CN201749416U

CN201749416U - 可用于单片机连接使用的总线与a/d复用电路

Info

Publication number: CN201749416U
Application number: CN2009200741304U
Authority: CN
Inventors: 周荣; 吴金炳; 谌清平; 丁央舟; 孙文建
Original assignee: Suzhou Luzhiyao Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Luzhiyao Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2019-06-19

Abstract

本实用新型涉及一种可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其包括有用于与数据总线电性连接的总线电路和与之电性连接的用于与外接A/D模拟输入电性连接的A/D模拟信号采集电路。本实用新型电路线路结构简单、控制简便、成本低廉、性能可靠。

Description

可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路

技术领域

本实用新型涉及一种总线与A/D复用电路，尤其是一种用于单片机连接使用的外围总线与A/D复用电路。

背景技术

现有单片机芯片外围总线接口(例如，4线、8线、16线等等)和A/D转换线路接口，都是用单片机独立的I/O接口和独立的A/D接口来实现的。其中外围总线的速度频率通常都不是很高，一般不超过20KHz。

这样的设计，在使用过程中，由于存在很多不可预知的使用情况，这就使得预定的设计经常不能满足实际的应用。也就是说，经常会发生I/O口线和/或A/D口线数量不够用的情况。为了满足使用需要，也就不得不设计更高档、更多I/O口线和A/D口线的单片机来满足使用需求。这样相应的也就大大增加了产品的成本。

因此，业界急需一种具有更多数量I/O和A/D口线的电路，来改善或解决上述的问题。

实用新型内容

为了克服现有单片机总线接口和A/D口数量不足的问题，本实用新型提供了一种可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其线路结构简单、控制简便、成本低廉、性能可靠。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其包括有用于与数据总线电性连接的总线电路和与之电性连接的用于与外接A/D模拟输入电性连接的A/D模拟信号采集电路。其中总线电路和与之电性连接的A/D模拟信号采集电路同时与单片机电性连接，以接收来自于单片机的控制信号。当单片机输入为A/D时，总线电路和A/D模拟信号采集电路将共同形成一个A/D检测电路，其包括有电阻、二极管、用于模拟输入的对电源的负载电阻以及用于模拟输入的对地的负载电阻。其中电阻与二极管串联电性连接，然后与用于模拟输入的对电源的负载电阻并联电性连接，最后在串联电性连接用于模拟输入的对地的负载电阻。

进一步的，在不同实施方式中，其中总线电路包括有电阻、电容及二极管，三者串联电性连接。在进行A/D转换时，电阻和二极管用于在A/D检测电路中使用。

进一步的，在不同实施方式中，其中A/D模拟信号采集电路包括有用于模拟输入的对电源的负载电阻以及用于模拟输入的对地的负载电阻。在进行A/D转换时，其电路用于在A/D检测电路中使用。

进一步的，在不同实施方式中，其中用于模拟输入的对地的负载电阻RLLi，其阻值大小满足以下公式：RLLi＞VCC/Ioh，其中VCC为电源电压值，Ioh为单片机IC1的拉电流值。

进一步的，在不同实施方式中，其中用于模拟输入的对电源的负载电阻RLHi，其阻值大小满足以下公式：RLHi＞VCC/[Iol-(VCC-VDE)/Ri]，其中VCC为电源电压值，且电源电压值为5V，VDE为二极管导通电压值，Ri为电路中涉及的电阻的值，Iol为单片机IC1的灌电流值。

进一步的，在不同实施方式中，用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻RLHi可以是温度传感器热敏电阻，也可以是一般金属氧化膜电阻，其具体阻值可以是10KΩ。

进一步的，在不同实施方式中，其中总线电路为若干单一总线电路的并联，每个单一的总线电路均可与一个数据总线电性连接及单片机的输入连接。每个总线电路包括有串联电性连接的电阻、电容及二极管。

进一步的，在不同实施方式中，其中总线电路使用的电容可以是常用100Pf/50V独石电容，二极管可以是常用的开关二极管(IN4148)，电阻可以是一般金属氧化膜电阻。

进一步的，在不同实施方式中，其中A/D模拟信号采集电路也是由若干单一A/D模拟信号采集电路并联组成，每个A/D模拟信号采集电路包括有串联电性连接的用于A/D模拟输入的对地的负载电阻以及用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻。

进一步的，在不同实施方式中，A/D模拟信号采集电路与总线电路中，其包括的各单一电路在数量上一一对应，并且相应的电性连接。

进一步的，与本实用新型涉及的总线和A/D复用电路连接使用的单片机IC1，其可以是一般通用单片机PIC16F616。

本实用新型的有益效果是，本实用新型根据单片机总线速度要求不高的特点，将I/O接口和A/D接口结合起来，实现了单片机外围总线和A/D口分时复用，同时还可以将外围总线的每一位单独作为I/O口来使用，真正实现独立的I/O口和A/D口分时复用。且该线路结构简单、控制简便、成本低廉、性能可靠。

附图说明

图1是本实用新型涉及的用于单片机连接使用的总线和A/D复用电路的结构示意图，其中图中虚线部分为A/D模拟信号采集部分；

图2是图1所示电路中的用于A/D检测电路的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型涉及的一种用于单片机连接使用的总线和A/D复用电路，其包括有用于与数据总线DB0～DB7电性连接和与外接I/O输入电性连接的总线电路和与之电性连接的用于与外接A/D模拟输入VAD0～VAD7电性连接的A/D模拟信号采集电路(如图中虚线部分所示)。其中用于与总线和A/D复用电路连接使用的单片机IC1，其可以是一般通用单片机PIC16F616。其同时与总线电路和A/D模拟信号采集电路电性连接，以对其进行不同控制信号的输入。

进一步的，总线电路包括有电性连接的若干电容C0～C7、电阻R0～R7以及二极管D0～D7。其中总线电路为若干单一总线电路的并联，每个单一总线电路均与一个数据总线电性连接。每个总线电路包括有串联电性连接的电阻、电容及二极管。

进一步的，总线电路使用的电容C0～C7可以是常用100Pf/50V独石电容，二极管D0～D7可以是常用的开关二极管(例如，IN4148型开关二极管)，电阻R0～R7可以是一般金属氧化膜电阻。

A/D模拟信号采集电路包括有若干用于A/D模拟输入的对地的负载电阻RLL0～RLL7以及若干用于A/D模拟输入的对电源(VCC)的负载电阻RLH0～RLH7。进一步的，A/D模拟信号采集电路也是由若干单一A/D模拟信号采集电路并联组成。每个A/D模拟信号采集电路包括有串联电性连接的用于A/D模拟输入的对地的负载电阻以及用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻。

进一步的，A/D模拟信号采集电路所使用的用于模拟输入的对地的负载电阻及用于模拟输入的对电源(VCC)的负载电阻可以是具有固定值的电阻(例如，具体阻值可以是10KΩ)。进一步的，用于A/D模拟输入的对电源(VCC)的负载电阻RLHi可以是温度传感器热敏电阻(在不同实施方式中，其也可以是一般金属氧化膜电阻，或是其它形式传感器所对应的等效电阻)，其具体阻值可以是10KΩ。

进一步的，A/D模拟信号采集电路与总线电路中，其包括的各单一电路在数量上一一对应，并且相应的电性连接。

进一步的，当单片机的控制方式为A/D转换时，单片机IC1的管脚输入为模拟输入。IC1口线ANi(i＝0～7，以下相同)对ADi模拟输入信号分别进行A/D转换，以实现模数转换。这时，总线电路和与之电性连接的A/D模拟信号采集电路将形成一个A/D检测电路，进行A/D转换。其电路结构示意图，请参阅图2所示。

如图2所示，在A/D检测电路中，电阻Ri与二极管Di串联电性连接，然后与用于模拟输入的对电源的负载电阻RLHi并联电性连接，最后在串联电性连接用于模拟输入的对地的负载电阻RLLi。

使用时，当单片机IC1控制方式为I/O控制时，不进行A/D采集及转换工作，此时IC1管脚作为通用I/O使用，即可以输出高电平或低电平。

IC1输出高电平时(VCC)，RA0、RA1、RA2、RA4以及RC0～RC3输出高电平，开关二极管Di截止，由于数据总线上拉电阻Ri的作用，数据总线DB0～DB7为高电平。

IC1输出高低平时(GND)，RA0、RA1、RA2、RA4以及RC0～RC3输出低电平，开关二极管Di导通，导通电压VDE均为固定值0.7V，数据总线DB0～DB7的电压也为0.7V，数据总线DB0～DB7为低电平。

当单片机IC1控制方式变为A/D转换时，IC1管脚为模拟输入。IC1口线ANi(i＝0～7，以下相同)对ADi模拟输入信号分别进行A/D转换，实现模数转换。这时，电容Ci为A/D口输入滤波电容(100Pf/50V)。总线电路和A/D信号采集电路共同运作形成A/D检测电路，其结构示意图请参阅图2所示。

如上所述，电阻RLHi为A/D模拟输入对电源VCC的负载电阻。RLLi为 A/D模拟输入对地的负载电阻。VADi为原来实际A/D模拟信号采集电压。因此，其计算公式为：VADi＝RLLi*VCC/RLHi

由于RLLi、RLHi都是已知的，可以通过计算或者查表算出。如：RLHi为已知的温度传感器热敏电阻，RLLi是一个固定电阻值，这样可以进一步计算出实际模拟信号电压VADi。

由于受总线上电阻Ri及二极管Di的影响，IC1实际转换的电压VANi与原来实际A/D模拟信号采集电压VADi有所不同。VANi的计算公式推导如下：

∵RLHi*I2＝Ri*I1+VDE(VDE为二极管Di的导通压降，均为固定值0.7V)

∴I1＝(RLHi*I2-VDE)/Ri

∵I3＝I2+I1；代入上式I1

I3＝I2+(RLHi*I2-VDE)/Ri；等效变换

(1+RLHi/Ri)*I2＝I3+VDE/Ri

(Ri+RLHi)*I2/Ri＝I3+VDE/Ri

∴I2＝Ri*I3/(RLHi+Ri)+VDE/(RLHi+Ri)

∵VCC＝RLLi*I3+RLHi*I2；代入上式I2

VCC＝RLLi*I3+RLHi*[Ri*I3/(RLHi+Ri)+VDE/(RLHi+Ri)]

＝[RLLi+RLHi*Ri/(RLHi+Ri)*I3+RLHi*VDE/(RLHi+Ri)

＝(RLLi*RLHi+RLLi*Ri+RLHi*Ri)*I3/(RLHi+Ri)+RLHi*VDE/(RLHi+Ri)

(RLHi+Ri)*VCC＝(RLLi*RLHi+RLLi*Ri+RLHi*Ri)*I3+RLHi*VDE

∴I3＝[(RLHi+Ri)*VCC-RLHi*VDE]/(RLLi*RLHi+RLLi*Ri+RLHi*Ri)

∵VANi＝Rlli*I3；代入上式公式I3

∴VANi＝[(RLHi+Ri)*VCC-RLHi*VDE]*Rlli/(RLLi*RLHi+RLLi*Ri+RLHi *Ri)

由于电阻Ri、RLLi、RLHi以及电压VDE、VCC已知，根据上式就可以计算出VANi。

考虑二极管Di的导通和截止情况，电阻Ri、RLLi、RLHi以及电压VDE、VCC，根据上式计算出的值应满足：VANi≤4.2V。

进一步的，对于图1所示的虚线部分中的A/D模拟信号采集部分，也就是A/D模拟信号采集电路，其电路形式可以有多种形式，只是对其电阻RLLi及RLHi最小值有要求：

其中对于用于A/D模拟输入的对地的负载电阻RLLi的阻值而言，其阻值大小要符合以下公式：RLLi＞VCC/Ioh，其中Ioh为IC1的拉电流。

而对于用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻RLHi的阻值而言，其阻值大小要符合以下公式：RLHi＞VCC/[Iol-(VCC-VDE)/Ri]，其中Iol为IC1的灌电流。

综上所述，由于单片机的数据总线频率一般不超过20KHz，因此IC1可以通过IC1控制方式的交替转换，即A/D控制方式和I/O控制方式的交替转换，来达到完成A/D转化和数据总线输出的目的。

当IC1变为I/O控制方式时工作时，IC1管脚作为通用I/O使用，数据总线即可以进行组合成通用的4线、8线、16线总线等，也可以组合成特殊要求的总线，如：3线、7线等，同时IC1每个管脚也可以单独作为通用I/O使用，输出高电平或低电平。

本实用新型通过以上I/O口和A/D口的巧妙结合，在不增加单片机管脚数量的情况下，达到了总线与A/D复用的目的，同时也可以是独立的I/O和A/D分时复用。该线路简单、控制简便、成本低廉、性能可靠。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征在于，其包括有用于与数据总线电性连接的总线电路和与之电性连接的用于与外接A/D模拟输入电性连接的A/D模拟信号采集电路；其中所述总线电路和与之电性连接的A/D模拟信号采集电路可同时与单片机电性连接，以接收来自于单片机的控制信号；当所述单片机输入为A/D时，所述总线电路和A/D模拟信号采集电路将共同形成一个A/D检测电路，其包括有电阻、二极管、用于模拟输入的对电源的负载电阻以及用于模拟输入的对地的负载电阻，其中所述电阻与二极管串联电性连接，然后与用于模拟输入的对电源的负载电阻并联电性连接，最后在串联电性连接用于模拟输入的对地的负载电阻。

2.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述总线电路包括有电阻、电容及二极管，三者串联电性连接；在进行A/D转换时，所述电阻和二极管用于在所述A/D检测电路中使用。

3.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述A/D模拟信号采集电路包括有用于模拟输入的对电源的负载电阻以及用于模拟输入的对地的负载电阻；在进行A/D转换时，其电路用于在A/D检测电路中使用。

4.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述用于模拟输入的对地的负载电阻RLLi，其阻值大小满足以下公式：RLLi＞VCC/Ioh，其中VCC为电源电压值，Ioh为外接单片机的拉电流值。

5.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述用于模拟输入的对电源的负载电阻RLHi，其阻值大小满足以下公式：RLHi＞VCC/[Iol-(VCC-VDE)/Ri]，其中VCC为电源电压值，VDE为所述二极管导通电压值，Ri为所述电阻的阻值，Iol为所述外接单片机的灌电流值。

6.根据权利要求4或5所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述电源电压值为5V。

7.根据权利要求5所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述二极管导通电压值为0.7V。

8.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻是温度传感器热敏电阻或是一般金属氧化膜电阻。

9.根据权利要求8所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻的阻值为10KΩ。

10.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述总线电路包括有若干并联电性连接的单一总线电路，每个单一的总线电路均可与一个数据总线电性连接及单片机的输入连接；且每个总线电路包括有串联电性连接的电阻、电容及二极管。

11.根据权利要求10所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述总线电路使用的电容是100Pf/50V独石电容，所述二极管是IN4148型开关二极管，所述电阻是一般金属氧化膜电阻。

12.根据权利要求1所述的可用于单片机连接使用的总线与A/D复用电路，其特征是：其中所述A/D模拟信号采集电路包括有若干并联电性连接的单一A/D模拟信号采集电路，每个A/D模拟信号采集电路包括有串联电性连接的用于A/D模拟输入的对地的负载电阻以及用于A/D模拟输入的对电源的负载电阻。