CN108768400A - Ad采样滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AD采样滤波电路，包括电位器采集电路、第一电压采集电路和第二电压采集电路，其中，所述电位器采集电路具有一用以电连接于采集目标电压的电位器；所述第一电压采集电路电连接于所述电位器，并用以采集所述电位器的上臂电压信号；所述第二电压采集电路亦电连接于所述电位器，并用以采集所述电位器的滑动臂电压信号；且所述第一电压采集电路的输出端和所述第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，以进行电压信号处理；该AD采样滤波电路不仅提高了整个AD采样电路的精度，且制作简单、制作成本低，利于推广实施。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测技术领域，具体提供一种应用于嵌入式系统中模拟电压采集的AD采样滤波电路。
背景技术
AD采样电路中一般包含有电位器采集模块。但由于电位器的绝对阻值误差一般较大，绝大部分电位器阻值误差在10％左右，通过筛选能达到5％，但这样操作一方面会增加成本，以及增加对AD采样电路性能指标的要求，另一方面还照样不能很好满足对AD采样电路高精度的要求。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种AD采样滤波电路，其不仅提高了整个AD采样电路的精度，且制作简单、制作成本低，利于推广实施。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种AD采样滤波电路，包括电位器采集电路、第一电压采集电路和第二电压采集电路，其中，所述电位器采集电路具有一用以电连接于采集目标电压的电位器；所述第一电压采集电路电连接于所述电位器，并用以采集所述电位器的上臂电压信号；所述第二电压采集电路亦电连接于所述电位器，并用以采集所述电位器的滑动臂电压信号；且所述第一电压采集电路的输出端和所述第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，以进行电压信号处理。
作为本发明的进一步改进，所述电位器的上臂一端经串联连接一第一电阻后，电连接于采集目标电压；所述电位器的上臂另一端接地。
作为本发明的进一步改进，所述第一电压采集电路包括有第一低通滤波电路和第一电压跟随电路，其中，所述第一低通滤波电路具有第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第一稳压二极管、第一电容、第四电阻和第五电阻，所述第二电阻的一端电连接于所述电位器的上臂一端，所述第二电阻的另一端经串联连接所述第三电阻后，电连接于所述第一运算放大器的同相输入端；所述第一稳压二极管的负极电连接于所述第二电阻的另一端，且所述第一稳压二极管的正极接地；所述第一电容的一端电连接于所述第一运算放大器的同相输入端，且另一端接地；所述第四电阻的一端电连接于所述第一运算放大器的反相输入端，且另一端接地；所述第五电阻的一端电连接于所述第一运算放大器的反相输入端，另一端电连接于所述第一运算放大器的输出端；
所述第一电压跟随电路具有第二运算放大器、第六电阻、第七电阻和第二电容，所述第二运算放大器的同相输入端电连接于所述第一运算放大器的输出端，所述第六电阻的一端电连接于所述第二运算放大器的反相输入端，所述第七电阻的一端电连接于所述第二运算放大器的输出端，且所述第七电阻的另一端和所述第六电阻的另一端并联连接后、引出一第一信号输出线，所述第一信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第二电容电连接于所述第六电阻的一端和所述第七电阻的一端之间。
作为本发明的进一步改进，还设有两个起静电钳位作用的第一肖特基二极管，两个所述第一肖特基二极管的正极均分别电连接于所述第一信号输出线，且其中一所述第一肖特基二极管的负极电连接于一外部稳压电源，另一所述第一肖特基二极管的负极接地。
作为本发明的进一步改进，所述第二电压采集电路包括有第二低通滤波电路和第二电压跟随电路，其中，所述第二低通滤波电路具有第八电阻、第九电阻、第三运算放大器、第二稳压二极管、第三电容、第十电阻和第十一电阻，所述第八电阻的一端电连接于所述电位器的滑动臂，所述第八电阻的另一端经串联连接所述第九电阻后，电连接于所述第三运算放大器的同相输入端；所述第二稳压二极管的负极电连接于所述第八电阻的另一端，且所述第二稳压二极管的正极接地；所述第三电容的一端电连接于所述第三运算放大器的同相输入端，且另一端接地；所述第十电阻的一端电连接于所述第三运算放大器的反相输入端，且另一端接地；所述第十一电阻的一端电连接于所述第三运算放大器的反相输入端，另一端电连接于所述第三运算放大器的输出端；
所述第二电压跟随电路具有第四运算放大器、第十二电阻、第十三电阻和第四电容，所述第四运算放大器的同相输入端电连接于所述第三运算放大器的输出端，所述第十二电阻的一端电连接于所述第四运算放大器的反相输入端，所述第十三电阻的一端电连接于所述第四运算放大器的输出端，且所述第十三电阻的另一端和所述第十二电阻的另一端并联连接后、引出一第二信号输出线，所述第二信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第四电容电连接于所述第十二电阻的一端和所述第十三电阻的一端之间。
作为本发明的进一步改进，还设有两个起静电钳位作用的第二肖特基二极管，两个所述第二肖特基二极管的正极均分别电连接于所述第二信号输出线，且其中一所述第二肖特基二极管的负极电连接于一外部稳压电源，另一所述第二肖特基二极管的负极接地。
本发明的有益效果是：①通过对AD采样滤波电路进行改进，增设了一用以采集电位器的上臂电压信号的第一电压采集电路和一用以采集电位器的滑动臂电压信号的第二电压采集电路，且所述第一电压采集电路和第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，所述单片机对接收到的两路电压信号进行运算处理，即：对所述上臂电压信号值和所述滑动臂电压信号值做除法运算，两者比值即为所述电位器滑动臂的当前位置占其全部行程的比例；由于在上述运算处理中计算的是相对值，与采集的绝对电压无关，所以便可消除因电位器阻值误差、温飘以及环境噪声所造成的影响，起到了共模抑制作用，有效地提高了整个AD采样电路的精度。②所述AD采样滤波电路由常规、且少量的电子元件组成，制作简单、技术要求低，且制作成本低，利于推广实施。
附图说明
图1为本发明所述AD采样滤波电路的电路原理示意图。
具体实施方式
下面参照图对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1：
请参阅附图1所示，其为本发明所述AD采样滤波电路的电路原理示意图。所述的AD采样滤波电路包括电位器采集电路、第一电压采集电路和第二电压采集电路，其中，所述电位器采集电路具有一用以电连接于采集目标电压的电位器Rk；所述第一电压采集电路电连接于所述电位器Rk，并用以采集所述电位器Rk的上臂电压信号；所述第二电压采集电路亦电连接于所述电位器Rk，并用以采集所述电位器Rk的滑动臂电压信号；且所述第一电压采集电路的输出端和所述第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，以进行电压信号处理。所述单片机对两路电压信号进行运算处理，即：对所述上臂电压信号值和所述滑动臂电压信号值做除法运算，两者比值即为所述电位器滑动臂的当前位置占其全部行程的比例；由于在上述运算处理中计算的是相对值，与采集的绝对电压无关，所以便可消除因电位器阻值误差、温飘以及环境噪声所造成的影响，起到了共模抑制作用，有效地提高了整个AD采样电路的精度。
在本实施例中，优选的，所述电位器Rk的上臂一端经串联连接一第一电阻R1后，电连接于采集目标电压；所述电位器Rk的上臂另一端接地。
在本实施例中，优选的，所述第一电压采集电路包括有用于滤除高频干扰信号来让目标频率通过的第一低通滤波电路和用于信号隔离、使前后两级电路不会互相影响的第一电压跟随电路，其中，所述第一低通滤波电路具有第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器U1、第一稳压二极管D1、第一电容C1、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第二电阻R2的一端电连接于所述电位器Rk的上臂一端，所述第二电阻R2的另一端经串联连接所述第三电阻R3后，电连接于所述第一运算放大器U1的同相输入端；所述第一稳压二极管D1的负极电连接于所述第二电阻R2的另一端，且所述第一稳压二极管D1的正极接地；所述第一电容C1的一端电连接于所述第一运算放大器U1的同相输入端，且另一端接地；所述第四电阻R4的一端电连接于所述第一运算放大器U1的反相输入端，且另一端接地；所述第五电阻R5的一端电连接于所述第一运算放大器U1的反相输入端，另一端电连接于所述第一运算放大器U1的输出端；在所述第一低通滤波电路中，所述第二电阻R2和第一稳压二极管D1起到稳压钳位作用；所述第三电阻R3和所述第一电容C1作为所述第一低通滤波电路截止频率的计算依据；所述第五电阻R5作为反馈电阻，在所述第一运算放大器U1的反相输入端和所述第一运算放大器U1的输出端之间形成负反馈，而所述第四电阻R4和第五电阻R5阻值相等，使得所述第一运算放大器U1的增益为1，从而保持采样电压前、后级幅度一致；
所述第一电压跟随电路具有第二运算放大器U2、第六电阻R6、第七电阻R7和第二电容C2，所述第二运算放大器U2的同相输入端电连接于所述第一运算放大器U1的输出端，所述第六电阻R6的一端电连接于所述第二运算放大器U2的反相输入端，所述第七电阻R7的一端电连接于所述第二运算放大器U2的输出端，且所述第七电阻R7的另一端和所述第六电阻R6的另一端并联连接后、引出一第一信号输出线，所述第一信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第二电容C2电连接于所述第六电阻R6的一端和所述第七电阻R7的一端之间；在所述第一电压跟随电路中，所述第六电阻R6和第七电阻R7为限流电阻、保护运放输入端内部的晶体管；所述第二电容C2起到相位补偿作用。
进一步优选的，还设有两个起静电钳位作用的第一肖特基二极管D2，两个所述第一肖特基二极管D2的正极均分别电连接于所述第一信号输出线，且其中一所述第一肖特基二极管D2的负极电连接于一外部稳压电源(外部稳压电源提供的电压值与单片机的工作电压值相等)，另一所述第一肖特基二极管D2的负极接地。
在本实施例中，优选的，所述第二电压采集电路包括有用于滤除高频干扰信号来让目标频率通过的第二低通滤波电路和用于信号隔离、使前后两级电路不会互相影响的第二电压跟随电路，其中，所述第二低通滤波电路具有第八电阻R8、第九电阻R9、第三运算放大器U3、第二稳压二极管D3、第三电容C3、第十电阻R10和第十一电阻R11，所述第八电阻R8的一端电连接于所述电位器Rk的滑动臂，所述第八电阻R8的另一端经串联连接所述第九电阻R9后，电连接于所述第三运算放大器U3的同相输入端；所述第二稳压二极管D3的负极电连接于所述第八电阻R8的另一端，且所述第二稳压二极管D3的正极接地；所述第三电容C3的一端电连接于所述第三运算放大器U3的同相输入端，且另一端接地；所述第十电阻R10的一端电连接于所述第三运算放大器U3的反相输入端，且另一端接地；所述第十一电阻R11的一端电连接于所述第三运算放大器U3的反相输入端，另一端电连接于所述第三运算放大器U3的输出端；在所述第二低通滤波电路中，所述第八电阻R8和第二稳压二极管D3起到稳压钳位作用；所述第九电阻R9和所述第三电容C3作为所述第二低通滤波电路截止频率的计算依据；所述第十一电阻R11作为反馈电阻，在所述第三运算放大器U3的反相输入端和所述第三运算放大器U3的输出端之间形成负反馈，而所述第十电阻R10和第十一电阻R11阻值相等，使得所述第三运算放大器U3的增益为1，从而保持采样电压前、后级幅度一致；
所述第二电压跟随电路具有第四运算放大器U4、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第四电容C4，所述第四运算放大器U4的同相输入端电连接于所述第三运算放大器U3的输出端，所述第十二电阻R12的一端电连接于所述第四运算放大器U4的反相输入端，所述第十三电阻R13的一端电连接于所述第四运算放大器U4的输出端，且所述第十三电阻R13的另一端和所述第十二电阻R12的另一端并联连接后、引出一第二信号输出线，所述第二信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第四电容C4电连接于所述第十二电阻R12的一端和所述第十三电阻R13的一端之间；在所述第二电压跟随电路中，所述第十二电阻R12和第十三电阻R13为限流电阻、保护运放输入端内部的晶体管；第四电容C4起到相位补偿作用。
进一步优选的，还设有两个起静电钳位作用的第二肖特基二极管D4，两个所述第二肖特基二极管D4的正极均分别电连接于所述第二信号输出线，且其中一所述第二肖特基二极管D4的负极电连接于一外部稳压电源(外部稳压电源提供的电压值与单片机的工作电压值相等)，另一所述第二肖特基二极管D4的负极接地。
综上所述，本发明通过对AD采样滤波电路进行改进，增设了一用以采集电位器的上臂电压信号的第一电压采集电路和一用以采集电位器的滑动臂电压信号的第二电压采集电路，且所述第一电压采集电路和第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，所述单片机对接收到的两路电压信号进行运算处理，即：对所述上臂电压信号值和所述滑动臂电压信号值做除法运算，两者比值即为所述电位器滑动臂的当前位置占其全部行程的比例；由于在上述运算处理中计算的是相对值，与采集的绝对电压无关，所以便可消除因电位器阻值误差、温飘以及环境噪声所造成的影响，起到了共模抑制作用，有效地提高了整个AD采样电路的精度。另外，所述AD采样滤波电路由常规、且少量的电子元件组成，制作简单、技术要求低，且制作成本低，利于推广实施。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不用于限制本发明，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型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种AD采样滤波电路，其特征在于：包括电位器采集电路、第一电压采集电路和第二电压采集电路，其中，所述电位器采集电路具有一用以电连接于采集目标电压的电位器(Rk)；所述第一电压采集电路电连接于所述电位器(Rk)，并用以采集所述电位器(Rk)的上臂电压信号；所述第二电压采集电路亦电连接于所述电位器(Rk)，并用以采集所述电位器(Rk)的滑动臂电压信号；且所述第一电压采集电路的输出端和所述第二电压采集电路的输出端还均分别电连接于单片机，以进行电压信号处理。
2.根据权利要求1所述的AD采样滤波电路，其特征在于：所述电位器(Rk)的上臂一端经串联连接一第一电阻(R1)后，电连接于采集目标电压；所述电位器(Rk)的上臂另一端接地。
3.根据权利要求1所述的AD采样滤波电路，其特征在于：所述第一电压采集电路包括有第一低通滤波电路和第一电压跟随电路，其中，所述第一低通滤波电路具有第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一运算放大器(U1)、第一稳压二极管(D1)、第一电容(C1)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)，所述第二电阻(R2)的一端电连接于所述电位器(Rk)的上臂一端，所述第二电阻(R2)的另一端经串联连接所述第三电阻(R3)后，电连接于所述第一运算放大器(U1)的同相输入端；所述第一稳压二极管(D1)的负极电连接于所述第二电阻(R2)的另一端，且所述第一稳压二极管(D1)的正极接地；所述第一电容(C1)的一端电连接于所述第一运算放大器(U1)的同相输入端，且另一端接地；所述第四电阻(R4)的一端电连接于所述第一运算放大器(U1)的反相输入端，且另一端接地；所述第五电阻(R5)的一端电连接于所述第一运算放大器(U1)的反相输入端，另一端电连接于所述第一运算放大器(U1)的输出端；
所述第一电压跟随电路具有第二运算放大器(U2)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第二电容(C2)，所述第二运算放大器(U2)的同相输入端电连接于所述第一运算放大器(U1)的输出端，所述第六电阻(R6)的一端电连接于所述第二运算放大器(U2)的反相输入端，所述第七电阻(R7)的一端电连接于所述第二运算放大器(U2)的输出端，且所述第七电阻(R7)的另一端和所述第六电阻(R6)的另一端并联连接后、引出一第一信号输出线，所述第一信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第二电容(C2)电连接于所述第六电阻(R6)的一端和所述第七电阻(R7)的一端之间。
4.根据权利要求3所述的AD采样滤波电路，其特征在于：还设有两个起静电钳位作用的第一肖特基二极管(D2)，两个所述第一肖特基二极管(D2)的正极均分别电连接于所述第一信号输出线，且其中一所述第一肖特基二极管(D2)的负极电连接于一外部稳压电源，另一所述第一肖特基二极管(D2)的负极接地。
5.根据权利要求1所述的AD采样滤波电路，其特征在于：所述第二电压采集电路包括有第二低通滤波电路和第二电压跟随电路，其中，所述第二低通滤波电路具有第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第三运算放大器(U3)、第二稳压二极管(D3)、第三电容(C3)、第十电阻(R10)和第十一电阻(R11)，所述第八电阻(R8)的一端电连接于所述电位器(Rk)的滑动臂，所述第八电阻(R8)的另一端经串联连接所述第九电阻(R9)后，电连接于所述第三运算放大器(U3)的同相输入端；所述第二稳压二极管(D3)的负极电连接于所述第八电阻(R8)的另一端，且所述第二稳压二极管(D3)的正极接地；所述第三电容(C3)的一端电连接于所述第三运算放大器(U3)的同相输入端，且另一端接地；所述第十电阻(R10)的一端电连接于所述第三运算放大器(U3)的反相输入端，且另一端接地；所述第十一电阻(R11)的一端电连接于所述第三运算放大器(U3)的反相输入端，另一端电连接于所述第三运算放大器(U3)的输出端；
所述第二电压跟随电路具有第四运算放大器(U4)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)和第四电容(C4)，所述第四运算放大器(U4)的同相输入端电连接于所述第三运算放大器(U3)的输出端，所述第十二电阻(R12)的一端电连接于所述第四运算放大器(U4)的反相输入端，所述第十三电阻(R13)的一端电连接于所述第四运算放大器(U4)的输出端，且所述第十三电阻(R13)的另一端和所述第十二电阻(R12)的另一端并联连接后、引出一第二信号输出线，所述第二信号输出线用以电连接于所述单片机；另外，所述第四电容(C4)电连接于所述第十二电阻(R12)的一端和所述第十三电阻(R13)的一端之间。
6.根据权利要求5所述的AD采样滤波电路，其特征在于：还设有两个起静电钳位作用的第二肖特基二极管(D4)，两个所述第二肖特基二极管(D4)的正极均分别电连接于所述第二信号输出线，且其中一所述第二肖特基二极管(D4)的负极电连接于一外部稳压电源，另一所述第二肖特基二极管(D4)的负极接地。
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