双积分型A／D转换器组成及原理分析

(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。

图1 ICL7107的引脚图及典型电路。

(2) ICL7107引脚功能及主要电气参数V＋和V-分别为电源的正极和负极，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/RCCOM ：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。

双积分式A/D转换器1. A/D转换器概述1.1 A/D转换器的基本概念A/D转换器是模拟量输入通道的核心部件。

它是一个把模拟量转换成数字量的装置，采样和量化主要就是通过A/D转换器来实现。

在检测系统中，将传感器获取的模拟信号经放大、处理之后，将模拟信号转换成数字信号送入计算机进行处理。

1.2 A/D转换器的分类A/D转换器芯片种类繁多，根据输出数字信号的有效数可分为4位、8位、10位、12位、16位等；从机构原理上看，可以分为计数式、逐次逼近式和双积分式。

下面将就双积分式进行简要说明。

2. 双积分式A/D转换器2.1双积分式A/D转换器的组成双积分式A/D转换器电路主要由积分器、比较器、计数器、和标准电压源组成。

其电路原理图2.1所示：图2.1 双积分A/D转换器电路图2.2双积分式A/D转换器的工作原理双积分式A/D转换器在“转换开始”信号控制下，模拟输入电压在固定时间内向电容充电（正向积分），固定积分时间对应于n个时钟脉冲充电的速率与输入电压成正比。

当固定时间一到，控制逻辑将模拟开关切换到标准电压端，由于标准电压与输入电压极性相反，电容器开始放电（反向积分），放电期间计数器计数脉冲多少反映了放电时间的长短，从而决定了模拟输入电压的大小。

输入电压大，则放电时间长。

当电容器放电完毕，比较器输出信号使计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束”信号，完成一次A/D转换。

双积分式A/D 转换器的工作原理如图2.2所示：图2.2 双积分式A/D 转换器的工作原理2.3双积分式A/D 转换器的公式推导从图2.2中可以看出，对标准电压进行反向积分的时间t 正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分所需要的时间越长。

因此，只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分所花费的时间，就可以得到输入模拟电压所对应的数字量，即实现了A/D 转换。

首先，电路对输入的未知模拟量V IN 进行固定时间t 0的积分，积分器输出为：IN t IN H V t RCdt V RC V 00)1(10==⎰ (2.1) V H 与输入模拟电压V IN 平均值成正比，然后转换为对标准电压进行反向积分，经过时间t ，积分器输出为0。

3位半数字表头芯片ICL7107的特点及原理介绍(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V REF。

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。

图1 ICL7107的引脚图及典型电路。

(2) ICL7107引脚功能及主要电气参数V＋和V-分别为电源的正极和负极，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/RCCOM ：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。

综合实验三213位直流数字电压表一、实验目的 1、了解双积分式A / D 转换器的工作原理2、熟悉213位A / D 转换器CC14433的性能及其引脚功能3、掌握用CC14433构成直流数字电压表的方法二、实验原理直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D 转换器，它首先将输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量，然后在这个时间宽度里用计数器计时，计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。

1、V －T 变换型双积分A / D 转换器图3－1是双积分ADC 的控制逻辑框图。

它由积分器（包括运算放大器A 1 和RC 积分网络）、过零比较器A 2，N 位二进制计数器，开关控制电路，门控电路，参考电压V R 与时钟脉冲源CP图3－1 双积分ADC 原理框图转换开始前，先将计数器清零，并通过控制电路使开关 S O 接通，将电容C 充分放电。

由于计数器进位输出Q C ＝0，控制电路使开关S 接通v i ，模拟电压与积分器接通，同时，门G 被封锁，计数器不工作。

积分器输出v A 线性下降，经零值比较器A 2 获得一方波v C ，打开门G ，计数器开始计数，当输入2n个时钟脉冲后t ＝T 1，各触发器输出端D n-1～D O 由111…1回到000…0，其进位输出Q C ＝1，作为定时控制信号，通过控制电路将开关S转换至基准电压源－V R ，积分器向相反方向积分，v A 开始线性上升，计数器重新从0开始计数，直到t ＝T 2，v A 下降到0，比较器输出的正方波结束，此时计数器中暂存二进制数字就是v i 相对应的二进制数码。

2、213位双积分A / D 转换器CC14433的性能特点 CC14433是CMOS 双积分式213位A / D 转换器，它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS 晶体管集成在一个硅芯片上，芯片有24只引脚，采用双列直插式，其引脚排列与功能如图18－2所示。

图3－2 CC14433引脚排列引脚功能说明：V AG （1脚）：被测电压V X 和基准电压V R 的参考地V R （2脚）：外接基准电压（2V 或200mV ）输入端V X （3脚）：被测电压输入端R 1（4脚）、R 1 ／C 1（5脚）、C 1（6脚）：外接积分阻容元件端C 1＝0.1μf （聚酯薄膜电容器），R 1＝470K Ω（2V 量程）；R 1＝27K Ω（200mV 量程）。

双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器是一种间接A/D转换器。

它的基本原理是，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，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。

由于该转换电路是对输入电压的平均值进行交换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。

图1是双积分式A/D转换器的原理电路，它由积分器（由集成运放A组成），过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时/计数器（）等几部分组成。

图1 双积分A/D转换器积分器是转换器的核心部分，它的输入端所接开关控制。

当为不同电平时，极性相反的输入电压将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数t=RC。

过零比较器用来确定积分器输出电压过零的时刻。

当³0时，比较器输出为低电平；当<0时，为高电平。

比较器的输出信号接至时钟控制门（G）作为关门和开门信号。

计数器和定时器由个接成计数型的触发器串联组成。

触发器组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP记数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。

当记数到个时钟脉冲时，均回到0态，而翻转为1态，后开关从位置A转接到B。

时钟脉冲控制门时钟脉冲源标准周期作为测量时间间隔的标准时间。

当vc=1时门打，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。

下面以输入正极性的直流电压为例，说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。

电路工作过程分为以下几个阶段进行，图中各处的工作波形如图2所示。

（1）准备阶段首先控制电路提供CR信号使计数器清零，同时使开关闭合，待积分电容放电完毕后，再使断开。

（2）第一次积分阶段在转换过程开始时（t=0），开关与A端接通，正的输入电压加到积分器的输入端。

积分器从0V开始对积分，其波形如图7.24斜线O- 段所示。

根据积分器的原理可得由于<0，过零比较器输出为高电平，时钟控制门G 被打开。