CN108616278B - 一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机载离散量、模拟量采集技术领域，尤其涉及一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法。一种离散量、模拟量归一化采集电路，所述电路包括：信号配置单元、开关矩阵1、开关矩阵2、四选一开关、量程配置单元、A/D转换器和逻辑控制单元。所述信号配置单元分别与开关矩阵1和开关矩阵2连接；所述四选一开关分别与开关矩阵1、开关矩阵2和量程配置单元连接、所述A/D转换器分别与量程配置单元和逻辑控制单元连接。本发明中，系统离散量输入、模拟量输入复用一套转换通路，通过电压采集方法实现离散量输入采集，具备体积小、功耗低、重量轻的特点；同时，系统具备完备的接口防护功能和BIT机制，故障定位准确、隔离率高，可靠性高。

Description

一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法
技术领域
本发明属于机载离散量、模拟量采集技术领域，尤其涉及一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法。
背景技术
飞机机电系统中通常需要几十到几百路离散量和模拟量输入，用于实现传感器状态采集或精确控制。飞机离散量输入一般指28V/开离散量输入和地/开离散量输入，其采集原理为每一路离散量输入需配置转换通路，而每个通路均需使用电路处理将28V航空电源、开路状态和接地状态转换为TTL电平，供计算机采集使用；飞机模拟量输入同样需配置转换通路，每个通路均需配置信号调理电路将输入配置为标准的电压输入，供A/D转换芯片使用。在转换通路较多时，占用大量的板面积，同时在重量、体积、成本、功耗上耗费较大，极大地降低了系统可靠性和实现成本。随着机电系统的发展，系统对离散量、模拟量输入通道数量需求急剧增加，传统的解决方法已很难满足要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，实现离散量、模拟量归一化设计，以减小采集电路体积，降低功耗，提高采集精度并实现灵活配置。
为此本发明提供一种离散量、模拟量归一化采集电路，其特征在于，所述电路包括：信号配置单元、开关矩阵1、开关矩阵2、四选一开关、量程配置单元、A/D转换器和逻辑控制单元。所述信号配置单元分别与开关矩阵1和开关矩阵2连接；所述四选一开关分别与开关矩阵1、开关矩阵2和量程配置单元连接、所述A/D转换器分别与量程配置单元和逻辑控制单元连接。
所述信号配置单元用于实现信号输入类型配置，所述输入信号类型包括28V/开离散量输入、地/开离散量输入和模拟量输入；
所述开关矩阵1用于实现信号正常输入通道切换；
所述开关矩阵2用于实现信号BIT输入通道切换；
所述四选一开关用于实现信号正常输入、BIT输入和系统误差校正通道切换；
所述量程配置单元用于实现信号量程范围配置；
所述A/D转换器用于实现将模拟电压转化为数字信号，所述A/D转换器选用高速A/D转换芯片；
所述逻辑控制单元用于实现系统逻辑运算。
进一步，所述信号配置单元还配置接口闪电防护功能，用于接口保护。
进一步，所述四选一开关其输入还包括电压基准源和模拟信号地，用于四选一开关及后级电路BIT判断和系统误差校正。
本发明还提供一种离散量、模拟量归一化采集方法，其特征在于，所述采集步骤如下：
步骤1逻辑控制单元依据软件配置信息，配置信号配置单元和量程配置单元；
步骤2四选一开关的输入通道切换为模拟地，用于采集系统地线误差修正；
步骤3四选一开关的输入通道切换为基准电压源，将采集结果与标准电源电压比较，用于采集系统偏置误差修正和四选一开关及后级电路BIT故障逻辑判断；
步骤4开关矩阵1使能有效，开关矩阵2使能禁止，采集输入信号，进行正常采集功能；
步骤5开关矩阵2使能有效，开关矩阵1使能禁止，采集输入信号，并与步骤4采集结果比较，进行BIT功能判断，并记录通道故障信息；
步骤6重复步骤4和步骤5，直至轮询到最后一个通道，再从第一通道开始采集。
进一步，所述所有的通道切换由逻辑控制单元配置后自动执行，不需要软件参与。
进一步，所述的输入通道配置为28V/开离散量输入时，判断门限可通过软件配置。当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth1时，判断输入为28V状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth2时，判断输入为开状态。
进一步，所述的输入通道配置为地/开离散量输入时，判断门限可通过软件配置。当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth3时，判断输入为开状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth4时，判断输入为地状态。
进一步，所述的输入通道配置为28V/开离散量输入或地/开输入时，采集前进行开关延时，消除开关抖动，延时时间可配置。
本发明主要的优点包括：
(1)系统离散量输入、模拟量输入复用一套转换通路，通过电压采集方法实现离散量输入采集，具备体积小、功耗低、重量轻的特点；
(2)系统配置灵活，依据配置表将输入通道配置为28V/开离散量输入、地/开离散量输入或模拟量输入，通过软件配置离散量输入门限电压阈值和消除抖动开关延时时间，实现成本低；
(3)模拟量采集精度高，通过软件配置输入范围量程选择，系统误差修正方法简单、可靠，实用性强；
(4)系统具备完备的接口防护功能和BIT机制，故障定位准确、隔离率高，可靠性高。
附图说明
本发明的上述优点以及实施方式的描述，结合下面附图将变得清晰且容易理解，其中：
图1为本发明的一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法功能框图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
图1是本发明提供的一种离散量、模拟量归一化采集电路及方法系统功能框图。参照图1所示，该系统包括信号配置单元、开关矩阵1、开关矩阵2、四选一开关、量程配置单元、A/D转换器和逻辑控制单元。所述信号配置单元分别与开关矩阵1和开关矩阵2连接；所述四选一开关分别与开关矩阵1、开关矩阵2和量程配置单元连接、所述A/D转换器分别与量程配置单元和逻辑控制单元连接。
系统工作机理如下：
(1)上电后，逻辑控制单元依据软件配置信息，配置信号配置单元为28V/开离散量输入、地/开离散量输入或模拟量输入模式，并依据信号量程范围配置量程配置单元。当通道配置为28V/开离散量输入时，图1信号配置单元中，开关S1断开，S2接通；当通道配置为地/开离散量输入时，开关S1接通，S2断开；当通道配置为模拟量输入时，开关S1、S2均断开；
(2)四选一开关输入通道切换为模拟地，用于采集系统地线误差修正；
(3)四选一开关输入通道切换为基准电压源，将采集结果与标准电源电压比较，用于采集系统偏置误差修正和四选一开关及后级电路BIT故障逻辑判断；
(4)开关矩阵1使能有效，开关矩阵2使能禁止，采集输入信号，进行正常采集功能；
(5)开关矩阵2使能有效，开关矩阵1使能禁止，采集输入信号，并与步骤4采集结果比较，进行BIT功能判断，并记录通道故障信息；
(6)重复步骤4和步骤5，直至轮询到最后一个通道，再从第一通道开始采集。
所述采集通道切换由逻辑控制单元配置后自动执行，所述输入通道配置为28V/开离散量输入时，判断门限可通过软件配置。当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth1时，判断输入为28V状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth2时，判断输入为开状态。
所述输入通道配置为地/开离散量输入时，判断门限可通过软件配置。当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth3时，判断输入为开状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth4时，判断输入为地状态。
所述输入通道配置为28V/开离散量输入或地/开输入时，采集前进行开关延时，消除开关抖动，延时时间可配。

Claims (8)

1.一种离散量和模拟量归一化采集电路，其特征在于，所述电路包括：信号配置单元、开关矩阵1、开关矩阵2、四选一开关、量程配置单元、A/D转换器和逻辑控制单元；所述信号配置单元分别与开关矩阵1和开关矩阵2连接；所述四选一开关分别与开关矩阵1、开关矩阵2和量程配置单元连接、所述A/D转换器分别与量程配置单元和逻辑控制单元连接；
所述信号配置单元用于实现信号输入类型配置，所述输入信号类型包括28V/开离散量输入、地/开离散量输入和模拟量输入；
所述开关矩阵1用于实现信号正常输入通道切换；
所述开关矩阵2用于实现信号BIT输入通道切换；
所述四选一开关用于实现信号正常输入、BIT输入和系统误差校正通道切换；
所述量程配置单元用于实现信号量程范围配置；
所述A/D转换器用于实现将模拟电压转化为数字信号，所述A/D转换器选用高速A/D转换芯片；
所述逻辑控制单元用于实现逻辑运算。
2.根据权利要求1所述的一种离散量和模拟量归一化采集电路，其特征在于所述信号配置单元还配置接口闪电防护功能，用于接口保护。
3.根据权利要求1所述的一种离散量和模拟量归一化采集电路，其特征在于所述四选一开关其输入还包括电压基准源和模拟信号地，用于四选一开关及后级电路BIT判断和系统误差校正。
4.一种离散量和模拟量归一化采集方法，其特征在于，所述采集步骤如下：
步骤1逻辑控制单元依据软件配置信息，配置信号配置单元和量程配置单元；
步骤2四选一开关输入通道切换为模拟地，用于采集系统地线误差修正；
步骤3四选一开关输入通道切换为基准电压源，将采集结果与标准电源电压比较，用于采集系统偏置误差修正和四选一开关及后级电路BIT故障逻辑判断；
步骤4开关矩阵1使能有效，开关矩阵2使能禁止，采集输入信号，进行正常采集功能；
步骤5开关矩阵2使能有效，开关矩阵1使能禁止，采集输入信号，并与步骤4采集结果比较，进行BIT功能判断，并记录通道故障信息；
步骤6重复步骤4和步骤5，直至轮询到最后一个通道，再从第一通道开始采集。
5.根据权利要求4所述的一种离散量和模拟量归一化采集方法，其特征在于，所述采集通道切换由逻辑控制单元配置后自动执行，不需要软件参与。
6.根据权利要求4所述的一种离散量和模拟量归一化采集方法，其特征在于，所述输入通道配置为28V/开离散量输入时，判断门限通过软件配置；当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth1时，判断输入为28V状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth2时，判断输入为开状态。
7.根据权利要求4所述的一种离散量和模拟量归一化采集方法，其特征在于，所述输入通道配置为地/开离散量输入时，判断门限通过软件配置；当采集电压大于门限电压高，即VIN≥Vth3时，判断输入为开状态，当采集电压小于门限电压低，即VIN≤Vth4时，判断输入为地状态。
8.根据权利要求4所述的一种离散量和模拟量归一化采集方法，其特征在于所述输入通道配置为28V/开离散量输入或地/开输入时，采集前进行开关延时，消除开关抖动，延时时间可配置。
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