基于单片机的单通道模拟电压测量系统设计

积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低,但是需要外部计数电路共同完成AD转换。

④积分型(如ILC7135) AD转换器是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。ICL7135AD转换具有自动校零功能，自动较零准确性仅受系统噪声影响，且偏差小于10μV；有超量程(over)和欠量程(under)信号，容易实现量程自动转换；设有6个控制信号端、同时进行字位输出和BCD码输出，可与LCD译码／驱动器及单片机接口，进行数据处理，构成智能化仪器；满量程为20000字，在±20000汁数范围内准确度为±1个字。本设计采用双积分ICL7135 A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，价格低廉，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高，而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。

比较以上这四种AD转换器的性能特点，综合考虑各方面的条件和本系统要实现的指标，本系统设计采用的就是双积分A/D 转换器ICL7135。

2.3.1双积A/D 转换器的工作原理

双积分型A/D转换是一种间接A/D转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后将此代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成二进制或BCD码输出。

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图4双积分A/D 转换器的内部原理

如图4所示，对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔 T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压，接着对基准电压

图5双积分A/D 显示电压数据转换器的时序图

进行同样的处理，直至积分输出返回到起始值。双积分A/D 转换器的时序图如图5所示。在常用的A/D转换芯片（如ADC -0809、ICL7135、ICL7109等）中，ICL7135与其余几种有所不同，它是一种四位半的双积分A/D转换器，具有精度高（精度相当于14位二进制数）、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本系统介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表的设计方

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案。

2.3.2 ICL7135的应用

ICL7135是采用CMOS工艺制作的单片4位半A/D转换器，其所转换的数字值以多工扫描的方式输出，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。

（1）ICL7135主要特点如下

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①双积型A/D转换器，转换速度慢。

②在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作，可保证零点在常温下的长期稳定。在20000字（2V满量程）范围内，保证转换精度1字相当于14bitA/D转换器。

③具有自动极性转换功能。能在单极性参考电压下对双极性模拟输入电压进行A/D转换，模拟电压的范围为0～±1.9999V。 ④模拟输入可以是差动信号，输入电阻极高，输入电流典型值1PA。

⑤所有输出端和TTL电路相容。

⑥有过量程（OVER）和欠量程（UNDER）标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。

⑦输出为动态扫描BCD码。

⑧对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSY,STB,POL,OVER,UNDER),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。

⑨采用28外引线双列直插式封装。 （2） ICL7135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

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等组成。ICL7135一次A/D转换周期分为四个阶段：自动调零（AUTO-ZERO）；信号积分（SINGAL-INTEGRATE）；基准电压反积分（去积分）；积分回零（ZERO-INTEGRATE）。具体内部转换过程如下几个步骤：

①AUTO-ZERO（自动调零）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。

②SINGAL-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。

③DEINTEGRATE（去积分）相该相的基准用于完成去积分任务，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。

④ZERO-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（OVER）转换后，则需要6200个脉冲。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

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