AD转换器ICL7135的原理与应用

AD转换器ICL7135的原理与应用 国外电子测量技术?1999年第2期电子应用 AD转换器ICL7135的原理与应用 r一,马云峰 潍虿 要:文章简要介绍了lBCD码输出的A/D转换器芯片!一7135的功能特点,引脚含义,工作原理及工 作时序,给出了I('L7135与单片机以及用ICM7212作为其IED接口的应用实例. 关键词:ICL7135A/D转换ICM7212LED显示 PrincipleandApplicationofConverterICL7135 MaYunfeng WeifangAdvancedAcademy.Shandong.Weifang Abstract:Thispapershortlyintroducesthefunctionfeature,pinmeanings,operationprincipl eandsequence ofICL7135whichisahighprecision4digitA/DconverterwithBCDoutput.Itgivesapplicatio n exampleontheinterfacecircuitdesignofICL7135withsinglechipcalculatorandLEDdriver ICM7212. KeyWords:ICL7135A/DConverterICM7212LEDDisplay ICL7135是MAXIM公司生产的高精度4位 CMOS双积分型A/D转换器,提供?20000的计数分 辨率.具有双极性高阻抗差动输入,自动调零,自动极 性和超量程判别等功能,其输出是动态分时的BCD码, 不仅很容易与ICM7211,ICM7212等ICD,LED驱动 芯片连接,而且提供控制转换端和状态输出端,方便与 微处理器的接口. ICL7135的引脚说明 ICL7135是28引脚双列直插封装芯片,各引脚功 能说明如下. V- REFERENCE ANOLOGCOMMON INTOUT AzIN BUFFOUT REF.C-P. REF.CAP+ INLO INHI V+ (MSD)D5 (LSB)B1 B2 — 36— 1—— 2 3 ? S 6 7—__一lJ?l 8lCL7t,I g 10 11 12 13 14 图1ICL7135管脚图 UNDERRANGE OVERRANGE RUN『HOLD DIGITALGND POL CLOCKIN BUSY DI(LSD) D2 D3 D4 BS(MSB) B4 V-_,V——正,负极性工作电源输入端 ANALOGCOMMON——模拟部分公共端 REFERENCE外接参考电源输入端 INTOUT——内部积分放大器输出端,外接积分电容 AZIN——自动调零电容接人端 BUFFOUT内部缓冲放大器输出端,外接积分电阻 REF.CAP,REF.CAP+一一外接参考电容输入端 INHI,INL0差动模拟信号输入高,低端 OVERRANGE,UNDERRANGE——过量程,甓 程输出标志 POL——输入电压极性标志 STR()BE——允许输出状态端 RUN/HOLD——启动转换/保持控制端 DIGITALGND——数字地 CI()CKIN——外接时钟输入端 BUSY一一A/D转换器工作状态信号输出端 B1,B2,B4,B8——对应位的BCD码输出端 D1,D2,D3,D4,D5从个位到万位的BCD码选通输 出端 工作原理及时序 ICL7135芯片内部可分成模拟,数字电路两部分, 数字部分由计数器,输入/输出接口,控制逻辑等组成; 模拟部分包括电子开关,缓冲放大器,积分放大器,比 } I} f "l己伯仆" 国外电子测量技术?1999年第2期电子应用 较器等,其工作过程受数字部分的逻辑控制;每次测量 过程分成以下四个阶段. (1)自动词零阶段:至少需要9800个时钟周期. 此阶段外部模拟输入通过电子开关与内部断开,而模 拟公共端(AnalogCommon)接入内部并对外接调零电 容充电,以补偿缓冲放大器,积分放大器,比较器的电 压偏移. (2)信号积分阶段:需要10000个时钟周期调零 电路断开,外部差动模拟信号接入进行积分,积分器电 容充电电压正比于外接信号电压和积分时间.此阶段 信号极性也被确定. (3)反向积分阶段:最大需要20001个时钟周期. 积分器接到参考电压端进行反向积分,比较器过零时, 锁定计数器的计数值,它与外接模拟输入V及外接参 考电压V的关系为: 计数值一10000*V/V (4)零积分(放电)阶段:一般持续1O0,200个脉 冲周期,使积分器电容放电.当超量程时,放电时间增 加到6200个脉冲周期以确保下次测量开始时.电容完 全放电.芯片工作时序如图2所示: l信号投分l反冉积分I I1000o十?冲I量大20ooI十?l 完整澍量:10o.2叶时剪l青———'} nus查!!厂一——一一一1广一 OVERR^HGE(1皇量l呈时) 叠 扫 主 蕾 号 STR0BE !兰兰!厂—— rh]厂]D5 n厂] 厂.]厂_] 图2ICL7135芷片工作时序 当RUN/HOLD一1时,ICL7135将开始进行最大 40002个时钟周期长时间的一次A/D转换,而RUN/ HOID一0时,ICL7135将保持在自动调零阶段,并且挣 续输出上次转换的结果.在A/D转换期间,RUN/ H0LD端的电平变化将被忽略,而在自动调零阶段, RUN/HOLD端的一个宽度300ns的正脉冲将触发另 一 次A/D转换过程.., BUSY是A/D转换的状态输出信号,在信号积分 阶段开始时变成高电平,一直维持到反向积分阶段结 束后重新变成低电平.除超量程情况外,从万位到个位 的BCD码(由Di识别是哪一位)转换结果连续不断的 循环输出,每位的BCD码维持时间接近200个时钟周 期. STROBE端在每个Di(i一1,5)高电平的中间时刻 产生一个负脉冲,在STROBE两次下跳沿之间,BCD码 输出都是有效的,可用它作为输出BCD码锁存的控制 信号. 当输入电压为正时,POL端输出高电平,超量程和 欠量程端输出信号波形如图示,不再详述. 外围器件参数选择 单电 1CLT135双极性连接的典型电路如图3所示,源应用时,V一接地,ANAL()GCOMMON与INLO 端相连,接+2.5V电压. Ur?f=1.000U 00 1U一 lKl———一2RerReHCe .IIJzwl/面 3HL08上 C0HH0HBUSl ?IHT0UT sazIH 6Burr0uT n 22 7R盯?caP'f,- 8Rer.caP+差动 0llr-T-(_)9IHI-0I--,,I 笪!工/^\l0IHHI l1U+ 图3ICL7135外围元件连接及双极性输入典型电路 (1)积分电阻Rim的选择:Rint一最大输入电压/ 2OA (2)积分电容Cint的选择:Cint一(20~A/3.5V) *时钟周期 为了提高积分电路的线性度,Rint和Cint必须选 择高性能器件,其中Cint一般选择聚丙稀或聚苯乙烯 电容. (3)其它元件的选择:参考电容C一般选择聚苯 乙烯或多元酯电容;选择较大的自动凋零电容C可以 降低系统噪声;典型接入值为1F. (4)时钟频率选择:一般选择250kHz,166kHz, 125kHz和1OOkHz.其典型值为125kHz,此时ICL7135 转换速度为3次/f). 一 37, E— G— H一一 R广一 R— E Dt 国外电子测量技术?1999年第2期电子应用 (5)参考电压选择:按公式(计数值:l0000*V./ V),一般调整Vrc{端电压为1000V. +5v ICI7135与8751,ICM7212接口举例 B1P1B IB2P111 ? 2叫Bl'B.IP12 lP13 娶B日rIC145azI????????????一参 D1D1 P1.I 菩骂o2D2qBP1522r'n石D3D3q1 P16一D.ID.Iq2 D5叠?厂P17 BUSYT怖 图4ICL7135与单片机87C51的接口电路 ICL7135提供了RUN/HOLD,BUSY,STROBE和 D1,D5等控制和状态信号,使其与微处理器,LCD及 D1 D2 娶阳D.I 整.5 酒t 呲静 Dq Dq LED驱动器的接口 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 变得简单,下面简要介绍它与 87C51,ICM7212的接口电路. (1)ICL7135与单片机87C51的接口(如图4) 要正确地读取A/D转换结果各位的BCD码,必须 同时获得Di(i一1,2,3,4,5)及对应的B1,B2,B4,B8的 状态.正因为D1,D5任何时刻只有一个为高电平,仅 有s种组合,因此我们用编码器MC14532将D1,D5 变为三位输出,与BCD码的四位输出一起共同接到 87C51的P11:3,读取P11:3的状态,可同时获得"位标 志"和"位输出". 状态信号BUSY可接到INT0或INT1,其下降沿说 明A/D转换结束,可作为读取数据的中断申请信号. BUSY也可接到P1.7端,采用查询方式控制启动转换 或数据读取. 程序设计时,读取P1口的数据后,由P1.4,P1.5, P1.6的状态判断此时接收的是哪一位,再将P1.0, P1.1,P1.2,P1.3四位分离出来,就是该位的BCD码. 毯B8酋 U+ eI G1 F1 BRT 2 82 C2 D2 e2 G2 F2 3 B3 C3 D3 e3 63 F3 4 图5ICL7135与ICM7212的接口电路 (2)ICI7135与ICM7212的接口(如图5) ICM7212是四位八段LED数码管显示驱动芯片, 4O引脚双列直插封装,BRT为显示控制端,D1,D4为 选通控制端,B0~B3为BCD码数据输入端,Ai,Gi为 LED数码管各段的亮灭控制端.它与ICL7135的接口 非常方便,低四位由ICM7212控制显示;D5与B1经D 触发器控制最高位的显示;超量程输出OVERRANGE 接到BRT,控制LED熄灭;极性输出POL经D触发器 一 38一 ?e 39 3e 37 36 35 3? 33 32 31 3e 2, 2e 27 26 25 2? 23 22 21 控制"+"显示. ICL7135的缺点是需要外接参考电源和时钟,对外 接阻容元件的性能要求较高,转换速度慢,但以其高精 度,BCD码输出,抗干扰能力强等特点,使其非常适合 于对转换速度要求不高的数据采集控制系统及智能测 量仪器中. 参考文献 [1]MaximProductDataCompleteEdition ?猛数据 DD,L』,L,?叭?盯叭明??"?"? 123?567e,11111111112 .|E:一时? B lZ3S DDDD