ICL7135-技术资料

ICL7135的技术资料1．ICL7135的主要特性ICL7135是双斜积分式4位半单片A／D转换器。转换精度高、抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛。采用CMOS工艺制作，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容等元件，就可组成一个满量程为2V的数字电压表。以下列出其主要特点。1）输入阻抗达109Ω以上，对被测电路几乎没有影响；2）在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作；3）有精确的差分输入电路；4）自动判别信号极性；5）有超、欠压输出信号，机过量程（OR）、欠量程（UR）标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号；6）采用位扫描与BCD码输出；7）在±20000字（2V满量程）范围内，转换精度±1字；8）输出电流典型值1PA；输出为动态扫描BCD码；9）对外提供六个输入\输出控制信号R/H，BUSH，ST，POL，OR，UR。因此除用于数字电压表外,还能与异步接收/发送器，微处理器或其它控制电路连接使用；10）功耗：1000mW（MAX）。2．ICL7135的引脚功能采用28脚DIP和SOP封装。其引脚功能如下：1}脚（V-）-5V电源端；2}脚（VREF）基准电压输入端；3}脚（AGND）模拟地；4}脚（INT）积分器输入端，接积分电容；5}脚（AZ）积分器和比较器反相输入端，接自零电容；6}脚（BUF）缓冲器输出端，接积分电阻；7}脚（CREF＋）基准电容正端；8}脚（CREF－）基准电容负端；图19}脚（IN－）被测信号负输入端；10}脚（IN＋）被测信号正输入端；11}脚（V＋）＋5V电源端；12}、{17}～{20}脚（D1～D5）位扫描输出端；13}～{16}脚（B1～B4）BCD码输出端；21}脚（BUSY）忙状态输出端；22}脚（CLK）时钟信号输入端；23}脚（POL）负极性信号输出端；24}脚（DGND）数字地端；25}脚（R／H）运行／读数控制端；26}脚（STR）数据选通输出端；27}脚（OR）超量程状态输出端；28}脚（UR）欠量程状态输出端。3．两种典型应用形式两种典型应用形式分别是硬件译码驱动和单片机接口译码驱动的应用形式（图2、图3）。图2图3模积分电容拟调零电容接积分电阻口基准电容数字接口数字接口模拟接口4．工作过程和时序波形ICL7135的测量周期波形包括下列4个节拍。（1）AUTO-ZERO（自动调零）相：在该相时，内部IN+和IN-输入与引脚断开，且在内部连接到ANLG-COMMON，基准电容被充电至基准电压，系统接成闭环并为自动调零（AUTOZERO）电容充电以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压。此时，自动调零精度令受系统噪声的限制，以输入为基准的总失调小于10μV。（2）SINGAL-INTEGRATE（信号积分）相：在该相，自动调零环路被打开，内部的IN+和IN-输入被连接至外部引脚。在固定的时间周期内，这些输入端之间的差分电压被积分。当输入信号相对于转换器电源不反相（NO-RETURN）时，IN-可直接连接至ANJG-COMMON以便输出正确的共模电压。同时，在这一相完成的基础上，输入信号的极性将被系统所记录。（3）DEINTEGRATE（去积分）相：该相的基准用于完成去积分（DEINTEGRATE）任务，此时内部IN-在内部连接ANLG-COMMON，IN+跨接至先前已充电的基准电容，所记录的输入信号的极性可确保以正确的极性连接至电容以使积分器输出极性回零。输出返回至零所需的时间正比于输入信号的幅度。返回时间显示为数字读数，并由1000（Vid/Vref）确定。满度或最大转换值发生在Vid等于Vref的两倍时。（4）ZERO-INTEGRATE（积分器返回零）相：内部的IN-连接到ANLG-COMMON，系统接成闭环以使积分器输出返回到零。通常这相需要100～200个时钟脉冲，但是在超范围（OVERRANGE）转换后，则需要6200个脉冲。其工作时序主要波形图如图4和图5。图4图4所示是Vid为常数时的ICL7135时序图，在Signal-Integrate（即信号积分）相开始时，ICL7135的BUSY信号线跳高并一直保持高电平，直到Deintegrate（去积分）相结束时才跳回低电平。在满量程情况下，这个区域中的最多脉冲个数为30002个。其中Deintegrate（去积分）相的脉冲个数反映了转换结果。图5是不同Vid值时的ICL7135时序。由图2可见：对于不同模拟量输入，ICL7135的BUSY信号的高电平宽度也不同。RUN允许转换禁止转换内部调零正程积分逆程积分积分波形BUSYCLK固定10000个转换完成内部调零最大20001个随被测电压成正比变化固定10000个积分归零100-200个图5数据读取原理：在BUSY为高电平的时间内，统计CLK的脉冲个数，减去正程积分期间固定的10001个脉冲，剩余的便是逆程期间的被测电压对应的脉冲个数。5．与单片机系统的串行连接在ICL7135与单片机系统进行连接时，如果使用ICL7135的并行采集方式，则不但要连接BCD码数据输出线，又要连接BCD码数据的位驱动信号输出端，这样至少需要9根I/O口线。因此，系统的连接比较麻烦，且编程也非常复杂。而ICL7135的串行接法是通过计脉冲数的方法来获得测量转换结果的。由其时序分析可知，在Deintegrate（去积分）相，其脉冲数与转换结果具有一一对应关系。实际上，可以通过单片机（例如ATMEL公司的51系列单片机AT89C52）的定时器T0（也可以使用定时器T1）来计脉冲器。由于，定时器T0所用的CLK频率是系统晶振频率的1/12。因此可利用单片机（AT89C52）的ALE信号作为ICL7135的脉冲（CLK）输入。但要注意，在软件设计编程中，若指令中不出现MOVX指令，ALE端产生的脉冲频率将是晶振的1/6。至此，便可找到定时器所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及ICL7135所需的频率输入与单片机系统晶振频率的关系。为了使定时器T0的计数脉冲的ICL7135工作所需的脉冲同步，可以将ICL7135的BUSY信号接至AT89C52的P3.2（INT0）引脚上，并且将定时器T0的选通控制信号GATE倍1。此时定时器T0是否工作将受BUSY信号的控制。由上述时序图可知，当ICL7135开始工作时，即在积分波形的Signal-Integrate相开始时，也就是ICL7135的BUSY信号跳高时，定时器T0才开始工作，且定时器T0的TH0、TL0所记录的数据与ICL7135的测试脉冲（从积分波形的Signal-Integrate相开始时Deintegrate相结束这一区域内的脉冲称为测量脉冲）存在一定的比例关系。其系统连接如图6所示。图66．7135数字部分数字部分主要由计数器、锁存器、多路开关及控制逻辑电路等组成。7135一次A/D转换周期分为四个阶段：1、自动调零（AZ）；2、被测电压积分（INT）；3、基准电压反积分（DE）；4、积分回零（ZI）。具体内部转换过程这里不做祥解，主要介绍引脚的使用。1）R/H（25脚）积分波形1积分波形2积分波形3BUSY3BUSY2BUSY1当R/H=“1”（该端悬空时为“1”）时，7135处于连续转换状态，每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”，则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态，此时输出为最后一次转换结果，不受输入电压变化的影响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时，只要在该端输入一个正脉冲（宽度）300NS），转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换。注意：第一次转换周期中的AZ阶段时间为9001-10001个时钟脉冲，这是由于启动脉冲和内部计数器状态不同步造成的。2）/ST（26脚）数据选通每次A/D转换周期结束后，ST端都输出5个负脉冲，其输出时间对应在每个周期开始时的5个位选信号正脉冲的中间，ST负脉冲宽度等于1/2时钟周期，第一个ST负脉冲在上次转换周期结束后101个时钟周期产生。因为每个选信号（D5--D1）的正脉冲宽度为200个时钟周期（*只有AZ和DE阶段开始时的第一个D5的脉冲宽度为201个CLK周期），所以ST负脉冲之间相隔也是200个时钟周期。需要注意的是，若上一周期为保持状态（R/H=“0”）则ST无脉冲信号输出。ST信号主要用来控制将转换结果向外部锁存器、UARTs或微处理器进行传送。3）BUSY（21脚）忙闲指示在双积分阶段（INT+DE），BUSY为高电平，其余时为低电平。因此利用BUSY功能，可以实现A/D转换结果的远距离双线传送，其还原方法是将BUSY和CLK“与”后来计数器，再减去10001就可得到原来的转换结果。4）OR（27脚）超量程当输入电压超出量程范围（20000），OR将会变高。该信号在BUSY信号结束时变高。在DE阶段开始时变低。5）UR（28脚）欠量程当输入电压等于或低于满量程的9%（读数为1800），则一当BUST信号结束，UR将会变高。该信号在INT阶段开始时变低。6）POL（23脚）被测极性该信号用来指示输入电压的极性。当输入电压为正，则POL等于“1”，反之则等于“0”。该信号DE阶段开始时变化，并维持一个A/D转换调期。7）位驱动信号D5、D4、D3、D2、D1（12、17、18、19、20脚）万千百十个每一位驱动信号分别输出一个正脉冲信号，脉冲宽度为200个时钟周期，其中D5对应万位选通，以下依次为千、百、十、个位。在正常输入情况下，D5--D1输出连续脉冲。当输入电压过量程时，D5--D1在AZ阶段开始时只分别输出一个脉冲，然后都处于低电平，直至DE阶段开始时才输出连续脉冲。利用这个特性，可使得显示器件在过程时产生一亮一暗的直观现象。8）B8、B4、B2、B1（16、15、14、13脚）BCD该四端为转换结果BCD码输出，采用动态扫描输出方式，即当位选信号D5=“1”时，该四端的信号为万位数的内容，D4=“1”时为千位数内容，其余依次类推。在个、十、百、千四位数的内容输出时，BCD码范围为0000--1001，对于万位数只有0和1两种状态，所以其输出的BCD码为“0000”和“0001”。当输入电压过量程时，各位数输出全部为零，这一点在使用时应注意。最后还要说明一点，由于数字部分以DGNG端作为接地端，所以所有输出端输出电平以DGNG作为相对参考点。基准电压，基准电压的输入必须对于模拟公共端COM是正电压。V-——负电源端V——外接基准电压输入端AGND——模拟地INT——积分器输出，外接积分电容（Cint）端AZ——外接调零电容（Caz）端BUF——缓冲器输出，外接积分电阻（Rint）端Rr+、Rr-——外接基准电压电容（Cr）端INTO、INHI——被测电压（低、高）输入端V+——正电源端D5、D4、D3、D2、D1——位扫描选通信号输出端，其中D5（MSD）对应万位数选通，其余依次为D4、D3、D2、D1（LSD，个位）B8、B4、B2、B1——BCD码输出端，采用动态扫描方式输出BUST——指示积分器处于积分状态的标志信号输出端CLK——时钟信号输入端DGNG——数字电路接地端R/H——转换/保持控制信号输入端ST——选通信号输出端，主要用作外部寄存器存放转换结果的选通控制信号OR——过量程信号输出端UR——欠量程信号输出端在电路内部，CLK和R/H两个输入端上分别设置了非门和场效应管的输入电路，以保证该两端在悬空时为高电平。10V+=+5V，V-=-5V，TA=25℃，时钟频率为125KHz时，每秒可转换3次。