ICL7107 เป็นตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ความแม่นยำสูงที่สามารถใช้สร้างโวลต์มิเตอร์ดิจิทัลได้ มีความละเอียดการแสดงผล 3-1/2 หลัก สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้สูงสุดถึง 200 mV, 2V และ 20V แบบเต็มสเกล และทำงานจากแหล่งจ่ายไฟแรงดันเดียว +5V

วงจรต่อไปนี้สามารถใช้ในการอ่านและวัดแรงดันไฟฟ้า DC ได้ถึง 2kV คุณสามารถใช้วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานค่าสูงเพื่อวัดค่าได้มากขึ้น เช่น 300VDC ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจวิธีการสร้างโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลโดยใช้ ICL7107

ส่วนผสมที่ต้องมี

ในการสร้างโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลโดยใช้ ICL7107 เราต้องมีส่วนประกอบดังต่อไปนี้:

• ไอซี ICL7107
• จอแสดงผล LED แบบขั้วบวกทั่วไป (D1, D12, D13, D14 = MAN 6960)
• แผงวงจร
• สายเชื่อมต่อ

ตัวต้านทาน

1. R1 = 180kΩ
2. R2 = 22kΩ
3. R3 = 12kΩ
4. R4 = 1เมกะโอห์ม
5. R5 = 470kΩ
6. R6 = 560Ω

P1 = โพเทนชิออมิเตอร์ = เครื่องตัดหญ้าแบบหมุนหลายรอบ = 20kΩ

ตัวเก็บประจุ

1. C1 = 100pF
2. C2 = 100nF (C6
3. C3 = 47nF
4. C4 = 10nF
5. C5 = 220nF
6. C6 และ C7 = 100nF (ใช้ในวงจรกรอง – ไม่แสดงในแผนผัง)

แรงดันไฟฟ้าขาเข้า:

• 0 – 20V เมื่อ R3 = 0-20 V ….R3 = 1.2kΩ
• 0 – 200V เมื่อ R3 = 0-20 V ….R3 = 12kΩ
• 0 – 2kV เมื่อ R3 = 0-20 V ….R3 = 120kΩ

โดยสรุปแล้ว โวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลที่ใช้ ICL7107 เป็นโซลูชันที่เรียบง่ายและแม่นยำสำหรับการวัดสัญญาณแรงดันไฟฟ้าในแอปพลิเคชันต่างๆ จำเป็นต้องมีวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า จอแสดงผล LED 7 ส่วน และ IC ICL7107 สามารถตั้งโปรแกรมซอฟต์แวร์เพื่อนำคุณสมบัติเพิ่มเติมมาใช้ได้ และสามารถเชื่อมต่อเอาต์พุตกับอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อวิเคราะห์และประมวลผลเพิ่มเติมได้

แผนผังวงจร

ภาพรวมวงจร:

วงจรสำหรับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลที่ใช้ ICL7107 ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น ไอซี ICL7107 ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า และส่วนประกอบแบบพาสซีฟอื่นๆ แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการวัดจะถูกป้อนไปยังไอซีผ่านเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ไอซีจะแปลงแรงดันไฟฟ้าอนาล็อกเป็นค่าดิจิตอลและแสดงบนจอแสดงผล LED 7 ส่วน

วงจรแบ่งแรงดันใช้เพื่อลดแรงดันไฟขาเข้าให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย ซึ่งสามารถวัดได้ด้วย ICL7107 โพเทนชิโอมิเตอร์ใช้เพื่อปรับช่วงแรงดันไฟของโวลต์มิเตอร์ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพและกรองสัญญาณ

ไอซี ICL7107 เป็นไอซี DIP (แพ็คเกจคู่ขนาน) 40 พินที่ประกอบด้วยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล มัลติเพล็กเซอร์ และไดรเวอร์จอแสดงผล LED 7 ส่วน อินพุตอนาล็อกเชื่อมต่อกับพิน 5 ของไอซี และแรงดันอ้างอิงเชื่อมต่อกับพิน 6 มัลติเพล็กเซอร์จะเลือกสัญญาณอินพุตที่จะวัดและส่งไปยัง ADC ไดรเวอร์จอแสดงผล LED 7 ส่วนจะแปลงเอาต์พุตดิจิตอลของ ADC ให้เป็นรูปแบบที่แสดงผลได้ และขับเคลื่อนจอแสดงผล LED 7 ส่วน

ซอฟต์แวร์สำหรับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลเขียนด้วยภาษาแอสเซมบลีหรือภาษาซี ซอฟต์แวร์จะอ่านสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจาก ICL7107 แปลงเป็นค่าดิจิทัล และแสดงบนจอแสดงผล LED 7 ส่วน ซอฟต์แวร์ยังสามารถตั้งโปรแกรมเพื่อใช้ฟีเจอร์เพิ่มเติม เช่น การวัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด การคำนวณค่าเฉลี่ยแรงดันไฟฟ้า และการบันทึกแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย

การทำงานของวงจร:

เครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ตัวต้านทานตัวหนึ่งเป็นโพเทนชิโอมิเตอร์แบบปรับได้สำหรับการสอบเทียบโวลต์มิเตอร์ เอาต์พุตของเครือข่ายตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับอินพุตของ IC ICL7107

วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัวคือ R1 และ R2 ที่ต่อแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะถูกจ่ายผ่านชุดค่าผสมแบบอนุกรมของ R1 และ R2 และแรงดันไฟฟ้าขาออกจะถูกจ่ายผ่าน R2 อัตราส่วนของ R2 ต่อ (R1 + R2) จะกำหนดแรงดันไฟฟ้าขาออก เราสามารถปรับช่วงแรงดันไฟฟ้าขาออกได้โดยการเปลี่ยนค่าของ R1 และ R2

ICL7107 คือ IC ตัวแปลง A/D 3.5 หลักที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมจอแสดงผล LED 7 ส่วนโดยตรง IC นี้มีแรงดันอ้างอิงภายในซึ่งใช้ในการเปรียบเทียบแรงดันไฟขาเข้าและแปลงเป็นค่าดิจิทัล จากนั้นค่าดิจิทัลจะแสดงบนจอแสดงผล LED

นอกจากนี้ IC ยังมีมัลติเพล็กเซอร์ในตัวที่ใช้วัดอินพุตหลายตัวได้ มัลติเพล็กเซอร์จะเลือกแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ต้องการวัด จากนั้นแปลงเป็นค่าดิจิทัล

การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์เกี่ยวข้องกับการเริ่มต้นการทำงานของ IC ICL7107 อ่านแรงดันไฟฟ้าอนาล็อก แปลงเป็นค่าดิจิทัล จากนั้นส่งไปยังจอแสดงผล LED IC จะอ่านแรงดันไฟฟ้าและอัปเดตจอแสดงผลอย่างต่อเนื่อง

เค้าโครง PCB ของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล

ต่อไปนี้เป็นแผนผัง PCB สามชุดของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลขนาดเล็กโดยใช้ ICL7107 พร้อมวงจรสุดท้าย

ขั้นตอน:

1. ขั้นแรก ให้วาง IC ICL7107 ไว้บนแผงทดลอง เชื่อมต่อพิน 19 และ 20 เข้ากับรางลบ และเชื่อมต่อพิน 1 และ 40 เข้ากับรางบวก
2. เชื่อมต่อพิน 9, 8, 7, 6 และ 5 เข้ากับเซ็กเมนต์ทั้งเจ็ดของจอแสดงผล เชื่อมต่อพิน 21 และ 22 เข้ากับจุดทศนิยมและรางลบตามลำดับ
3. ต่อพิน 27, 26 และ 25 เข้ากับพินปัดน้ำฝน พินทวนเข็มนาฬิกา และพิน CW ของโพเทนชิออมิเตอร์ ต่อพินที่เหลือของโพเทนชิออมิเตอร์เข้ากับรางบวกและรางลบ
4. ต่อพิน 2, 3 และ 4 เข้ากับรางบวก ต่อพิน 39 เข้ากับรางลบ
5. ต่อพิน 10, 11, 12 และ 13 เข้ากับรางบวก ต่อพิน 14, 15, 16 และ 17 เข้ากับรางลบ
6. ต่อพิน 18 และ 23 เข้ากับรางลบ ต่อพิน 24 เข้ากับรางบวก
7. ต่อพิน 28 และ 29 เข้ากับรางลบ ต่อพิน 30 และ 31 เข้ากับรางบวก
8. ต่อพิน 32 และ 33 เข้ากับรางลบ ต่อพิน 34 และ 35 เข้ากับโพเทนชิออมิเตอร์
9. ต่อพิน 36 และ 37 เข้ากับรางบวก ต่อพิน 38 เข้ากับรางลบ
10. วางไดโอด 1N4001 บนรางบวกและลบ โดยให้ขั้วบวกเชื่อมต่อกับขั้วบวก
11. วางตัวต้านทาน 1k โอห์มระหว่างพิน 18 และรางลบ วางตัวต้านทาน 10k โอห์มระหว่างพิน 18 และราง 36 วางตัวต้านทาน 100k โอห์มระหว่างพิน 36 และรางบวก
12. วางตัวเก็บประจุ 1uF ระหว่างพิน 18 และรางบวก วางตัวเก็บประจุ 0.01uF ระหว่างพิน 32 และรางลบ
13. ต่อขั้วแบตเตอรี่บวกเข้ากับขั้วบวก และขั้วแบตเตอรี่ลบเข้ากับขั้วลบ
14. ปรับโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการบนจอแสดงผล

เอื้ออำนวย

1. วงจรโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลง่าย ๆ นี้ไม่จำเป็นต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ใด ๆ
2. โวลต์มิเตอร์แบบดิจิทัลมีความแม่นยำมากกว่าโวลต์มิเตอร์แบบอนาล็อก
3. IC ICL7107 มีต้นทุนต่ำและหาซื้อได้ง่ายในท้องตลาด
4. สามารถตั้งโปรแกรม IC ให้ดำเนินการงานอื่นๆ นอกเหนือจากการวัดแรงดันไฟฟ้าได้
5. จอแสดงผล LED อ่านและทำความเข้าใจได้ง่าย
6. วงจรนี้สร้างง่ายและสะดวก
7. โวลต์มิเตอร์สามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ทำให้พกพาและใช้งานภาคสนามได้สะดวก