CN106771460B - 一种高分辨率测量转换电路 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率测量转换电路，其特征在于包括单片机、输入输出接口电路，控制接口电路，低分辨率D/A转换器、低分辨率A/D转换器、S/H采样保持电路、运算放大电路A₁、运算放大电路A₂、电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，选择开关K。本发明与已有技术相比，具有采用低分辨率的A/D转换器就能实现对具有较大的恒定分量值而变化值相对较小的电压信号的高精度、低成本的高分辨率A/D转换的优点。

Description

一种高分辨率测量转换电路

技术领域

本发明涉及一种测量转换电路。

背景技术

随着以信息采集( 即传感器技术) 、信息传输( 通信技术) 和信息处理( 计算机技术)为主的现代信息技术的发展，在各种工业自动化生产过程、环境监控过程及日常生活过程中，对温度、压力和流量等物理参数的测量是实现信息的获得、转化、存取、处理和揭示物质活动规律的必要手段。被测的物理量往往在一个恒定值上上下波动，例如瓷砖烧制的炉温，其炉温在一较大的恒定温度值上有较小的温度变化。这种物理量经过非电量到电量转换电路就得到一个有较大的恒定分量值而相对恒定分量值的变化值相对较小的电压信号。

对这种有较大的恒定分量值而变化值相对较小的电压信号，传统上主要有两种测量方法。一种是采用标准总线的集成智能传感技术，但分辨率较低，一般不超过10位A/D转换器的分辨率，而且动态响应，抗干扰能力均比较差，无法高精度地反应有较大的恒定分量值而变化值相对较小的电压信号。另一种是对这种有较大的恒定分量值而变化值相对较小的输入电压信号，采用通常的转换方法，为了使变化分量具有足够的分辨率，又不使转换器输入过载，必须使用高分辨率A/D转换器，而使用高分辨率A/D转换器，必然会增加产品的成本。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种采用低分辨率的A/D转换器就能实现对具有较大的恒定分量值而变化值相对较小的电压信号的高精度、低成本的高分辨率测量转换电路。

本发明是这样实现的，包括单片机、输入接口电路、输出接口电路、控制接口电路、低分辨率D/A转换器、低分辨率A/D转换器、S/H采样保持电路、运算放大电路A₁、运算放大电路A₂、电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，选择开关K，运算放大电路A₁的同相端作为信号输入端与被转换信号V_i相连，运算放大电路A₁的反相端分别通过电阻R₁接地以及通过电阻R₂与运算放大电路A₁的输出端V₁相连，运算放大电路A₁的输出端V₁通过电阻R₃与运算放大电路A₂的同相端相连，运算放大电路A₂的信号输出端通过电阻R₄与运算放大电路A₂的同相端相连以及与S/H采样保持电路的输入端相连，运算放大电路A₂的反相端通过电阻R₅与低分辨率D/A转换器的输出端相连以及通过电阻R₆接地，低分辨率D/A转换器的参考电压V_R1输入端与高的标准电压V_R相连，低分辨率D/A转换器的信号输入端经输出接口电路与单片机的信号输出端相连，S/H采样保持电路的输出端与低分辨率A/D转换器的输入端相连，低分辨率A/D转换器的输出端经输入接口电路与单片机的输入端相连，单片机的控制输出端经控制接口电路分别与S/H采样保持电路的控制输入端、低分辨率A/D转换器的选通控制输入端及选择开关K的选通控制输入端相连，选择开关K的两输入端分别与高的标准电压V_R及低的标准电压V_R' 相连，选择开关K的输出端与低分辨率A/D转换器的参考电压V_R2输入端相连。

工作原理：步骤一，具有较大的恒定分量值而变化值相对较小的输入电压信号V_i加到运算放大器A₁和电阻R₁、R₂构成的同相放大器输入端，同相放大器输出为GVi，G是常量，其大小依据量程的要求通过调整R₁、R₂来确定。此时CPU通过输出接口输出八位二进制“00000000”给低分辨率D/A转换器，低分辨率D/A转换器的输出电压信号V' 为零，运算放大器A₁和电阻R₃、R₄、R₅及R₆构成减法电路的输出为GVi，开关K受CPU通过控制接口输出的控制信号的控制，适择高的标准电压V_R作为低分辨率A/D转换器的参考电压，CPU通过控制接口输出的控制信号启动S/H采样保持电路，然后CPU通过控制接口输出的控制信号启动低分辨率A/D转换电路，低分辨率A/D转换电路的输出通过输入接口将转换的数据传入CPU。步骤二，此测量重复进行多次（如五十次），CPU根据多次的测量数据，用统计学的方法确定输入电压信号V_i中恒定分量的大小。步骤三，CPU通过输出接口将对应恒定分量的大小的八位二进制“D₇D₆D₅D₄D₃D₂D₁D₀”输出给低分辨率D/A转换器，低分辨率D/A转换器的输出电压信号为V'。这时，运算放大器A₁和电阻R₃、R₄、R₅及R₆构成减法电路的输出为GVi－V'，开关K受CPU通过控制接口输出的控制信号的控制，适择低的标准电压V_R'（如V_R'是V_R的10%）作为低分辨率A/D转换器的参考电压，CPU通过控制接口输出的控制信号启动S/H采样保持电路，然后CPU通过控制接口输出的控制信号启动低分辨率A/D转换电路，低分辨率A/D转换电路的输出通过输入接口电路将转换的数据传入CPU，完成测量。以后重复步骤三实现跟踪测量。最后的测量结果是步骤三的测量结果加恒定分量。

本发明与已有技术相比，由于采用减除了数值相对很大的恒定分量后，才进行转换，这样，所转换的数值的变化相对会较大，即使采用低分辨率的A/D转换器，也能满足高分辨率转换的要求，因此，本发明具有采用低分辨率的A/D转换器就能实现对具有较大的恒定分量值而变化值相对较小的电压信号的高精度、低成本的高分辨率A/D转换的优点。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

如图所示，包括单片机、输入接口电路、输出接口电路、控制接口电路、低分辨率D/A转换器、低分辨率A/D转换器、S/H采样保持电路、运算放大电路A₁、运算放大电路A₂、电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，选择开关K，运算放大电路A₁的同相端作为信号输入端与被转换信号V_i相连，运算放大电路A₁的反相端分别通过电阻R₁接地以及通过电阻R₂与运算放大电路A₁的输出端V₁相连，运算放大电路A₁的输出端V₁通过电阻R₃与运算放大电路A₂的同相端相连，运算放大电路A₂的信号输出端通过电阻R₄与运算放大电路A₂的同相端相连以及与S/H采样保持电路的输入端相连，运算放大电路A₂的反相端通过电阻R₅与低分辨率D/A转换器的输出端相连以及通过电阻R₆接地，低分辨率D/A转换器的参考电压V_R1输入端与高的标准电压V_R相连，低分辨率D/A转换器的信号输入端经输出接口电路与单片机的信号输出端相连，S/H采样保持电路的输出端与低分辨率A/D转换器的输入端相连，低分辨率A/D转换器的输出端经输入接口电路与单片机的输入端相连，单片机的控制输出端经控制接口电路分别与S/H采样保持电路的控制输入端、低分辨率A/D转换器的选通控制输入端及选择开关K的选通控制输入端相连，选择开关K的两输入端分别与高的标准电压V_R及低的标准电压V_R' 相连，选择开关K的输出端与低分辨率A/D转换器的参考电压V_R2输入端相连。

低分辨率D/A转换器位数选八位或十位，低分辨率A/D转换器的位数取决于测量精度要求，低分辨率A/D转换器的位数越高，转换测量就越高，这里可以取八位、十位、十二位的低分辨率A/D转换器；

此外，运算放大器A₁、A₂参数要稳定，运算放大器A₁、A₂的输入阻抗要求比较高。电阻R₁、R_2、R₃、R₄、R₅及R₆精度要优于千分之一。

参数选择依照以下要求来进行：

⒈依据有恒定分量输入信号变化的精度测量要求选择八位或十位低分辨率D/A转换器；

⒉依据有恒定分量输入信号变化的精度测量要求选择的八位、十位或十二位低分辨率A/D转换器；

⒊依据测量精度确定运算跟随放大器及电阻R的的大小，且电阻R的其精度在千分之一以上。

Claims (1)

1.一种高分辨率测量转换电路，其特征在于包括单片机、输入接口电路、输出接口电路、控制接口电路、低分辨率D/A转换器、低分辨率A/D转换器、S/H采样保持电路、运算放大电路A₁、运算放大电路A₂、电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，选择开关K，运算放大电路A₁的同相端作为信号输入端与被转换信号V_i相连，运算放大电路A₁的反相端分别通过电阻R₁接地以及通过电阻R₂与运算放大电路A₁的输出端V₁相连，运算放大电路A₁的输出端V₁通过电阻R₃与运算放大电路A₂的同相端相连，运算放大电路A₂的信号输出端通过电阻R₄与运算放大电路A₂的同相端相连以及与S/H采样保持电路的输入端相连，运算放大电路A₂的反相端通过电阻R₅与低分辨率D/A转换器的输出端相连以及通过电阻R₆接地，低分辨率D/A转换器的参考电压V_R1输入端与高的标准电压V_R相连，低分辨率D/A转换器的信号输入端经输出接口电路与单片机的信号输出端相连，S/H采样保持电路的输出端与低分辨率A/D转换器的输入端相连，低分辨率A/D转换器的输出端经输入接口电路与单片机的输入端相连，单片机的控制输出端经控制接口电路分别与S/H采样保持电路的控制输入端、低分辨率A/D转换器的选通控制输入端及选择开关K的选通控制输入端相连，选择开关K的两输入端分别与高的标准电压V_R及低的标准电压V_R' 相连，选择开关K的输出端与低分辨率A/D转换器的参考电压V_R2输入端相连，低分辨率D/A转换器位数选八位或十位。

Images