Дмитрий Садченков

При производстве радиоэлектронной продукции использование многофункциональных специализированных микросхем, требующих минимального количества внешних компонентов, позволяет значительно сократить время разработки конечного устройства и производственные затраты. Значительную долю рынка недорогих измерительных приборов занимают цифровые мультиметры. Большая их часть построена на основе АЦП типа ICL7106 от фирмы International Rectifier (отечественный аналог — АЦП 572ПВ1). На основе этого АЦП можно создавать различные цифровые измерительные приборы как для измерения электрических величин, так и для измерения веса, температуры и др. Однако определенный интерес при разработке цифровых мультиметров представляет другая микросхема — NJU9207, о которой и пойдет речь.

Японская компания JRC (полное название New Japan Radio Co.Ltd.) выпускает серию специализированных микросхем, представляющих собой незначительно отличающиеся варианты цифрового мультиметра на одном чипе, обеспечивающим управление 31/2-разрядным LCD. Это микросхемы NJU9207, NJU9208, NJU 9207B. На принципиальных схемах можно встретить либо полное обоз- начение типа микросхемы, либо сокращенное — только в виде цифр. Микросхемы NJU9207/08 благодаря своим техническим данным предназначены в основном для применения в карманных цифровых мультиметрах. Отличие микросхем NJU9208 от микросхем NJU9207 состоит только в расположении выводов.

Микросхема NJU9207/08 включает:

• АЦП;
• источник опорного напряжения;
• контроллер;
• генератор;
• детектор состояния батареи питания;
• драйвер LCD. Возможности микросхемы:
• низкий потребляемый ток (менее 1 мА);
• низкое напряжение источника питания (типовое значение 3 В);
• автоматический выбор предела измерений;
• функция автоудержания (Data, Range);
• наличие удвоителя и стабилизатора напряжения для работы встроенного драйвера LCD;
• непосредственное управление пьезоэлектрическим зуммером;
• обеспечение индикации состояния батареи питания на LCD.

Рис. 1.

Микросхемы выполнены по КМОП-технологии в корпусе QFP 80. Вид корпуса и расположение выводов показаны на рис. 1, а на рис. 2 изображена структурная схема микросхемы. В табл. 1 приведены сведения о нумерации и назначении выводов.


Рис. 2.

Режимы измерения электрических величин ЦММ на основе микросхемы NJU9207/08 делятся на две группы: режимы с автоматическим и режимы с ручным выбором предела измерений. Автоматический выбор предела измерений производится при измерении напряжения постоянного тока в диапазоне 200мВ…2000 В (пять пределов), напряжения переменного тока в диапазоне 2 В…2000 В (четыре предела), сопротивления в диапазоне 100 Ом… 20МОм (шесть пределов). При измерении тока предел измерения выбирают вручную. Диапазон измерения как постоянного, так и переменного тока составляет 2 мА…20 А и делится на пять поддиапазонов.


Рис. 3.

Таблица 1

NJU9207	NJU9208	Обозначение	Назначение
2	62	ADI	Вход выпрямителя
3	63	ADО	Выход выпрямителя
4	64	AVX	Входная клемма при изменении напряжения (+ при напр. пост. тока)
5	65	AVXD	Входная клемма при изменении напряжения (- при напр. пост. тока)
7	67	CF1	Вывод для подключения помехоподавляющего конденсатора
8	68	BUF	Выход буферного усилителя
9	69	CAZ	Вывод для подключения конденсатора автообнуления
10	70	CI	Вывод для подключения интегрирующего конденсатора
11	71	СО	Выход компаратора
12	72	А/М	Выбор режима переключения пределов измерения: А - автоматический (лог. 1), М - ручной (лог. 0)
13-15	73-75	RC1-RC3	Выводы переключения пределов измерения
16	76	RH	Вывод установки режима удержания RANGE HOLD (лог. 0)
42	4	DH	Вывод удержания показаний LCD - DISPLAY DATA HOLD
18-21	79-80,1	FC1-FC4	Выбор режима усилений
23	3	AFC	Выбор ограничения предела измерений(лог. 1 - ограниченный; лог. 0 - полный)
34-25	14-5	SEG1-10	Выходы управления сегментами LCD
38-35	18-15	СОМ1-4	Общие выходы драйвера LCD
42	22	VDSP	Вывод управления мониторингом напряжения
47	27	BZ	Выход драйвера управления пьезоэлектрическим символом
53, 54	33, 34	С1, С2	Выводы для подключения конденсатора удвоителя напряжения
59	39	VADJ	Вывод для регулирования опорного напряжения
61	41	VRD	Выход мониторинга напряжения
63, 64	43, 44	CL, CH	Выводы для подключения опорного конденсатора
66-71	64-51	OR1-6	Выводы для подключения опорных резисторов при изменении сопротивления
72	52	OVS	Вход опорного напряжения при измерении сопротивления
73	53	OVX	Вход измеряемого напряжения при изменении сопротивления
75	55	VI	Вход измеряемого напряжения
76-79	56-59	VR2-VR5	Выводы для подключения стабидизирующих нагрузочных резисторов
80	60	II	Вход измеряемого тока
55, 45	35, 25	TST1,2	Тестовые выводы 1, 2
44, 40	24, 20	TST3, 4	Тестовые выводы 3, 4
46	26	VSS1	Земляной вывод аналоговой и цифровой части схемы - 0 В
52	32	VSS2	Вывод управляющего напряжения LCD - -3 В
56	36	VDD1D	Напряжение питания цифровой части схемы - +3В
57	37	VDD1А	Напряжение питания аналоговой части схемы - +3В
65	45	GND	Средняя точка питания аналоговой части схемы - +1,5 В
74	54	GNDS	Относительный земляной вывод при операции интегрирования

Выбор режима измерений обеспечивается состоянием уровней на выводах FC1–FC4 (табл. 2). Для изменения такого состояния можно применить механический переключатель. При изменении состояния на одном из выводов FC1–FC4 по спаду импульса напряжения формируется звуковой сигнал длительностью 31,25 мс и частотой 2 кГц. Этот сигнал воспроизводится зуммером. Сигнал сброса системы (RESET) формируется по фронту или спаду импульсов на выводы FC1–FC4.

Таблица 2

Режим измерений

Логическое состояние

	FC1	FC2	FC3	FC4
U пост. (DCV)	1	1	1	1
U перем. (АCV)	0	1	1	1
I пост. (DCI)	1	0	1	1
I перем. (АCI)	0	0	1	1
Сопротивление (Ом)	1	1	0	1
Проверка диодов	1	0	0	0
Прозвонка цепи цепи (CONTI)	1	1	1	0

При изменении режима измерения установка его предела зависит от состояния уровня на выводе AFC (табл. 3). При этомна LCD высвечивается соответствующая значащая точка — Р1, Р2 или Р3 (рис. 3).
Если режим измерений изменен в период работы АЦП, внутри микросхемы формируется сигнал сброса счетчика (COUNTER RESET), и она инициализируется. После этого АЦП снова запускается с цикла автообнуления.
При включении режима прозвонки цепи автоматически устанавливается режим измерения сопротивления на пределе 2 кОм. Если сопротивление проверяемой цепи менее 300Ом, зуммер издает непрерывный звуковой сигнал, а на LCD отображается значение сопротивления. В режиме проверки диодов также автоматически устанавливается режим измерения сопротивления на пределе 2 кОм, и на диод подается прямое напряжение от источника питания, составляющее 1,5 В.

Таблица 3

Режим измерений

AFC: лог. 0

AFC: лог. 0

	Предел	Значащая точка	Предел	Значащая точка
U пост. (DCV)	200 mV	P1	2 V	P3
U перем. (ACV)	2 V	P3	2 V	P3
I пост. (DCI)	200 mA	P1	200 mA	P1
I перем. (ACI)	200 mA	P1	200 mA	P1
Сопротивление (Ом)	200 Ом	Р1	2 кОм	Р3
Проверка диодов	2 V	Р3	2 V	Р3
Прозвонка цепи (CONTI)	2 кОм	Р3	2 кОм	Р3

Для работы в режиме автоматического выбора предела измерений на выводе A/M должен присутствовать уровень лог. 1. Чтобы установить режим автоматического или ручного выбора предела измерения, служит кнопка RANGE CONTROL. Если установлен режим автоматического выбора, то для перехода в ручной режим необходимо нажать эту кнопку. Время нажатия при этом должно быть менее 1 с. При установленном ручном режиме нажатие и удержание кнопки на время менее 1 с приведет к изменению предела измерения, а при ее удержании более 1 с происходит переход в режим автоматического выбора.
В режиме HOLD напряжение низкого уровня на выводе HOLD обеспечивает фиксацию показаний LCD на измеренном значении электрической величины.


Рис. 4.

При ручном режиме установки предела измерений выбор предела определяется сочетанием уровней напряжения на выводах RC1–RC3 (на выводе А/М при этом должен присутствовать уровень лог. 0). В табл. 4 приведены уровни сигналов на выводах RC1–RC3, задающие соответствующие пределы измерений.
При превышении допустимого предела измерений зуммер выдает сигнал тревоги — прерывистые звуковые сигналы частотой 2кГц длиной 1/16с с промежутком в 5/16с между каждой их парой.


Рис. 5

Рисунок 4 и табл. 5 поясняют принципы формирования знаков на LCD. Значок, отображающий батарею, сигнализирует о том, что напряжение питания составляет менее 1,1…1,3 В и источник питания необходимо заменить.
Значок минуса отображается тогда, когда при измерении напряжения или силы постоянного тока минус источника приложен к «горячей» клемме прибора, а плюс — к общей. Буквы RH отображаются в том случае, когда на выводе RH присутствует уровень лог. 0 в режиме автоматического выбора предела измерений (на выводе А/М — лог. 1).

Таблица 4

RC1	RC2	RC3	DCV	ACV	DCI, ACI	Ом
1	1	1	RNG2, 2V	RNG1, 2V	RNG1, 2мА	RNG2, 2 кОм
0	1	1	RNG3, 20V	RNG2, 20V	RNG2, 2мА	RNG3, 20 кОм
1	0	1	RNG4, 200V	RNG3, 200V	RNG3, 200 мА	RNG4, 200 кОм
0	0	1	RNG5, 2000V	RNG4, 2000V	RNG4, 2000 мА	RNG5, 2000 кОм
1	1	0	RNG5, 2000V	RNG4, 2000V	RNG5, 20 А	RNG5, 20 мОм
0	1	0	RNG1, 200 мV	RNG1, 2 V	RNG1, 2 мА	RNG1, 200 Ом

	SEG1	SEG2	SEG3	SEG4	SEG5	SEG6	SEG7	SEG8	SEG9	SEG10
COM1	RC	DH	a2	b2	a1	b2	a0	b0	зуммер	А
СОМ2	ВАТТ	RH	f2	g2	f1	g1	f0	g0	диод	V
СОМ3	-	b3/c3	e2	c2	e1	c1	e0	c0	m	K
COM4	AC	p3	d2	p2	d1	p1	d0	-	M	Om

Буквы RС отображаются в том случае, когда выбор предела в автоматическом режиме определяется состоянием выводе RC1 (на выв. А/М — лог. 1).
При включении мультиметра на основе NJU9207/9208 схема инициализации обеспечивает кратковременную индикацию всех сегментов LCD, выдачу короткого звукового сигнала (около 62,5 мс) зуммером и инициализацию внутренних узлов микросхемы.
На рис. 5 приведена типовая схема мультиметра на основе специализированной БИС NJU9207/9208/.
Кроме БИС NJU9207 выпускается ее модификация — NJU9207B. От первой ее отличает только возможность установки опорного напряжения одной из семи градаций (A, B, C, D, E, F, G) с помощью резистивного делителя напряжения, подключаемого к выводам VADJ и VR.