CN103713551A - 开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置，属于控制系统的输入采样技术领域。本发明的装置中设计了用作开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口的保护二极管D1、输入滤波电容C1和下拉电阻R1，以及开关量与频率量共用采样端口，即单片机输入端口，模拟电压量的采样端口，即单片机的AD采样端口，从而实现了在复用控制器输入端口的条件下对三类输入量的采样。本发明使应用该装置的控制器提高了通用性，并有利于减小控制板的尺寸、进而减小控制器的体积。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统的输入采样技术领域，具体涉及一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置。
背景技术
在工业控制、工程机械控制、汽车电子中存在大量的开关量、频率量、模拟电压量信号需要采集。一般来说，开关量主要由以下种类的输入产生，如行程开关、接近开关、压力继电器、过滤器堵塞报警信号、控制按钮(一般有紧急停止、手动/自动转换、电动机起动/停止等)、电接点压力表等。开关量的高电平一般为5-36VDC，低电平一般为0-2VDC。因此控制系统只需采集当前输入状态即可判断当前开关是否触发。频率量相比开关量而言，是快速变化的量，其变化的频率一般是几赫兹至几万频兹，因此控制系统采样时重点是高低电平的切换速率，通过两个电平之间的切换时间来测量频率量。频率量的应用十分广泛，在实际应用中主要有转速信号（如发动机转速信号、车轮转速信号、电机转速信号等）、流量信号（主要是蜗轮流量传感器输入信号）、编码器角度信号等。对于模拟电压量信号主要是指0-5VDC的电压量信号，主要为滑动电位器的输出、各类传感器的输出。
以上三种输入量基本代表了控制系统所要采集的输入量，目前对这三类输入量的单独采集的方法原理较成熟。但为实现控制器的通用性和减小控制器的体积，最好的方法是实现三种输入量的共用输入端口，输入哪种量，控制器就采集哪种输入量。但由于三种输入量的之间的差距较大，因此难以实现三种量的复合输入采样。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置，所述装置包括：保护二极管D1、滤波电容C1、下拉电阻R1、电平转换元件Q1、下拉电阻R3、限流电阻R2、上拉电阻R4，以及限流电阻R6；其中，
保护二极管D1的一端、滤波电容C1的一端，以及下拉电阻R1的一端三者与地线连接；保护二极管D1的另一端、滤波电容C1的另一端，以及下拉电阻R1的另一端三者连接在一起，且作为开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口；
所述下拉电阻R1的另一端分别与限流电阻R2以及限流电阻R6的一端连接；所述限流电阻R2的另一端与电平转换元件Q1的第一端连接；电平转换元件Q1的第二端与电源VCC连接；电平转换元件Q1的第三端与下拉电阻R3的一端连接，且连接至单片机的I/O口；所述下拉电阻R3的另一端与地线连接；所述限流电阻R6的一端还通过所述上拉电阻R4连接所述电源VCC；
所述限流电阻R6的另一端连接至单片机的模数转换端口AD口。
优选地，所述装置还包括电容C2，电容C2的一端与所述单片机的AD口连接，另一端与地线连接。
优选地，所述装置还包括下拉电阻R5，所述限流电阻R6的一端通过所述下拉电阻R5连接地线。
优选地，所述单片机的I/O口为具有输入捕捉功能的I/O口。
优选地，所述电平转换元件管Q1为PNP三极管。
（三）有益效果
本发明的装置中设计了用作开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口的保护二极管D1、输入滤波电容C1和下拉电阻R1，以及开关量与频率量共用采样端口，即单片机输入端口，模拟电压量的采样端口，即单片机的AD采样端口，从而实现了在复用控制器输入端口的条件下对三类输入量的采样。本发明使应用该装置的控制器提高了通用性，并有利于减小控制板的尺寸、进而减小控制器的体积。
附图说明
图1为本发明第一种实施例的装置结构图；
图2为本发明第二种实施例的装置结构图；
图3为本发明第三种实施例的装置结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置，所述装置包括：保护二极管D1、滤波电容C1、下拉电阻R1、电平转换元件Q1、下拉电阻R3、限流电阻R2、上拉电阻R4、以及限流电阻R6；其中，
保护二极管D1的一端、滤波电容C1的一端，以及下拉电阻R1的一端三者与地线连接；保护二极管D1的另一端、滤波电容C1的另一端，以及下拉电阻R1的另一端三者连接在一起，且作为开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口；保护二极管D1对于输入的非正常的高电压进行吸收释放，对电路实现保护；滤波电容C1滤除高频干扰；
所述下拉电阻R1的另一端分别与限流电阻R2以及限流电阻R6的一端连接；所述限流电阻R2的另一端与电平转换元件Q1的第一端连接；电平转换元件Q1的第二端与电源VCC连接；电平转换元件Q1的第三端与下拉电阻R3的一端连接，且连接至单片机的I/O口；所述下拉电阻R3的另一端与地线连接；所述限流电阻R6的一端还通过所述上拉电阻R4连接所述电源VCC；
所述限流电阻R6的另一端连接至单片机的模数转换端口AD口。
如图2所示，在第二种实施例中，在第一种实施例的基础上，所述装置还包括电容C2，电容C2的一端与所述单片机的AD口连接，另一端与地线连接。
如图3所示，在第三种实施例中，在第二种实施例的基础上，所述装置还包括下拉电阻R5，所述限流电阻R6的一端通过所述下拉电阻R5连接地线。
本发明实施例中，所述电平转换元件Q1为PNP三极管，图1～图3中电平转换元件Q1的端口1为基极，端口2为发射极，端口3为集电极。
下面以第三种实施例说明本发明的工作原理。
（1）开关量输入模式。开关信号从端口进入后，经保护二极管D1、输入滤波电容C1、下拉电阻R1后，一部分经限流电阻R2进入电平转换元件Q1，使电平符合单片机输入电平要求。当输入的开关量为高电平时，经电平转换元件Q1转换后成为低电平；当开关量为低电平时，经电平转换元件Q1转换后为高电平。转换后的电平在下拉电阻R3的作用下，进入单片机的I/O口，通过单片机内部程序实现对开关量的采样。
（2）频率量输入模式。频率信号从端口进入后，经保护二极管D1、输入滤波电容C1、下拉电阻R1后，一部分经限流电阻R2进入电平转换元件Q1，使电平符合单片机输入电平要求。当输入的开关量为高电平时，经电平转换元件Q1转换后成为低电平；当开关量为低电平时，经电平转换元件Q1转换后为高电平。转换后的电平在下拉电阻R3的作用下，进入单片机的I/O口，通过单片机内部程序实现对频率量的采样。由于开关量采样与频率量采样共用单片机的I/O口，因此选用的I/O口一定要能够兼容开关量与频率量的采样，可以利用具有输入捕捉功能的I/O口。
（3）模拟电压量输入模式。模拟电压信号从端口进入后，经保护二极管D1、输入滤波电容C1、下拉电阻R1后，一部分经限流电阻R6进入单片机的AD转换端口，通过单片机内部程序实现对模拟电压量的采样。电容C2的作用是对信号进行滤波，与电阻R6组成阻容滤波器。当输入端口浮置时，上拉电阻R4、下拉电阻R5，起到提供固定值的模拟量的作用。
由以上实施例可以看出，本发明的装置中设计了用作开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口的保护二极管D1、输入滤波电容C1和下拉电阻R1，以及开关量与频率量共用采样端口，即单片机输入端口，模拟电压量的采样端口，即单片机的AD采样端口，从而实现了在复用控制器输入端口的条件下对三类输入量的采样。本发明使应用该装置的控制器提高了通用性，并有利于减小控制板的尺寸、进而减小控制器的体积。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种开关量、频率量以及模拟电压量复用输入端口的采样装置，其特征在于，所述装置包括：保护二极管D1、滤波电容C1、下拉电阻R1、电平转换元件Q1、下拉电阻R3、限流电阻R2、上拉电阻R4，以及限流电阻R6；其中，
保护二极管D1的一端、滤波电容C1的一端，以及下拉电阻R1的一端三者与地线连接；保护二极管D1的另一端、滤波电容C1的另一端，以及下拉电阻R1的另一端三者连接在一起，且作为开关量、频率量和模拟电压量的共用输入端口；
所述下拉电阻R1的另一端分别与限流电阻R2以及限流电阻R6的一端连接；所述限流电阻R2的另一端与电平转换元件Q1的第一端连接；电平转换元件Q1的第二端与电源VCC连接；电平转换元件Q1的第三端与下拉电阻R3的一端连接，且连接至单片机的I/O口；所述下拉电阻R3的另一端与地线连接；所述限流电阻R6的一端还通过所述上拉电阻R4连接所述电源VCC；
所述限流电阻R6的另一端连接至单片机的模数转换端口AD口。
2.如权利要求1所述的采样装置，其特征在于，所述装置还包括电容C2，电容C2的一端与所述单片机的AD口连接，另一端与地线连接。
3.如权利要求1所述的采样装置，其特征在于，所述装置还包括下拉电阻R5，所述限流电阻R6的一端通过所述下拉电阻R5连接地线。
4.如权利要求1所述的采样装置，其特征在于，所述单片机的I/O口为具有输入捕捉功能的I/O口。
5.如权利要求1～4中任一项所述的采样装置，其特征在于，所述电平转换元件管Q1为PNP三极管。
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