CN101499801B - 一种a/d转换电路及其转换方法 - Google Patents
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Abstract
一种A/D转换电路，包括V/F变换器，其中：还包括高精度基准电压源、多选一模拟开关、充电电阻，该模拟开关具有n+2路输入接脚、控制信号输入端和一输出接脚，其中两输入接脚分别接地、接高精度基准电压源，其余n路用于接收各待测电压信号，其控制信号输入端连接数字处理器的控制信号输出端，其输出接脚通过充电电阻连接V/F变换器的电压信号输入端，V/F变换器的频率信号输出端连接数字处理器信号输入端；一种A/D转换方法，由数字处理器控制多选一模拟开关依次选通各输入接脚，计算各输入接脚输入信号的频率FGND、Fref、Fout，利用Vi＝Vref(Fout-FGND)/(Fref-FGND)计算输入的待测信号电压幅值Vi。
Description
技术领域
本发明涉及能见度仪技术领域，尤其涉及能见度仪数据采集器中的A/D转换电路及其转换方法。
背景技术
目前，能见度仪数据采集器中的A/D转换电路采用V/F变换器作A/D转换器，如图1所示，其是电位器R1一端连接V/F变换器N1的模拟电压信号输入端构成，电位器R1另一端用于接收输入数据采集器的电压信号Vi，V/F变换器N1的数字频率输出端输出的数字信号频率Fout送入能见度仪的数据处理器(CPU)N2进行后续处理；该A/D转换电路依靠改变电位器R1的阻值来调整Fout与Vi的对应关系，每个电路都需要分别标定，操作繁琐，且零点漂移较大，使用前需要校零，增益稳定性受元器件影响较大，输出表达式为；
Fout＝F0+Kv×R1×Vi (1)
设K＝Kv×R1，式1可写为：
Fout＝F0+K×Vi (2)
F0为输入电压为0V时的输出频率即零点频率，Kv为V/F变换器的转换比例系数，在实际使用中，F0、Kv、R1的值都会随温度及时间变化而发生漂移，F0变化称为零点漂移，K、R1变化称为增益漂移，当采用固定的F0、K、R1值计算Vi时就会产生误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种免标定、自校零的A/D转换电路及其转换方法。
一种A/D转换电路，包括V/F变换器，其中：还包括一高精度基准电压源、一多选一模拟开关、充电电阻，其中，多选一模拟开关信号输入端具有n+2路输入接脚，n≥1，其还具有控制信号输入端和输出端，输出端具有一输出接脚，多选一模拟开关信号输入端的n路输入接脚分别用于一一对应接收待测电压信号，其另外两路输入接脚中的一个接地、另一个连接高精度基准电压源的输出端，其控制信号输入端用于连接数字处理器的控制信号输出端，其输出接脚通过充电电阻连接V/F变换器的电压信号输入端，V/F变换器的信号频率输出端用于连接所述数字处理器的信号输入端。
所述的A/D转换电路，其中：所述多选一模拟开关的输出接脚与所述充电电阻之间连接有一缓冲放大器。
一种A/D转换方法，其中：包括下列步骤：
a)、数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端发出控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与接地的输入接脚接通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率FGND并存入存储器；数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端发出另一控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与高精度基准电压源所连接的输入接脚接通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率Fref并存入存储器；
b)、数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端发出控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与接收对应待测电压信号的一输入接脚连通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率Fout并存入存储器；
c)、数字处理器调取存储器中的FGND、Fref、Fout以及预先存储在存储器中的高精度基准电压源的输出电压幅值Vref，计算多选一模拟开关该输入接脚的待测电压信号幅值Vi＝Vref(Fout-FGND)/(Fref-FGND)...(3)，并将该值存入存储器；
d)、数字处理器控制多选一模拟开关的输出接脚与接收对应待测电压信号的各输入接脚依次连通，每接通一个输入接脚，按照步骤b)计算该输入接脚输送进来的信号频率并存入存储器，再按照步骤c)计算该输入接脚输送过来的待测信号电压幅值并存入存储器。
本发明采用上述技术方案将达到如下的技术效果：
本发明的A/D转换电路上进行的转换方法，是由数字处理器控制多选一模拟开关依次选通各输入接脚，计算各输入接脚输入信号的频率FGND、Fref、Fout利用式(3)计算多选一模拟开关相应输入接脚的待测信号电压幅值Vi＝Vref(Fout-FGND)/(Fref-FGND)，可免去使用前的标定工作，降低调试成本；另外，上式中的Vref由于采用的是高精度基准电压源，稳定不变，利用式4：
ViJ＝VrefL(Fout-FGND)/(Fref-FGND) (4)
计算待测电压信号幅值，还可降低温漂造成的误差，提高A/D转换的精度。
式4中ViJ输入电压为Vi时的测量(计算)值，为VrefL为参考电压的理论值，其余各参数定义和式3相同，利用式2：
FGND＝F0GND (5)
Fref＝F0ref+Kref×Vref (6)
Fout＝F01+K1×Vi (7)
在式5、6、7中，Vi为参考电压的实际值，Vref为参考电压的实际值，F0GND、F0ref和F01分别为在测量接地、参考电压Vref和待测电压Vi时的零点频率，Kref和K1分别为测量参考电压Vref和待测电压Vi时的增益系数，代入式4中，有：
ViJ＝VrefL(K1×Vi+(F01-F0GND))/(K1×Vref+(F0ref-F0GND)) (8)
由于每一个循环中各步测量的时间间隔很小，温度变化也极小，F0和K的变化极小，所以在不考虑频率测量误差时，近似有：
F01-F0GND≈0，F0ref-F0GHD≈0，Kref≈K1；
代入式8，有：
ViJ≈Vi×VrefL/Vref (9)
即测量精度只和参考电压的精度及稳定性有关，而大大降低了V/F变换器零点漂移和增益漂移的影响。
附图说明
图1为现有技术中的A/D转换电路图；
图2为本发明的A/D转换电路图。
具体实施方式
实施例：
一种A/D转换电路，用于能见度仪的数据采集器中，其包括一高精度基准电压源N1、一多选一模拟开关N2、一缓冲放大器N3、一充电电阻R1和一V/F变换器N4，其中，多选一模拟开关N2信号输入端具有S1、S2、S3、S4、...、Sn+2共n+2个输入接脚，其还具有控制信号输入端A和一输出接脚D，多选一模拟开关N2的输入接脚S1接地，输入接脚S2接高精度基准电压源N1的输出端，输入接脚S3、S4、...、Sn+2作为待测电压信号输入端分别用于接收待测模拟电压信号Vi1、Vi2、...、Vin，其控制信号输入端A连接于能见度仪的数字处理器(CPU)N5的控制信号输出端，其输出接脚D依次通过缓冲放大器N3和充电电阻R1连接于V/F变换器N4的电压信号输入端，V/F变换器的信号频率输出端连接于所述数字处理器(CPU)的信号输入端。
由于R1的阻值为V/F变换器的输入阻抗，通常为数十KΩ，在没有缓冲放大器时被测回路的输出阻抗(含模拟开关)的差异及变化将会由于分压的原因而产生测量误差，而缓冲放大器高输入阻抗(大于109Ω)、低输出阻抗(小于5Ω)的特性就大大地降低了被测回路的输出阻抗的影响。
上述A/D转换电路按照如下步骤进行A/D转换：
a)、数字处理器(CPU)N5对多选一模拟开关N2的控制信号输入端发出控制信号，控制多选一模拟开关N2的输出接脚D与接地的输入接脚S1接通，即多选一模拟开关N2的输出接脚D接地，数字处理器N5计算此时输送进来的信号频率FGND并存入存储器中；数字处理器N5对多选一模拟开关N2的控制信号输入端再发出控制信号，控制多选一模拟开关N2的输出接脚D与其输入接脚S2接通，即多选一模拟开关N2的输出接脚D连接高精度基准电压源N1，数字处理器计算此时输送进来的信号频率Fref并存入存储器中；
b)、数字处理器N5继续对多选一模拟开关N2的控制信号输入端发出控制信号，控制多选一模拟开关的输出接脚D与其输入接脚S3连通，这时，模拟电压信号Vi1被送入V/F转换器转换成频率信号Fout1后送入数字处理器N5，数字处理器N5将Fout1存入存储器中；
c)、数字处理器N5调取存储器中的FGND、Fref、Fout1以及预先存储在存储器中的高精度基准电压源的输出电压幅值Vref，计算待测信号电压幅值Vi1＝Vref(Fout1-FGND)/(Fref-FGND)，将计算得到的Vi1值送入存储器中，以供后续其它程序调用，处理；
d)、数字处理器N5控制多选一模拟开关N2的输出接脚D与其输入接脚S4、...、Sn+2依次连通，每接通一个输入接脚，按照步骤b)计算该输入接脚输送进来的信号的频率并存入存储器，再按照步骤c)计算该输入接脚输送进来的待测信号电压幅值并存入存储器，以供后续其它程序调用，处理。
Claims (3)
1.一种A/D转换电路，包括V/F变换器，其特征在于：还包括一高精度基准电压源、一多选一模拟开关、充电电阻，其中，多选一模拟开关信号输入端具有n+2路输入接脚，n≥1，其还具有控制信号输入端和输出端，输出端具有一输出接脚，多选一模拟开关信号输入端的n路输入接脚分别用于一一对应接收待测电压信号，其另外两路输入接脚中的一个接地、另一个连接高精度基准电压源的输出端，其控制信号输入端用于连接数字处理器的控制信号输出端，其输出接脚通过充电电阻连接V/F变换器的电压信号输入端，V/F变换器的信号频率输出端用于连接所述数字处理器的信号输入端。
2.如权利要求1所述的A/D转换电路，其特征在于：所述多选一模拟开关的输出接脚与所述充电电阻之间连接有一缓冲放大器。
3.一种A/D转换方法，其特征在于：包括下列步骤：
a)、数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端发出控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与接地的输入接脚接通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率FGND并存入存储器；数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端发出另一控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与高精度基准电压源所连接的输入接脚接通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率Fref并存入存储器；
b)、数字处理器对多选一模拟开关的控制信号输入端再发出控制信号，控制多选一模拟开关的输出端与接收对应待测电压信号的一输入接脚连通，数字处理器计算此时输送进来的信号频率Fout并存入存储器；
c)、数字处理器调取存储器中的FGND、Fref、Fout以及预先存储在存储器中的高精度基准电压源的输出电压幅值Vref，计算多选一模拟开关该输入接脚的待测电压信号幅值Vi＝Vref(Fout-FGND)/(Fref-FGND)...(3)，并将该值存入存储器；
d)、数字处理器控制多选一模拟开关的输出接脚与接收对应待测电压信号的各输入接脚依次连通，按照步骤b)计算该输入接脚输送进来的信号频率并存入存储器，再按照步骤c)计算该输入接脚输送过来的待测信号电压幅值并存入存储器。
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