ICL7107与8031接口的设计

　　ICL7107简介及引脚图

　　双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。它通过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，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

　　它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。

　　时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。

　　计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。

　　（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

　　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/RC

　　COM ：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。

　　AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

　　BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流（ idling current ）是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

　　ICL7107与8031接口的设计

　　ICL7107 是Intersil 公司专为数字仪表而设计的3位半双斜积分A/D转换器。它只需少量的普通元件组成外围电路，就能做成精密的数字仪表，具有分辨力高和抗干扰能力强等特点，以其很高的性能价格比被广泛地采用。它能直接驱动LED数码块，但没有相应的BCD代码输出”，也没有A/D转换的状态标志输出，因而不能接入微机系统进行现场数据的采集和处理。本文提出了一一种极为简便的方法，使ICL7107实现了与80 31的接口，从而扩展了它的功能和使用范围。

　　接口条件的分析

　　ICL7107的A/D转换周期分为三个阶段：积分INT）阶段、消除积分（DE）阶段和自动调零（AZ）阶段，如图1所示。

　　

　　一个转换周期的时间为4000个计数脉冲周期，积分阶段是在规定的1000 个计数脉冲周期内对输人电压积分；消除积分阶段是对基准电压进行反向积分，同时由内部计数器计数，至积分输出为0，这段时间的计数值与输人电压成线性比例，其范围为0~2000余下的时间用于自动调零，在输人的电压为0~2000 范围内，自动调零时间就在3000- 1000 个计数脉冲周期的范围内变动。这个内部计数脉冲的频率是7107时钟振荡频率的4分频。

　　如果能够找到- 一个可以标志A/D转换周期的状态信号，用它作为接口的联络（handshake）信号，就有了实现接口的基础。根据1CL.71017的内部结构原理，在第34 号引脚（CREF‘ ）可以找到如图2所示的信号波形。

　　

　　在INT 和DE的两个阶段内，这条引脚呈低电平在AZ阶段内，这条引脚的电平为基准电中。我们可将这个信号变换成与8031兼容的TTL电平。这样，就可用类同于文献的办法，画出如图3所示的接口硬件电路。

　　接口的设计与实现

　　

　　图3的电路中，只用了8031的三根口线，To口设定为计数方式1J，INTo和P1.0分别接收经电平变换后的A/D转换状态信号和正负极性信号。用ICL710构成的数字仪表，现场输人信号的极性一般都已确定。因此P 。口线的连接往往可以省略。在程序中，设GATE=1，使INTo的作用为To的门控，在INTo=1期间To对7107的时钟脉冲计数，而在INTo=0时停止计数。设定外部中断0 为边沿触发.T 计数值的读取和处理安排于中断服务程序中。由于ICL7107的内部计数脉冲是它时钟周期的4分频，只要将T 的计数值除以4，再减去积分阶段固有的1000 个计数值，即得到A/D 转换的二进制结果。
 
        参考程序如下：

　　

　　本文实现的接口方法，是在ICL的片内定时积分和定斜率消除积分的计数过程中，由801的个定时，计数器对它的时钟脉冲计数，该计数值经分频处理并减去定时积分的固有计数值，即得3位半A/D转换器的二进制结果。710的内部计数值只供译码显示，而801定时，计数器读数而得的转换结果即为智能化仪表的现场数据。两者各尽所能，各司其职。由8031读取的转换结果与710驱动的LED显示结果严格- 一致。这种接口方法，对ICL 其它带显示驱动的A/D转换器，如7106.7116.7117.7126.7129 及7137等也同样适用。