7135 A/D转换器原理与应用

一、概述、特点

  7135主要特点如下：
  1在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作。
  2在±2000字（2V满量程）范围内，保证转换精度±1字。
  3具有自动极性转换功能。
  4输出电流典型值1PA。
  5所有输出端和TTL电路相容。
  6有过量程（OR)和欠量程（UR)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,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。
  9采用28外引线双列直插式封装，外引线功能端排列如图所示。
  
   各外引线功能端文字符号说明如下：
   V- --负电源端，
   REFERENCE -外接基准电压输入端，
   ANALOG COMMON--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，
   BUFF--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，
   INLO、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。
   V+ = +5V，V- =-5V，TA=25℃，时钟频率为120KHz时，每秒可转换3次。
  功耗：1000mW（MAX）；电源电压：V+：+6V（MAX）；V-：-6V（MAX）
  二、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）
   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）
   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）
   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）
   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）
   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。
   6、POL（23脚）
   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）
   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。(录入编辑：电路图网dltdl.com)
   8、B8、B4、B2、B1（16、15、14、13脚）
   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。
  三、用7135制作4 1/2位数字电压表头
  
  本表头的主要应用说明：
  本表头是按照普通应用电路而组合成为最基本的数字表头，主要使用了其±2.0000V的直接测量功能。电路里采用 74HC04（或者CD4069）组成-5V电压产生电路，以及 ICL7135 需要的时钟信号电路，省去了用户使用双电源供电的麻烦，只需要给表头供电 +5V 就可以正常使用。
  小数点选择电路是通过一 NPN 型三极管，利用它的驱动源是选择哪一位数码管的位扫描驱动信号来达到对应使该位的小数点点亮的目的。
  基本质量的快速判别：
  送入 +5V 直流稳压电源（小心：电源不能反接，否则，顷刻之间可能令表头报废！！），屏幕上面应该显示随机数字，用金属短路 2 个输入端口（Vin与GND），屏幕应该显示±0000,（允许有 ±1 个字的变化），利用指针万用表的 X1Ω电阻挡，（或者是一节 1.5V 电池），输入到表头的信号输入端口，屏幕应该显示该电池的数字。例如：15034 (具体应该以电池电压为准），如果你需要选择决定小数点的位置，可以通过选择小数点来让它显示 1.5034 或者 15.034 等等。交换输入信号的极性，应该有负号出现，显示为 -15034,（允许有±1个字的翻转误差，人工无法修改，由芯片制作厂商决定此指标）。－－经过这么一轮测试，如果都没有问题，表头就可以准备使用了。
  校准测量精度：可以使用最简单的方法校准，就是利用一只数字万用表监视着芯片第二引脚的电压，微调多圈电位器，使读数＝1.0000V,(允许± 2 个字)，然后，输入一个信号电压，用数字万用表监视，是否读数一致，如果不一致，再仔细微调多圈电位器令其达到一致。校准后，可以用指甲油小许封住多圈电位器的微调螺钉，以防移位，之后，就可以投入正常使用了。（表头已经出品时校准在 2V 量程，基准＝1.0000V，± 2 个字）。
  有关数表头在电流、电压、频率、物理量、化学量等等领域的具体应用，请参阅有关书籍。
  ICL7135 制作的41/2 数字电压表头确实是非常方便使用而精度又非常令人满意的，其缺点是耗电较大，在 +5V 供电时，消耗电流在 120～150mA 左右，不适合使用电池供电。 (录入编辑：电路图网dltdl.com)