CN221283176U - 数字量采集电路、芯片及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电路技术领域，提供一种数字量采集电路、芯片及装置，该电路包括：数字量输入模块，用于向信号判决模块输出数字量信号；门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压；信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出信号；MCU处理模块，用于接收信号判决模块的输出信号，并根据输出信号的差异执行不同的逻辑。本实用新型提供的数字量采集电路、芯片及装置能通过电阻分压输出不同的门槛电压，多种数字量均能在信号判决模块中与匹配的门槛电压进行对比，并根据对比结果输出信号至MCU处理模块，实现在同一电路中对多种数字量的采集，增强采集电路的适用性。

Description

数字量采集电路、芯片及装置

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种数字量采集电路、芯片及装置。

背景技术

在工程机械信号采集中都不可避免地会涉及数字量采集的问题，数字量信号采样的准确性对于控制系统能否正常工作起着重要作用。目前，数字量信号采集的重点都集中在采集精度、抗干扰能力等方面，缺少对自身电路适用广泛性的设计，不能在保证硬件不变的情况下，适用更多的应用场景。如工程机械行业中的数字量信号的采集，由于对不同数字量采集电路设置的门槛电压不同，目前常用设计均是分别利用独立的电路实现对不同数字量进行采集，导致任一采集电路的适用性都较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种数字量采集电路、芯片及装置，用以解决现有技术中分别利用独立的电路实现对不同数字量进行采集，导致任一采集电路的适用性都较差的缺陷，实现通过电阻分压输出不同的门槛电压，多种数字量均能在信号判决模块中与匹配的门槛电压进行对比，并根据对比结果输出信号至MCU处理模块，增强采集电路的适用性。

本实用新型提供一种数字量采集电路，包括：数字量输入模块、门槛值产生模块、信号判决模块和MCU处理模块；

所述数字量输入模块的输出端和所述门槛值产生模块的输出端均与所述信号判决模块的输入端相连接，所述信号判决模块的输出端与所述MCU处理模块的输入端相连接；

所述数字量输入模块，用于向所述信号判决模块输出数字量信号；

所述门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向所述信号判决模块输出不同的门槛电压；

信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出信号；

MCU处理模块，用于接收所述信号判决模块的输出信号，并根据输出信号的差异执行不同的逻辑。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述门槛值产生模块包括至少两个电阻分压电路；

所述至少两个电阻分压电路并联连接。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，任一电阻分压电路包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；

所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第一端相连接，所述第一三极管的集电极与所述第二电阻的第一端相连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第一电阻的第二端与控制信号输出端相连接，所述第二电阻的第二端与其他电阻分压电路中第二电阻的第二端相连接。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述MCU处理模块的输出端与所述门槛值产生模块的输入端相连接，所述MCU处理模块还用于向所述门槛值产生模块发送控制信号，以控制所述门槛值产生模块接入不同电阻。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述MCU处理模块的输出端与所述电阻分压电路的第一电阻的第二端相连接，所述MCU处理模块还用于向所述电阻分压电路输出控制信号，以通过控制所述第一三级管的导通与截止，控制所述门槛值产生模块接入不同电阻。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述门槛值产生模块还包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述数字量输入模块的输出端相连接，所述第三电阻的第二端与第一电源电压输出端相连接；

所述第四电阻的第一端与所述数字量输入模块的输出端相连接，所述第三电阻的第二端与所述电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述信号判决模块包括第五电阻、第六电阻和第二三极管；

所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第一端相连接，所述第二三极管的集电极与所述第六电阻的第一端相连接，所述第二三极管的发射极与第二电源电压的输出端相连接；

所述第五电阻的第二端与所述电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接；

所述第六电阻的第二端接地。

根据本实用新型提供的一种数字量采集电路，所述第二三极管的集电极与所述MCU处理模块的输入端相连接。

本实用新型还提供一种数字量采集芯片，包括如上所述的数字量采集电路。

本实用新型还提供一种数字量采集装置，包括如上所述的数字量采集芯片。

本实用新型提供的数字量采集电路、芯片及装置，包括数字量输入模块、门槛值产生模块、信号判决模块和MCU处理模块，数字量输入模块的输出端和门槛值产生模块的输出端均与信号判决模块的输入端相连接，信号判决模块的输出端与MCU处理模块的输入端相连接，数字量输入模块，用于向信号判决模块输出数字量信号，门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压，信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出信号。由于门槛值产生模块能够根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压，因此，对于数字量输入模块向信号判决模块输出的多种数字量，均能通过电阻分压匹配到适合的门槛电压，因此，多种数字量均能在信号判决模块中与匹配的门槛电压进行对比，并根据对比结果输出信号至MCU处理模块，实现在同一电路中对多种数字量的采集，即不同的采集电路可以实现共用，大大增强了采集电路的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的数字量采集电路的示意图之一；

图2是本实用新型提供的数字量采集电路的示意图之二。

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，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本实用新型实施例的描述中，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，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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，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实用新型中的具体含义。

本实用新型中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1至图2描述本实用新型的数字量采集电路。

图1是本实用新型提供的数字量采集电路的示意图之一；参照图1，本实用新型实施例提供一种数字量采集电路，可以包括：数字量输入模块、门槛值产生模块、信号判决模块和MCU处理模块；

数字量输入模块的输出端和门槛值产生模块的输出端与信号判决模块的输入端相连接，信号判决模块的输出端与MCU处理模块的输入端相连接；

数字量输入模块，用于向信号判决模块输出数字量信号；

门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压；

信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出符合电路逻辑的输出信号；

MCU处理模块，用于接收信号判决模块的输出信号，并根据输出信号的差异执行不同的逻辑。

由于工程机械电气的复杂性，通常在数字量采集时不建议将数字量信号直接接在MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)处理模块上，另外，由于MCU处理模块进行高低电平识别时会有中间不确定状态，因此，为防止中间状态的出现，数字量采集电路通常采用比较电路的方案，则门槛电压的设定具有很重要的作用。

本实施例提供的数字量采集电路，包括数字量输入模块、门槛值产生模块、信号判决模块和MCU处理模块，数字量输入模块的输出端和门槛值产生模块的输出端均与信号判决模块的输入端相连接，信号判决模块的输出端与MCU处理模块的输入端相连接，数字量输入模块，用于向信号判决模块输出数字量信号，门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压，信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出符合电路逻辑的输出信号。由于门槛值产生模块能够根据电阻分压方式向信号判决模块输出不同的门槛电压，因此，对于数字量输入模块向信号判决模块输出的多种数字量，均能通过电阻分压匹配到适合的门槛电压，因此，多种数字量均能在信号判决模块中与匹配的门槛电压进行对比，并根据对比结果输出信号至MCU处理模块，实现在同一电路中对多种数字量的采集，即不同的采集电路可以实现共用，大大增强了采集电路的适用性。

进一步地，由于可以通过软件编程控制门槛值产生模块中的电阻变化，进而控制门槛值产生模块输出的门槛电压值，因此无需产品硬件变更即可实现门槛电压值的变更灵活，适合多种门槛电压值需求的数字量采集，并节约硬件资源。

图2是本实用新型提供的数字量采集电路的示意图之二；参照图1至图2，在一个实施例中，门槛值产生模块包括至少两个电阻分压电路，且该至少两个电阻分压电路并联连接。

具体来说：

任一电阻分压电路包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；

第一三极管的基极与第一电阻的第一端相连接，第一三极管的集电极与第二电阻的第一端相连接，第一三极管的发射极接地；

第一电阻的第二端与控制信号输出端相连接，第二电阻的第二端与其他电阻分压电路中第二电阻的第二端相连接。

由于所有电阻分压电路中第二电阻的第一端均与第一三极管的集电极相连接，所有电阻分压电路中第一三极管的发射极均接地，且所有电阻分压电路中第二电阻的第二端均相连接，因此，当控制信号输入第一三极管的基极，控制任一第一三极管导通时，该第一三极管对应的电阻分压电路中的第二电阻的第一端接地，第一三极管对应的电阻分压电路进行电阻分压，从而获得对应的门槛电压；当控制信号输入第一三极管的基极，控制至少两个第一三极管导通时，多个第一三极管对应的电阻分压电路中的第二电阻的第一端共地，实现并联，从而改变分压电阻值，重新获得对应的门槛电压。

本实施例通过向多个第一三极管的基极输入不同的控制信号使各电阻分压电路中的第一三极管选择性的导通，实现对应分压电阻接入电路的有效性，并获得对应的门槛电压，有助于后续将数字量信号与其作比较，通过信号判决模块处理后提供输出信号给MCU处理模块。

参照图1至图2，在一个实施例中，MCU处理模块的输出端与门槛值产生模块的输入端相连接，MCU处理模块还用于向门槛值产生模块发送控制信号，以控制门槛值产生模块接入不同电阻。

具体来说：

MCU处理模块的输出端与电阻分压电路的第一电阻的第二端相连接，MCU处理模块还用于向电阻分压电路输出控制信号，以通过控制第一三级管的导通与截止，控制门槛值产生模块接入不同电阻。

本实施例通过MCU处理模块输出控制信号至各电阻分压电路中第一三极管的基极，以控制第一三极管的导通或截止，从而控制接入分压电阻的大小并产生不同门槛电压，能够使用同一模块，即MCU处理模块同时承担对门槛值产生模块输出的门槛电压控制和对信号判决模块输出的信号处理，最大化利用MCU处理模块，避免添加专门的控制模块对门槛值产生模块进行控制，在不影响功能实现的基础上节约了硬件资源。

参照图1至图2，在一个实施例中，门槛值产生模块还包括第三电阻和第四电阻；

第三电阻的第一端与数字量输入模块的输出端相连接，第三电阻的第二端与第一电源电压输出端相连接；

第四电阻的第一端与数字量输入模块的输出端相连接，第三电阻的第二端与电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接。

本实施例通过在多个电阻分压电路的第二电阻的第二端连接第三电阻和第四电阻，能够在数字量输入模块的输出端悬空时，利用电阻分压电路对第三电阻接入的第一电源电压进行分压，实现不同门槛电压的输出。

参照图1至图2，在一个实施例中，信号判决模块包括第五电阻、第六电阻和第二三极管；

第二三极管的基极与第五电阻的第一端相连接，第二三极管的集电极与第六电阻的第一端相连接，第二三极管的发射极与第二电源电压的输出端相连接；

第五电阻的第二端与电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接；

第六电阻的第二端接地；

第二三极管的集电极与MCU处理模块的输入端相连接。

门槛电压，即为经过电阻分压电路分压后，得到的电压达到第二三极管导通与截止的临界值的电压，第二三极管的集电极输出电压即为输入至MCU处理模块的信号。

本实施例通过设置第二三极管，能够通过将门槛电压设置为经过电阻分压电路分压后，得到的电压达到第二三极管导通与截止的临界值的电压，以便根据数字量输入模块输出的数字量信号与门槛电压的对比结果，控制第二三极管的导通与截止，从而向MCU处理模块输入不同的电压信号，实现不同数字量的采集。

参照图2，在一个实施例中，以两个电阻分压电路为例，说明产生不同门槛电压的过程；

图2中，数字量信号输入Signal In是以电压Vin的形式输入，VDD是第一电源电压，VCC是第二电源电压，Ctrl1和Ctrl2是MCU处理模块的两个GPIO(General-purpose input/output，通用型输入输出)端口输出的控制信号，每个端口输出的控制信号都有High\Low两种状态，信号判决模块输出Signal Out是以电压Vout的形式输出，Q1是第二三极管，Q2和Q3分别为两个电阻分压电路中的第一三极管，R6和R8分别为两个电阻分压电路中的第一电阻，R5和R7分别为两个电阻分压电路中的第二电阻，R1是第三电阻，R2是第四电阻，R3是第五电阻，R4是第六电阻，V1是电阻分压电路的分压，V2是Q1导通与截止的临界电压，R3用于保护电路安全，但其通常较小，因此，V1约等于V2。

则根据图2电路，可实现4组门槛电压值的输出：

1、Ctrl1＝High，Q2导通，R5有效，Ctrl2＝Low，Q3截止，R7无效；

门槛电压值与Q1导通截止的临界电压关系：

Vs/(R2+R5)*R5＝V1；

进而得出，门槛点压：Vs＝V1/R5*(R2+R5)；

2、Ctrl1＝High，Q2导通，R5有效，Ctrl2＝High，Q3导通，R7有效；

门槛电压值与Q1导通截止的临界电压关系：

Vs/(R2+R5//R7)*R5//R7＝V1；

进而得出，门槛点压：Vs＝V1/R5//R7*(R2+R5//R7)；

3、Ctrl1＝Low，Q2截止，R5无效，Ctrl2＝High，Q3导通，R7有效；

门槛电压值与Q1导通截止的临界电压关系：

Vs/(R2+R7)*R7＝V1；

进而得出，门槛点压：Vs＝V1/R7*(R2+R7)；

4、Ctrl1＝Low，Q2截止，R5无效，Ctrl2＝Low，Q3截止，R7无效；

此时门槛电压直接与V2相关，考虑到电路的安全性，通常不建议此种接法。

由上可知，两个电阻分压电路可以实现3个有效的门槛电压值，N个电阻分压电路可以实现2^N-1个有效的门槛电压值。

需要说明的是，图2中的三极管也可以替换为其他具有开关作用的器件，此处不作限定。

本实施例通过对两个电阻分压电路的举例说明，能够推导出N个电阻分压电路可实现的门槛电压值的数量和计算方法，因此，可以通过调节电阻分压电路中的电阻值以及对应电路中的第一三极管的导通与截止，实现不同的电阻分压，进而实现对门槛电压值的调节，以匹配多个不同的输入数字量，经过信号判决模块对比后，输出信号至MCU处理模块，大大增强了采集电路的适用性。

进一步地，可满足数字量信号端口复用需求，且对MCU端口无特殊要求，普通的GPIO即可用于控制，提高方案可实现性。

本实用新型实施例提供一种数字量采集芯片，可以包括前述实施例中的数字量采集电路。

该数字量采集芯片的有益效果如前述实施例的数字量采集电路的有益效果，在前述实施例中已经详细说明，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供一种数字量采集装置，可以包括前述实施例中的数字量采集芯片。

该数字量采集装置的有益效果如前述实施例的数字量采集电路的有益效果，在前述实施例中已经详细说明，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数字量采集电路，其特征在于，包括：数字量输入模块、门槛值产生模块、信号判决模块和MCU处理模块；

所述数字量输入模块的输出端和所述门槛值产生模块的输出端均与所述信号判决模块的输入端相连接，所述信号判决模块的输出端与所述MCU处理模块的输入端相连接；

所述数字量输入模块，用于向所述信号判决模块输出数字量信号；

所述门槛值产生模块，用于根据电阻分压方式向所述信号判决模块输出不同的门槛电压；

信号判决模块，用于对比数字量信号与门槛电压的数值，并根据对比结果输出信号；

MCU处理模块，用于接收所述信号判决模块的输出信号，并根据输出信号的差异执行不同的逻辑。

2.根据权利要求1所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述门槛值产生模块包括至少两个电阻分压电路；

所述至少两个电阻分压电路并联连接。

3.根据权利要求2所述的数字量采集电路，其特征在于，

任一电阻分压电路包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；

所述第一三极管的基极与所述第一电阻的第一端相连接，所述第一三极管的集电极与所述第二电阻的第一端相连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第一电阻的第二端与控制信号输出端相连接，所述第二电阻的第二端与其他电阻分压电路中第二电阻的第二端相连接。

4.根据权利要求3所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述MCU处理模块的输出端与所述门槛值产生模块的输入端相连接，所述MCU处理模块还用于向所述门槛值产生模块发送控制信号，以控制所述门槛值产生模块接入不同电阻。

5.根据权利要求4所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述MCU处理模块的输出端与所述电阻分压电路的第一电阻的第二端相连接，所述MCU处理模块还用于向所述电阻分压电路输出控制信号，以通过控制所述第一三极管的导通与截止，控制所述门槛值产生模块接入不同电阻。

6.根据权利要求3所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述门槛值产生模块还包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述数字量输入模块的输出端相连接，所述第三电阻的第二端与第一电源电压输出端相连接；

所述第四电阻的第一端与所述数字量输入模块的输出端相连接，所述第三电阻的第二端与所述电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接。

7.根据权利要求3所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述信号判决模块包括第五电阻、第六电阻和第二三极管；

所述第二三极管的基极与所述第五电阻的第一端相连接，所述第二三极管的集电极与所述第六电阻的第一端相连接，所述第二三极管的发射极与第二电源电压的输出端相连接；

所述第五电阻的第二端与所述电阻分压电路的第二电阻的第二端相连接；

所述第六电阻的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的数字量采集电路，其特征在于，

所述第二三极管的集电极与所述MCU处理模块的输入端相连接。

9.一种数字量采集芯片，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的数字量采集电路。

10.一种数字量采集装置，其特征在于，包括权利要求9所述的数字量采集芯片。