JP2008215866A - アナログ入力切換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】マイコンのＡ／Ｄポートを効率よく用いるとともに外部接続端子の数を減らす。
【解決手段】外部電圧６を測定する場合、第２の分圧抵抗５０と直列回路５を形成するスイッチ５１がオンの状態で、第３の外部接続端子３３に外部電圧６の陽極が接続され、第４の外部接続端子３４に外部電圧６の陰極が接続される。第１の分圧抵抗４及び第２の分圧抵抗５０で分圧された電圧がマイコン２のＡ／Ｄポート２０に入力される。一方、外部抵抗７の抵抗値を測定する場合、スイッチ５１がオフの状態で、第１の外部接続端子３１に外部抵抗７の一端が接続され、第２の外部接続端子３２に外部抵抗７の他端及び外部分圧抵抗７０の一端が接続され、第４の外部接続端子３４に外部分圧抵抗７０の他端が接続される。外部抵抗７及び外部分圧抵抗７０で分圧された電圧が第２の外部接続端子３２を介してマイコン２のＡ／Ｄポート２０に入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アナログ入力切換回路に関するものである。

従来、アナログ入力切換回路は例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などに用いられ、外部接続端子から入力されるアナログ値に基づいて各種対象機器の制御（例えば温度やストローク幅、荷重範囲などの制御）を行う機能を有している。外部接続端子から入力されるアナログ値としては、例えば対象機器に基づく外部電圧や外部抵抗の抵抗値などがある。なお、外部抵抗としては、例えばサーミスタやボリューム（可変抵抗器、ポテンショメータ）などが用いられる。

このような機能を有する従来のアナログ入力切換回路の一例として、図５に示すようなものがある。図５に示す従来のアナログ入力切換回路８は、アナログ電圧が入力される第１のＡ／Ｄポート（アナログ／デジタル変換ポート）８００及び第２のＡ／Ｄポート８０１を有するマイコン８０と、マイコン８０の電源電圧Ｖｃｃと同等の電圧が印加される第１の外部接続端子８１と、第１のＡ／Ｄポート８００に接続される第２の外部接続端子８２と、第１の分圧抵抗８６を介して第２のＡ／Ｄポート８０１に接続される第３の外部接続端子８３と、グランドに接続される第４の外部接続端子８４及び第５の外部接続端子８５とを備えている。

このような構成の従来のアナログ入力切換回路８は、最大電圧がマイコン８０の電源電圧Ｖｃｃ以上である外部電圧６の陽極が第３の外部接続端子８３に接続され、陰極が第４の外部接続端子８４に接続されると、第１の分圧抵抗８６と第２の分圧抵抗８７によって、第２のＡ／Ｄポート８０１に入力される電圧を電源電圧Ｖｃｃ以下とし、この電圧を用いてマイコン８０が対象機器（図示せず）を制御する。これに対して、外部抵抗７及び外部分圧抵抗７０による直列回路の一端が第１の外部接続端子８１に接続され、他端が第５の外部接続端子８５に接続され、外部抵抗７と外部分圧抵抗７０の間が第２の外部接続端子８２に接続されると、第２の外部接続端子８２からの電圧が第１のＡ／Ｄポート８００に入力され、この電圧を用いてマイコン８０が対象機器を制御する。

また、上記とは別の従来のアナログ入力切換回路として、特許文献１には、分圧手段と２つのサーミスタとが直列に接続され、分圧手段と各サーミスタの間の電位をマイコンのＡ／Ｄポートに取り込む温度検出回路が開示されている。この特許文献１のマイコンは、外部電圧を測定する機能を有してはいないものの、２つのサーミスタの一方が分圧手段に接続されるように半導体スイッチの切り換えを行い、切り換えた後にＡ／Ｄポートに取り込んだ電位からサーミスタの抵抗値を算出し、算出した抵抗値から温度を検出することができる。
特開２００３−１２１２７０号公報（段落００１６〜００２３及び第３図）

しかしながら、上記従来のアナログ入力切換回路８には、図５に示すように、外部電圧６に基づいたアナログ値（分圧されたアナログ電圧）と外部抵抗７に基づいたアナログ値（アナログ電圧）とを別々のＡ／Ｄポート８００，８０１に入力することから、同一のＡ／Ｄポート８００（又は８０１）に切換入力することができず、Ａ／Ｄポート８００，８０１を効率よく用いることができないという問題があった。また、従来のアナログ入力切換回路８には、外部接続端子８１〜８５の数が多くなってしまうという問題があった。このため、外部接続端子８１〜８５を形成するコネクタ（図示せず）の形状も大きくなり、これに伴って、実装面積も大きくなってしまう。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、マイコンのＡ／Ｄポートを効率よく用いることができるとともに外部接続端子の数を減らすことができるアナログ入力切換回路を提供することにある。

請求項１の発明は、アナログ値が入力されるＡ／Ｄポートを有するマイコンと、前記マイコンの電源電圧以下の電圧が印加される第１の外部接続端子と、前記Ａ／Ｄポートに接続される第２の外部接続端子と、一端が前記Ａ／Ｄポートに接続される第１の分圧抵抗と、前記第１の分圧抵抗の他端に接続される第３の外部接続端子と、グランドに接続される第４の外部接続端子と、第２の分圧抵抗及びスイッチが直列に接続され一端が前記第１の分圧抵抗の一端に接続され他端が前記グランドに接続される直列回路とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、スイッチのオンオフの切り換えによって、外部電圧を測定する場合と外部抵抗の抵抗値を測定する場合に、外部接続端子から入力されるそれぞれのアナログ値を同一のＡ／Ｄポートに入力することができるので、外部電圧に基づいたアナログ値と外部抵抗に基づいたアナログ値とを別々のＡ／Ｄポートに入力する構成に比べて、マイコンのＡ／Ｄポートを効率よく用いることができる。また、外部電圧を測定する場合と外部抵抗の抵抗値を測定する場合とで、グランドに接続される外部接続端子を共用することができるので、従来のものより外部接続端子の数を減らすことができる。

まず、本発明の実施形態に係るアナログ入力切換回路の構成について図１を用いて説明する。このアナログ入力切換回路１は、図１（ａ）に示すように、外部電圧６又は外部抵抗７に基づいたアナログ電圧を用いて対象機器（図示せず）を制御するものであり、アナログ電圧が入力されるＡ／Ｄポート２０を有するマイコン２と、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃと同等の電圧が印加される第１の外部接続端子３１と、Ａ／Ｄポート２０に接続される第２の外部接続端子３２と、一端がＡ／Ｄポート２０に接続される第１の分圧抵抗４と、第１の分圧抵抗４の他端に接続される第３の外部接続端子３３と、グランドに接続される第４の外部接続端子３４と、第２の分圧抵抗５０及びスイッチ５１が直列に接続され一端が第１の分圧抵抗４の一端に接続され他端がグランドに接続される直列回路５とを備えている。

マイコン２は、Ａ／Ｄポート２０の他に、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）などを備えている。Ａ／Ｄコンバータでは、電圧コンパレータ（図示せず）がＡ／Ｄポート２０から入力されたアナログ電圧を、直列抵抗ストリング（図示せず）によって作り出された基準電圧と比較してデジタル変換値を求めている。直列抵抗ストリングはＡ／Ｄコンバータ用の基準電圧端子とＡ／Ｄコンバータ用のグランド間に接続され、２端子間を１０２４段階の等価な電圧ステップにすることで基準電圧を作り出している。このようにして、マイコン２は、Ａ／Ｄポート２０から入力されたアナログ電圧をデジタル変換値に変換することができる。

第１の外部接続端子３１には、外部抵抗７の抵抗値を測定する場合に、この外部抵抗７の一端が接続される。一方、第２の外部接続端子３２には、外部抵抗７の抵抗値を測定する場合に、外部抵抗７の他端が接続される。このとき、第２の外部接続端子３２は、外部分圧抵抗７０を介して第４の外部接続端子３４に接続される。

第３の外部接続端子３３には、外部電圧６を測定する場合に、この外部電圧６の陽極が接続される。一方、第４の外部接続端子３４には、外部電圧６の陰極が接続される。

直列回路５のスイッチ５１は、ユーザの操作によって両端間の電気的接続のオンオフを切り換えるものである。外部電圧６を測定する場合にはスイッチ５１をオンにし、第１の分圧抵抗４と第２の分圧抵抗５０に外部電圧６を印加する。これに対して、外部抵抗７の抵抗値を測定する場合にはスイッチ５１をオフにする。

このような構成のアナログ入力切換回路１において、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃは例えば３．３Ｖであり、Ａ／Ｄコンバータ用電源電圧も電源電圧Ｖｃｃと等しい。ここで、Ａ／Ｄコンバータ用電源電圧（＝電源電圧Ｖｃｃ）以上のアナログ電圧がＡ／Ｄポート２０に入力されるとデジタル変換値が不定となったり、Ａ／Ｄポート２０においてアナログ電圧の入力不良が発生したりする恐れがあることから、Ａ／Ｄポート２０に入力される最大アナログ電圧は電源電圧Ｖｃｃ以下でなければならない。

外部抵抗７の抵抗値を測定する場合、この外部抵抗７と外部分圧抵抗７０とで、第１の外部接続端子３１に印加されたマイコン２の電源電圧Ｖｃｃと同等の電圧が分圧され、この分圧された電圧がＡ／Ｄポート２０に入力されるので、Ａ／Ｄポート２０に入力されるアナログ電圧は、｛Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）｝×Ｖｃｃ（Ｒ３：外部抵抗７の抵抗値、Ｒ４：外部分圧抵抗７０の抵抗値、Ｖｃｃ：マイコン２の電源電圧）となり、Ａ／Ｄコンバータ用電源電圧つまり電源電圧Ｖｃｃを超えるという問題は生じない。なお、第１の外部接続端子３１に印加される電圧はマイコン２の電源電圧Ｖｃｃに限定されず、電源電圧Ｖｃｃ以下の大きさであってもよい。

これに対して、外部電圧６を測定する場合、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃ（例えば３．３Ｖ）を超える外部電圧６を直接Ａ／Ｄポート２０に入力することができない。このため、アナログ入力切換回路１において、第１の分圧抵抗４と第２の分圧抵抗５０とが外部電圧６を分圧し、この分圧した電圧をＡ／Ｄポート２０に入力させる必要がある。このときＡ／Ｄポート２０に入力されるアナログ電圧は、｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝×Ｖ（Ｒ１：第１の分圧抵抗４の抵抗値、Ｒ２：第２の分圧抵抗５０の抵抗値、Ｖ：外部電圧６）である。例えば、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃが３．３Ｖである場合、外部電圧６が１０Ｖであったとき、第１の分圧抵抗４の抵抗値を６７０ｋΩ、第２の分圧抵抗５０の抵抗値を３３０ｋΩとすると、１０Ｖの外部電圧６ではなく３．３Ｖ（＝｛３３０ｋΩ／（６７０ｋΩ＋３３０ｋΩ）｝×１０Ｖ）に分圧された電圧をＡ／Ｄポート２０に入力させることができる。

ところで、本実施形態のアナログ入力切換回路１には、外部入力インタフェースの第１〜４の外部接続端子３１〜３４を形成するものとして４ピンのコネクタ（図示せず）が用いられている。このコネクタはプリント基板（図示せず）に実装されて設けられる。本実施形態では、４ピンのコネクタを用いることができるので、従来（５ピンのコネクタ）よりもコネクタの形状を小さくすることができ、その結果、プリント基板上の実装面積の削減つまり省スペース化を図ることができる。

また、プリント基板（図示せず）には、コネクタ（図示せず）を実装できる箇所が複数設けられており、それぞれの箇所には、コネクタに代えてボリュームや端子台を実装できるように形成されている。上記より、コネクタに代えてボリュームや端子台を実装することも可能であり、実装段階でユーザの要望を取り入れて、容易にカスタマイズすることが可能である。

次に、本実施形態のアナログ入力切換回路１の動作について説明する。まず、外部電圧６を測定するときの動作について図１（ａ）を用いて説明する。外部電圧６は０Ｖ以上１０Ｖ以下とする。スイッチ５１がオンの状態で、第３の外部接続端子３３に外部電圧６の陽極が接続され、第４の外部接続端子３４に外部電圧６の陰極が接続される。このとき、第１の外部接続端子３１及び第２の外部接続端子３２は開放しておく。第１の分圧抵抗４及び第２の分圧抵抗５０で外部電圧６が分圧され、分圧された電圧がマイコン２のＡ／Ｄポート２０に入力される。マイコン２は、Ａ／Ｄポート２０から入力された電圧を用いて対象機器（図示せず）を制御する。

続いて、外部抵抗７としてサーミスタ７１の抵抗値を測定するときの動作について図２を用いて説明する。図２のアナログ入力切換回路１は図１（ａ）と表現が異なっているが、図１（ａ）のアナログ入力切換回路１と同等のものである。スイッチ５１がオフの状態で、第１の外部接続端子３１にサーミスタ７１の一端が接続され、第２の外部接続端子３２にサーミスタ７１の他端及び外部分圧抵抗７０の一端が接続され、第４の外部接続端子３４に外部分圧抵抗７０の他端が接続される。このとき、第３の外部接続端子３３は開放しておく。サーミスタ７１及び外部分圧抵抗７０で、電源電圧Ｖｃｃと同様の電圧が分圧され、分圧された電圧が第２の外部接続端子３２を介してマイコン２のＡ／Ｄポート２０に入力される。マイコン２は、Ａ／Ｄポート２０から入力された電圧を用いて対象機器（図示せず）を制御する。

また、図３のような場合も同様に、スイッチ５１がオフの状態で、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃと同等の電圧がサーミスタ７１と外部分圧抵抗７０で分圧され、分圧された電圧がそのまま第２の外部接続端子３２からＡ／Ｄポート２０に入力される。

続いて、外部抵抗７の抵抗値としてボリューム７２の抵抗値を測定するときの動作について図４を用いて説明する。図４のアナログ入力切換回路１は図１（ａ）と表現が異なっているが、図１（ａ）のアナログ入力切換回路１と同等のものである。スイッチ５１がオフの状態で、第１の外部接続端子３１にボリューム７２の固定端子の一方が接続され、第４の外部接続端子３４にボリューム７２の固定端子の他方が接続され、第２の外部接続端子３２にボリューム７２の可動端子が接続される。このとき、第３の外部接続端子３３は開放しておく。ボリューム７２の可動端子と固定端子の他端との間の電圧が第２の外部接続端子３２を介してマイコン２のＡ／Ｄポート２０に入力される。マイコン２は、この電圧を用いて対象機器（図示せず）を制御する。

上記のようなアナログ入力切換回路１の各動作によって、図１（ｂ）に示すように、外部電圧６の測定と外部抵抗７の抵抗値の測定との間で、アナログ電圧の入力切換を容易に行うことができる。これにより、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃ以上の外部電圧６に基づいたアナログ電圧と、外部抵抗７に基づいたアナログ電圧とを同一のＡ／Ｄポート２０で入力することができる。

以上、本実施形態によれば、スイッチ５１のオンオフの切り換えによって、マイコン２の電源電圧Ｖｃｃ以上の外部電圧６を測定する場合と外部抵抗７の抵抗値を測定する場合に、第２，３の外部接続端子３２，３３から入力されるアナログ電圧を同一のＡ／Ｄポート２０に入力することができるので、外部電圧６に基づいたアナログ電圧と外部抵抗７に基づいたアナログ電圧とを別々のＡ／Ｄポートに入力する構成に比べて、マイコン２のＡ／Ｄポート２０を効率よく用いることができる。また、外部電圧６を測定する場合と外部抵抗７の抵抗値を測定する場合とで、グランドに接続される外部接続端子を第４の外部接続端子３４で共用することができるので、従来のものより外部接続端子３１〜３４の数を減らすことができる。

本発明の実施形態に係るアナログ入力切換回路において、（ａ）は外部電圧が接続された回路図、（ｂ）は状態の切り換えを示す図である。 同上に係るアナログ入力切換回路にサーミスタが接続された回路図である。 同上に係るアナログ入力切換回路にサーミスタが接続された他の回路図である。 同上に係るアナログ入力切換回路にボリュームが接続された回路図である。 従来のアナログ入力切換回路の回路図である。

符号の説明

２ マイコン
２０ Ａ／Ｄポート
３１ 第１の外部接続端子
３２ 第２の外部接続端子
３３ 第３の外部接続端子
３４ 第４の外部接続端子
４ 第１の分圧抵抗
５ 直列回路
５０ 第２の分圧抵抗
５１ スイッチ
６ 外部電圧
７ 外部抵抗
７０ 外部分圧抵抗

Claims (1)

1. アナログ値が入力されるＡ／Ｄポートを有するマイコンと、
   前記マイコンの電源電圧以下の電圧が印加される第１の外部接続端子と、
   前記Ａ／Ｄポートに接続される第２の外部接続端子と、
   一端が前記Ａ／Ｄポートに接続される第１の分圧抵抗と、
   前記第１の分圧抵抗の他端に接続される第３の外部接続端子と、
   グランドに接続される第４の外部接続端子と、
   第２の分圧抵抗及びスイッチが直列に接続され一端が前記第１の分圧抵抗の一端に接続され他端が前記グランドに接続される直列回路と
   を備えることを特徴とするアナログ入力切換回路。

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