CN216098935U - Adc通道拓展装置及清洁机器人控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种ADC通道拓展装置及清洁机器人控制电路。ADC通道拓展装置包括了多选一开关。多选一开关的第一侧开关端，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道，第二侧开关端用于作为拓展后的ADC通道。多选一开关的受控端用于连接待拓展MCU的GPIO口，根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通所述的第二侧开关端与所述第一侧开关端。基于此，根据GPIO口的信号，选定第二侧开关端与第一侧开关端导通，可将待拓展MCU的选定ADC通道映射到任一第二侧开关端上，实现ADC通道的扩展。同时，只需消耗MCU的一个ADC通道，并可根据GPIO口的信号组合节省待拓展MCU的GPIO口消耗，总体上降低待拓展MCU的接口占用。

Description

ADC通道拓展装置及清洁机器人控制电路

技术领域

本实用新型涉及电路接口技术领域，特别是一种ADC通道拓展装置及清洁机器人控制电路。

背景技术

在电路的各类接口中，ADC通道以其突出的性能和接口特性，被广泛应用在各类装置中。尤其是在单片机MCU中，ADC通道更是作为一类宝贵的接口资源存在。然而在MCU等各类装置的应用中，常出现因MCU引脚数限制导致ADC通道不足的情况，因此需要存在广泛的ADC通道拓展需求。

常见的ADC通道拓展是通过多个模拟芯片，以模拟芯片自身的ADC通道拓展MCU的ADC通道。然而，这类方式，所需占用的MCU的ADC通道数量一般是模拟芯片数量的几何倍数，最低的ADC通道占用数也是模拟芯片数量的一倍。同时，模拟芯片还需占用MCU的大量GPIO口。由此可见，传统的ADC通道拓展也需要消耗大量的MCU接口资源，限制了MCU的使用范围。而选用接口数更大的MCU，则会明显提高应用产品的成本，也不利于产品的体积控制，尤其是诸如清洁机器人等小型化产品的体积控制。甚至在某些使用场景中，接口数大的MCU的ADC通道也无法满足需求。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统基于MCU的ADC通道扩展方式中还存在的不足，提供一种ADC通道拓展装置及清洁机器人控制电路。

一种ADC通道拓展装置，包括：

一个或多个多选一开关；

多选一开关包括：

一个第一侧开关端，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

多个第二侧开关端；

一个或多个受控端，用于连接待拓展MCU的GPIO口；

其中，多选一开关用于根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通选定的第二侧开关端与第一侧开关端。

上述的ADC通道拓展装置，包括了多选一开关。多选一开关的第一侧开关端，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道，第二侧开关端用于作为拓展后的ADC通道。多选一开关的受控端用于连接待拓展MCU的GPIO口，根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通的第二侧开关端与第一侧开关端。基于此，根据GPIO口的信号，选定第二侧开关端与第一侧开关端导通，可将待拓展MCU的选定ADC通道映射到任一第二侧开关端上，实现ADC通道的扩展。同时，只需消耗MCU的一个ADC通道，并可根据GPIO口的信号组合节省待拓展MCU的GPIO口消耗，总体上降低待拓展MCU的接口占用。

在其中一个实施例中，多选一开关包括多选一开关芯片。

在其中一个实施例中，多选一开关芯片包括74HC4051八选一模拟开关芯片；

74HC4051八选一模拟开关芯片的公共输入/输出端用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

74HC4051八选一模拟开关芯片的独立输入/输出端用于作为第二侧开关端；

74HC4051八选一模拟开关芯片的选择输入端连接待拓展MCU的GPIO口；

74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端连接待拓展MCU的GPIO口。

在其中一个实施例中，还包括：

第一电阻，一端连接电源电压；

第二电阻，一端连接第一电阻的另一端，另一端用于连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的一独立输入/输出端；

第三电阻，一端连接第二电阻的一端，另一端用于接地。

在其中一个实施例中，还包括：

使能信号处理单元，一侧连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端，另一侧用于连接一待拓展MCU的GPIO口。

在其中一个实施例中，使能信号处理单元包括：

第四电阻，一端连接电源电压，另一端连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端；

第五电阻，一端用于连接一待拓展MCU的GPIO口；

NMOS管，栅极连接第五电阻的另一端，漏极连接第四电阻的另一端，源极用于接地。

在其中一个实施例中，多选一开关包括：

逻辑阵列，用于连接待拓展MCU的GPIO口，根据待拓展MCU的GPIO口信号输出多路逻辑信号；

多个受控开关，受控开关的第一开关端连接MCU的选定ADC通道，受控开关的第二开关端用于作为第二侧开关端，受控开关的控制端用于接入逻辑信号，并根据逻辑信号导通或关断第一开关端与第二开关端。

在其中一个实施例中，受控开关包括半导体开关、电子开关或继电器。

在其中一个实施例中，半导体开关包括晶闸管或MOS管。

在其中一个实施例中，还包括：

通道控制模块，用于分别连接受控端，向受控端输出信号。

在其中一个实施例中，通道控制模块包括MCU或FPGA。

一种清洁机器人控制电路，包括：

清洁机器人MCU；

ADC通道拓展装置，包括：

一个或多个多选一开关；

多选一开关包括：

一个第一侧开关端，用于连接清洁机器人MCU的选定ADC通道；

多个第二侧开关端；

一个或多个受控端，用于连接清洁机器人MCU的GPIO口；

其中，多选一开关用于根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通选定的第二侧开关端与第一侧开关端。

上述的清洁机器人控制电路，通过ADC通道拓展装置的多选一开关配置，多选一开关的第一侧开关端，用于连接清洁机器人MCU的选定ADC通道，第二侧开关端用于作为拓展后的ADC通道。多选一开关的受控端用于连接清洁机器人MCU的GPIO口，根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通的第二侧开关端与第一侧开关端。根据GPIO口的信号，选定第二侧开关端与第一侧开关端导通，可将清洁机器人MCU的选定ADC通道映射到任一第二侧开关端上，实现ADC通道的扩展。同时，只需消耗清洁机器人MCU的一个ADC通道，并可根据GPIO口的信号组合节省清洁机器人MCU的GPIO口消耗，总体上降低清洁机器人MCU的接口占用。基于此，便于降低清洁机器人的MCU成本，实现多ADC通道的性能提升。

附图说明

图1为一实施方式的ADC通道拓展装置模块结构图；

图2为一实施方式的ADC通道拓展装置电路示意图；

图3为一实施方式的通道导通逻辑图；

图4为另一实施方式的ADC通道拓展装置模块结构图；

图5为一实施方式的清洁机器人控制电路模块结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种ADC通道拓展装置。

图1为一实施方式的ADC通道拓展装置模块结构图，如图所示，一实施方式的ADC通道拓展装置包括一个或多个多选一开关100；

多选一开关100包括：

一个第一侧开关端K1，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

多个第二侧开关端K2；

一个或多个受控端C，用于连接待拓展MCU的GPIO口；

其中，多选一开关100用于根据受控端C的信号确定选定的第二侧开关端K2，并导通选定的第二侧开关端K2与第一侧开关端K1。

如图1所示，多选一开关100的数量包括若干个，具体地，根据ADC通道的拓展需求，进行多选一开关100的数量配置。其中，作为待拓展MCU的选定ADC通道的映射通道，第二侧开关端K2的数量即为ADC通道的拓展数量。

其中，根据受控端C的信号确定选定的第二侧开关端K2，并导通选定的第二侧开关端K2与第一侧开关端K1，以使选定ADC通道在任一时刻择一连接一第二侧开关端K2。

在其中一个实施例中，多选一开关100根据受控端C的信号，断开其所有的第二侧开关端K2与第一侧开关端K1。基于此，实现在多个多选一开关100下，多选一开关100的择一使用，保证选定ADC通道的信号通道稳定，防止出现串扰。

在其中一个实施例中，多选一开关100包括多个受控端C，受控端C与待拓展MCU的GPIO口一一对应连接。根据受控端C所连接的待拓展MCU的GPIO口数量，实现多种逻辑可能，每种逻辑可能对应一个选定的第二侧开关端K2，来与第一侧开关端K1进行导通。作为一个较优的实施方式，如图2所示，在ADC通道拓展装置包括两个多选一开关100时，根据一多选一开关100的受控端C与待拓展MCU的GPIO口一一对应连接数P，实现2^P种逻辑可能，即拓展出2^P个ADC通道口。

在其中一个实施例中，多选一开关100以芯片形式进行功能实现，包括多选一开关芯片。多选一开关100芯片包括模拟开关芯片或数字开关等。

作为一个较优的实施方式，图2为一实施方式的ADC通道拓展装置电路示意图，如图所示，多选一开关芯片包括74HC4051八选一模拟开关芯片；

74HC4051八选一模拟开关芯片的公共输入/输出端用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

74HC4051八选一模拟开关芯片的独立输入/输出端用于作为第二侧开关端K2；

74HC4051八选一模拟开关芯片的选择输入端连接待拓展MCU的GPIO口；

74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端连接待拓展MCU的GPIO口。

如图2所示，以两个74HC4051八选一模拟开关芯片(U1和U2)为例进行解释，U1的独立输入/输出端(Y0～Y7)和U2的独立输入/输出端(Y8～Y15)用于作为第二侧开关端K2，U1和U2的公共输入/输出端(Z)用于连接待拓展MCU的选定ADC通道。U1和U2的选择输入端(S0～S2)和使能输入端

作为与待拓展MCU的GPIO口连接的受控端C。

在其中一个实施例中，如图2所示，还包括：

第一电阻R1，一端连接电源电压VCC；

第二电阻R2，一端连接第一电阻R1的另一端，另一端用于连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的一独立输入/输出端；

第三电阻R3，一端连接第二电阻R2的一端，另一端用于接地。

其中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3构成的信号网络均配置在一74HC4051八选一模拟开关芯片的一个独立输入/输出端中。

在其中一个实施例中，ADC通道拓展装置还包括：

使能信号处理单元，一侧连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端，另一侧用于连接一待拓展MCU的GPIO口。

其中，使能信号处理单元用于区分不同74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端

所接收到的使能信号EN的逻辑差异。

在其中一个实施例中，使能信号处理单元包括反相器或逻辑门电路。

作为一个较优的实施方式，如图2所示，使能信号处理单元包括：

第四电阻R4，一端连接电源电压VCC，另一端连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端；

第五电阻R5，一端用于连接一待拓展MCU的GPIO口；

NMOS管M2，栅极连接第五电阻R5的另一端，漏极连接第四电阻R4的另一端，源极用于接地。

如图2所示，在使能信号EN为逻辑高电平“1”时，U1的使能输入端

处于逻辑高电平，而NMOS管M2导通，U1的使能输入端

被拉低至地，形成逻辑低电平“0”。相反的，在使能信号EN为逻辑低电平“0”时，U1的使能输入端

处于逻辑低电平，而NMOS管M2截止，U1的使能输入端

被第四电阻R4拉高至电源电压VCC，形成逻辑高电平“1”。

图3为一实施方式的通道导通逻辑图，如图所示，使能信号EN芯片U1/U2的使能，当MCU给EN置0时，U1被使能，U2被失能，此时MCU配合S2/S1/S0可读取到Y0～Y7通道上的ADC值；当MCU给EN置1时，通过MOS管M2进行反向后对U2进行使能，U1被失能，此时MCU配合S2/S1/S0可读取到Y8～Y15通道上的ADC值。EN使能引脚的巧妙使用，可以将ADC通道扩展做到最大化，否则，需要占用更多的MCU端口资源才能扩展出16个通道的ADC端口出来使用。

网络名Z与主控MCU的任意一个ADC通道端口相连，MCU可随时读取这个端口上的电压值，进而获取扩展通道上的ADC电压值。网络名S2/S1/S0用于控制扩展通道的选择，当U1或U2被使能时，MCU给S2/S1/S0置对应的状态值，即可选通对应的通道跟Z进行导通，此时，MCU即可通过Z对应到对应扩展通道的ADC值。

在其中一个实施例中，图4为另一实施方式的ADC通道拓展装置模块结构图，如图所示，多选一开关100包括：

逻辑阵列200，用于连接待拓展MCU的GPIO口，根据待拓展MCU的GPIO口信号输出多路逻辑信号；

多个受控开关201，受控开关201的第一开关端L1连接MCU的选定ADC通道，受控开关201的第二开关端L2用于作为第二侧开关端K2，受控开关201的控制端M用于接入逻辑信号，并根据逻辑信号导通或关断第一开关端L1与第二开关端L2。

逻辑阵列200通过输出多路逻辑信号，一一对应控制各受控开关201的导通或关断。在一路受控开关201导通时，第二开关端L2作为拓展的ADC通道接口，与外部设备连接。

在其中一个实施例中，受控开关201包括半导体开关、电子开关或继电器。受控开关201的第一开关端L1作为第一侧开关端K1，受控开关201的第二开关端L2作为第二侧开关端K2，控制端M作为受控端C，以此节省逻辑阵列200。需要注意的是，在通过逻辑阵列200配置逻辑信号时，便于提高受控开关201的数量，在有限的GPIO口占用下，提高ADC通道的拓展数量。

作为一个较优的实施方式，半导体开关包括晶闸管或MOS管。

以半导体开关为MOS管为例，通过将逻辑信号接入MOS管的栅极，实现漏极与源极的导通，以此实现第一开关端L1与第二开关端L2的导通。

在其中一个实施例中，如图4所示，另一实施方式的ADC通道拓展装置还包括：

通道控制模块202，用于分别连接受控端C，向受控端C输出信号。

其中，通过通道控制模块202向受控端C输出信号，进行第二侧开关端K2的选定，以进一步节省待拓展MCU的GPIO口占用资源。

在其中一个实施例中，通道控制模块202包括MCU或FPGA等逻辑电平输出装置。

上述任一实施例的ADC通道拓展装置，包括了多选一开关100。多选一开关100的第一侧开关端K1，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道，第二侧开关端K2用于作为拓展后的ADC通道。多选一开关100的受控端C用于连接待拓展MCU的GPIO口，根据受控端C的信号确定选定的第二侧开关端K2，并导通的第二侧开关端K2与第一侧开关端K1。基于此，根据GPIO口的信号，选定第二侧开关端K2与第一侧开关端K1导通，可将待拓展MCU的选定ADC通道映射到任一第二侧开关端K2上，实现ADC通道的扩展。同时，只需消耗MCU的一个ADC通道，并可根据GPIO口的信号组合节省待拓展MCU的GPIO口消耗，总体上降低待拓展MCU的接口占用。

本实用新型实施例还提供了一种清洁机器人控制电路。

图5为一实施方式的清洁机器人控制电路模块结构图，如图所示，一实施方式的清洁机器人控制电路包括：

清洁机器人MCU1000；

ADC通道拓展装置1001，包括：

一个或多个多选一开关；

多选一开关包括：

一个第一侧开关端，用于连接清洁机器人MCU1000的选定ADC通道；

多个第二侧开关端；

一个或多个受控端，用于连接清洁机器人MCU1000的GPIO口；

其中，多选一开关用于根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通选定的第二侧开关端与第一侧开关端。

其中，在ADC通道拓展装置的实施例中，清洁机器人MCU1000作为待拓展MCU，完成各实施例的技术部署。

在其中一个实施例中，在ADC通道拓展装置的ADC通道拓展优势下，清洁机器人MCU1000可选用100引脚数以下的MCU，以有效地降低成本和控制产品体积。

上述的清洁机器人控制电路，通过ADC通道拓展装置1001的多选一开关配置。多选一开关的第一侧开关端，用于连接清洁机器人MCU1000的选定ADC通道，第二侧开关端用于作为拓展后的ADC通道。多选一开关的受控端用于连接清洁机器人MCU1000的GPIO口，根据受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通的第二侧开关端与第一侧开关端。根据GPIO口的信号，选定第二侧开关端与第一侧开关端导通，可将清洁机器人MCU1000的选定ADC通道映射到任一第二侧开关端上，实现ADC通道的扩展。同时，只需消耗清洁机器人MCU1000的一个ADC通道，并可根据GPIO口的信号组合节省清洁机器人MCU1000的GPIO口消耗，总体上降低清洁机器人MCU1000的接口占用。基于此，便于降低清洁机器人的MCU成本，实现多ADC通道的性能提升。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种ADC通道拓展装置，其特征在于，包括：

一个或多个多选一开关；

所述多选一开关包括：

一个第一侧开关端，用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

多个第二侧开关端；

一个或多个受控端，用于连接所述待拓展MCU的GPIO口；

其中，所述多选一开关用于根据所述受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通所述选定的第二侧开关端与所述第一侧开关端。

2.根据权利要求1所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，所述多选一开关包括多选一开关芯片。

3.根据权利要求2所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，所述多选一开关芯片包括74HC4051八选一模拟开关芯片；

所述74HC4051八选一模拟开关芯片的公共输入/输出端用于连接待拓展MCU的选定ADC通道；

所述74HC4051八选一模拟开关芯片的独立输入/输出端用于作为所述第二侧开关端；

所述74HC4051八选一模拟开关芯片的选择输入端连接所述待拓展MCU的GPIO口；

所述74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端连接所述待拓展MCU的GPIO口。

4.根据权利要求3所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，还包括：

第一电阻，一端连接电源电压；

第二电阻，一端连接所述第一电阻的另一端，另一端用于连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的一独立输入/输出端；

第三电阻，一端连接所述第二电阻的一端，另一端用于接地。

5.根据权利要求3所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，还包括：

使能信号处理单元，一侧连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端，另一侧用于连接一所述待拓展MCU的GPIO口。

6.根据权利要求5所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，所述使能信号处理单元包括：

第四电阻，一端连接电源电压，另一端连接选定一74HC4051八选一模拟开关芯片的使能输入端；

第五电阻，一端用于连接一所述待拓展MCU的GPIO口；

NMOS管，栅极连接所述第五电阻的另一端，漏极连接所述第四电阻的另一端，源极用于接地。

7.根据权利要求1所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，所述多选一开关包括：

逻辑阵列，用于连接所述待拓展MCU的GPIO口，根据所述待拓展MCU的GPIO口信号输出多路逻辑信号；

多个受控开关，所述受控开关的第一开关端连接所述MCU的选定ADC通道，所述受控开关的第二开关端用于作为所述第二侧开关端，所述受控开关的控制端用于接入所述逻辑信号，并根据所述逻辑信号导通或关断所述第一开关端与所述第二开关端。

8.根据权利要求7所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，所述受控开关包括半导体开关、电子开关或继电器。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的ADC通道拓展装置，其特征在于，还包括：

通道控制模块，用于分别连接所述受控端，向所述受控端输出信号。

10.一种清洁机器人控制电路，其特征在于，包括：

清洁机器人MCU；

ADC通道拓展装置，包括：

一个或多个多选一开关；

所述多选一开关包括：

一个第一侧开关端，用于连接所述清洁机器人MCU的选定ADC通道；

多个第二侧开关端；

一个或多个受控端，用于连接所述清洁机器人MCU的GPIO口；

其中，所述多选一开关用于根据所述受控端的信号确定选定的第二侧开关端，并导通所述选定的第二侧开关端与所述第一侧开关端。

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