ICL7106數(shù)字電壓表電路及組裝要點(diǎn)

1、ICL7106數(shù)字電壓表電路及組裝要點(diǎn)數(shù)字電壓表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量工具。有關(guān)數(shù)字電壓表的書籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。這里展示的一份由 ICL7106 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成的數(shù)字電壓表電路，就是一款最通用和最基本的電路。ICL7106是美國Intersil公司專為數(shù)字儀表生產(chǎn)的數(shù)字儀，滿幅輸入電壓一般取200mV或2V。該芯片集成度高,轉(zhuǎn)換精度高,抗干擾能力強(qiáng),輸出可直接驅(qū)動(dòng)LCD液晶數(shù)碼管,只需要很少的外部元件,就可以構(gòu)成數(shù)字儀表模塊。一、 ICL7106簡介1. ICL7106的性能特點(diǎn)（1）7V15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實(shí)現(xiàn)儀表的小型

2、化。低功耗（約16mW），一節(jié)9V疊層電池能連續(xù)工作200小時(shí)或間斷使用半年左右。（2）輸入阻抗高（1010）。內(nèi)設(shè)時(shí)鐘電路、2.8V基準(zhǔn)電壓源、異或門輸出電路，能直接驅(qū)動(dòng)3位LCD顯示器。（3）屬于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度達(dá)0.05，轉(zhuǎn)換速率通常選2次秒5次秒。具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量好壞。（4）外圍電路簡單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構(gòu)成一塊DVM。其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。2. ICL7106的工作原理ICL7106內(nèi)部包括模擬電路和數(shù)字電路兩大部分，二者是互相聯(lián)系的。一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定時(shí)序

3、將多路模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號又控制著數(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。（1）模擬電路模擬電路由雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，其電路如圖1所示。圖1主要包括2.8V基準(zhǔn)電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開關(guān)等組成。緩沖器A4專門用來提高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)確度高、抗串模干擾能力強(qiáng)、電路簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合做低速模數(shù)轉(zhuǎn)換。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分三個(gè)階段進(jìn)行：自動(dòng)調(diào)零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），

4、并按照AZINTDEAZ的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為TCP，每個(gè)測量周期共需4000TCP。其中，正向積分時(shí)間固定不變，T11000TCP。儀表顯示值： （1-2-1）將T11000TCP，UREF100.0mV代入上式得N10UIN 或UIN0.1N （1-2-2）只要把小數(shù)點(diǎn)定在十位上，即可直讀結(jié)果。滿量程時(shí)N2000，此時(shí)UM2UREF200mV，儀表顯示超量程符號“1”。若需改裝成2V量程的數(shù)字電壓表，可按表1-1選擇元件值。表1-1 200mV與2V量程元件對照名 稱量程UM基準(zhǔn)電壓UREFR2 / kC4 /FR4 / k備 注基本表200mV100.0mV240.4756f

5、040kHz改裝表2V1.000V1.50.047560欲測量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數(shù)小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容（BBC）。為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時(shí)間（亦稱采樣時(shí)間）T1應(yīng)是工頻周期的整倍數(shù)。我國采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應(yīng)選 T1n20（ms） （1-2-3）式中，n1，2，3，。例如取n2、4、5時(shí)，T140ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因?yàn)榉e分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過大，以免測量

6、速率太低。（2）數(shù)字電路數(shù)字電路如圖2所示。 圖2主要包括8個(gè)單元：時(shí)鐘振蕩器；分頻器；計(jì)數(shù)器；鎖存器；譯碼器；異或門相位驅(qū)動(dòng)器；控制邏輯；LCD顯示器。時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內(nèi)部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R120k，C100PF，則f040kHz。f0經(jīng)過4分頻后得到計(jì)數(shù)頻率fCP10kHz，即TCP0.1ms。此時(shí)測量周期T16000T04000TCP0.4s，測量速率為2.5次秒。f0還經(jīng)過800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)筆段電極ag與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示。因此， 可

7、將兩個(gè)頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路采用異或門。其特點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)輸入端的狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平，另一個(gè)為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平。7段LCD驅(qū)動(dòng)電路如圖10-3-4所示。圖中，加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反，存在電位差，使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱，故可顯示數(shù)字“7”。顯見，只要在異或門輸入端加控制信號（即譯碼器輸出的高、低電平），用以改變驅(qū)動(dòng)器輸出方波的相位，就能顯示所需數(shù)字。3. ICL7106的功能檢查功能檢查的目的是判斷ICL7106的質(zhì)量好壞，進(jìn)而區(qū)分DV

8、M或DMM的故障范圍究竟在A/D轉(zhuǎn)換器還是在外圍電路。以200mV量程的DVM為例，功能檢查分4步進(jìn)行，內(nèi)容如下：檢查零輸入時(shí)的顯示值。將ICL7106的IN端與IN端短接，使UIN0V，儀表應(yīng)顯示“00.0”；檢查比例讀數(shù)。將UREF端與IN端短接，用UREF來代替UIN，即UINUREF100.0mV，儀表應(yīng)顯示“100.0”，此步驟稱為“比例讀數(shù)”檢查，它表示UIN/UREF1時(shí)儀表的顯示值；檢查全顯示筆段。將TEST端接U端，令內(nèi)部數(shù)字地變成高電平，全部數(shù)字電路停止工作。因每個(gè)筆段上部加有直流電壓（不是交流方波?。蕛x表應(yīng)顯示全部筆段“1888”（此時(shí)小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)電路也不工作）。為避免

9、降低LCD使用壽命，做此步檢查的時(shí)間應(yīng)控制在1分鐘之內(nèi)；檢查負(fù)號顯示及溢出顯示。將IN端接U端，使UIN遠(yuǎn)低于200mV。儀表應(yīng)顯示“1”。圖 ICL7106的功能檢查電路二、由ICL7106構(gòu)成的3位數(shù)字電壓表1、由ICL7106構(gòu)成的3位數(shù)字電壓表的基本電路如圖2所示，電路圖中，僅僅使用一只 DC9V 電池，數(shù)字電壓表就可以正常使用了，基本量程UM200mV。圖2 由ICL7106構(gòu)成3 位數(shù)字電壓表的電路圖中：R1、C1分別為振蕩電阻與振蕩電容。R2與電位器RP構(gòu)成基準(zhǔn)電壓分壓器，RP宜采用精密多圈電位器，調(diào)整RP使UREFUM/2100.0mV，滿量程即定為200mV，二者呈12的關(guān)系

10、。R3、C3為模擬輸入端高頻阻容式濾波器，以提高儀表的抗干擾能力。C2、C4分別為基準(zhǔn)電容和自動(dòng)調(diào)零電容。R4、C5依次為積分電阻和積分電容。儀表采用9V疊層電池供電，測量速率約2.5次秒。IN端、UREF端、COM端互相短接。也有許多場合，希望數(shù)字電壓表的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)量程為 2.000V 了。更改的元器件具體位置和數(shù)值見下圖的 28 和 29 兩只引腳：在有了一只數(shù)字電壓表之后，按照下面的圖示，給它配置一組分流電阻，就可以實(shí)現(xiàn)多量程數(shù)字電流表，分檔從 200uA 到 20A 。但是要注意：在使用 20A 大電流檔的時(shí)候，不能再有開關(guān)來切換量程，

11、應(yīng)該專門配置一只測量插孔，以防燒毀切換開關(guān)。I與多量程電流表對應(yīng)的是經(jīng)常需要使用多量程電壓表，按照下圖配置一組分壓電阻，就可以得到量程從 200.0mV 至 1000V 的多量程電壓表。應(yīng)用提示：1.數(shù)字電壓表的具體應(yīng)用電路是何止千萬的，只要掌握了一些最基本的應(yīng)用，就可以舉一反三地越來越熟練，熟就能生巧，就能按照您的構(gòu)思去得心應(yīng)手地用好它！2.盡管數(shù)字電壓表的輸入阻抗可以達(dá)到 1000 兆歐姆，但是，這個(gè)阻抗僅僅是對輸入信號而言的，與通常電力系統(tǒng)泛稱的“絕緣電阻”有著天壤之別！因此，千萬不能把高于芯片供電電壓的任何電壓輸入到電路中！以免造成損失或者危險(xiǎn)！3.數(shù)字電壓表屬于一種測量工具，其本身的

12、好壞直接影響到測量結(jié)果，因此，上面所有例子中，其使用的電阻要求精度均不能低于 1% ，在分流、分壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻鏈中，最好能夠使用 0.5% 或者 0.1% 精度的電阻。電路中使用的電容器也要求使用一種俗稱為 CBB 的電容，除各別地方之外，一般是不能使用瓷介電容的。4.不要在電路本身沒有送上工作電源的時(shí)候就加上信號，這很容易損壞芯片。斷掉工作電源前也必須先把信號撤掉。5.數(shù)字電壓表的使用和擴(kuò)展應(yīng)用，還必須很好閱讀產(chǎn)品供貨商提供的說明書，千萬不要急于送電使用它。思考題：1. 當(dāng)電源電壓E9V時(shí)，畫出ICL7106的U、U、COM、TEST引腳的電位分布圖（以COM引腳的電位做參考點(diǎn)）。2. 簡述對

13、ICL7106進(jìn)行功能檢查的方法與步驟。3. 若用一根導(dǎo)線將ICL7106的第40腳（OSC1）與第37腳（TEST）短路，強(qiáng)迫內(nèi)部數(shù)字電路停止工作，即可實(shí)現(xiàn)讀數(shù)保持功能。請說明其原理及使用注意事項(xiàng)（提示：此時(shí)采用的是直流驅(qū)動(dòng)方式?。?。1ICL7106的主要特點(diǎn)（1）采用715V單電源供電，可選用9V疊層電池。低功耗（約16mW）。 （2）輸入阻抗高（1010）。內(nèi)設(shè)時(shí)鐘電路、+2.8V基準(zhǔn)電源、異或門輸出電路，能直接驅(qū)動(dòng)3位半液晶顯示器。 （3）A/D轉(zhuǎn)換精度高達(dá)0.05%，且具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)判定極性等功能。 （4）外圍電路簡單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構(gòu)成一塊DVM（

14、直流電壓表）表頭。其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 2ICL7106的管腳功能ICL7106采用DIP40封裝，引腳排列如圖1所示。其引腳功能分別是：UCC（1）、USS（26）分別接9V電源（E）的正、負(fù)極。圖1 ICL7106管腳 COM（32）為模擬信號的公共端，簡稱模擬地，使用時(shí)應(yīng)與IN、UREF端短接。TEST（37）是測試端，該端經(jīng)內(nèi)部500電阻接數(shù)字電路的公共端（GND），因二者呈等電位，故亦稱作數(shù)字地。該端有兩個(gè)功能： 作測試指示，將它接U時(shí)LCD顯示全部筆段1888、可檢查顯示器有無筆段殘缺現(xiàn)象；作為數(shù)字地供外部驅(qū)動(dòng)器使用，來構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)及標(biāo)志符的顯示電路。 a1g1、a2g2、a3

15、g3、bc4分別為個(gè)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段在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，以此表示儀表超量程（過載溢出）。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，簡稱“背電極”。OSC1OSC3為時(shí)鐘振蕩器引出端，外接阻容元件可構(gòu)成兩級反相式阻容振蕩器。UREF、UREF分別為基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)端，利用片內(nèi)UCOM之間的2.8V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行分壓后，可提供所需UREF值，亦可選外基準(zhǔn)。CREF、CREF是外接基準(zhǔn)電容端。IN和IN為模擬電壓的正、負(fù)輸入端。CAZ端接自動(dòng)調(diào)零電容。BUF是緩沖放大器輸出端，接積分電阻RINT。INT為積分