基于7107的数字电压表的设计

基于7107的数字电压表的设计内容摘要：

图 外围电路 5 ICL7107 的工作原理 ⑴主要特点  保证零电平输入时，各量程的读值均为零；  1pA 典型输入电路，很低的噪声；  低功耗 ，最小分辨率为 ；  真正的差动输入和差动参考源，直接 LED 显示 驱动。  在芯片内部 V+与 COM 之间有一个稳定性很高的 基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压；  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；  输入阻抗高，对输入信号无衰减作用；  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，就能构成数字电压表电路；  具有良好的可靠性、寿命长；  不设有一专门的小数点驱动信号，使用时可将 LED 共阳极数码管公共端接V+；  可以方便的进行功能检查。 ⑵ 功能说明 模拟部分 ICL7107 的模拟部分每个测量周期分为三个阶段，它们分别是 ： ①自动校零阶段；②信号积分阶段；③反向积分阶段。 基于 ICL7107的数字电压表的设计 10 ① 自动校零阶段 在自动校零阶段做三件事。 第一，内部高端输入和低端输入与外部管脚脱开，在内部与模拟公共管脚短接；第二，参考电容、参考电压值；第三，围绕整个系统形成一个闭合回路，对自动校零电容进行充电，以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压。 ② 信号积分阶段 在信号积分阶段，自动校零回路断开，内部短接点也脱开，内部高端输入和低端输入与外部管脚相连。 ③ 反向 积分阶段 最后一个阶段是反向积分阶段。 低 端输入在芯片内部连接到 模拟公共端，高端输入通过先前已充电的参考电容进行连接，内部电路使电容的极性正确 连接 ，以确保积分器的输出能回到零，积分器的输出回到零的时间正比于输入信号的大小。 图 ICL7107测试线路和典型应用线路（ 200mv满量程） ICL7107 的电源供应 ICL7107 设计 的是 工作于正负 5V 的电源电压。 如果负电源没有时，可利用时钟输出信号，外接 2 只二极管 、 2 只电容和一块廉价的集成电路来产生这个负电源。 图 从 +5V电压产生 5V的电源电压 第三章 数字电压表电路系统设计 11 （ 3） 极限参数 图 极限参数 1 表 极限参参数 2 表 产品规格分类 （ 3）工作原理 ICL7107 是一种间接 的 3 位半 A/D 转换器。 它通过对 输入模拟电压和参考电压分别 进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字输出。 积分器是 A/D 转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。 比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信号。 基于 ICL7107的数字电压表的设计 12 图 ICL7107A/D 转换器原理 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和共阳极 LED 数码管公共电极所需的方波信号； 译码器将计数器的 BCD 码译成 LED 数码管的相应编码； 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 转换器能进行循环。 第二，识别输入电压极性，控制LED 数码管的负号显示。 第三，当输入电压发出溢出信号，使 千位显示“ 1”，其余码全部熄灭。 数码管简介 数码管既方便又经济。 LED 数码管 有共阴极和共阳极两种。 如下图 所示 ： (本论文采用的是共阳极的 ) 二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接地； 而共阳极则 是 将发光二极管的阳极连接在一起， 而每个 LED 的阴极分别为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp(小数点 )，接入＋ 5V 的电压。 一位显示器由 8 个发光二极管组成，其中 7 个发光二极管构成第三章 数字电压表电路系统设计 13 “ 8” 字形 的各个笔划（段）ɑ～ɡ，另一个 是 小数点 dp 发光二极管。 当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该笔划即亮；不加电压则暗，为了保护 各段 LED不被损坏，需外加限流电阻。 图 数码管 图 数码管 众所周知， LED 数码管通常由 7 段译码集成电路，完成从数字到显示码的译码驱动。 从 LED 数码管机构原理可知，为了显示字符，要为 LED 显示数码管提供显示段码，组成一个“ 8”字形字符的 7 段，再加上 1 个小数点位，共计 8 段，因此提供给 LED数码管的显示段码为 1个字节。 各段码位与显示段的对应关系如表 : 表 各段码位与显示段的对应关系 需说明的是当用数据口连接 LED 数码管 的 a～ɡ 引脚时，不同的连接方法，各段码位与显示段有不 同的对应关系。 通常数据口的 D0 位与 a 段连接， D1 位与 b 段连接， 依次下去 D7 位与 dp 段连接，如表 所示， 表 为用于 LED 数码管显示的十六进制数和空白字符与 p 的显示段码。 基于 ICL7107的数字电压表的设计 14 表 LED数码管显示的十六进制数和空白字符与 p的显示段码 根据 ICL7107 的特点，本实验选用四个共阳极数码管，将 ICL7107 的 A1～ GA2～ G A3～ G分别与共阳数码管的ɑ～ɡ及 dp 相连， 当输出不同的段码，就可以控制数码管显示不同的字符。 1） 驱动方式 数码管要正常显示 ，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字。 因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二 ～ 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单 、 显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多。 如驱动 5 个数码管 ， 静态显示则需要 58 ＝ 40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89SC51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个 ），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动， 但 增加了硬件 电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过 轮流控制各个数码管 的 COM 端， 就 能 使各个数码管轮第三章 数字电压表电路系统设计 15 流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的， 但 能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 2） 主要参数 8 字高度： 8 字上沿与下沿的距离 ， 比外型高度小 ， 通常用英寸来表示 ， 范围一般为 ～ 20 英寸 ； 长 *宽 *高：长 —— 数码管正放时，水平方向的长度；宽 ——数码管正放时，垂直方向上 的长度；高 —— 数码管的厚度。 时钟点：四位数码管中，第二位与第三位中间的二个点 ， 一般用于显示时钟 的秒。 3） 数码管应用 数码管是一类显示屏 ， 通过对其不同的管脚输入相 应 的电流 ， 会使其发亮 ，从而显示出 时间 、 日期 、 温度等所有可用数字表示的参数。 由于它的价格便宜 、使用简单 ， 在电器特别是家电领域应用极为广泛。 空调 、 热水器 、 冰箱等等。 绝大多数热水器用的都是数码管 ， 其他家电也用。 数码管使用的电流与电压。 电流：静态时，推荐使用 10～ 15mA；动态时，动态扫描时，平均电流为 4～ 5mA，峰值电流 为 50～ 60mA。 电压：查引脚排 布图，看一下每段的芯片数量是多少。 当红色时，使用 乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用 乘以每段的芯片串联的个数。 基于 ICL7107的数字电压表的设计 16 第四章 实物制作及说明 17 第 四章 实物制作及说明 电路装配 图 电路装配图 如 图 (原理图 )所示，按图连接电路。 Proteus 简介及仿真电路 ⑴ ． Proteus 简介 Proteus 是一个完整的嵌入式系统软件、硬件设计仿真平台。 在 Proteus 中，从原理图设计、单片机编程、系统仿真一气呵成。 真正实现了从概念到产品的完整设计。 Proteus 仿真与分析 Proteus 有两种不同的仿真方式，交互仿真和基于图表的仿真。