CN111830867A - 一种三态开关信号采集电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三态开关信号采集电路，包括IN端口、OUT端口、开关S1、开关S2、第一电源、第二电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和电容C1。IN端口的一端分别连接开关S1的一端和开关S2的一端，开关S1的另一端连接第一电源，开关S2的另一端接地。本发明实施例提供的三态开关信号采集电路，解决了现有的汽车ECU开关接口电路只能固定识别低有效信号和高有效信号，导致MCU的扩展性差进而造成硬件资源冗余的问题。本发明可以简单、准确识别高边信号输入、悬空、低边信号输入三种状态，解决了悬空、接低、接高三种状态的门槛设计不合理导致的不同开关状态识别困难的问题。

Description

一种三态开关信号采集电路及方法

技术领域

本发明实施例涉及汽车ECU开关信号采集领域，尤其涉及一种三态开关信号采集电路及方法。

背景技术

数字开关信号采集电路是汽车ECU硬件上一个重要组成部分，其设计形式对该端口的扩展使用性能密切关联，而ECU硬件上大量采用的该功能电路需处理的开关信号的高低边属性各异。针对ECU不同状态的开关信号采集，第一种方式是将高边开关信号的采集设计为一种默认下拉电路，将低边开关信号的采集设计为一种默认上拉电路，这两类电路只能分别固定识别高有效信号，低有效信号，无法同时识别高边开关信号输入、低边开关信号输入、悬空输入，端口扩展能力较差从而导致ECU该硬件电路复用性差，资源冗余。

针对ECU不同状态的开关信号采集，另一种设计是采用既上拉又下拉的纯电阻网络的方式，不同开关状态时对应不同的分压系数，根据采集得到分压后的电压值以识别不同的开关状态。但这种设计既上拉也下拉的接口方案，如果在该端口有其他ECU同时接入开关采集电路后，该电路本身的分压系数会受到影响，导致电路自身不能工作，同时也会导致别的ECU的开关接口电路无法工作。且这种设计即便在没有别的接口接入影响的情况下，在不同电压下不同开关状态的采样值均不同，且无法保证在足够宽的电压范围内，三种开关状态下的采样值有足够大的差异以便进行区分，采用软件查表的方式会非常复杂。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种三态开关信号采集电路及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种三态开关信号采集电路，包括IN端口、 OUT端口、开关S1、开关S2、第一电源、第二电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和电容C1；

IN端口的一端分别连接开关S1的一端和开关S2的一端，所述开关S1 的另一端连接第一电源，所述开关S2的另一端接地；

IN端口的另一端分别连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接第二电源，所述第二电阻的另一端分别连接OUT端口、第三电阻的一端和电容C1的一端，第三电阻的另一端和电容C1的另一端分别接地。

进一步，所述第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半。

进一步，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值关系满足R1<<R2+R3。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面提供的三态开关信号采集电路的三态开关信号采集方法，包括：

设置第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半，定义第一电源的电压值为Vbat，则第二电源的电压值为Vbat/2；预先配置各个电阻的阻值以使 R1<<R2+R3；

将OUT端口接入MCU的AD采样端口；

当AD采样电压值为VL＝0v时，表示低边开关信号输入；

当AD采样电压值为第一电压范围时，表示高边开关信号输入；

当AD采样电压值为第二电压范围时，表示开关悬空。

进一步，所述第一电压范围为[0.8Vth，Vth]；第二电压范围为[0.4Vth， 0.5Vth]；其中，门限电压Vth＝Vbat*R3/(R2+R3)。

本发明实施例提供的三态开关信号采集电路，解决了现有的汽车ECU开关接口电路只能固定识别低有效信号和高有效信号，导致MCU的扩展性差进而造成硬件资源冗余的问题。本发明可以简单、准确识别高边信号输入、悬空、低边信号输入三种状态，解决了悬空、接低、接高三种状态的门槛设计不合理导致的不同开关状态识别困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三态开关信号采集电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1为本发明实施例提供的三态开关信号采集电路的电路图。本实施例的三态开关信号采集电路设置于汽车ECU内。参照图1，三态开关信号采集电路包括包括IN端口、OUT端口、开关S1、开关S2、第一电源、第二电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和电容C1；

IN端口的一端分别连接开关S1的一端和开关S2的一端，所述开关S1 的另一端连接第一电源，所述开关S2的另一端接地；

IN端口的另一端分别连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接第二电源，所述第二电阻的另一端分别连接OUT端口、第三电阻的一端和电容C1的一端，第三电阻的另一端和电容C1的另一端分别接地。本实施例提供的三态开关信号采集电路不被别的ECU开关采集接口电路影响，同时也不影响别的ECU接口电路的分压系数。

具体地，参照图1，IN端口仅S1接入时开关状态为开关接高，仅S2接入时开关状态为开关接低，S1、S2都不接入时开关状态为开关悬空。将OUT 端口接入MCU的AD采样端口。此处的MCU是汽车ECU的组成部件。本实施例设置设置第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半，定义第一电源的电压值为Vbat，则第二电源的电压值为Vbat/2。

第一种开关状态：开关接低，即低边开关信号输入，此时电路中仅S2闭合，OUT端电压值为0V。

第二种开关状态：开关接高，即高边开关信号输入，此时电路中仅S1闭合，OUT端电压值为Vbat*R3/(R2+R3)。

第三种开关状态：开关悬空，此时电路中S1、S2都不闭合，OUT端电压值为(Vbat/2)*R3/(R1+R2+R3)。

预先配置各个电阻的阻值以使R1<<R2+R3，使得开关接高状态下的OUT 端电压值约为开关悬空状态下OUT端电压值的两倍。从而保证在足够宽的电压范围内，三种开关状态下的AD采样值有足够大的差异，以便于更准确的识别三种开关状态。

本实施例中，门限电压Vth＝Vbat*R3/(R2+R3)。在低边开关信号输入时， AD采样电压值为0V，无需根据当前电压查表即可识别此状态。在高边开关信号输入时，AD采样电压值为Vth；在开关悬空时，AD采样电压值接近为 Vth/2。

本实施例根据AD采样电压值识别三种开关状态，示例性的，AD采样电压值为0V时开关状态为低边开关信号输入。本实施例设定AD采样电压值范围在[0.8Vth，Vth]时，开关状态为高边开关信号输入。设定AD采样电压值范围在[0.8Vth，Vth]时，开关状态为开关悬空。这样可以实现简单、准确识别高边开关信号输入、开关悬空、低边开关信号输入三种状态。

本发明实施例提供的三态开关信号采集电路，解决了现有的汽车ECU开关接口电路只能固定识别低有效信号和高有效信号，导致MCU的扩展性差进而造成硬件资源冗余的问题。本发明可以简单、准确识别开关悬空、开关接低、开关接高三种状态，解决了现有技术中开关悬空、开关接低、开关接高三种状态的门槛设计不合理导致的不同开关状态识别困难的问题。

本发明实施例还提供了一种基于第一方面提供的三态开关信号采集电路的三态开关信号采集方法，包括：

设置第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半，定义第一电源的电压值为Vbat，则第二电源的电压值为Vbat/2；预先配置各个电阻的阻值以使 R1<<R2+R3；

将OUT端口接入MCU的AD采样端口；

当AD采样电压值为VL＝0v时，表示低边开关信号输入；

当AD采样电压值为第一电压范围时，表示高边开关信号输入；

当AD采样电压值为第二电压范围时，表示开关悬空。

示例性的，所述第一电压范围为[0.8Vth，Vth]；第二电压范围为[0.4Vth，0.5Vth]；其中，门限电压Vth＝Vbat*R3/(R2+R3)。

具体地，参照图1，IN端口仅S1接入时开关状态为开关接高，仅S2接入时开关状态为开关接低，S1、S2都不接入时开关状态为开关悬空。将OUT 端口接入MCU的AD采样端口。此处的MCU是汽车ECU的组成部件。本实施例设置设置第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半，定义第一电源的电压值为Vbat，则第二电源的电压值为Vbat/2。

第一种开关状态：开关接低，即低边开关信号输入，此时电路中仅S2闭合，OUT端电压值为0V。

第二种开关状态：开关接高，即高边开关信号输入，此时电路中仅S1闭合，OUT端电压值为Vbat*R3/(R2+R3)。

第三种开关状态：开关悬空，此时电路中S1、S2都不闭合，OUT端电压值为(Vbat/2)*R3/(R1+R2+R3)。

预先配置各个电阻的阻值以使R1<<R2+R3，使得开关接高状态下的OUT 端电压值约为开关悬空状态下OUT端电压值的两倍。从而保证在足够宽的电压范围内，三种开关状态下的AD采样值有足够大的差异，以便于更准确的识别三种开关状态。

本实施例中，门限电压Vth＝Vbat*R3/(R2+R3)。在低边开关信号输入时， AD采样电压值为0V，无需根据当前电压查表即可识别此状态。在高边开关信号输入时，AD采样电压值为Vth；在开关悬空时，AD采样电压值接近为 Vth/2。

本实施例根据AD采样电压值识别三种开关状态，AD采样电压值为0V 时开关状态为低边开关信号输入。本实施例设定AD采样电压值范围在 [0.8Vth，Vth]时，开关状态为高边开关信号输入。设定AD采样电压值范围在[0.8Vth，Vth]时，开关状态为开关悬空。这样可以实现简单、准确识别高边开关信号输入、开关悬空、低边开关信号输入三种状态。

本发明实施例提供的三态开关信号采集方法，解决了现有的汽车ECU开关接口电路只能固定识别低有效信号和高有效信号，导致MCU的扩展性差进而造成硬件资源冗余的问题。本发明可以简单、准确识别开关悬空、开关接低、开关接高三种状态，解决了现有技术中开关悬空、开关接低、开关接高三种状态的门槛设计不合理导致的不同开关状态识别困难的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种三态开关信号采集电路，其特征在于，包括IN端口、OUT端口、开关S1、开关S2、第一电源、第二电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和电容C1；

IN端口的一端分别连接开关S1的一端和开关S2的一端，所述开关S1的另一端连接第一电源，所述开关S2的另一端接地；

IN端口的另一端分别连接第一电阻的一端和第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接第二电源，所述第二电阻的另一端分别连接OUT端口、第三电阻的一端和电容C1的一端，第三电阻的另一端和电容C1的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的三态开关信号采集电路，其特征在于，所述第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半。

3.根据权利要求1所述的三态开关信号采集电路，其特征在于，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值关系满足R1<<R2+R3。

4.一种根据权利要求1～3任一项所述三态开关信号采集电路的三态开关信号采集方法，其特征在于，包括：

设置第二电源的电压值是第一电源的电压值的一半，定义第一电源的电压值为Vbat，则第二电源的电压值为Vbat/2；预先配置各个电阻的阻值以使R1<<R2+R3；

将OUT端口接入MCU的AD采样端口；

当AD采样电压值为0V时，表示低边开关信号输入；

当AD采样电压值为第一电压范围时，表示高边开关信号输入；

当AD采样电压值为第二电压范围时，表示开关悬空。

5.根据权利要求4所述的三态开关信号采集方法，其特征在于，所述第一电压范围为[0.8Vth，Vth]；第二电压范围为[0.4Vth，0.5Vth]；

其中，门限电压Vth＝Vbat*R3/(R2+R3)。

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