CN103684405A - 一种离散信号采集接口 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种离散信号采集接口，由信号调理电路1，输入信号选择电路2，采集选择电路3，第一采集电路4，第二采集电路5，双通道A/D转换器电路6，控制器电路7组成。本发明一种新型离散信号采集接口设计了两种标准采集电路，控制器通过配置信息选择其中的一种采集电路进行信号采集，使采集电路可以适用于两种标准。采用A/D转换器代替传统的比较器进行采集，解决了以往用比较器进行采集时，比较阈值设置复杂、可选阈值少所带来的采集电路不能覆盖采集所有开关量类型的局限性。
Description
技术领域
本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种离散信号采集接口。
背景技术
离散量信号是机载设备通讯中常用的一种信号，又称为开关量信号，传输类型主要包括28V/地、28V/悬空、5V/地、地/悬空等。目前，机载上离散量信号的采集标准主要有两个：民航上的ARINC717(飞行数据采集和记录系统)标准和GJB2355-95(机载计算机模块设计要求)国内军用标准。
传统的离散信号采集接口电路主要有两种：(1)根据需求要采集的离散量接口类型，设计专用类型的采集接口，如图1所示，这种专用的采集电路优点是采集电路简单，采集稳定可靠，不易受到干扰；缺点是当前端信号类型发生变化或需求方要求采集电路所适用的标准发生变化后，需要对电路做相应的修改才能正确的采集信号，且每一路开关量通道占用的印制板面积大，不利于集成化。(2)采用可配置的方式进行采集，即预先将前端要采集的接口类型作为配置信息写入控制器存储起来，然后设计一种通用的采集电路按照配置信息进行各种类型离散量信号的采集，如图2所示，这种采集方式的优点是采集电路接口简单，可以通过配置信息设置采集电路状态来适用于不同的离散量类型采集，比较灵活；缺点是电路设置比较阈值复杂，能设置的比较阈值数量少，因此采集电路只能覆盖部分离散量类型的采集，并且设计上只有部分离散量类型的采集可以符合标准。
发明内容
发明目的：提供一种离散信号采集接口，既能够继承传统离散量采集电路可配置的优点，并能够解决传统离散量采集接口电路采集离散量类型少、不完全覆盖标准的缺陷。
技术方案：一种离散信号采集接口，由信号调理电路1，输入信号选择电路2，采集选择电路3，第一采集电路4，第二采集电路5，双通道A/D转换器电路6，控制器电路7组成，其中，所述的信号调理电路1连接至通道选择电路2，信号选择电路2输出端连接至采集模式选择电路3，采集模式选择电路3输出端分别连接至第一采集电路4和第二采集电路5上，第一采集电路4和第二采集电路5的输出分别连接至双通道A/D转换器电路6上，双通道A/D转换器电路6的数字输出接口、控制信号连接到控制器电路7的数据总线上，由控制器电路7设置输入信号选择电路2的采集通道并选择采集选择电路3的采集模式。
输入信号选择电路2是一个多选一耐高压模拟开关D1，D1的使能端和通道选择端连接至控制器电路7，D1的输出端连接至采集选择电路3的输入端，采集选择电路3是一个二选一耐高压模拟开关D2，D2有两个输出端，分别连接至第一采集电路4和第二采集电路5上的输入端，D2的使能端和通道选择端连接至控制器电路7。
采集选择电路3的输入端为一根线，连接输入信号选择电路2，输出端为两根线，分别连接着第一采集电路4和第二采集电路5两种采集电路。
第一采集电路4由隔离二极管V2，电阻R2和电阻R3组成，隔离二极管V2的负端连接2选1耐高压模拟开关D2的第一路输出，V2的正端连接电阻R2和R3的公共端，R2的另外一端连接电源+15V，R3的另外一端接地；第二采集电路5由稳压管V1和电阻R4组成，稳压管V1的负端连接二选一耐高压模拟开关D2的第二路输出，V1的正端接地，电阻R4一端连接V1的负端，另外一端接地。
双通道A/D转换器电路6由一个双通道A/D转换器AD1构成，对调理后的开关量信号进行电压采集，AD1的两路模拟输入接口连接至第一采集电路4和第二采集电路5的输出，AD1的数字输出接口连接到控制器电路7的数据总线上，AD1的控制信号连接至控制器电路7的I/O端口上。
控制器电路7包括微控制器D3，D3实现配置信息的存储，设置多选一耐高压模拟开关D1及二选一耐高压模拟开关D2、设置双通道A/D转换器AD1以及读取双通道A/D转换器AD1转换的数字量的功能。
有益效果：本发明一种新型离散信号采集接口设计了两种标准采集电路，控制器通过配置信息选择其中的一种采集电路进行信号采集，使采集电路可以适用于两种标准。采用A/D转换器代替传统的比较器进行采集，解决了以往用比较器进行采集时，比较阈值设置复杂、可选阈值少所带来的采集电路不能覆盖采集所有开关量类型的局限性。
附图说明
图1为传统型的固定电路采集离散量电路图;
图2为传统型可配置离散量采集电路电路图;
图3为本发明实施方式的电路原理框图；
图4为本发明实施方式的电路图；
图5为通过第一采集电路4采集时的等效示意图；
图6为通过第二采集电路5采集时的等效示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述，参阅图3至图6。
参阅图3至图6，一种离散信号采集接口，由信号调理电路1，输入信号选择电路2，采集选择电路3，第一采集电路4，第二采集电路5，双通道A/D转换器电路6，控制器电路7组成，其中，所述的信号调理电路1连接至通道选择电路2，信号选择电路2输出端连接至采集模式选择电路3，采集模式选择电路3输出端分别连接至第一采集电路4和第二采集电路5上，第一采集电路4和第二采集电路5的输出分别连接至双通道A/D转换器电路6上，双通道A/D转换器电路6的数字输出接口、控制信号连接到控制器电路7的数据总线上，由控制器电路7设置输入信号选择电路2的采集通道并选择采集选择电路3的采集模式。
输入信号选择电路2是一个多选一耐高压模拟开关D1，D1的使能端和通道选择端连接至控制器电路7，D1的输出端连接至采集选择电路3的输入端，采集选择电路3是一个二选一耐高压模拟开关D2，D2有两个输出端，分别连接至第一采集电路4和第二采集电路5上的输入端，D2的使能端和通道选择端连接至控制器电路7。
采集选择电路3的输入端为一根线，连接输入信号选择电路2，输出端为两根线，分别连接着第一采集电路4和第二采集电路5两种采集电路。
第一采集电路4由隔离二极管V2，电阻R2和电阻R3组成，隔离二极管V2的负端连接2选1耐高压模拟开关D2的第一路输出，V2的正端连接电阻R2和R3的公共端，R2的另外一端连接电源+15V，R3的另外一端接地；第二采集电路5由稳压管V1和电阻R4组成，稳压管V1的负端连接二选一耐高压模拟开关D2的第二路输出，V1的正端接地，电阻R4一端连接V1的负端，另外一端接地。
双通道A/D转换器电路6由一个双通道A/D转换器AD1构成，对调理后的开关量信号进行电压采集，AD1的两路模拟输入接口连接至第一采集电路4和第二采集电路5的输出，AD1的数字输出接口连接到控制器电路7的数据总线上，AD1的控制信号连接至控制器电路7的I/O端口上。
控制器电路7包括微控制器D3，D3实现配置信息的存储，设置多选一耐高压模拟开关D1及二选一耐高压模拟开关D2、设置双通道A/D转换器AD1以及读取双通道A/D转换器AD1转换的数字量的功能。
工作过程如下：
离散量输入信号经过信号调理电路1进行信号的滤波处理，控制器电路7根据存储在其内部的配置信息设置输入信号选择电路2选中将要被采集的离散量信号，输入信号选择电路2的输出端连接至采集选择电路3的输入端，采集选择电路3的两个输出端分别连接到第一采集电路4和第二采集电路5上，采集选择电路3根据控制器电路7的设置来决定是将信号选择电路2的输入连接到选择第一采集电路4还是选择第二采集电路5来进行信号的处理，第一采集电路4和第二采集电路5的输出电压分别连接到双通道A/D转换器电路6的两个信号输入端，通过双通道A/D转换器电路6进行电压的数字量转换。控制器电路7用于存储配置信息、控制输入信号选择电路2、控制采集选择电路3和读取A/D转换器电路6中的数据。
参阅图4：
信号调理电路1是一个低通滤波器，由电阻R1和电容C1组成，可以滤除总线上的高频干扰。
离散量输入信号经过信号调理电路1滤波后连接至输入信号选择电路2的输入端，输入信号选择电路2是一个多选一的耐高压模拟开关D1，用于实现从前端的多通道开关量输入信号中选择一路进行输出，D1的使能端和通道选择端连接至控制器电路7，接受控制器电路7的控制。
D1的输出端连接至采集选择电路3的输入端，采集选择电路3是一个二选一的模拟开关D2，D2有两个输出端，分别连接至第一采集电路4和第二采集电路5上的输入端，D2的使能端和通道选择端连接至控制器电路7，接受控制器电路7的控制。
第一采集电路4由隔离二极管V2，电阻R2和电阻R3组成，二极管V2的负端连接模拟开关D2的第一路输出，V2的正端连接电阻R2和R3的公共端，R2的另外一端连接电源+15V，R3的另外一端接地。
第二采集电路5由稳压管V1和电阻R4组成，稳压管V1的负端连接模拟开关D2的第二路输出，V1的正端接地，V1用于过压保护，保护后端的双通道A/D转换器电路6。电阻R4一端连接V1的负端，另外一端接地，用于对输入的开关量信号进行分压处理。
双通道A/D转换器电路6主要由一个双通道A/D转换器AD1构成，主要功能是对调理后的开关量信号进行电压采集。AD1的两路模拟输入接口连接至第一采集电路4和第二采集电路5的输出，AD1的数字输出接口连接到控制器电路7的数据总线上，AD1的控制信号连接至控制器电路7的I/O端口上。
控制器电路7主要由微控制器D3组成，D3主要实现配置信息的存储，设置控制模拟开关D1、设置模拟开关D2、设置AD转换器AD1以及读取AD1转换的数字量的功能。
当第n通道离散量输入信号的类型为：
(1).地/悬空
控制器电路7设置模拟开关D1选通第n通道，设置模拟开关D2，使输入信号连接到第一采集电路4，这时整个采集电路可以等效为图5所示，当R1取值150kΩ、R2取值150kΩ、R3取值300kΩ，V2选择1N4148时，不同离散量输入信号下双通道A/D转换器的通道1输入端所采集到的电压值如下：
| 序号 | 离散量输入信号 | A/D转换器输入通道1电压(阈值) |
| 1 | 0V | 6.2V |
| 2 | 3V | 7.4V |
| 3 | 3.5V | 7.6V |
| 4 | 7V | 9.0V |
| 5 | 悬空 | 10V |
| 6 | 接口阻抗1000kΩ | 9.2V |
按照ARINC717的要求，可以将阈值设置为7.4V和9V(对应3V和7V输入信号)来识别离散量状态；按照GJB2355-95的要求，可以将阈值设置为7.6V和9.2V(对应3.5V输入信号和1000kΩ输入阻抗)来识别离散量状态。
(2).28V/地：
控制器电路7设置模拟开关D1选通第n通道，设置模拟开关D2，使输入信号连接到第二采集电路5，离散量输入信号被第二采集电路5中的R4下拉分压。这时整个采集电路可以等效为图6所示，当R4取值150kΩ、V1选择稳压值为10V稳压管时。不同离散量输入信号下双通道A/D转换器通道2输入端所采集到的电压值如下：
| 序号 | 离散量输入信号 | A/D转换器通道2输入电压(阈值) |
| 1 | 0V | 0V |
| 2 | 0.8V | 0.4V |
| 3 | 2V | 1.0V |
| 4 | 3V | 1.5V |
| 5 | 3.5V | 1.75V |
| 6 | 7V | 3.5V |
| 7 | 7.5V | 3.75V |
| 8 | 17V | 8.5V |
| 9 | 18V | 9.0V |
| 10 | 悬空 | 0V |
按照ARINC717的要求，可以将阈值设置为1.5V和3.5V（对应3V和7V输入信号）来识别开关状态；按照GJB2355-95的要求，可以将阈值设置为1.75V和9V(对应3.5V和18V输入信号)来识别开关状态。
(3).28V/悬空：
与28V/地信号的采集方式相同。
(4).悬空/28V：
与28V/悬空信号的采集方式相同，只是判断的有效性相反而已。
(5).5V/地：
等效电路图如图6，控制器电路7设置模拟开关D1选通第n通道，设置模拟开关D2，使输入信号连接到第二采集电路5，离散量输入信号被第二采集电路5中的R4下拉分压。不同输入信号下A/D转换器通道2输入端所采集到的电压值可以参考28V/地类型章节对应表格，按照GJB2355-95的要求，可以使用0.4V和1.0V的阈值(对应0.8V和2V的输入信号)作为识别阈值。
(6).15V/地：
等效电路图如图6，控制器电路7设置模拟开关D1选通第n通道，设置模拟开关D2，使输入信号连接到第二采集电路5，离散量输入信号被第二采集电路5中的R4下拉分压。不同输入信号下A/D转换器通道2输入端所采集到的电压值可以参考28V/地类型章节对应表格，按照GJB2355-95的要求，可以使用1.75V和3.75V/8.5V阈值(对应3.5V和7.5V/17V输入信号)作为识别阈值。
Claims (6)
1.一种离散信号采集接口，其特征在于：由信号调理电路[1]，输入信号选择电路[2]，采集选择电路[3]，第一采集电路[4]，第二采集电路[5]，双通道A/D转换器电路[6]，控制器电路[7]组成，其中，所述的信号调理电路[1]连接至通道选择电路[2]，信号选择电路[2]输出端连接至采集模式选择电路[3]，采集模式选择电路[3]输出端分别连接至第一采集电路[4]和第二采集电路[5]上，第一采集电路[4]和第二采集电路[5]的输出分别连接至双通道A/D转换器电路[6]上，双通道A/D转换器电路[6]的数字输出接口、控制信号连接到控制器电路[7]的数据总线上，由控制器电路[7]设置输入信号选择电路[2]的采集通道并选择采集选择电路[3]的采集模式。
2.根据权利要求1所述的一种离散量信号采集接口，其特征在于：输入信号选择电路[2]是一个多选一耐高压模拟开关D1，D1的使能端和通道选择端连接至控制器电路[7]，D1的输出端连接至采集选择电路[3]的输入端，采集选择电路[3]是一个二选一耐高压模拟开关D2，D2有两个输出端，分别连接至第一采集电路[4]和第二采集电路[5]上的输入端，D2的使能端和通道选择端连接至控制器电路[7]。
3.根据权利要求1所述的一种离散量信号采集接口，其特征在于：采集选择电路[3]的输入端为一根线，连接输入信号选择电路[2]，输出端为两根线，分别连接着第一采集电路[4]和第二采集电路[5]两种采集电路。
4.根据权利要求1所述的一种离散信号采集接口，其特征在于：第一采集电路[4]由隔离二极管V2，电阻R2和电阻R3组成，隔离二极管V2的负端连接2选1耐高压模拟开关D2的第一路输出，V2的正端连接电阻R2和R3的公共端，R2的另外一端连接电源+15V，R3的另外一端接地；第二采集电路[5]由稳压管V1和电阻R4组成，稳压管V1的负端连接二选一耐高压模拟开关D2的第二路输出，V1的正端接地，电阻R4一端连接V1的负端，另外一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种离散信号采集接口，其特征在于：双通道A/D转换器电路[6]由一个双通道A/D转换器AD1构成，对调理后的开关量信号进行电压采集，AD1的两路模拟输入接口连接至第一采集电路[4]和第二采集电路[5]的输出，AD1的数字输出接口连接到控制器电路[7]的数据总线上，AD1的控制信号连接至控制器电路[7]的I/O端口上。
6.根据权利要求1所述的一种离散信号采集接口，其特征在于：控制器电路[7]包括微控制器D3，D3实现配置信息的存储，设置多选一耐高压模拟开关D1及二选一耐高压模拟开关D2、设置双通道A/D转换器AD1以及读取双通道A/D转换器AD1转换的数字量的功能。
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