Как работает цифровой вольтметр на ICL7107. Какие преимущества дает использование этой микросхемы. Как собрать амперметр на основе ICL7107. Какие характеристики имеет готовое устройство.
Принцип работы цифрового вольтметра на ICL7107
Микросхема ICL7107 представляет собой интегральный аналого-цифровой преобразователь, специально разработанный для создания цифровых измерительных приборов. Она содержит все необходимые блоки для построения 3,5-разрядного вольтметра:
- АЦП двойного интегрирования
- Источник опорного напряжения
- Генератор тактовых импульсов
- Драйверы 7-сегментных светодиодных индикаторов
Благодаря высокой степени интеграции, для создания полноценного цифрового вольтметра требуется минимум внешних компонентов. Основные этапы преобразования входного напряжения в цифровой код:
- Интегрирование входного сигнала в течение фиксированного времени
- Разряд интегратора эталонным напряжением до нуля
- Измерение времени разряда и формирование цифрового кода
- Вывод результата на светодиодные индикаторы
Преимущества использования ICL7107 для измерительных приборов
Применение специализированной микросхемы ICL7107 дает ряд существенных преимуществ по сравнению с дискретными схемами:
- Высокая точность измерений (погрешность не более 0,1%)
- Малое количество внешних компонентов
- Низкое энергопотребление
- Встроенные драйверы светодиодных индикаторов
- Простота калибровки
- Широкий диапазон измеряемых напряжений (от 200 мВ до 1000 В)
Это делает ICL7107 оптимальным выбором для создания бюджетных цифровых мультиметров, панельных измерительных приборов, встраиваемых модулей контроля напряжения и тока.
Схема цифрового вольтметра на ICL7107
Базовая схема цифрового вольтметра на ICL7107 довольно проста и содержит минимум внешних компонентов:
- Резисторы входного делителя для выбора диапазона измерений
- Интегрирующий конденсатор и резистор
- Конденсатор автоматической установки нуля
- Эталонный конденсатор
- Светодиодные 7-сегментные индикаторы
Для питания микросхемы требуется двуполярное напряжение ±5В. Калибровка производится с помощью подстроечного резистора в цепи опорного напряжения.
Расширение функциональности: создание амперметра
Цифровой вольтметр на ICL7107 легко превратить в амперметр, добавив измерительный шунт и усилитель. Принцип работы основан на измерении падения напряжения на низкоомном шунте, включенном последовательно в измеряемую цепь.
Основные этапы создания амперметра на базе ICL7107:
- Выбор сопротивления шунта исходя из максимального измеряемого тока
- Расчет коэффициента усиления для согласования с входным диапазоном АЦП
- Добавление операционного усилителя для масштабирования сигнала
- Калибровка для обеспечения точных показаний
Таким образом, на базе одной микросхемы ICL7107 можно создать универсальный цифровой измерительный прибор.
Характеристики готового цифрового вольтметра/амперметра
Типовые параметры измерительного прибора на ICL7107:
- Диапазон измерения напряжения: 200 мВ — 1000 В (5 поддиапазонов)
- Диапазон измерения тока: 200 мкА — 10 А (5 поддиапазонов)
- Входное сопротивление: 10 МОм
- Погрешность измерений: не более 0,5%
- Питание: ±5 В
- Потребляемый ток: не более 50 мА
- Индикация: 3,5 разряда (максимальное показание 1999)
Эти характеристики позволяют использовать устройство в качестве универсального цифрового мультиметра для большинства практических задач.
Применение цифровых измерительных модулей на ICL7107
Благодаря простоте реализации и хорошим метрологическим характеристикам, измерительные модули на базе ICL7107 нашли широкое применение:
- Встраиваемые вольтметры и амперметры для лабораторных блоков питания
- Панельные измерительные приборы для электрощитов
- Модули контроля напряжения и тока в промышленном оборудовании
- Цифровые мультиметры бюджетного и среднего класса
- Измерительные системы для образовательных целей
Универсальность и доступность делают ICL7107 оптимальным выбором для создания различных цифровых измерительных устройств как в промышленных масштабах, так и для любительских проектов.
Калибровка и настройка измерительного прибора на ICL7107
Для обеспечения высокой точности измерений цифровой вольтметр/амперметр на ICL7107 требует правильной калибровки. Основные этапы настройки:
- Установка нуля — регулировка показаний при замкнутом входе
- Калибровка опорного напряжения с помощью прецизионного источника
- Настройка коэффициента усиления для точного отображения результатов
- Проверка линейности во всем диапазоне измерений
Калибровку рекомендуется проводить с использованием образцовых средств измерений. Это позволит обеспечить погрешность не более 0,1-0,2% во всем диапазоне.
Модификации и улучшения базовой схемы
Базовую схему цифрового вольтметра на ICL7107 можно улучшить и расширить, добавив дополнительные функции:
- Автоматическое переключение диапазонов измерения
- Измерение переменного напряжения и тока
- Измерение сопротивления, емкости, частоты
- Запоминание минимальных и максимальных значений
- Интерфейс для подключения к компьютеру
Эти модификации позволят создать на базе ICL7107 полнофункциональный цифровой мультиметр, не уступающий по возможностям промышленным образцам. Главное преимущество — простота реализации и низкая стоимость.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
А сам себе думаю, если это будет микроконтроллер, то не каждый сможет повторить конструкцию — ведь необходим программатор, а покупать или делать программатор для программирования один-два раза даже мне не сильно хочется. Да и людям, наверное, тоже не захочется. Кроме того, все микроконтроллеры (с которыми я имел дело) измеряют входной сигнал положительной полярности относительно общего провода. Если нужно мерять отрицательные значения, то придётся иметь дело с дополнительными операционными усилителями. Как-то напрягло всё это! Глаз упал на широко распространенную и доступную микросхему ICL7107. Её стоимость оказалась в два раза меньше стоимости МК. Стоимость ЖКИ 2х8 символов оказалась в три раза больше стоимости необходимого количества семисегментных светодиодных индикаторов. Да и свечение светодиодных индикаторов мне нравится больше чем ЖКИ. Можно использовать и аналогичную ещё более дешевую м/сх отечественного производства КР572ПВ2. Нашёл в Интернете схемы и вперёд проверять работоспособность! Ошибка в схеме была, но исправил.
Особенно это важно тогда, когда оба стабилизатора в двухполярном блоке питания уже объединены по общему проводу без измерительных шунтов. Почему я хочу сделать отдельный такой себе маломощный блок питания для измерителей? Ну ещё потому, что если питать измерители от трансформатора самого блока питания, то при получении напряжения 5 В из 35 В нужно будет устанавливать дополнительный радиатор который будет тоже выделять много тепла, поэтому пускай лучше небольшие герметичные трансформаторы на небольшой платке. А в случае БП на напряжение больше чем 35 В, скажем 50 В, придётся дополнительные меры принимать, чтобы обеспечить для пяти Вольтовых стабилизаторов на входе напряжение не более 35 В. Можно применить высоковольтные импульсные стабилизаторы с низким тепловыделением, но при этом возрастает стоимость. Короче говоря, как не одно, так другое 😉 
Питание вольтметра и амперметра раздельное! Это необходимо для обеспечения возможности измерения токов в двухполярном источнике питания. Шунт амперметра устанавливается отдельно — цементный резистор 0,1 Ом/5 Вт.
Цифровой вольтметр ICL7107 4-знаковый 0-2В/0-20В/0-200В.
Набор для пайки сделай сам DIYЦифровая измерительная аппаратура, предназначенная для осуществления оценки актуальных электрических параметров напряжения и тока источников электроэнергии или в различных схемах питания потребителей, достаточно давно и с большим успехом используется для решениях множества задач. Разнообразные измерительные приборы больших или маленьких размеров (простые однозадачные стрелочные и цифровые модули вольтметров и амперметров в произвольном исполнении) могут самостоятельно справляться с достижением поставленной перед ними целью, а также прекрасно сочетаются и интегрируются в многозадачные устройства (производственное оборудование, профессиональная сервисно-ремонтная техника, бытовые тестеры-мультмиметры, высокоточные лабораторные блоки питания, паяльные станции, и др). Вольтметр (зависит от его конструкции и характеристик) даёт возможность измерять уровень напряжения любой электрической нагрузки или потенциал источника переменного или постоянного тока, и всегда подключается параллельно изучаемому участку цепи.
Электронный конструктор для сборки компактного, встраиваемого вольтметра, даёт возможность собственноручно, с помощью паяльника, кусачек и отвёртки, и прочих сопутствующих инструментов, изготовить дееспособное устройство, полностью пригодное для дальнейшей эксплуатации. Конструктор начального уровня сложности состоит из множества тщательно подобранных радиодеталей неодинаковых размеров и номиналов, включая элементы с обязательной ориентацией полярности. В процессе поэтапной сборки, конструктор помогает получить теоретические знания об устройстве радиоэлектроники (изучение характеристик и возможностей элементной базы, чтение принципиальной схемы) и принципах её работы, а на практике приобрести новый или закрепить существующий опыт монтажа/пайки радиокомпонентов.
Вольтметр основан на микросхеме ICL7107CPLZ, содержащую внутри себя схему преобразования аналоговых значений в пропорциональное цифровое представление (АЦП преобразователь). Вдобавок в микросхему интегрирован драйвер управления экраном.
Контур измерения напряжения вольтметра оснащён ручной двухуровневой калибровкой погрешности, реализованной многооборотными подстроечными резисторами серии 3296 с винтовым механизмом. Необходимый диапазон измерения напряжений 0-2В, 0-20В или 0-200В устанавливается один раз с помощью впайки соответствующего номинала резистора RX (R6) и запайки перемычки из пары контактов для выбранного варианта, с эквивалентной шелкографией на печатной плате. Переназначение диапазона после финальной сборки возможно только путём замены номинала RX с перепайкой нужной перемычки. Заданный диапазон влияет на положение децимальной точки (десятичного разделителя) на дисплее, при этом на разряд уменьшается или увеличивается минимальный шаг измеряемых значений.
Вольтметр функционирует от 5-вольтового напряжения постоянного тока, и потребляет не более 35мА. Значение измеряемого напряжения выводятся на 4-значный экран, состоящий из 7-сегментных светодиодных индикаторов ярко-красного свечения, имеющих высоту символов около 14мм.
Цифры вольтметра располагаются под полупрозрачным стеклом красного оттенка, вставленным в чёрный пластиковый корпус. Вольтметр спроектирован в дизайне встраиваемого прибора, его корпус имеет зажимы для крепления в монтируемых отверстиях.
Технические характеристики
- Питание: 5В DC
- Потребление тока: 35мА
- Контроллер: ICL7107CPLZ (АЦП+LED драйвер)
- Экран: 4-знаковый, 7-сегментный, красный
- Высота цифр: 14.2 мм (0.56 дюйма)
- Диапазон измерения, дискретность (фиксированная)
- 0~2В: шаг 0.001В
- 0~20В: шаг 0.01В
- 0~200В: шаг 0.1В
- Погрешность: ±0.5В
- Настройка прибора: два поворотных потенциометра
- Температура эксплуатации: -20° ~ +75С°
- Размеры в собранном состоянии
- лицевая сторона корпуса: 78 х 43 мм
- тыльная сторона корпуса, печатная плата: 71 х 39 мм
- глубина: 23 мм
Комплектация конструктора*
- Печатная плата — 1 шт
- Микросхема ICL7107CPLZ — 1 шт
- Микросхема TL431 TO-92 — 1 шт
- Панелька DIP40 — 1 шт
- Корпус пластиковый — 1 шт
- Стекло красное п/п — 1 шт
- 7-индикатор 5161BS/аналог — 4 шт
- Осевой индуктор 2.
2МГн — 1 шт - Резистор 100 Ом — 1 шт
- Резистор 270 Ом — 1 шт
- Резистор 2 кОм — 2 шт
- Резистор 20 кОм — 1 шт
- Резистор 47 кОм — 1 шт
- Резистор 56 кОм — 1 шт
- Резистор 100 кОм — 2 шт
- Резистор 1 МОм — 1 шт
- Потенциометр 3296-202 — 2 шт
- Транзистор C1815 — 1 шт
- Конденсатор 0.1 нФ (101) — 2 шт
- Конденсатор 0.1 мкФ (104) — 2 шт
- Конденсатор 0.22 мкФ (224) — 1 шт
- Конденсатор 0.47 мкФ (474) — 1 шт
- Конденсатор 10 мкФ — 2 шт
- Диод Зенера 1N4738 — 1 шт
- Диод 1N4148 — 3 шт
- Клемма винтовая KF301-2 синяя — 1 шт
- Разъём Xh3.54-2P гнездо — 1 шт
- Разъём Xh3.54-2P штекер — 1 шт
- Шуруп М2х6 — 4 шт
- Инструкция с примерами сборки — 1 шт (опционально)
2МГн — 1 шт*Состав набора может быть изменён производителем без дополнительного уведомления.
Электрическая принципиальная схема 4-знакового вольтметра ICL7107 DIY
Физические размеры, мм
Техническая документация
- Инструкция по сборке вольтметра ICL7107 (русс. PDF)
PDF)Схема цифрового мультиметра с использованием ICL7107
Я показываю вам схему цифрового мультиметра с использованием ICL7107.
Мы модифицируем их из обычной схемы цифрового вольтметра постоянного тока в интеллектуальный мультиметр. Это настолько универсальная доступная функция.
Например, Измерение напряжения постоянного тока, переменного напряжения, амперметр постоянного тока, амперметр переменного тока, а также измеритель сопротивления и т. д.
Попробуйте построить этот проект, чтобы использовать его действительно стоит и получить полное удовольствие.
Спасибо! Фото с цифрового мультиметра AstroAI. Почему хороший инструмент? Вы можете получить ответ отсюда.
5 Особенности
Функция 1: Цепь цифрового вольтметра постоянного тока
Функция 2: Цепь амперметра постоянного тока
Функция 3: Измерение напряжения переменного тока
Функция 4: Цепь амперметра переменного тока
Схема цифрового вольтметра
Похожие сообщения
ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ0036
Напряжение переменного тока: 200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 2 кВ, 20 кВФункция 1: Цепь цифрового вольтметра постоянного тока
На рисунке 1: принципиальная схема этого проекта. Конечно, проще всего использовать схему измерителя напряжения постоянного тока.
Рисунок 1: Схема измерения напряжения постоянного тока
Исходные характеристики этой схемы позволяют измерять напряжения только до 200 мВ.
Однако мы можем применить его для измерения более высокого диапазона напряжения с несколькими входными резисторами. См. в таблице 1:
В таблице 1 показано сопротивление в различных диапазонах.
Примечание:
Мы можем выбрать резисторы обоих форматов.
Для измерения слишком высокого напряжения.
Необходимо использовать внешний высоковольтный зонд.
R3 = 100К; R4 = 10K
Функция 2: Схема амперметра постоянного тока
Далее рассмотрим простую схему цифрового амперметра постоянного тока. Соответствующую конструкцию определяют с сопротивлением параллельно на входе вольтметра.
Основной принцип расчета.
Сопротивление — это напряжение, вызванное протеканием тока через резистор. В каждом диапазоне максимально до 200мВ.
Как показано на схеме ниже.
Рисунок 2: Схема амперметра постоянного тока
См. схему на рисунке 2. Конструкция с диапазоном до 5 диапазонов.
Для измерения сильного тока 2 Ампера. Вы должны отделить его от других входных данных. Потому что контакт выключателя не выдерживает токов.
Диоды D1 и D2 обеспечивают защиту от перегрузки для обеспечения входа.
Примечание: R2 = 90 Ом, R3 = 9 Ом
Функция 3: измерение напряжения переменного тока
Мы можем разработать схему измерения напряжения переменного тока.
Добавляя схему преобразователя переменного тока в постоянный. У них отношения вместе. Как показано на Рис. 3.
Рис. 3: Цепь цифрового вольтметра переменного тока без трансформатора
Напряжение переменного тока измеряется для снижения напряжения так же, как и цепь вольтметра постоянного тока. Затем подключитесь к цепи преобразователя переменного тока в постоянный с помощью IC1 и принадлежностей, как показано на рис. 3.
Отрегулируйте VR1, чтобы настроить правильное показание напряжения.
Функция 4: Цепь амперметра переменного тока
Тот же принцип применим к цепи вольтметра постоянного тока. Мы можем применить к амперметру переменного тока, добавив преобразователь переменного тока в постоянный, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Измерение амперметра переменного тока обычный метр:
Это можно прочитать точно. И может измерять сопротивление 0,1 Ом или меньше. И выше 10М запросто.
Схема подключения показана на рис.
5.
Рис. 5 схема омметра
Рис. 6 модуль ICL7107
Цифровой модуль на рис. 1-70.
По сравнению с ножками модулей на Легко писать все схемы. Вывод ROH представляет собой выходное опорное напряжение на средней ножке подковообразного резистора.
Рис. 7. Полная принципиальная схема цифрового мультиметра
Вот полная схема, которая отлично работает.
Детали, которые вам потребуются
- IC1: TL071, операционные усилители – вход JFET на операционных усилителях с низким уровнем шума
- IC5: LM7805, стандартный регулятор 5 В, 1 ампер, 3 контакта, 3 контакта, вкладка TO-220
- 4×9, CMOS Hex9, CD40, IC3: CD40 Инвертирующий буфер/преобразователь
- IC2: CD4066, четырехканальный аналоговый переключатель/мультиплексор/демультиплексор
- IC4: ICL7107 или ICL7106, аналого-цифровой преобразователь Одинарный двойной наклон 0,003k SPS 3 1/2 разрядный светодиод 40-контактный PDIP
- Светодиодный 7-сегментный или ЖК-дисплей
Другие переключатели читайте в тексте
0,5 Вт Допустимое отклонение резисторов: 1% : 1M MKT capacitors Diodes Переключатель см. в схеме и на плате Цифровой амперметр с использованием ILC7107. В этом проекте мы узнаем, как сделать цифровой амперметр с помощью ICL7107. Проектирование цифрового амперметра – это процесс преобразования вольтметра в амперметр. Мы знаем, что V=I x R. Отсюда мы можем сказать, что напряжение прямо пропорционально току (V = I), протекающему через сопротивление. В амперметре это сопротивление называют Шунтом. Сопротивление шунта имеет очень маленькое значение и не повлияет на напряжение нагрузки. Чаще всего на рынке доступны шунты на 75 мВ. Или вы можете использовать низкое значение сопротивления. Мы измеряем напряжение на сопротивлении шунта, которое прямо пропорционально току. Но практически мы должны удерживать это падение напряжения ниже 0,1 В (100 мВ). Поэтому нам нужен усилитель для усиления этого напряжения. Еще одной функцией усилителя является согласование текущих показаний с дисплеем. то есть называется масштабированием. Intersil ICL7106 и ICL7107 — это высокопроизводительные, маломощные 3,5-разрядные аналого-цифровые преобразователи. Рабочий: Мы разработали базовый амперметр, используя этапы проектирования, указанные в технических описаниях. Давайте посмотрим расчеты амперметра: 1. Если вы используете резистор с низким номиналом Vin=RShunt x Imax Если вы используете стандартный шунт которые обычно доступны со спецификацией напряжения, т. е. Vin = 75 мВ. (Напряжение на шунте при макс. амперах) Пример: 100 А 75 мВ, 50 А 75 мВ Vo — напряжение на выводе Vin (31) 1. Расчеты для шунта 100 А Предположим, что Rin=10K RIN = R6 = R7 2. , где: 791915151515151515151515151515151515151515151951951951951 9003 0 , где: 791919171517. Vo = 50 мВ В этом случае Vo должно быть 50 мВ ) Rin=R6=R7 Rf=R4=R9 Как? 
10 Ом ICL7107 Конструкция амперметра | Circuits4you.com
и многие основные принципы проектирования амперметров.
Включены декодеры семи сегментов, драйверы дисплея, эталон и часы. ICL7106 предназначен для взаимодействия с жидкокристаллическим дисплеем (ЖК-дисплеем) и включает в себя мультиплексный дисковод объединительной платы; ICL7107 будет напрямую управлять светодиодным (LED) дисплеем размером с прибор. ICL7106 и ICL7107 сочетают в себе высокую точность, универсальность и реальную экономичность. Он имеет автообнуление до уровня менее 10 мкВ, дрейф нуля менее 1 мкВ/oC, входной ток смещения 10 пА (макс.) и погрешность переключения менее одного отсчета. Истинные дифференциальные входы и опорные значения полезны во всех системах, но дают разработчику необычное преимущество при измерении тензодатчиков, тензодатчиков и других преобразователей мостового типа. Наконец, настоящая экономичность работы с одним источником питания (ICL7106) позволяет построить панельный счетчик с высокими характеристиками, добавив всего 10 пассивных компонентов и дисплей.
Он отображает 3 цифры, т. е. максимум 99,9 ампер. На самом деле ICL7107 имеет 3 и 1/2 дисплея, мы не используем 1/2 (половинный) дисплей. Опорное напряжение 100 мВ генерируется с помощью стабилитрона 1,2 В, а переменный резистор образует делитель напряжения. Вход делится на резистор 100 К и 100 Ом, чтобы получить пропорционально 200 мВ.
Расчеты шунта:
(Примечание: описание дано со ссылкой на смоделированную схему, проверьте названия резисторов в разработанной схеме печатной платы)
Rin=R6=R7
Rf=R4=R9
Vin=75 мВ
Vo=RF/Rin(Vin)
Где:
Vin = 75 мВ
Vo=100 мВ (~99,9 мВ)
Найти Rin=?
RF = R4 = R9
Расчеты для 50AMP 75MV Shunt
VIN = 75MV
VO = RF/RIN (VIN)
В этом случае, если вы рассчитываете так, как показано на этом дисплее, будет отображаться 99,9 при 50 А
для правильного масштабирования
50 А =>> 75 мВ
50 мВ ==>> На дисплее отображается 50,0
Найти Рин=?
Компоненты Значение Выбор:
Интегрирующий резистор:
И буферный усилитель, и интегратор имеют выходной каскад класса А с током покоя 100 мкА. Они могут обеспечить ток возбуждения 4 мкА с незначительной нелинейностью. Интегрирующий резистор должен быть достаточно большим, чтобы оставаться в этой очень линейной области во всем диапазоне входного напряжения, но достаточно маленьким, чтобы на печатной плате не возникали чрезмерные требования к утечке.
Для полной шкалы 2 В значение 470 кОм близко к оптимальному, и аналогично 47 кОм для шкалы 200 мВ. Выберите 47 кОм (резистор подключен к контакту 28) Vbuf
Интегрирующий конденсатор:
Интегрирующий конденсатор следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить максимальный размах напряжения, который гарантирует, что накопление допуска не приведет к насыщению размаха интегратора (приблизительно 0,3 В от любого источника). В ICL7106 или ICL7107, когда аналоговый ОБЩИЙ используется в качестве эталона, номинальный размах интегратора полной шкалы +2 В является нормальным. Для ICL7107 с питанием +5 В и аналоговым ОБЩИМ проводом, подключенным к земле питания, размах от ±3,5 В до +4 В является номинальным. Для трех показаний в секунду (тактовая частота 48 кГц) номинальные значения для ClNT составляют 0,22 мкФ и 0,10 мкФ соответственно. Конечно, если используются разные частоты генератора, эти значения должны быть изменены в обратной пропорции, чтобы сохранить одинаковый выходной размах.
Дополнительным требованием к интегрирующему конденсатору является то, что он должен иметь низкое диэлектрическое поглощение, чтобы предотвратить ошибки прокрутки. В то время как другие типы конденсаторов подходят для этого приложения, полипропиленовые конденсаторы дают необнаружимые ошибки по разумной цене. (Конденсатор подключен к контакту 27, выберите 0,22 мкФ)
Конденсатор автоматической установки нуля (контакт 29):
Размер конденсатора автоматической установки нуля оказывает определенное влияние на шум системы. Для полной шкалы 200 мВ , где шум очень важен, рекомендуется конденсатор 0,47 мкФ. По шкале 2 В конденсатор емкостью 0,047 мкФ увеличивает скорость восстановления после перегрузки и подходит для шума по шкале
.
Эталонный конденсатор : (контакты 34, 33):
Конденсатор 0,1 мкФ дает хорошие результаты в большинстве приложений. Однако там, где существует большое синфазное напряжение (т.
