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基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计与实现

2018年02月08日 16:11 次阅读

1、引言

在模数混合系统的设计中,对模拟信号的采样一般是使用专用的A/D转换器,再加上专门的译码和锁存电路把模拟信号转换成合适的数字信号。但这样使系统的设计电路较复杂,用到的集成芯片较多,给设计带来不便。为了克服以上设计中的缺点,在本系统的设计中采用了高集成度芯片ICL7107作为对模拟信号的采样模块,使得电路设计更加简单,可靠性大大提高。

2、系统总体设计

本文设计的电压表是一个3/2位直流电压测量的数字式电压表,测量范围为直流0~199mV、0~1.99V、0~19.99V、0~199.9V、0~1999V,共5个量程。电压值显示稳定,读数方便,能测量正、负电压且能自动切换量程,使用方便。系统框图如图1所示。本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、A/D转换及译码锁存、显示、超欠量程识别和量程切换及小数点驱动6部分。

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

3、系统各模块电路实现

3.1、A/D转换及锁存和译码模块

选用ICL7107。ICL7107是双积型的A/D转换器,

还集成了A/D转换器的模拟部分电路,如缓冲器、积分器、电压比较器、正负电压参考源和模拟开关,以及数字电路部分如振荡源、计数器、锁存器、译码器、驱动器和控制逻辑电路等,使用时只需外接少量的电阻、电容元件和显示器件,就可以完成模拟到数字量的转换,从而满足设计要求。显示稳定可读和测量反应速度快,是本设计的关键。ICL7107的一个周期为用4000个计数脉冲时间作为A/D转换的一个周期时间,每个周期分成自动稳零(AZ)、信号积分(INT)和反积分(DE)3个阶段。内部逻辑控制电路不断地重复产生AZ、INT、DE3个阶段的控制信号,适时地指挥计数器、锁存器、译码器等协调工作,使输出对应于输入信号的数值。而输入模拟量的数值在其内部数值上等于计数数值T,即:

VIN的数值=T的数值

式中:1000为积分时间(1000个脉冲周期);

T为反积分时间(满度时为2000)。

芯片的外部元件参数设定及电路如图2所示。

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

图2  ICL7107电路连接图

3.2、待测电压转换模块

待测电压作为电压表的测量对象,必须满足下一级电路的输入要求,设计要求为0 ̄1999V,而A/D转换器的满度值为200mV,故本模块相当重要。电路如图3所示。该分压电路保证了输给A/D的值VIN<200mV。3.3模拟电压通道模块。

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

该模块的主要作用是将分压后的待测电压输送给A/D,能根据不同待测电压选择最适当的分压值档位,采用模拟开关作为选通通道,其体积小,工作稳定,开关通道较多。

3.4、超、欠量程识别模块

ICL7107设计有超、欠量程的功能,当超量程时,A/D转换器呈溢出状态,这时最高位显示为1,其他低位不显示,取出次高位的b、H两位若都为高电平即表示超量程;当欠量程时,最高位和次高位显示的数为0。最高位Abk为1时,该位不显示;百位数为零时显示0。分析笔段状态可知,只要取出Abk和百位的e、g段就可以判断为欠量程了。将超量程和欠量程信号合为一个信号,当有两情况之一,则将量程选用大一级量程,如此循环直至切换到适当量程。若以Y1表示超量程,则Y1=bH&TImes;gH,以Y2表示欠量程,则Y2=Abk&TImes;gH&TImes;eH,故超欠量程输出表示为:

Y=Y1+Y2=bH&TImes;gH+Abk×gH×eH

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

电路如图4所示,电压比较器的作用是让其转变成标准的高低电平,且用比较器U2C实现对eH取反则:

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

综上可知,当有超欠量程情况时,Y输出为“0”。

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