示速度快，是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵， ICL7107 是一個(gè)受氣為用 4000 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)間作為 A/D 轉(zhuǎn)換的一個(gè)周期時(shí)間，每個(gè)周期分為自動(dòng)穩(wěn)零（ AZ）、信號(hào)積分（ INT） 和反積分（ DE） 3個(gè)階段。內(nèi)部邏輯控制電路不斷的重復(fù)產(chǎn)生 AZ=、 INT、 DE、 3 個(gè)階段的控制信號(hào)，適時(shí)的指揮計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器等協(xié)調(diào)工作。使輸出對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)的數(shù)值，而輸入模擬信號(hào)的數(shù)值在其內(nèi)部數(shù)值上等于計(jì)數(shù)數(shù)值 T，即： VIN 的數(shù)值 =T 的數(shù)值或 Vin=Vref(T/1000)式中： 1000為積分時(shí)間（ 1000 個(gè)脈沖周期）： T為反積分時(shí)間（滿度時(shí)間為 2021）。 管腳 1 和 26 是 ICL7107 的正、負(fù)極。 COM 為模 擬信號(hào)的公共端，簡(jiǎn)稱模擬地，使用適應(yīng)與 IN、 UREF端短接。 TEST 是測(cè)試端，該端經(jīng)內(nèi)部 500 毆電阻接數(shù)字電路的公共端（ GND），因二者呈等電位，故稱作數(shù)字地。 該端有兩個(gè)功能： （ 1）做測(cè)試指示，將它接 U+LCD 顯示全部筆段 1888，可檢查筆段有無(wú)殘缺現(xiàn)象， （ 2）作為數(shù)字地供外部驅(qū)動(dòng)器使用，來(lái)構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)及標(biāo)識(shí)符的顯示電路。 a1 到 ga2到 g a3 到 g bc4 分別為各位、十位、百位、千位的筆段驅(qū)動(dòng)端，接至 LCD的相應(yīng)筆段電極。千位 b、 c在 LCD 內(nèi)部連通。當(dāng)計(jì)數(shù)值 N1999 時(shí)，顯示器溢出，僅千位顯示“ 1”，其余位消隱，一次表示儀表超越量程（過(guò)載溢出）， POL 為負(fù)極性指示的驅(qū)動(dòng)端， BP為 LCD 背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡(jiǎn)稱“背電極”。 OSC1 到 OSC3為時(shí)鐘振蕩器引出端，外接阻容元件可構(gòu)成兩極反向式阻容振蕩器。 UREF+、 UREF分別為基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)端，利用片內(nèi) U+ COM 之間的 + 基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分壓，可提供所需的 UREF 值 ，亦可選外基準(zhǔn)， CREF+、 CREF是外接基準(zhǔn)電容端， IN+、14 基于 ICL7107數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) IN為模擬電壓的正、負(fù)輸入端， CAZ 直接自動(dòng)調(diào)零電容。 BUF 是緩沖放大器輸出端，按積分電阻 RINT。 INT 為積分器輸出端，按積分電容 CINT。需要說(shuō)明， ICL7106的數(shù)字地（ GND） 并未指出，但可將測(cè)試端（ TEST）視為數(shù)字地，該端電壓近似等于電源電壓的一半 . ICL7107 的工作原理 二者是相互聯(lián)系的。亦方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號(hào)，按定時(shí)序?qū)⒍嗦纺M開關(guān)接通或斷開，保證 A\D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行，另一方面模擬電路的比較器輸出信 又控制著數(shù)字電路的工作狀態(tài)和顯示結(jié)果。下面介紹各部分的工作原理。下面介紹各部分的工作原理。 （ 一 ）模擬電路 模擬電路由雙積分式 A\D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，電路如圖 2 所示。主要包括 點(diǎn)呀。 圖 ICL 的模擬電路 源（ EO） 、緩沖器（ AL） 、積分器（ A2） 、比較器（ A3）和模擬開關(guān)的組成。緩沖器 A4專門用來(lái)提高 COM 端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、二極 第三章 課程設(shè)計(jì)框圖及工作原理 15 管擋和 hFE 擋提供便利條件 .這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確高度、抗串模干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適合做低速 \模轉(zhuǎn)換。每個(gè) 轉(zhuǎn)換周期分為三個(gè)階段進(jìn)行，自動(dòng)調(diào)零（ AZ）、正向積分（ INT） 、反向積分（ DE），并按照 AZ到 INT 到 DE 到 AZ的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為 TCP。 每個(gè)測(cè)量周期共需要 4000 個(gè) TCP，其中，正向積分時(shí)間固定不變。 T1=1000TCP，儀表顯示值， 將 T1=1000TCP,UREF= 帶入上式得。 N=10UIN、或 UIN=。