万用表的重要性：DT830万用表的组装与调试，是众多高校电子实训课程中的常见内容。对于电子或电气专业的学生而言，这是他们不可或缺的学习经历。我本人也拥有一个亲手组装并焊接的DT830万用表，日常使用中，它能帮助我方便地测量电阻、电压等参数。

02DT830万用表概览

❒ 内部电路结构

涉及从表笔到3位半LCD显示屏的关键部分：DT830是一款3位半的数字万用表，其显示范围最大可达±1999，后三位可显示0~9，而最高位则只能为0或1，即所谓的“半位”。这款万用表的内部电路原理相对简单，主要采用基本元器件，并无特别复杂的电路或深奥的理论。特别值得一提的是，DT830并未配备专用的微控制器，甚至连51微控制芯片都没有使用，而是通过一片7106芯片来集成AD转换与LCD驱动功能。

表笔：作为信号输入端，用于接收各种模拟量信号，如电压、电流、电阻等。模拟量变换器：根据不同的测量需求，变换器类型会有所不同。例如，在测量电压时，它充当电压-电压变换器；测量电流时，则变为电流-电压变换器；而测量电阻时，又成为电阻-电压变换器。此外，对于交流电的测量，它还会转换为交流电压有效值变换器。ICL7106芯片：集成了A/D转换功能，负责将前端模拟量变换器的输出电压进行采样，并将采样结果传递给LCD进行显示。同时，它还担任LCD驱动器的角色。三位半LCD显示屏：作为测量结果的呈现装置，其显示范围广泛，能够清晰展示各种测量数据。

❒ 信号处理流程

这个过程的大致工作流程如上述所述。模拟变换器作为“黑箱”进行简化分析：在实际应用中，我们可以将前端输入与变换部分视为一个整体，无论其内部发生了何种变化或关系，对于ICL7106芯片而言，它需要处理的仅仅是一个电压数值AX而已。这种简化理解有助于我们更好地把握系统的核心功能和数据处理流程。

❒ ICL7106芯片

在这一部分，内容详述ICL7106的引脚功能及其在电路中的作用。ICL7106芯片通过引脚将多种功能集成在一起。各个引脚的功能已在引脚图中清晰标出。虽然某些引脚的功能可能初看不太明了，但这无碍于我们对主要功能的理解。

❒ 引脚功能与连接

将ICL7106引脚分为电源、LCD驱动与AD转换功能三类：引脚1和26专为电源设计，用于供电。引脚2至25专为LCD/LED驱动而设，负责驱动LCD或LED显示屏。引脚27至40为AD转换器提供各种功能支持。

03ICL7106芯片工作原理

❒ AD转换与驱动

ICL7106的ADC为积分型ADC。主要展示与之相关的校零和积分阶段：设备会自动进行零点校准，确保测量准确性；随后会对输入信号进行固定时间的积分处理，以获取特定的测量结果；最后，设备会进入反向积分阶段，以清除积分器中的剩余电荷，为下一次测量做好准备。

❒ 典型应用与数据手册

数据手册中给出的典型应用图与手册参数强调了时钟和调零端子的作用。这些参数提供了详细的测量依据，使我们能够深入理解输入信号与显示值之间的数学关系。

百度安全验证

ICL7106是目前广泛应用的一种3½位A/D转换器，能构成3½位液晶显示的数字电压表。
一、ICL7106的工作原理
1. ICL7106的性能特点
（1）＋7V～＋15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。
（2）输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3½位LCD显示器。
（3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2次／秒～5次／秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。
（4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。
3. ICL7106的工作原理
ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。
（1）模拟电路
模拟电路由双积分式A/D转换器构成。主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模／数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。其中，正向积分时间固定不变，T1＝1000TCP。仪表显示值


将T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得
N＝10UIN 或UIN＝0.1N
只要把小数点定在十位上，即可直读结果。满量程时N＝2000，此时UM＝2UREF＝200mV，仪表显示超量程符号“1”。若需改装成2V量程的数字电压表，可按表1选择元件值。
表1 200mV与2V量程元件对照

名  称 量程UM 基准电压UREF R2 / kΩ C4 /μF R4 / kΩ 备  注
基本表 200mV ＋100.0mV 24 0.47 56 f0＝40kHz
改装表 2V ＋1.000V 1.5 0.047 560
 

 


欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容。
为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（亦称采样时间）T1应是工频周期的整倍数。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选

T1＝n·20（ms）

式中，n＝1，2，3，…。例如取n＝2、4、5时，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。
（2）数字电路
数字电路如下图所示。主要包括8个单元：①时钟振荡器；②分频器；③计数器；④锁存器；⑤译码器；⑥异或门相位驱动器；⑦控制逻辑；⑧LCD显示器。时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，则f0＝40kHz。f0经过4分频后得到计数频率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此时测量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，测量速率为2.5次／秒。f0还经过800分频，得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。LCD须采用交流驱动方式，当笔段电极a～g与背电极BP呈等电位时不显示，当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压，分别加至某个笔段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该笔段显示。驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端的状态相异时（一个为高电平，另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。7段LCD驱动电路如图所示。图中，加在a、b、c笔段上的方波电压与BP端方波电压的相位相反，存在电位差，使这三段显示。而d、e、f、g段消隐，故可显示数字“7”。显见，只要在异或门输入端加控制信号（即译码器输出的高、低电平），用以改变驱动器输出方波的相位，就能显示所需数字。

ICL7106主要参数：

电源电压 ICL7106 V+ to V+ 15V 温度范围 0℃ to 70℃
热电阻 PDIP封装 qJA(℃/W)

50
MQFP封装

80
模拟输入电压 V+ to V- 最大结温 150℃
参考输入电压 V+ to V- 最高储存温度范围 -65℃ to 150℃
时钟输入 TEST to V+

ICL7106介绍-icl7106电路图

ICL7106介绍-icl7106电路图-i资料-工作原理-电压表

icl7106如何被驱动显示数值

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ICL7106是一种专用集成电路芯片，主要用于通过驱动液晶屏（LCD）将模拟信号转换为可视数字显示15。其核心驱动过程涉及多个内部模块的协同工作：

  1. ‌模拟信号转换‌：ICL7106首先通过内部的双积分式A/D转换器，将输入的模拟信号（如电压或电流）转换为数字量12。该转换器具有高精度（±0.05%）和抗干扰能力，支持差分输入模式处理信号47。
  2. ‌数字信号处理‌：转换后的数字信号被送入显示驱动器模块，该模块包含七段译码器和控制电路，负责将数字量解析为适合显示的段码（如数字、字母或符号）15。ICL7106可驱动3位半LCD显示器，支持多种显示模式（如7段或16段布局）24。
    驱动显示时，ICL7106通过输出引脚（如个位、十位、百位驱动端）向LCD发送时序信号，同时利用背电极（BP）控制液晶分子的电光效应，实现字符的亮暗切换14。整个过程由内部时钟系统同步，确保显示稳定且低功耗（约10μW）58。

在实际电路中，ICL7106通常搭配外部元件（如积分电容、参考电压源）工作；参考电压（如100mV或1V）通过内部基准源提供，用于校准输入量程和保证转换精度45。例如，在无源液晶模块中，ICL7106直接从4～20mA回路采样信号，处理后驱动LCD显示工程值2。这种设计使得ICL7106广泛应用于便携仪器和工业控制设备中58。

ICL7106 模数转换器 工作原理

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ICL7106 是一款基于双积分原理的 3½ 位（三位半）模数转换器 (ADC)，专为直接驱动液晶显示器 (LCD) 而设计。其工作原理核心是将输入的模拟电压信号转换为与其成正比的时间宽度信号，再通过计数器将该时间转换为数字量并驱动 LCD 显示。主要工作阶段如下：23

  1. ‌积分阶段 (INT)‌

    • ICL7106 内部的模拟开关首先将输入的未知电压 V_IN (连接在 IN HI 和 IN LO 之间) 接到积分电路。34
    • 积分器在一个固定的时间长度 T_INT (通常为 1000 个内部时钟周期) 内，对 V_IN 进行积分。积分电容 C_INT 开始充电，积分器输出产生一个随时间线性上升或下降（取决于 V_IN 极性）的斜坡电压 V_RAMP。斜率大小正比于 V_IN 的绝对值。13
    • 积分阶段结束时，积分器的输出电压 V_INT 大小正比于 V_IN。35

  2. ‌反积分/比较阶段 (DE)‌

    • 模拟开关断开 V_IN，转而连接到一个稳定的参考电压 V_REF (连接在 REF HI 和 REF LO 之间)。V_REF 的极性与 V_IN 在积分阶段产生的斜坡方向相反。34
    • 积分器开始对 V_REF 进行反方向积分 (放电)。积分电容 C_INT 上的电荷被恒定电流放电。34
    • 此时，内部计数器从零开始计数。反积分过程持续进行，直到积分器的输出电压 V_RAMP 回到起始的基准电平（通常是模拟地 COM）。34
    • 当积分器输出回到零点时，比较器检测到这一状态变化并触发计数器停止计数。34
    • 反积分阶段消耗的时间 T_DE 与第一阶段结束时积分器上的电压 V_INT 成正比，而 V_INT 又正比于 V_IN。因此，T_DE 最终正比于 V_IN。计数器在 T_DE 期间计得的数值 N 即为 V_IN 的数字量表示： N = (V_IN / V_REF) * 1000 (对于满量程为 200mV，参考电压 V_REF = 100mV 的设计，最大读数 N_max = 2000，对应显示 1999)。34

经典ADC芯片:万用表中的 ICL7106 / ICL7107

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01:53

模数转换器工作原理

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  1. ‌自动归零阶段 (AZ)‌
    • 在每次转换周期（包含积分和反积分）的开始或结束时，ICL7106 会进入自动归零阶段。34
    • 此阶段内部模拟开关将积分器的输入短接至模拟公共端 COM，并将自归零电容 C_AZ 接入反馈回路。34
    • 该阶段的主要目的是补偿积分器本身的输入失调电压和偏移误差，以确保转换精度和零点稳定性。34
    • C_AZ 在此阶段存储了失调误差信息，并在随后的积分阶段用于动态校正，有效消除零点漂移。34

‌显示驱动：‌

  • 计数器输出的数字量 N 被送入内部逻辑和显示译码器。23
  • 译码器将数字量转换为驱动 LCD 所需的段码（对应数字、符号的各个笔画段）。27
  • ICL7106 采用时分复用技术驱动 3½ 位的 LCD。它包含背电极 (BP) 驱动信号和各数字位的段驱动信号 (如 a1, b1, c1, ... g1 对应个位；a2, b2, ... g2 对应十位；a3, b3, ... g3 对应百位；以及千位的半位和极性符号 POL)。23
  • BP 引脚输出一个低频 (~50-100Hz) 方波信号作为 LCD 显示的公共参考电压（背板）。27
  • 每个数字位的段驱动信号引脚输出与 BP 同相或反相的方波。当某段驱动信号与 BP 信号相位相反时，该段电极两端形成交流电压差，使对应的 LCD 段显示；当相位相同时，电压差为零，该段熄灭。这种交流驱动方式避免了 LCD 的电解老化。23
  • 逻辑控制电路依次选通个位、十位、百位、千位的驱动，利用人眼的视觉暂留效应实现稳定显示。7

‌关键外部元件与特点：‌

  • ‌参考电压 (V_REF)‌: 决定转换量程和精度，通常设置为满量程的一半（如 200mV 量程对应 V_REF = 100mV）。34
  • ‌积分电阻 (R_INT)‌: 限制积分电流，影响线性度和转换速度。34
  • ‌积分电容 (C_INT)‌: 存储积分电荷，其值影响积分器输出斜率、噪声抑制能力和转换速度。需选择低泄漏、低介电吸收的电容（如聚丙烯电容）。

ICL7106 显示驱动器 功能

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ICL7106 的显示驱动器是其核心功能模块之一，专门用于驱动3½位LCD显示器，实现数字、符号的稳定、低功耗显示。其主要功能和工作机制如下：

一、核心功能组成

  1. ‌七段译码与驱动‌

    • 将内部A/D转换后的数字信号（BCD码）转换为LCD显示所需的段码信号，驱动每一位数字的7个笔画段（a-g）及小数点¹⁻²。
    • 支持3½位显示（显示范围-1999至+1999），最高位（千位）仅支持显示“1”或负号“-”³⁷。

  2. ‌背电极（BP）驱动与控制‌

    • 生成低频方波信号（典型频率30-60Hz），通过背电极驱动线与LCD的公共电极连接¹⁷。
    • 通过‌相位反转技术‌控制段电压与背电极电压的相位差，利用交流电压驱动液晶分子翻转，避免直流损坏液晶⁴⁷。

  3. ‌自动调零与低功耗设计‌

    • 集成自动调零电路，消除输入失调电压（<10μV），确保显示稳定性¹⁻⁷。

    • 功耗极低（约10μW），适用于电池供电设备（如便携式万用表）³⁷。

二、工作时序与信号逻辑

  • ‌分时复用驱动‌：依次激活个位、十位、百位、千位的驱动引脚（如SEG1-SEG3），通过背电极同步信号实现动态扫描⁴⁶。
  • ‌显示控制逻辑‌：
    • ‌极性指示‌：专用引脚驱动负号“-”段⁴⁷。
    • ‌量程超限提示‌：输入超出量程时，千位显示“1”且其余位消隐¹⁻²。

三、外围电路协同

  • ‌时钟信号‌：依赖外部RC振荡电路生成时钟基准（典型频率48kHz），控制A/D转换速率与显示刷新率¹⁶。

  • ‌参考电压‌：需外接精密参考源（如100mV/1V），用于校准输入量程⁴⁷。

四、应用优势

  • ‌高集成度‌：单芯片集成A/D转换、译码、驱动功能，减少外围元件¹⁻²。
  • ‌强抗干扰性‌：差分输入设计与双积分ADC结构，抑制工频噪声⁴⁶。

总结：ICL7106的显示驱动器通过‌分时复用+相位反转‌机制，高效驱动LCD显示数字结果，其低功耗、高精度特性使其成为便携仪表的理想选择³⁷。

‌脚注来源说明‌

  1. 核心译码与驱动功能¹⁻²⁷；
  2. 背电极控制原理¹⁴⁷；
  3. 自动调零与功耗⁴⁷；
  4. 工作时序与外围协同⁴⁶⁷；
  5. 应用优势¹⁻²⁴⁶。

 

双积分AD转化原理

双积分型A/D转换器是一种基于电压-时间变换原理的间接型模数转换器件，其核心通过两次积分过程将输入模拟电压转换为成正比的时间宽度信号，再通过时钟脉冲计数生成数字信号 [1-2]。该转换器由积分器、比较器、计数器等核心组件构成，具有抗干扰能力强、转换精度高以及成本低的特点 [1] [3]。尽管其转换速度较低（典型值为毫秒级），但在温度检测等中低速应用场景中表现出显著优势 [2-3]。

工作原理

  1. 1.

    转换流程：包含三个阶段：

    • 清零阶段：初始化积分器和计数器

    • 积分阶段：对输入电压进行固定时长的正向积分

    • 比较阶段：对基准电压反向积分直至过零 [2]

  2. 2.

    信号处理：通过两次积分过程，将模拟电压值线性映射为时间间隔，最终由时钟脉冲计数生成数字输出 [1-2]。

核心组件

播报

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  • 积分器：实现电压-时间的线性转换

  • 比较器：检测积分器输出电压过零点

  • 控制逻辑：协调转换时序的同步 [1]

性能特性

播报

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  • 优点：

    • 转换结果不受元件参数（R/C值）和时钟周期影响 [1]

    • 对50Hz工频干扰具有天然抑制作用 [3]

    • 单片机控制架构性价比高 [2]

  • 缺点：

    • 两次积分导致转换时间较长（典型值1-10ms） [3]

    • 无法处理连续快速变化信号 [2]

应用设计

播报

编辑

采用单片机作为控制核心时，可实现：

  • 硬件优化：多路选择开关简化电路结构 [2]

  • 软件算法：自动校准程序提升精度该设计方案在2024年的研究中被证实适用于数据采集系统等应用场景 [2

  • 数字万用表的高精度测量核心在于双积分ADC，它通过充电、放电两阶段精准计量电压，并巧妙利用市电周期抑制干扰。34401A万用表更集成多功能电路设计，从直流到交流测量，从电流到4线电阻测试，每个环节都展现精密技术与可靠性的完美结合。内容由AI智能生成

    有用

    01数字万用表与双积分ADC的关系

    数字万用表，这一高精度仪器，其背后的秘密武器正是双积分ADC。这种关键器件确保了万用表能够达到极高的测量精度。接下来，我们将深入探讨双积分ADC的工作原理，以揭开其背后的神秘面纱。

    双积分ADC的工作原理可以简述为：它包含两个主要部分，即充电和积分电路（负责上升阶段）以及放电部分（负责下降阶段）。在上升阶段，未知信号会按照固定的时间（t1）给积分器充电，这个积分时间通常设置为市电周期的整数倍数，从而有效抑制市电干扰。接着，在下降阶段，积分器会按照参考电压进行固定速率的放电，而放电时间（t2）则由计数器进行精确计量，以此方式来测量未知的输入电压。

    此外，图2展示了一款经典数字万用表34401A的结构框图，从中可以更直观地了解双积分ADC在数字万用表中的应用。

    ▍ 双积分ADC的结构与功能

    通过这张图，我们可以更清晰地看到双积分ADC在数字万用表中的应用。

    02经典34401A万用表的组成

    34401A数字万用表的结构包含以下几个核心组件：

    34401A数字万用表的结构涵盖了多个关键组件，包括前面板和后面板的输入选择部分，用于切换测试功能的部分，以及直流放大和电阻测试中的电流产生电路。此外，还配备了AC测量所需的AC到DC转换电路，双积分ADC部分负责转换和数字化信号，而逻辑控制和处理部分则负责整体运算和输出。编程接口部分提供灵活的编程和配置能力，供电部分确保稳定供电，前面板部分则是用户交互的主要界面。在测量方面，该万用表支持直流电压DC、交流电压AC、电流I以及4线电阻的测量，其内部原理涉及电流的产生、转换、处理和输出等多个环节。

    ▍ 核心组件及功能概述

    图5展示了AC测量的内部原理，而图3则详细描绘了DC测量的内部工作机制。这两张图共同揭示了34401A数字万用表在测量方面的精湛技术与复杂原理。图6揭示了4线电阻测量的内部原理。这张图详细展示了在电阻测量过程中，4线测量技术如何确保更准确的测量结果，通过独立的电流和电压测量线路，消除了导线电阻对测量的影响。

    03不同测量类型的内部原理

    ▍ DC与AC测量

    不同测量类型（DC、AC、电流、电阻）在内部通过具体电路实现精准测量。图5展示了电流（ACI和DCI）测量的内部原理，这张图进一步深入探讨了34401A数字万用表在电流测量方面的技术细节与工作机制。

    ▍ 电流与电阻测量

    图6揭示了4线电阻测量的内部原理。通过这些内部原理图，我们可以全面理解34401A数字万用表如何通过不同的电路设计，确保在各种测量任务中的精度和可靠性。

百度安全验证

双积分电路为什么对输入电压固定时长积分呢？

不用担心电压大，固定时间积分候，这个电压还没积分完。，简单理解是电压对电容充电，Q=UC，微观考虑则是电压对电容充电，随着时间变化电量Q变化，时间相同，电压不同，则电容存储的电量不同成正比关系。反向积分时间不能固定，根据反向积分时长计数得到输入电压的值

双积分电路在模数转换过程中对输入电压进行固定时长的积分，这主要由其工作原理和设计目标决定，关键原因包括：

一、建立线性转换关系

  1. ‌固定积分时长（T₁）‌确保积分器的输出电压峰值与输入电压（V<sub>IN</sub>）严格成正比12。

    • 数学关系：积分器输出峰值电压 ‌V<sub>P</sub> = (V<sub>IN</sub> × T₁) / (R × C)‌。
    • 固定T₁后，V<sub>P</sub>仅由V<sub>IN</sub>决定，为后续反积分阶段提供可量化的基准14。

  2. ‌为反积分阶段提供参照基准‌

    • 反积分时，电路切换到参考电压（-V<sub>REF</sub>）进行放电，放电时间T₂满足：‌T₂ = (V<sub>P</sub> × R × C) / V<sub>REF</sub>‌。
    • 代入V<sub>P</sub>可得：‌T₂ = (V<sub>IN</sub> × T₁) / V<sub>REF</sub>‌，即‌T₂与V<sub>IN</sub>成正比‌24。
    • 通过测量T₂（计数器数值）即可直接得到V<sub>IN</sub>的数字量14。

双积分型ADC
双积分型ADC，主要可以分为积分环节、比较环节、计数环节。具体电路图如下。

电路图


工作原理
两次积分分析
双积分型ADC顾名思义需要进行两次积分，但在进行积分之前需要对电容进行放电，计数器进行初始化，防止影响ADC采样。
第一次积分：第一次积分将S1波向A方向，进行定时（请一定要注意，第一次采样时间是固定的）的积分采样。
此时积分电路上的支路电流如下：


对上述公式进行化简可得：

因为在实际采样过程中电阻阻值、电容容值和采样时间是固定已知的，因此U1和Uc之间存在着一种正比例关系
第二次积分：第二次积分将S1波向B方向，当Uc = 0的时候（第二次积分的时间是不固定的）结束积分
此时通过分析电路可知Uc的具体表达式如下：

公式中积分上限的t1代表第二次积分的实际时间，Uc0为上一次积分结束时电容上的电压。第二次积分结束的条件为Uc = 0，因此可以得到以下等式：

此公式中Vref、R、C均为定值，也就是说t1只和Uc0相关。若对上述公式进行思考，便可以较为轻松的得出输入电压Ui越大，在第一次积分结束时，积分电路中电容的充电电压Uc0越大，Uc0越大第二次积分所需要的时间越久。因此可以通过记录第二次积分的时间来确定输入电压的大小。
若将t和t1的表达式放在一起对比则更加容易理解，具体公式如下：

Uc0实际上就是Uc在t时间段下的积分，所以t：t1 = Vref：Ui

比较电路分析
比较电路本质上是简单的运算放大电路的使用，可以称之为“比大小”，当负输入端电压大于正输入端时，输出电压Uo输出“0”，当负输入端电压小于正输入端时，输出电压Uo输出“1”。分析之前的电路可知，在两次积分环节中Uc的值均小于0V，因此在这两次积分环节中Uo均输出高电平信号，使得后续计数电路有效，但因为第一次积分的时间是固定的，所以只需要在总的计数时间中减去第一次计数时间即可。
n位二进制计数器本质上是相互串联的JK触发器，内容较为简单，此处不过多赘述。
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双积分式(A/D)转换器电路结构及工作原理

1．转换方式

V-T型间接转换ADC。

2.  电路结构

图1是这种转换器的原理电路，它由积分器(由集成运放A组成)、过零比较器(C)、时钟脉冲控制门（G）和计数器（ff0～ffn）等几部分组成

                                     

                                                                                          图1 双积分A/D转换器

    (1)积分器
     积分器是转换器的核心部分，它的输入端所接开关S1由定时信号Qn控制。当Qn为不同电平时，极性相反的输入电压vI和参考电压 VREF将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数τ=RC。

    (2)过零比较器
    过零比较器用来确定积分器的输出电压v0过零的时刻。当v0≥0时，比较器输出vC为低电平；当v0＜0时，vC为高电平。比较器的输出信号接至时钟控制门(G)作为关门和开门信号。

    (3)计数器和定时器
    它由n+1个接成计数器的触发器FF0～FFn-1串联组成。触发器FF0～FFn-1组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP计数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2n个时钟脉冲时，FF0～FFn-1均回到0态，而FFn翻转到1态，Qn=1后开关 S1从位置A转接到B。

    (4)时钟脉冲控制门
    时钟脉冲源标准周期Tc，作为测量时间间隔的标准时间。当vC=1时，门打开，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。
    3.工作原理

     

基本原理：　

     双积分ADC的基本原理是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成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。（先对输入模拟电压进行固定时间的积分，然后转为对标准电压的反相积分，直至积分输入返回初始值，这两个积分时间的长短正比于二者的大小，进而可以得出对应模拟电压的数字量。这种A/D转换器的转换速度较慢，但精度较高。由双积分式发展为四重积分、五重积分等多种方式，在保证转换精度的前提下提高了转换速度。）

    下面以输入正极性的直流电压vI为例，说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。电路工作过程分为以下几个阶段进行，图中 各处的工作波形如图2所示。

    (1) 准备阶段 
　　   首先控制电路提供CR信号使计数器清零，同时使开关S2闭合，待积分电容放电完毕后，再使S2断开。 
    (2) 第一次积分阶段
    在转换过程开始时（t=0），开关S1与A端接通，正的输入电压vI加到积分器的输入端。积分器从0V开始对vI积分，其波形如图2斜线O-VP段所示。 根据积分器的原理可得


（其中τ＝RC）

　　由于vO<0，过零比较器输出为高电平，时钟控制门G被打开。于是，计数器在CP作用下从0开始计数。经2n个时钟脉冲后，触发器FF0～FFn-1 都翻转到0态，而Qn=1，开关S1由A点转接到B点，第一次积分结束，第一次积分时间为t=T1=2nTc 令VI为输入电压在T1时间间隔内的平均值， 则由式

可得第一次积分结束时积分器的输出电压为Vp ：

                                                                         

                                                                                  图2双积分A/D转换器各处工作波形

 (3) 第二积分阶段 
    当t=t1时，S1转接到B点，具有与vI相反极性的基准电压-VREF加到积分器的输入端；积分器开始向相反方向进行第二次积分；当t=t2时，积分器输出电压v0≥0，比较器输出vC=0，时钟脉冲控制门G被关闭，计数停止。在此阶段结束时v0的表达式可写为

设T2=t2-t1，于是有 

 

设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为λ 则 T2=λTc

可见，T2与V1成正比，T2就是双积分A/D转换过程中的中间变量。　　
    上式表明，在计数器中所得的数λ(λ=Qn-1···Q1Q0),与在取样时间T1内输入电压的平均值VI成正比的。只要VI<VREF，转换器就能正常地将输入模拟电压转换为数字量，并能从计数器读取转换的结果。如果取VREF=2nV，则λ=VI，计数器所计的数在数值上就等于被测电压。 
    由于双积分A/D转换器在取样时间内采的是输入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。尤其对周期等于T1或几分之一的对称干扰（所谓对称干扰是指整个周期内平均值为零的干扰），从理论上来说，有无穷大的抑制能力。既使当工频干扰幅度大于被测直流信号，使得输入信号正负变化时，仍有良好的抑制能力。由于在工业系统中经常碰到的是工频（50Hz）或工频的倍频干扰，故通常选定采样时间T1总是等于工频电源周期的倍数，如20ms或40ms等。另一方面，由于在转换过程中，前后两次积分所采用的同一积分器，因此，在两次积分期间（一般在几十到数百毫秒之间），R、C和脉冲源等元器件参数的变化对转换精度的影响均可忽略。
    最后必须指出，在第二积分阶段结束后，控制电路又使开关S2闭合，电容C放电，积分器回零。电路再次进入准备阶段，等待下一次转换开始。

   

 4.特点
    (1)计数脉冲个数λ与RC无关，可以减小由RC积分非线性带来的误差。
    (2)对脉冲源CP要求不变，只要在T1＋T2时间内稳定即可。
    (3)转换精度高。
    (4)转换速度慢，不适于高速应用场合。
    单片集成双积分式A/D转换器有ADC-EK8B(8位，二进制码)、ADC-EK10B(10位，二进制码)、MC14433(7/2位，BCD码)等。

双积分式(A/D)转换器电路结构及工作原理 - nevel - 博客园

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