1、icl7107介绍及特点

双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接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性输出。

它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。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一号。

时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。

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。

（1） 31/2位双积分型A/D转换器ICL7107功能与特点

① ICL7107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。

2、icl7107引脚图及功能

 

图1 ICL7107的引脚图及典型电路

（2） ICL7107引脚功能

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（ idling current ）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中文资料:

3、ICL7107主要参数

电源电压

ICL7107 V+ to GND 6V 温度范围 0℃ to 70℃

ICL7107 V- to GND -9V 热电阻 PDIP封装 qJA（℃/W） 50 MQFP封装 80

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

其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

4、icl7107工作原理

图2 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，

满量程时N=2000，同样由上式可导出满量程时VIN与基准电压的关系为：VIN=2VREF 。为了提高仪表的抗干扰能力，通常选定的采样时间Tl 为工频周期的整数倍。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选T1=n&TImes;20ms。n= l，2，3……n越大，对串模干扰的抑制能力越强，但n越大，A/D转换的时间越长。因此，一般取Tl=100ms，即f0＝40KHz 。

由T0=2RC105=2.2RC，得

式中T0为振荡周期。

由上式可知，当f0=40KHz时，阻容元件的选取并不唯一，只要满足要求即可。

5、icl7107应用电路

icl7107应用电路（1）

数字电压表电路图

ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。

1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。

也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。

许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。

知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。

2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在 －3V 至 －5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入 ±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。

3.注意芯片 27，28，29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF，47K，0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。

4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。

5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在 －3.2V 到 －4.2V 之间。

6.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有“短路”或者“开路”故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻 X1 档，我们可以分别调整出 50mV，100mV，190 mV 三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107 的第 31 脚，数码管应该对应分别显示 50.0，100.0，190.0 的数值，允许有 2 －3 个字的误差。如果差别太大，可以微调一下 36 脚的电压。

7.比例读数：把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。

8.ICL7107 也经常使用在 ±1.999V 量程，这时候，芯片 27，28，29 引脚的元件数值，更换为 0.22uF，470K，0.047uF 阻容网络，并且把 36 脚基准调整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。

9.这种数字电压表头，被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟－数字转换的最基本，最简单而又最低价位的一个方法，是作为数字化测量的一种最基本的技能。

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里我们介绍一种她的典型应用电路--数字电压表的制作。其电路如附图。

制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等。

icl7107应用电路（2）

利用ICL7107做的电压表电路原理图

icl7107应用电路（3）

要想自制输出电压数字显示，可以利用带有七段LED数码管驱动的双积分A/D变换器，型号为ICL7107，如下图所示。

在数字电压显示中，需要数码管。数码管的连接方式如下图所示。

从图4-4中可以看到，LED数码管分共阴极和共阳极两种接线方式，图（a）所示为数码管的外观示意及各引脚功能，图（b）所示为共阴极数码管的等效电路，图（c）所示为共阳极数码管的等效电路。

除了用数字电压表显示电源的输出电压外，还可以直接利用数字控制的输出、经过LED驱动器直接驱动LED来显示输出电压，如下图所示。

对于数控电压源，也可以在数字控制的输出端（即74LS192的输出端）接七段LED驱动器，间接获得输出电压显示。如果数控电压源处在正常状态，则显示值将是正确的；如果数控电压源处在非正常状态，如电流保护或者过热保护状态，则数值显示将是错误的。

icl7107应用电路（4）

在电流或者电压的测量中，经常遇见测量的并不是直流而是交流，这时候，绝对不可以把交流信号直接输入到数字电压表去，必须先把被测的交流信号变成直流信号后，才可以送入数字电压表进行测量。下图就是一个把交流信号转换成为直流信号的参考电路。（说明：更好的交流转换成为直流的电路是一种“真有效值”转换电路，但是由于其专用芯片价格昂贵，多应用在一些高档场合。）

本电路中，输入的是 0～200.0mV 的交流信号，输出的是 0～200.0mV 的直流信号，从信号幅度来看，并不要求电路进行任何放大，但是，正是电路本身具有的放大作用，才保证了其几乎没有损失地进行 AC － DC 的信号转换。因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有 2mV 左右，在普通数字万用表中大量使用，电路大同小异。

在温度测量和其他物理及化学量的测量中，经常会出现“零点”的时候信号不是零的情况，这时候，下面的“电桥输入”电路就被优先采用了。可以根据被测信号的特点，用传感器替换电桥回路中的某一个电阻元件。数字电压表的两个输入端也不再有接地点，作为一种典型的“差分”输入来使用了。

电桥输入电路的变种还可以延伸到下面的电路，这是一个把 4～20mA 电流转换为数字显示的电路。它的零点就是 4mA 而不是 0mA 。当输入零点电流为 4 mA 的时候，利用 IN- 上面建立起来的电压，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出现的无用信号，使得数字电压表差分输入＝0，就实现了 4mA 输 入时显示为 0 的要求。随着信号的继续增大，例如到了 20mA ，对数字电压表来说，相当于差分输入电流为 20-4=16mA ，这个 16mA 在 62.5R 电阻上的压降，就是数字电压表的最大输入信号。这时候，把数字电压表的基准电压调整到与 16*62.5＝1000mV 相等，显示就是 1000 个字！