CN113741240A - 一种模拟量输出通道扩展电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟量输出通道扩展电路，包括：模拟开关，所述模拟开关具有多个输出端；主控模块，用于控制模拟开关对输出端的选通，与模拟开关的输入端连接；数模转换器，用于将主控模块输出的数字量转换为模拟量，数模转换器的输入端与主控模块连接，数模转换器的输出端与模拟开关连接；放大电路，用于调整模拟开关的输出电压，与模拟开关的输出端连接。本发明所述的一种模拟量输出通道扩展电路能够输出多种不同伏值的电压，电路结构简单，减小了电路板的面积。
Description
技术领域
本发明属于模拟量输出电路领域，具体地说，涉及一种模拟量输出通道扩展电路。
背景技术
在仪器仪表以及工业自动化领域，仪器仪表以及控制系统在规划设计的过程中，由于控制系统中的电子元件数量较多，各个电子元件的工作电压并不相同。为了给各个电子元件实现精准供电，需要给每个电子元件分别配置一个供电电路，使得整个电路板的面积过大，成本较高。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种模拟量输出通道扩展电路，能够输出多种不同伏值的电压，电路结构简单，减小了电路板的面积。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种模拟量输出通道扩展电路，包括：
模拟开关，所述模拟开关具有多个输出端；
主控模块，用于控制模拟开关对输出端的选通，与模拟开关的输入端连接；
数模转换器，用于将主控模块输出的数字量转换为模拟量，数模转换器的输入端与主控模块连接，数模转换器的输出端与模拟开关连接；
放大电路，用于调整模拟开关的输出电压，与模拟开关的输出端连接。
优选的，主控模块的输出端IO5与数模转换器的引脚LD连接，主控模块的输出端IO6与数模转换器的引脚CS连接，主控模块的输出端IO7与数模转换器的引脚CLK连接，主控模块的输出端IO8与数模转换器的引脚SDI连接。
优选的，数模转换器的Vout引脚与模拟开关的COM引脚连接，数模转换器的Vdd引脚接电源，数模转换器的VSS引脚接地。
优选的，主控模块的输出端IO1与模拟开关的第一输入端连接，主控模块的输出端IO2与模拟开关的第二输入端连接，主控模块的输出端IO3与模拟开关的第三输入端连接。
优选的，主控模块的输出端IO4与模拟开关U2的使能引脚VEN连接。
优选的，主控模块的输出端为IIC接口或者SPI接口。
优选的，放大电路包括运算放大器，运算放大器的同相输入端与模拟开关的输出端连接，运算放大器的反向输入端经第一电阻接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端与电压输出接口连接。
优选的，放大电路包括储能电容，储能电容第一端与运算放大器的同相输入端连接，储能电容第二端接地。
优选的，放大电路包括下拉电阻，下拉电阻第一端与运算放大器的反相输入端连接，下拉电阻第二端接地。
优选的，运算放大器的正电源端与电源连接，运算放大器的负电源端接地。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过主控模块来控制模拟开关输出端的选通，让指定的模拟开关输出端输出电压，同时在模拟开关的输出端设有放大电路，通过根据用户的需求调整放大电路的放大倍数，让模拟开关输出的电压满足用户的使用需求。本发明所述的一种模拟量输出通道扩展电路能够输出多种不同伏值的电压，电路结构简单，减小了电路板的面积。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1是本发明一种模拟量输出通道扩展电路示意图；
图2是本发明一种模拟量输出通道扩展电路模块图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明实施例介绍了一种模拟量输出通道扩展电路，包括：模拟开关U2，所述模拟开关U2具有多个输出通道；主控模块CPU，用于控制模拟开关U2对输出端的选通，与模拟开关U2的输入端连接；数模转换器U1，用于将主控模块CPU输出的数字量转换为模拟量，数模转换器U1的输入端与主控模块CPU连接，数模转换器U1的输出端与模拟开关U2连接；放大电路，用于调整模拟开关U2的输出电压，与模拟开关U2的输出端连接。
主控模块CPU向模拟开关U2发送控制信号，不同的控制信号分别对应模拟开关U2不同的输出端，模拟开关U2根据接收到的控制信号选择对应的输出端来输出电压。在模拟开关U2的输出端还设有放大电路，通过放大电路来调整模拟开关U2的输出电压。主控模块CPU向模数转换器U1输出数字量，模数转换器U1将接收到的数字量转换成模拟量，并将转换的模拟量输入给模拟开关U2。
本发明通过主控模块CPU来控制模拟开关U2输出端的选通，让指定的模拟开关U2输出端输出电压，同时在模拟开关U2的输出端设有放大电路，通过根据用户的需求调整放大电路的放大倍数，让模拟开关U2输出的电压满足用户的使用需求。
如图1所示，本发明实施例中，主控模块CPU控制模拟开关U2输出端的选通采用三位0/1电平选通，模拟开关U2具有三个接收主控模块CPU发送的控制信号的输入端口，模拟开关U2具有八个输出端。模拟开关U2的输入端A与主控模块CPU的输出端IO1连接，模拟开关U2的输入端B与主控模块CPU的输出端IO2连接，模拟开关U2的输入端与主控模块CPU的输出端IO3连接。主控模块CPU的输出端为IIC接口或者SPI接口。
主控模块CPU可以向模拟开关U2的输入端A、输入端B、输入端C分别输入高电平信号或低电平信号，模拟开关U2能够接收到八种不同的控制信号，每种控制信号分别对应一个模拟开关U2的输出端。
例如，主控模块CPU向模拟开关U2的输入端A输入低电平信号、主控模块CPU向模拟开关U2的输入端B输入低电平信号、主控模块CPU向模拟开关U2的输入端C输入低电平信号，此时模拟开关U2的输出端Channela0选通，模拟开关U2的输出端Channela0输出电压。若需要让模拟开关U2的输出端Channela7输出电压，则让主控模块CPU向模拟开关U2的输入端A输入高电平信号、主控模块CPU向模拟开关U2的输入端B输入高电平信号、主控模块CPU向模拟开关U3的输入端C输入高电平信号。
如图1所示，本发明实施例中，主控模块CPU的输出端IO4与模拟开关U2的使能引脚VEN连接。例如，在需要让模拟开关U2的输出端Channela0输出电压时，主控模块CPU需要先控制模数转换器U1输出设定的模拟量值，然后主控模块CPU向模拟开关U2输出控制信号，控制模拟开关U2的输出端Channela0选通，最后主控模块CPU拉高模拟开关U2的使能引脚VEN，让模拟开关U2的输出端Channela0与数模转换器U1的输出端选通。
数模转换器U1的引脚LD与主控模块CPU的输出端IO5连接，数模转换器U1的引脚CS与主控模块CPU的输出端IO6连接，数模转换器U1的引脚CLK与主控模块的输出端IO7连接，数模转换器的引脚SDI与主控模块CPU的输出端IO8连接。数模转换器U1的输出引脚Vout与模拟开关U2的引脚COM连接。
在需要模拟开关U2输出某一伏值电压模拟量时，主控模块CPU控制模数转换器U1输出该伏值电压，同时主控模块CPU通过向模拟开关U2输出控制信号控制模拟开关U2的输出端选通。
如图1所示，本发明实施例中，放大电路包括运算放大器U3，运算放大器U3的同相输入端与模拟开关U2的输出端Channela7连接，运算放大器U3的反向输入端经电阻R2连接至运算放大器U3的输出端，运算放大器U3的反向输入端经电阻R1接地，运算放大器U3的同相输入端经储能电容C1接地，运算放大器U3的输出端连接至电压输出端口VOUT1。运算放大器U3的正电源端与电源连接，运算放大器U3的负电源端接地。
在需要让模拟开关U2的输出端Channela7输出电压时，主控模块CPU控制模拟开关U2的输出端Channela7选通，主控模块CPU输出的数字量通过数模转换器U1转换成模拟量，数模转换器U1将转换的模拟量提供给模拟开关U2，同时主控模块CPU拉高模拟开关U2的使能引脚VEN，此时模拟开关U2的输出端Channela7与数模转换器U1的输出引脚Vout选通，储能电容C1开始充电。储能电容C1充电完毕后，主控模块CPU先控制模拟开关U2的使能引脚VEN取消使能，切断数模转换器U1的输出引脚Vout，此时储能电容C1的一端输出回路为高阻，运算放大器U3将电容两端的电压值根据需要的比例调理后输出。
本发明实施例中，模拟开关U2具有多个输出端口，在模拟开关U2的每个输出端口均设有如上所述的放大电路，可以根据实际需求分别调整每个放大电路的放大倍数，输出不同伏值的电压，以满足用户的使用需求。
在模拟开关U2的一个输出端输出模拟量结束后，所述模拟开关U2的输出端的储能电容C1一端为高阻，因此储能电容C1放电非常缓慢，所述模拟开关U2的输出端电压可以锁定较长时间。由运算放大器U3将储能电容C1两端的电压值放大或者缩小后输出，并由运算放大器U3提供外部负载的驱动电流。
由于储能电容C1会缓慢放电，为了保证输出精度，主控模块CPU需设定合适的循环周期，定时给模拟开关U2的各个输出端刷新需要输出的模拟量值，具体的刷新周期需根据需要的模拟量精度以及储能电容C1的放电时间综合考虑。
由于储能电容C1以及高阻状态的利用，每个模拟开关U2的输出端将可以在较长时间内锁存输入的电压值并根据实际需要将电压伏值调理到合适的大小后输出，多通道能力基本等效于多通道DAC效果，无需多个通道分时复用或者必须按照一定的节奏在特定的时间点去采集某个通道输出的模拟量。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，包括：
模拟开关，所述模拟开关具有多个输出端；
主控模块，用于控制模拟开关对输出端的选通，与模拟开关的输入端连接；
数模转换器，用于将主控模块输出的数字量转换为模拟量，数模转换器的输入端与主控模块连接，数模转换器的输出端与模拟开关连接；
放大电路，用于调整模拟开关的输出电压，与模拟开关的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，主控模块的输出端IO5与数模转换器的引脚LD连接，主控模块的输出端IO6与数模转换器的引脚CS连接，主控模块的输出端IO7与数模转换器的引脚CLK连接，主控模块的输出端IO8与数模转换器的引脚SDI连接。
3.根据权利要求2所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，数模转换器的Vout引脚与模拟开关的COM引脚连接，数模转换器的Vdd引脚接电源，数模转换器的VSS引脚接地。
4.根据权利要求3所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，主控模块的输出端IO1与模拟开关的第一输入端连接，主控模块的输出端IO2与模拟开关的第二输入端连接，主控模块的输出端IO3与模拟开关的第三输入端连接。
5.根据权利要求4所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，主控模块的输出端IO4与模拟开关U2的使能引脚VEN连接。
6.根据权利要求2所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，主控模块的输出端为IIC接口或者SPI接口。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，放大电路包括运算放大器，运算放大器的同相输入端与模拟开关的输出端连接，运算放大器的反向输入端经第一电阻接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端与电压输出端口连接。
8.根据权利要求7所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，放大电路包括储能电容，储能电容第一端与运算放大器的同相输入端连接，储能电容第二端接地。
9.根据权利要求8所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，放大电路包括下拉电阻，下拉电阻第一端与运算放大器的反相输入端连接，下拉电阻第二端接地。
10.根据权利要求9所述的一种模拟量输出通道扩展电路，其特征在于，运算放大器的正电源端与电源连接，运算放大器的负电源端接地。
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