CN105301995A - 模拟信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟信号采集电路，通过模拟多路分配器可以将信号采集端子与不同的信号处理电路连接，从而根据信号采集端子采集的信号类型将模拟信号分配到不同的信号处理电路处理，进而通过模拟多路选择器将对应的信号处理电路输出的模拟信号选通输出到微控制单元。由此，不需要设置多个信号采集端子即可支持多个不同类型的模拟信号的采集。

Description

模拟信号采集电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术，具体涉及一种模拟信号采集电路。

背景技术

在机电系统的设计中，控制电路通常需要采集多种电路参量或环境参量以实现对于系统控制，这些参量包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等环境参量传感器检测的信号，也包括系统内部电路的电压、电流等参量。主机控制器需要将这些模拟信号采集，并进而转换为数字信号进行进一步的处理。而不同型号的机电系统需要采集的参数的数量和种类各有不同，例如，在空调机组中，主机控制器需要进行感温包检测、PT100温度传感器检测、0-10V电压信号检测、4-20mA电流信号检测，而不同的空调机组会具有不同的检测项目。如果针对不同的机组设计不同的模拟信号采集电路会增加设计负担，提高成本。如果将所有类型的模拟信号采集电路均设置在系统控制电路板上，则会大大增加系统控制电路板的面积，不利于小型化；而且控制电路中的微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)无法提供对应数量的输入/输出端口支持所有类型的模拟信号采集电路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种模拟信号采集电路，可以在不增加微控制单元输入/输出端口的前提下，支持多个不同类型的模拟信号的采集。

第一方面，提供一种模拟信号采集电路，包括：

至少一个第一模拟多路分配器，输入端与模拟信号采集端子连接；

多个信号处理电路，分别与所述第一模拟多路开关的多个输出端连接，用于对不同类型的模拟信号进行预处理；

至少一个模拟多路选择器，具有分别与所述多个信号处理电路的输出端连接的多个输入端，并输出采集到的第一模拟信号；

其中，所述第一模拟多路分配器和所述模拟多路选择器具有用于配置导通通道的至少一个地址端。

优选地，所述多个信号处理电路包括分压电路，所述分压电路包括：

第一电阻和第二电阻，串联连接在第一模拟多路分配器的第一输出端和接地端之间；

其中，所述分压电路的输出端为第一电阻和第二电阻的连接端。

优选地，所述多个信号处理电路包括：

电流电压转换电路，用于将所述第一模拟多路分配器的第二输出端输出的电流信号转换为电压信号。

优选地，所述第一模拟多路分配器采用双向导通的模拟多路开关。

优选地，所述多个信号处理电路包括电阻检测电路，所述电阻检测电路包括：

第三电阻，连接在上拉电压端和所述第一模拟多路分配器的第三输出端之间；

其中，所述电阻检测电路的输出端与所述第一模拟多路分配器的第三输出端连接。

优选地，所述模拟信号采集电路还包括：

至少一个第二模拟多路分配器，输入端与所述第一模拟多路分配器的输入端连接，地址端与所述第一模拟多路分配器的对应地址端连接，第三输出端用于输出第二模拟信号。

优选地，所述第一模拟多路分配器和所述第二模拟多路分配器集成于同一集成电路芯片中。

优选地，所述模拟信号采集电路包括多个模拟多路选择器，所述多个模拟多路选择器对应的地址端相互连接；

所述模拟信号采集电路还包括：

控制器，与所述多个模拟多路选择器的地址端连接，用于输出模拟多路选择器的选通信号；

其中，每个模拟多路选择器用于根据所述选通信号受控地依次选通每个通道。

优选地，所述控制器还与所述第一模拟多路分配器的地址端连接，用于输出第一模拟多路分配器的选通信号。

通过模拟多路分配器可以将信号采集端子与不同的信号处理电路连接，从而根据信号采集端子采集的信号类型将模拟信号分配到不同的信号处理电路处理，进而通过模拟多路选择器将对应的信号处理电路输出的模拟信号选通输出到微控制单元，由此，不需要设置多个信号采集端子即可支持多个不同类型的模拟信号的采集。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明第一实施例的模拟信号采集电路的电路示意图；

图2是本发明第二实施例的模拟信号采集电路的电路示意图；

图3是本发明第三实施例的模拟信号采集电路的电路示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明第一实施例的模拟信号采集电路的电路示意图。如图1所示，模拟信号采集电路包括一个第一模拟多路分配器11、多个信号处理电路12a-c以及一个模拟多路选择器13。

模拟多路分配器(AnalogDemultiplexer)是根据输入选通信号的不同状态，把输入模拟信号送到指定输出端的电路。在本实施例中，第一模拟多路分配器11具有一个输入端S和四个输出端D1-D4，同时具有一个使能端En和两个地址端A0-A1。地址段A0-A1输入选通信号使得对应的通道被导通。使能端En可以控制模拟多路分配器工作或不工作。应理解，以上数量仅为解释说明目的，本发明可以适用输出端数量更多或更少的模拟多路分配器。

同时，模拟多路选择器(AnalogMultiplexer)是根据输入选通信号的不同状态，把将多路输入模拟信号中指定的一个输出到输出端的电路。在本实施例中，模拟多路选择器13具有四个输入端S1-S4和一个输出端D，同时具有个使能端En和两个地址端A0-A1。地址段A0-A1输入选通信号使得对应的通道被导通。使能端En可以控制模拟多路分配器工作或不工作。应理解，以上数量仅为解释说明目的，本发明可以适用输出端数量更多或更少的模拟多路选择器。

第一模拟多路分配器11的输入端与模拟信号采集端子连接，同时，输出端分别与对应的信号处理电路12a-12c连接。在本实施例中，仅有三种类型的模拟信号进行采集，因此，第一模拟多路分配器11的输出端仅使用三路，输出端D4悬空。

信号处理电路12a-12c用于对不同类型的模拟信号进行预处理，以输出适于后级模/数转换器处理的模拟信号。

具体地，第一输出端D1连接的通道用于采集电压信号，在此前提下，第一输出端D1连接的信号处理电路12a为分压电路，其包括第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1和第二电阻R2串联连接在第一输出端D1和接地端之间，从第一电阻R1和第二电阻R2的连接端输出经过分压的电压。由此，可以对较高的电压进行分压处理后在输出到模/数转换器处理。

同时，第二输出端D2连接的通道用于采集电流信号，在此前提下，第二输出端D2连接的信号处理电路12b为电流电压转换电路，其用于将第二输出端D2输出的电流信号转换为电压信号。在本实施例中，电流电压转换电路为连接在输出端D2与接地端之间的电阻Rz。输出端D2输出的电流流过电阻Rz产生电压信号，该电压信号可以表征输入的电流，并被传输到模/数转换器处理。

同时，第三输出端D3连接的通道用于采集温度信号。部分温度传感器，例如PT100温度传感器，随温度变化具有不同的阻值，通过将其阻值的变换转换为电压变化即可实现对于温度的检测。与第三输入端D3连接的信号处理电路12c为电阻检测电路。在本实施例中，为了实现对于阻值的检测，需要第一模拟多路选择器11为双向导通的多路选择器，即其电压/电流信号可以从输入端传递到输出端，也可以从输出端传递到输入端，这可以通过双向导通的模拟多路开关实现。

电阻检测电路包括第三电阻R3，其连接在上拉电压端Vcc和输出端D3之间。在第三输出端D3和输入端S选通连接的情况下，由于采集端子连接到温度传感器，因此，第三输出端D3处的电压为上拉电压端Vcc的电压经过第三电阻R3和温度传感器的电阻分压后的电压，其可以表征温度传感器阻值的大小。因此，输出端D3处的电压输出到模/数转换器即可实现对于温度信号的采集。

模拟多路选择器的输入端D1-D3分别与信号处理电路12a-12c的输出端连接，并根据地址端的选通信号将对应通道的信号作为第一模拟信号输出到后级模/数转换器。

第一模拟多路分配器和模拟多路选择器的地址端可以由微控制单元或通过可选高低电平的拨码开关进行预先设置。设置完成后，模拟信号采集电路可以采集一路对应类型的模拟信号。根据设置的不同，模拟信号采集电路会被形成具有S->D1->S1->D路径的电压信号采集电路，或具有S->D2->S2->D路径的电流信号采集电路，或具有S->D3->S3->D的温度信号采集电路。

由此，通过模拟多路分配器可以将信号采集端子与不同的信号处理电路连接，从而根据信号采集端子采集的信号类型将模拟信号分配到不同的信号处理电路处理，进而通过模拟多路选择器将对应的信号处理电路输出的模拟信号选通输出到微控制单元，由此，不需要设置多个信号采集端子即可支持多个不同类型的模拟信号的采集。

优选地，还可以在模拟信号采集电路中设置第二模拟多路分配器14。第二模拟多路分配器14的输入端与第一模拟多路分配器11的输入端连接，其地址端与第一模拟多路分配器11的对应地址端连接，也即，地址端A0与第一模拟多路分配器11的地址端A0连接，地址端A1与第一模拟多路分配器11的地址端A1连接，由此，第二模拟多路分配器14和第一模拟多路分配器11的选通情况相同。同时，第二模拟多路分配器14的输出端D3(第三输出端)与模/数转换器连接，输出第二模拟信号。由于地址端相互连接，因此第二模拟多路分配器14和第一模拟多路分配器具有相同的选通情况。而由于输入端相互连接，因此，在模拟信号采集电路被配置为采集温度信号时，第二模拟多路分配器14的第三输出端D3的信号与第一模拟多路分配器11的输出端D3处的信号相同，因此，送入后级两个模/数转换器的信号也基本相同。由此，可以两路同时采集温度信号并并行进行模/数转换，以提供更加精确的温度信号采集。

在本实施例中，第一模拟多路分配器和第二模拟多路分配器以及模拟多路选择器可以由双向导通的模拟多路开关实现。同时，现有的模拟多路开关集成电路芯片通常集成两个四选一模拟开关，因此，可以利用一个集成电路芯片实现第一模拟多路分配器和第二模拟多路分配器。

图2是本发明第二实施例的模拟信号采集电路的电路示意图。如图2所示，模拟信号采集电路包括两个第一模拟多路分配器21a和21b、两组信号处理电路22a、22b以及两个模拟多路选择器23a和23b。

本实施例的模拟信号采集电路2等效于将两组第一实施例的模拟信号采集电路1并排放置并将其中的模拟多路选择器23的相互对应的地址端连接在一起。因此，在本实施例中，第一模拟多路分配器与对应的信号处理电路以及模拟多路选择器的连接方式相同，同时，第一模拟多路分配器的配置方式也相同，在此不再赘述。

在本实施例中，两组信号处理电路22a和22b的每一组中的多个信号处理电路类型和数量可以相同也可以不同，如2所示的两组信号处理电路22a和22b的类型和数量完全相同。但是，其类型和数量也可以不同，例如，连接在第一模拟多路分配器21a和模拟多路选择器23a之间的多个信号处理电路22a可以包括分压电路和电流电压转换电路，而连接在第一模拟多路分配器21b和模拟多路选择器23b之间的多个信号处理电路22b可以包括分压电路和电阻检测电路，这尤其适用于模拟多路选择器的通道数量有限，而可能采集的模拟信号种类较多的情形。

本实施例的模拟信号采集电路还包括控制器25。控制器25与模拟多路选择器23a和23b的地址端连接。由于模拟多路选择器23a和23b的地址端中的对应端相互连接，也即模拟多路选择器23a和23b地址端A0相互连接，地址端A1也相互连接，因此，控制器25只需要两个信号输出端与地址端连接，以输出选通信号。控制器25可以为计数器，其周期性地改变选通信号，以使得模拟多路选择器23a和23b分别根据地址端的选通信号受控地依次选通每个选通通道。因为第一模拟多路分配器21a、21b被设置好以后，只会有一个通道被选通并在模拟多路选择器23a和23b的对应输入端上施加需要输入到模/数转换器的模拟信号，因此，通过遍历选通每个通道即可以检测到该模拟信号，从而实现多路模拟信号采集。

例如，第一模拟多路分配器21a连接到电压检测端子，并配置输入端S与第一输出端D1选通，同时，第二模拟多路分配器21b连接到电流检测端子，并被配置为输入端S与第二输出端D2选通。在此前提下，模拟多路选择器23a的第一输入端S1被施加表征电压信号的模拟信号，而模拟多路选择器23b的第二输入端S2被施加表征电流信号的模拟信号。如果两路模拟信号采集分别设置，则需要至少四个选通信号来配置模拟多路选择器23a和23b的选通通道。而本实施例通过控制器25以轮询方式依次选通每一个通道，由此，无论采集的模拟信号被施加到哪一个输入端，均能被后级电路检测并处理。在上面的例子中，在时间t1，选通信号同时选通模拟多路选择器23a和23b的第一路，也即，第一输入端S1和输出端D导通，此时，施加在模拟多路选择器23a的第一输入端S1的模拟信号被检测并处理，而模拟多路选择器23b的第一输入端S1没有检测到信号。在时间t2，选通信号同时选通多路选择器23a和23b的第二路，也即，第二输入端S2和输出端D导通，此时，施加在模拟多路选择器23b的第二输入端S2的模拟信号被检测并处理，而模拟多路选择器23a的第二输入端S1没有检测到信号。

由此，可以实现只需占用较少的输入输出接口即可实现多路类型相同或不同的模拟信号的采集。这在使用微控制单元作为控制器25对模拟信号采集电路进行配置时，可以节省微控制单元的大量输入输出接口。由此，提升了电路的适用性并且减小了模拟信号采集电路占用的电路板面积。

并且，在本实施例中，可以通过对模拟信号采集电路对应的一路所涉及的第一、第二模拟多路分配器和/或模拟多路选择器的使能端设置来实现控制停止该路的模拟信号采集。

类似地，在本实施例中也可以在模拟信号采集电路中设置第二模拟多路分配器24a、24b，以实现可以两路同时采集温度信号并并行进行模/数转换，以提供更加精确的温度信号采集。

而且，在本实施例中，也可以采用双向导通的模拟多路开关实现模拟多路分配器和模拟多路选择器，优选地，可以采用MAXIM生产的型号为DG409EUE模拟多路开关来实现所述模拟信号采集电路。

应理解，本实施例仅以两路模拟信号采集为例进行说明，基于本实施例的原理还可以构建适用于两路以上模拟信号采集的电路。

虽然在上述实施例中，第一模拟多路分配器和模拟多路选择器的数量相同，且通道数量也相同，但是，本领域技术人员容易理解，两者可以设置为具有不同数量的通道数量并进而在模拟信号采集电路中数量不同。例如，如图3所示，第一模拟多路分配器31a和31b分别具有两路通道，而模拟信号选择器33具有四路通道。第一模拟多路分配器31a和31b分别与对应的两组信号处理电路连接，并进而连接到模拟信号选择器33。第一模拟多路分配器31和模拟信号对应的两组信号处理电路可以完成两路模拟信号的采集，模拟多路选择器33可以根据设置始终选通指定的通道，以输出一路模拟信号。在另一个优选实施方式中，模拟多路选择器33也可以根据设置在两个通道之间切换，或遍历所有的通道，从而以时分的方式输出两路模拟信号。由此，可以以较少的资源完成多路模拟信号的采集。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟信号采集电路，包括：

至少一个第一模拟多路分配器，输入端与模拟信号采集端子连接；

多个信号处理电路，分别与所述第一模拟多路开关的多个输出端连接，用于对不同类型的模拟信号进行预处理；

至少一个模拟多路选择器，具有分别与所述多个信号处理电路的输出端连接的多个输入端，并输出采集到的第一模拟信号；

其中，所述第一模拟多路分配器和所述模拟多路选择器具有用于配置导通通道的至少一个地址端。

2.根据权利要求1所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述多个信号处理电路包括分压电路，所述分压电路包括：

第一电阻和第二电阻，串联连接在第一模拟多路分配器的第一输出端和接地端之间；

其中，所述分压电路的输出端为第一电阻和第二电阻的连接端。

3.根据权利要求1所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述多个信号处理电路包括：

电流电压转换电路，用于将所述第一模拟多路分配器的第二输出端输出的电流信号转换为电压信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述第一模拟多路分配器采用双向导通的模拟多路开关。

5.根据权利要求4所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述多个信号处理电路包括电阻检测电路，所述电阻检测电路包括：

第三电阻，连接在上拉电压端和所述第一模拟多路分配器的第三输出端之间；

其中，所述电阻检测电路的输出端与所述第一模拟多路分配器的第三输出端连接。

6.根据权利要求5所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述模拟信号采集电路还包括：

至少一个第二模拟多路分配器，输入端与所述第一模拟多路分配器的输入端连接，地址端与所述第一模拟多路分配器的对应地址端连接，第三输出端用于输出第二模拟信号。

7.根据权利要求6所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述第一模拟多路分配器和所述第二模拟多路分配器集成于同一集成电路芯片中。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述模拟信号采集电路包括多个模拟多路选择器，所述多个模拟多路选择器对应的地址端相互连接；

所述模拟信号采集电路还包括：

控制器，与所述多个模拟多路选择器的地址端连接，用于输出模拟多路选择器的选通信号；

其中，每个模拟多路选择器用于根据所述选通信号受控地依次选通每个通道。

9.根据权利要求8所述的模拟信号采集电路，其特征在于，所述控制器还与所述第一模拟多路分配器的地址端连接，用于输出第一模拟多路分配器的选通信号。