CN201541313U - 一种多通道信号采集转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多通道信号采集转换电路，包括：通道选择模块，从多个通道中选择一路模拟信号；ADC模块，将所述模拟信号转换成数字信号；输出锁存模块，锁存并输出所述数字信号；时序控制模块，产生电路工作所需的时序信号和控制信号。本实用新型通过单个ADC多通道循环采集的方式实现电视机系统中多种信号采集检测，节省了ADC模块的使用量，极大的简化了输入电路结构，同时缩减了所用的IO口数量。整个多通道ADC电路结构简单，效率高，用一个ADC模块实现多通道信号转换，是电视机系统应用中一个经济，灵活的选择。

Description

一种多通道信号采集转换电路

技术领域

本实用新型属于电视机ADC信号采集电路领域，具体涉及一种多通道信号采集转换电路。

背景技术

电视机系统中需要采集并检测多种信号，如按键信号、电池电量信号、机腔温度信号、环境亮度信号等。在按键信号输入方面，有直接用多个按键IO组成键盘矩阵输入数字信号的方式，也有通过电阻分压方式，利用CPU提供的一路低速ADC输入端口来模拟多个按键IO输入的方式；在电池电量信号输入方面，绝大部分采用不同精度的ADC转换器来实现信号采集；在机腔温度信号、环境亮度信号输入方面，普遍的方法是，先用相应的传感器感应机腔温度信号或者环境亮度信号，再分别用不同的ADC模块来实现信号的采集。

当电视系统中需要集成上述多项功能时，不得不采用多个ADC转换结构以及多个IO口来完成信号的采集和检测。这样就面临着一个IO口资源需求大，输入电路结构复杂的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种简化电路结构、缩减所用IO口数量的、实现多个通道多种信号的自动采集的多通道信号采集转换电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多通道信号采集转换电路，包括：通道选择模块，从多个通道中选择一路模拟信号；ADC模块，将所述模拟信号转换成数字信号；输出锁存模块，锁存并输出所述数字信号；时序控制模块，产生电路工作所需的时序信号和控制信号。

可选的，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号包括控制所述通道开/关的多通道选择的时分复用时序信号和区分不同通道的通道标识信号。其中，所述通道标识信号的位数n和所述通道的个数N的关系为：n＝log₂N。

可选的，所述多通道信号采集转换电路还包括通道使能模块，产生通道使能信号从所述多个通道中选择需要采集信号的通道。所述多通道选择的时分复用时序信号，控制所述被选择的通道的开/关。

可选的，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号还包括数据输出同步信号，允许数据被后级电路读取。

可选的，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号还包括ADC模块的复位信号，使ADC模块没有接收到所述模拟信号时停止工作。

可选的，所述通道选择模块采用多选一的模拟开关。所述多选一的模拟开关的通过与非门被所述时序控制模块控制。

可选的，所述ADC模块为逐次逼近的ADC电路。

可选的，所述ADC模块产生通道转换结束信号给时序控制模块，使时序控制模块产生下一个通道转换周期的时序控制信号。

本实用新型提供了一种多通道信号采集转换电路，通过单个ADC多通道循环采集的方式实现电视机系统中多种信号自动采集，节省了ADC模块的使用量，极大的简化了输入电路结构，同时缩减了所用的IO口数量。整个多通道ADC电路结构简单，效率高，用一个ADC实现多通道信号转换，是电视机系统应用中一个经济，灵活的选择。

附图说明

图1是本实用新型的实施例一的电路结构框图；

图2是本实用新型的实施例二的电路结构框图；

图3是本实用新型的实施例三的电路结构框图；

图4是本实用新型的一种通道选择模块的结构示意图；

图5是本实用新型的实施例一对应的工作流程图；

图6是本实用新型的实施例一对应的工作时序图；

图7是本实用新型的实施例二对应的工作流程图；

图8是本实用新型的实施例二对应的工作时序图；

图9是本实用新型的实施例三对应的工作流程图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细描述。

参照图1，图1是本实用新型的实施例一的电路结构框图。如图1所示，本实用新型的多通道信号采集转换电路包括以下几个模块：多通道选择模块(即图中标示“N选一通道”的模块)、ADC模块、时序控制模块和输出锁存模块，其中通道数为N，N为大于1的自然数。

多通道选择模块可以从N路通道A1-AN中选择一路通道中的输入信号(即模拟信号)发送给ADC模块进行处理。本实施例中，采用N选一的模拟开关作为多通道选择模块。每一通道传输一路信号，该信号通常是传感器采集得到的电视机系统中的模拟信号，例如按键信号、电池电量信号、机腔温度信号、环境亮度信号等。多通道选择模块在同一时刻只能将一路通道打开，其余通道关闭，并且将打开的通道中的信号发送到ADC模块中进行处理。

ADC模块将从多通道选择模块发送过来的模拟信号转换成数字信号；虽然ADC模块在同一时刻只能转换从多通道选择模块发送过来的一种模拟信号，但是通过多通道选择模块选择不同的信号，ADC模块可以通过时分复用的方式实现转换多种不同的信号。这样多种信号转换共用一个ADC模块，简化了电路结构，节约了成本。考虑到电视机系统中的转换精度和频率需求，该模块可以由一个逐次逼近的ADC电路来实现。

输出锁存模块锁存并输出由ADC模块处理的数字信号，直到数据在同步信号DR有效时供后级电路(如CPU)读取，若数据不被读取，则在下一个通道转换结束后被更新。

时序控制模块产生电路工作所需的时序信号和控制信号，包括：N通道选择的时分复用时序信号SLOT[1:N]及通道标识信号CH_SIGN[n:1]等。N通道选择的时分复用时序信号SLOT[1:N]和各通道A1-AN一一对应，控制各通道A1-AN的开/关，使得在同一时刻最多只有一个通道打开并传输信号。通道标识信号CH_SIGN[n:1]，标识并区分不同的通道。当某一通道A[i]打开时，对应的通道标志信号有效，表示此时AD转换的是通道A[i]的模拟信号。通道标识信号的位数n和通道数N的关系为：n＝log2N。

ADC模块工作所需的时钟信号可以由系统产生，也可以由时序控制模块产生，本实施例优选由时序控制模块产生ADC模块的时钟信号。

时序控制模块产生电路工作所需的时序信号和控制信号还可以包括数据输出同步信号DR，标志输出信号是否有效，允许数据被后级电路读取。当数据输出同步信号DR有效时，输出锁存模块输出的数据有效，供后级电路(如CPU)读取。

图2是本实用新型的实施例二的电路结构框图。如图2所示，在图1所示电路结构的基础上增加了一个通道使能模块，产生通道使能信号CH_EN[1:N]，从N个通道A1-AN中选择需要采集信号的通道。通道使能信号CH_EN[1:N]为与N个通道A1-AN一一对应的使能信号。当需要采集某个通道的信号，则把对应的使能信号设置有效。若某个通道的使能信号设置为禁止，则不采集该通道的信号，同时也不产生该通道的数据输出有效的同步信号DR。通过通道使能信号CH_EN[1:N]可以在多个通道A1-AN中选取一个或几个需要采集信号的通道，其他未被通道使能信号CH_EN[1:N]选中的通道关闭。如某通道A[m]未被其对应的通道使能信号CH_EN[m]使能，那么该通道关闭。此时即使其对应的通道选择的时分复用时序信号SLOT[m]有效，仍然不会有模拟信号被传送到ADC模块。某一时刻，某一通道对应的通道使能信号和对应的通道选择时分复用时序信号同时有效时，该通道的信号才能被采集。这样既可以有选择性采集需要的某些通道的信号，对于不需要采集信号的通道则关闭，节省了能耗；又可以通过时分复用的方式实现多通道的自动采集，精简了电路结构。

图3是本实用新型的实施例三的电路结构框图。如图3所示，在图2所示电路结构的基础上，时序控制模块产生电路工作所需的时序信号和控制信号还可以包括ADC模块的复位信号，使ADC模块没有接受到输入信号(即模拟信号)时停止工作，直到通道有效周期结束。

图4是本实用新型的一种通道选择模块的结构图。其中，A1、A2...AN为N个通道，每个通道传输相应的模拟信号。从图4中可以看出，本实施例采用多选一的模拟开关作为通道选择模块，并且通过与非门被时序控制模块控制。各通道对应的开关的打开或关闭由通道使能信号CH_EN[1:N]和时序信号SLOT[1:N]共同控制。若要采集任意几个通道信号，则在电路工作期间这些通道的CH_EN[i]可以一直保持为有效。因为SLOT[1:N]是一个时分复用的时序信号，所以任意一个时刻只有一个通道的开关能打开，不会引起各通道间数据的干扰。

下面结合图5说明未采用通道使能信号的多通道信号采集转换电路(实施例一)对应的工作流程：

1.当多通道信号采集转换电路开始工作后，时序控制模块产生N通道时分复用的时序信号SLOT[1:N]；

2.在某个通道有效时间内(SLOT[i]为高电平)，则通道选择模块中对应通道的模拟开关打开，该通道信号传送到AD转换模块处理；

3.AD转换模块把模拟信号转换成数字信号；

4.数字信号送到输出锁存模块锁存；

5.时序控制模块产生输出同步信号，允许数据被后级电路读取；

6.通道有效时序信号结束，SLOT[i]变为低电平，时序控制模块产生下一个通道的时序信号，一个通道的转换周期结束。

图5所示流程对应的时序图如图6所示。由时序控制模块产生N通道时分复用的时序信号SLOT[1:N]，当某个通道对应的时序信号为高电平时，电路对该通道的信号进行转换；任意一个时刻，只有一个SLOT信号为高电平。在通道信号转换期间，时序控制模块产生通道标识信号CH_SIGN[n:1]，用于区分转换的通道；该通道信号经过AD转换后，数据被输出锁存模块锁存，时序控制模块产生输出同步信号DR，DR为一个高电平的脉冲信号。在DR信号的下降沿，后级电路读取数据和通道标识信号。

为了优化本实用新型的工作性能，在电路中加入产生通道使能信号CH_EN[1:N]的通道使能模块，这样就可以根据需要选取想要采集并转换数据的通道。其对应的多通道信号采集转换电路(实施例二)的工作流程如图7所示。在上述的步骤1和步骤2之间，可以增加对通道选择使能信号CH_EN[i]的判断(步骤7)。若对应通道使能信号有效(CH_EN[i]为高电平)，则通道选择模块中对应通道的模拟开关打开，该通道信号传送到AD转换模块处理；若对应通道选择使能信号CH_EN[i]为无效，则对应通道的模拟开关关断，从而降低电路的功耗。同时，若通道选择使能信号CH_EN[i]为无效，时序控制模块在该通道转换周期内不产生有效的输出同步信号DR，避免后级电路读取错误的数据。

图7所示流程对应的时序图如图8所示。通道使能信号CH_EN[1:N]高电平时有效，表示对应通道有信号需要采集转换。在图8中，CH_EN[2]为低电平，通道2的信号无效，其他通道信号被采集；由时序控制模块产生N通道有效的时序信号SLOT[1:N]，高电平有效；时序控制模块根据通道有效信号产生通道标识信号CH_SIGN[n:1]；经过1个通道转换周期后，时序控制模块产生一个有效的输出同步信号DR，在该有效的同步信号DR的下降沿CPU读取数据和通道信息。在图8中，由于通道2的信号不采集，所以没有对应的有效DR信号产生，输出数据保持通道1的数据。

作为一种进一步的优化实施方式，在电路中加入ADC模块的复位信号。本实施例中该ADC模块的复位信号时序控制模块产生。其对应的多通道信号采集转换电路(实施例三)的工作流程如图9所示。就是对于上述步骤7，当对应通道使能信号CH_EN[i]为无效，则对应通道的模拟开关关断。同时时序控制模块产生AD转换模块的复位信号，在通道不需要转换时，使AD转换模块停止工作，直到通道有效周期结束，从而进一步降低电路的功耗。

作为优选的实施方式，实施例一、实施例二和实施例三中的ADC模块还可以产生通道转换结束信号给时序控制模块，使时序控制模块产生下一个通道转换周期的时序控制信号，以提高信号转换的正确率。对应的工作流程为就是在上述步骤4数字信号送到输出锁存模块锁存的同时产生该通道转换结束信号给时序控制模块，使时序控制模块产生下一个通道转换周期的时序控制信号。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (11)

1.一种多通道信号采集转换电路，包括：

通道选择模块，从多个通道中选择一路模拟信号；ADC模块，将所述模拟信号转换成数字信号；输出锁存模块，锁存并输出所述数字信号；时序控制模块，产生电路工作所需的时序信号和控制信号。

2.根据权利要求1所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号包括控制所述通道开/关的多通道选择的时分复用时序信号和区分不同通道的通道标识信号。

3.根据权利要求2所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述通道标识信号的位数n和所述通道的个数N的关系为：n＝log₂N。

4.根据权利要求2所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述多通道信号采集转换电路还包括通道使能模块，产生通道使能信号从所述多个通道中选择需要采集信号的通道。

5.根据权利要求4所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述多通道选择的时分复用时序信号，控制所述被选择的通道的开/关。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号还包括数据输出同步信号，允许数据被后级电路读取。

7.根据权利要求1或2或4或5所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述时序控制模块产生的时序信号和控制信号还包括ADC模块的复位信号，使ADC模块没有接受到所述模拟信号时停止工作。

8.根据权利要求1或2或4或5所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述通道选择模块采用多选一的模拟开关。

9.根据权利要求8所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述多选一的模拟开关通过与非门被所述时序控制模块控制。

10.根据权利要求1或2或4或5所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于，所述ADC模块为逐次逼近的ADC电路。

11.根据权利要求1或2或4或5所述的多通道信号采集转换电路，其特征在于所述ADC模块产生通道转换结束信号给时序控制模块，使时序控制模块产生下一个通道转换周期的时序控制信号。

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