一、实验目的一、实验目的二、实验原理和器件介绍二、实验原理和器件介绍三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验四、思考题四、思考题实验四实验四 数字电压表数字电压表 电气与新能源学院 1、学习精确测量电路设计的方法；2、掌握数字电压表的设计方法；3、熟悉数字仪表专用集成电路 ICL7107(7106)的原理及应用 一、实验目的一、实验目的电气与新能源学院 二、实验原理和器件简介二、实验原理和器件简介 数字电压表数字电压表ICL7107的应用的应用 7l07A／D转换器的用途非常广泛，用它可以组装成31/2位数字电压表、数字电子秤、数字温度计、数字压力计、数字式水平仪等各种具有体积小、重量轻的数字仪表 用7l07组装的数字式仪表，其整机电路可以分为两部分，第一部分电路将被测的模拟量（各种传感器的物理量）转换成适用于7107的电压信号,第二部分电路将电压信号转换为可读懂的数字信号电气与新能源学院 二、实验原理和器件简介二、实验原理和器件简介 数字仪表专用集成电路ICL7107(7106)为高性能、低电源31/2位的A/D转换器。
图（a）为模拟电路，主要功能是对Vin进行积分，对±VREF进行反积分；反积分电压Vo去控制数字逻辑部分电路电气与新能源学院 二、实验原理和器件简介二、实验原理和器件简介 图（b）为数字电路部分，主要功能是数字逻辑控制模拟电路进行积分、反积分，译码、显示驱动电气与新能源学院 逻辑控制电路控制电子开关K2使双积分电路进入自动稳零(AZ)阶段 ，自动稳零(0～3000 T)后 ，由运算放大器A1和R、C组成双积分电路，开始对-Vin进行积分，积分1000个脉冲(T)后 逻辑控制电路闸门电路计数器时钟-VREF+VREFK1K2RVOC-++-A1A2-VinICL7107工作原理框图工作原理框图电气与新能源学院 ICL7107工作原理框图工作原理框图 逻辑控制电路控制电子开关K2使双积分电路进入自动稳零(AZ)阶段 ，自动稳零(1000～3000 T)后 ，由运算放大器A1和R、C组成双积分电路，开始对-Vin进行积分，积分1000个脉冲(T)后 电气与新能源学院 ICL7107工作原理框图工作原理框图 逻辑控制电路控制电子开关K1切换到+VREF或者是-VREF进行反积分；反积分到Vo=0时，过零比较器A2关闭闸门电路，计数器停止计数2000T（ 0～1999 T），完成一个工作周期。
逻辑控制电路闸门电路计数器时钟-VREF+VREFK1K2RVOC-++-A1A2Vin电气与新能源学院 ICL7l07采用双积分的方法实现A／D转换，以4000个计数脉冲周期，即用4000个脉冲的时间作为A／D转换的一个周期， 每个转换周期分成自动稳零（AZ）、信号积分（INT）和反积分（DE）3个阶段，各阶段的工作过程如下：A/D周期4000个脉冲0VoAZINTDET计数1000～300010000～2000ICL7107工作原理工作原理t0t1t2电气与新能源学院 (1)、自动稳零（AZ）阶段：进入自动稳零阶段后，通过电路内部的模拟开关，使IN+和IN-两个输入端与COM端短接，闭合反馈回路，自动稳零电容CAZ充电，使缓冲放大器、积分器和比较器的输出回复到零态自动稳零阶段的时间tAZ为 式中，TCL为时钟脉冲入的周期；1000TCLVIN／VREF为反积分阶段时间ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 （2）、信号积分（INT）阶段：信号一旦进入积分阶段，则断开反馈回路，输入端短路消失，使电路从自动稳零阶段转入到对模拟信号进行取样积分阶段，本阶段的时间固定为1000个计数脉冲的时间。
输入的模拟信号-VIN首先经过缓冲放大器放大，信号放大k倍后送至积分器进行积分ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 积分器在 0～t1的时间里，即在0个～ 1000个计数脉冲时间里从零开始积分，取样积分结束后，积分器的输出电压为： 式中，RINT为积分电阻；CINT为积分电容；k为缓冲放大器的电压放大系数；VIN为模拟信号电压；t1为积分时间，相当于计1000个计数脉冲的时间 信号积分阶段的固定时间tINT=1000TCL ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 （3）、反积分（DE）阶段：双积分A／D转换器的反积分阶段是实现对与输入模拟信号极性相反的参考电压VREF进行积分在反积分开始时，参考电容上的参考电压VREF送入缓冲放大器进行放大，放大后的参考电压再送入积分器进行积分，这时，积分器从VINT0开始积分ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 反积分（DE）积分器的输出电压为： VIN与RINT和CINT的值无关，从而不需要精确的积分电阻、积分电容的值ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 若用计数脉冲的个数表示时间，t1等于1000个计数脉冲，（t2－t1）等于T个计数脉冲，那么便有若VREF取作1000mV，则更为直观，这时在数值上有： VIN的数值=T的数值（mV）这就是精确测量电路设计方法的典范精确测量电路设计方法的典范。
ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 下图是对负模拟信号进行数字转换时，积分器的输出波形积分器的输出信号经比较器进行比较后作为逻辑部 分的程序控制信号逻 辑电路不断地重复产生 AZ，INT，DE三个阶 段的控制信号，适时地 指挥计数器、锁存器、 译码器等协调地工作 反积分反积分DE最多计数是最多计数是0~1999 即为三位半即为三位半数字电压表数字电压表 A/D周期4000个脉冲0VoAZINTDET计数1000～300010000～2000积分器输出波形ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 为了使ICL7l07电路正常工作，必须正确地选择外部条件：P25、26 a、积分电阻RINT的取值； b、积分电容CINT的取值； c、自动稳零电容CAZ大小的选择； d、参考电容CREF的取值； e、振荡器部件ROSC和COSC； ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 f、参考电压、参考电压VREF：由式：由式 可知，可知，满度值时满度值时T=2000，，VIN=VFS，可得，可得 故当满度值选为故当满度值选为 VFS =2V时，时， 参考电压参考电压 VREF=1V；； 当满度值选为当满度值选为 VFS=200mV时，时， 参考电压参考电压 VREF=100mV。
ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 ICL7l07引脚功能：P26、271、PM为负数指示信号，正值则不显示；2、OSC1和 OSC2为时钟脉冲发生器 ； 3、VREF+和VREF-为参考电压；4、COM为公共端；5、IN+和IN-为模拟信号输入端；6、BUF为缓冲器输出端，接积分电阻；7、AZ接自动稳零电容；8、INT为积分器输出端，接积分电容；9、TEST为灯光测试端，在检查LED时 该端通过500Ω电阻与+5V相接，则 显示满量程ICL7107工作原理工作原理电气与新能源学院 数字电压表数字电压表ICL7107的实验的实验电路电路P81共阳共阳8段显示器段显示器-5v电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤一：按实验步骤一：按P81连接电路（连接电路（注意面包板布局注意面包板布局））电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤一：用实验步骤一：用 TEST灯光测试端，检查灯光测试端，检查 LED显示显示 器各段是否正常当器各段是否正常当37#引脚通过引脚通过510Ω电阻与电阻与+5V相接相接时，应显示时，应显示-199.9或或 -188.8或或-166.6。
灯光测试正（灯光测试正常应及时撤销常应及时撤销TEST灯光测试端的灯光测试端的510Ω电阻与电阻与+5V相接）相接）实验步骤二实验步骤二 ：用示波器观察：用示波器观察ICL7107的的38#引脚振荡频率，引脚振荡频率，fosc=40kHZ左右；并画出左右；并画出38、、39、、 40#引脚的波形图引脚的波形图实验步骤三：调整参考电压实验步骤三：调整参考电压36#引脚引脚VREF，当，当VREF=100mV ，则系统满标度电压，则系统满标度电压 VFS= 200mV时时 实验步骤六：按下表实测某电压（调至量程以内），并与基实验步骤六：按下表实测某电压（调至量程以内），并与基准表相比较；要求误差＜准表相比较；要求误差＜2mV 电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤四：根据表一，测试实验步骤四：根据表一，测试CC7107功能 表一 ICL7107 功能测试表电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤五：调整参考电压实验步骤五：调整参考电压36#引脚引脚VREF，， 当系统满标度电压当系统满标度电压 VFS= 200mV时，时， 则则 VREF=100mV。
电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤六：按下表实验步骤六：按下表实测某电压（调至实测某电压（调至量程以内），并与量程以内），并与基准表相比较；要基准表相比较；要求误差＜求误差＜2mV.基准表（基准表（mV））-150-100-500501001507107（（mV））7107标准+ -- ++5V-5V红表笔黑表笔电气与新能源学院 三、数字电压表三、数字电压表ICL7107实验实验实验步骤七：扩展量程，设计出量程为实验步骤七：扩展量程，设计出量程为2V、、20V、、200V的电路电路的检查测试电路的检查测试：1.测量测量IC引脚引脚1#（（+5V）、）、21#（（0V）、）、26#(-5V)；；2.用示波器观察用示波器观察IC引脚引脚38、、39、、40#波形，并测试波形，并测试 38#引脚频率为引脚频率为40kHz左右；左右；3.测量测量IC 的的36#引脚引脚VREF=100mV；；4.检查检查C4、、R5、、C5、、C2、、C1、、R1的值等电气与新能源学院 电路的检查测试电路的检查测试：5.正负电源的连接方法先将+-5V调好后，再接入电路 CH2 CH1电气与新能源学院 四、思考题四、思考题1、为什么ICL7107的满度值是2000?2、为什么ICL7107叫做31/2位数字电压表？3、为什么VREF=(1/2)VFS？4、为什么ICL7107的fOSC =40kHz左右？5、 ICL7107是如何标量的？6、变换量程单纯调整VREF行不行？为什么？电气与新能源学院 END电气与新能源学院 。