CN104833843B - 一种自适应单端口三态电压信号采集器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自适应单端口三态电压信号采集器，包括一个正向开关、一个反向开关、电压跟随器和负反馈放大器，所述正向开关和反向开关均为开关二极管，正向开关的正极和反向开关的负极为信号输入端，接输入电压信号，正向开关的负极和反向开关的正极为信号输出端；电压跟随器的输入接正向开关的输出端，负反馈放大器的输入接反向开关的输出端。本发明能够自动识别输入信号的三种电压状态，简化了电路，提高了采集器的可靠性，节约了有限资源。

Description

一种自适应单端口三态电压信号采集器
技术领域
本发明属于信号采集技术，涉及一种单端口携带三种状态电压信号的自适应采集电路。
背景技术
单端口三态电压是指一个信号端口上有正电压、零电压与负电压三种状态电压信号，一般出现在机载摄像机，机载伺服舵机等测控端口中。如此状态的信号监测，公知的方法是：采用A/D转换器实现，即三态电压信号经过一个信号调理电路，变为适合A/D转换器输入电压范围的信号，再由一个微处理器控制A/D转换器，把电压转换为数字信号。当输入信号的电压具有连续线性变化趋势时，用此方法可行；当输入信号仅仅是三种电压状态，中间没有任何线性变化时，用此方法，则存在硬件电路复杂及数据存储资源浪费现象。
以机载摄像机为例，要对摄像机的焦距工作状态(长焦状态：+6V，停止变焦：0V，短焦状态：－6V)进行采集，需要1个信号调理电路和1片A/D转换器，若选用1个8位A/D转换器采集状态，至少需要8bit数据即1个字节的数据存储单元，这样，若对机载摄像机除焦距之外的镜头和光圈工作状态进行采集，就需要增加2个调理电路，和3个模拟开关，A/D转换后的状态数据，必须占用3个字节的存储单元，显然，要实现机载摄像机状态监测，不仅要增加硬件电路元件数量，降低可靠性，还要占用无线电数据链的机载数据传输带宽，大大浪费了有限资源。
发明内容
为了克服现有状态采集器硬件电路复杂、状态采集受控及存储资源浪费的不足，本发明提供一种自适应单端口三态电压采集器，即无需控制，自动识别一个端口三种状态电压并转换成二进制状态数据，既能简化采集器硬件电路，提高采集器可靠性，又可节约数据存储资源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括三态电压自适应选择器、同相电平转换器与反相电平转换器。
所述三态电压自适应选择器包括一个正向开关和一个反向开关，所述正向开关和反向开关均为开关二极管，正向开关的正极和反向开关的负极为信号输入端，接输入电压信号，正向开关的负极和反向开关的正极为信号输出端；所述同相电平转换器为电压跟随器，电压跟随器的输入接正向开关的输出端；所述反相电平转换器为负反馈放大器，负反馈放大器的输入接反向开关的输出端。
本发明的有益效果是：由于采用了三态电压自适应选择器，能够自动识别输入信号的三种电压状态；由于采用了同相/反相电平转换器，使单端口三种电压转换成2bit二进制数值状态，去除了公知采集器中的A/D转换器，简化了电路，提高了采集器的可靠性，节约了有限资源。本发明克服了公知采集器电路复杂，存储资源浪费的不足，取得了无需微处理器控制，无需A/D转换器即可实现单端口三种电压状态的自适应采集，仅用2bit二进制数值即可表示三种状态的效果。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图中，1-输入状态电压，2-正向开关，3-反向开关，4-同相电平转换器，5-反相电平转换器，6-第1位状态输出，7-第2位状态输出；
图2是状态采集器电路组成图；
图中，R1－电阻10K，R2－电阻100K，R3－电阻11K，R4－电阻10K，N1－双边电源线性运算放大器，N2－双边电源线性运算放大器，Vi－输入电压，Vi1－二极管V1的输出电压，Vi2－二极管V2的输出电压，Vo1－第1位输出状态，Vo2－第2位输出状态；
图3是输入/输出波形关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明包括三态电压自适应选择器、同相电平转换电路与反相电平转换电路。
所述三态电压自适应选择器包括1个正向开关和1个反向开关。
所述正向开关为公知的开关二极管。二极管正向输入端接输入电压信号，负向为输出，输入正电压导通，输入零电压和负电压截止；
所述反向开关为公知的开关二极管。二极管反向输入端接输入电压信号，正向为输出，输入正电压和零电压截止，输入负电压导通。
所述同相电平转换电路为公知的电压跟随器。电压跟随器的输入接正向开关的输出端。
所述反相电平转换电路为公知的负反馈放大器。负反馈放大器输入接反向开关的输出端。
参照图1，本发明的实施例包括三态电压自适应选择器2，三态电压自适应选择器3，同相电平转换电路4，反相电平转换电路5；
所述的三态电压自适应选择器2接同相电平转换电路4的输入端；所述三态电压自适应选择器3接反相电平转换电路5的输入端；
参照图2，状态采集器中，输入的三态电压信号Vi同时连接二极管V1的正极与V2的负极。其中，V1的负极连接电阻R1一端，电阻R1的另一端接入运算放大器N1的同相输入端，电阻R2一端连接N1同相输入端，另一端接地，运算放大器N1的反相输入端与其自身的输出端短接，最后输出Vo1；V2的正极连接电阻R3的一端，R3的另一端与运算放大器N2的反相端连接，N2的同相端接地，R4为反馈电阻，跨接在N2的反相输入端与输出端之间，最后输出Vo2。
这里，
其中，V1导通时，Vi1＝Vi－0.7V，V1截止时，Vi1＝0V
V2导通时，Vi1＝Vi+0.7V，V2截止时，Vi1＝0V
由此可得：
三态电压(例如：专利ZL201220147124.9中的焦距状态电压)信号进入采集器后，若电压为+6V，二极管V1导通，V2截止，此时Vi1＝5.3V，Vo1≈4.8V，输出高电平“H”，二进制状态为“1”；而Vi2＝0V，Vo2＝0V，输出低电平“L”，二进制状态为“0”；
若电压为0V，二极管V1、V2截止，此时：Vi1＝0V，Vo1＝0V，输出低电平“L”，二进制状态为“0”；而Vi2＝0V，Vo2＝0V，输出低电平“L”，二进制状态为“0”；
若输入电压为－6V，二极管V1截止，V2导通，此时Vi1＝0V，Vo1＝0V，输出低电平“L”，二进制状态为“0”；而Vi2＝－5.3V，Vo2≈4.8V，输出高电平“H”，二进制状态为“1”。
这样，当输入信号的电压状态依次为+6V、0V和－6V时，通过本发明的自适应采集器可得到二进制“10”、“00”和“01”的三种状态，仅占2bit数据缓冲区，且两个状态顺序可自行调整，同时还可通过调整图2中的R2，R4的电阻值改变输出电压大小，以适应不同接口标准的电平值。
本发明的输入、输出波形如图3所示。
本发明的输入、输出状态真值如下表所示：

Claims (1)

1.一种自适应单端口三态电压信号采集器，包括三态电压自适应选择器、同相电平转换器与反相电平转换器，其特征在于：所述三态电压自适应选择器包括一个正向开关和一个反向开关，所述正向开关和反向开关均为开关二极管，正向开关的正极和反向开关的负极为信号输入端，接输入电压信号，正向开关的负极和反向开关的正极为信号输出端；所述同相电平转换器为电压跟随器，电压跟随器的输入接正向开关的输出端；所述反相电平转换器为负反馈放大器，负反馈放大器的输入接反向开关的输出端；三态电压信号采集器中，输入电压信号Vi同时连接二极管V1的正极与V2的负极；其中，V1的负极连接电阻R1一端，电阻R1的另一端接入运算放大器N1的同相输入端，电阻R2一端连接N1同相输入端，另一端接地，运算放大器N1的反相输入端与其自身的输出端短接，最后输出Vo1；V2的正极连接电阻R3的一端，R3的另一端与运算放大器N2的反相输入端连接，N2的同相输入端接地，R4为反馈电阻，跨接在N2的反相输入端与输出端之间，最后输出Vo2。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4139820A (en) * 1976-05-17 1979-02-13 Latviisky Gosudarstvenny Universitet Imeni P. Stuchki A.C. and D.C. voltage polarity indicator utilizing electrochromic cells
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