本實用新型涉及一種測量轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

隨著以信息采集( 即傳感器技術(shù)) 、信息傳輸( 通信技術(shù)) 和信息處理( 計算機技術(shù))為主的現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，在各種工業(yè)自動化生產(chǎn)過程、環(huán)境監(jiān)控過程及日常生活過程中，對溫度、壓力和流量等物理參數(shù)的測量是實現(xiàn)信息的獲得、轉(zhuǎn)化、存取、處理和揭示物質(zhì)活動規(guī)律的必要手段。被測的物理量往往在一個恒定值上上下波動，例如瓷磚燒制的爐溫，其爐溫在一較大的恒定溫度值上有較小的溫度變化。這種物理量經(jīng)過非電量到電量轉(zhuǎn)換電路就得到一個有較大的恒定分量值而相對恒定分量值的變化值相對較小的電壓信號。

對這種有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號，傳統(tǒng)上主要有兩種測量方法。一種是采用標(biāo)準(zhǔn)總線的集成智能傳感技術(shù)，但分辨率較低，一般不超過10位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率，而且動態(tài)響應(yīng)，抗干擾能力均比較差，無法高精度地反應(yīng)有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號。另一種是對這種有較大的恒定分量值而變化值相對較小的輸入電壓信號，采用通常的轉(zhuǎn)換方法，為了使變化分量具有足夠的分辨率，又不使轉(zhuǎn)換器輸入過載，必須使用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，而使用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，必然會增加產(chǎn)品的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種采用低分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器就能實現(xiàn)對具有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號的高精度、低成本的高分辨率測量轉(zhuǎn)換電路。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，包括單片機、輸入輸出接口電路，控制接口電路，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器、低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器、S/H采樣保持電路、運算放大電路A₁、運算放大電路A₂、電阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，選擇開關(guān)K，運算放大電路A₁的同相端作為信號輸入端與被轉(zhuǎn)換信號V_i（即具有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號）相連，運算放大電路A₁的反相端分別通過電阻R₁接地以及通過電阻R₂與運算放大電路A₁的輸出端V₁相連，運算放大電路A₁的輸出端V₁通過電阻R₃與運算放大電路A₂的同相端相連，運算放大電路A₂的信號輸出端通過電阻R₄與運算放大電路A₂的同相端相連以及與S/H采樣保持電路的輸入端相連，運算放大電路A2的反相端通過電阻R₅與低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端相連以及通過電阻R₆接地，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓V_R1與高的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R相連，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的信號輸入端經(jīng)輸出接口電路與單片機的信號輸出端相連，S/H采樣保持電路的輸出端與低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)輸入接口電路與單片機的輸入端相連，單片機的控制輸出經(jīng)控制接口電路分別與S/H采樣保持電路的控制輸入、低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器選通控制輸入及選擇開關(guān)K的選通控制輸入相連，選擇開關(guān)K的兩輸入分別與高的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R及低的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R' 相連，選擇開關(guān)K的輸出與A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓V_R2相連。

工作原理：步驟一，具有較大的恒定分量值而變化值相對較小的輸入電壓信號V_i加到運算放大器A₁和電阻R₁、R₂構(gòu)成的同相放大器輸入端，同相放大器輸出為GVi，G是常量，其大小依據(jù)量程的要求通過調(diào)整R₁、R₂來確定。此時CPU通過輸出接口輸出八位二進制“00000000”給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓信號V' 為零，運算放大器A₁和電阻R₃、R₄、R₅及R₆構(gòu)成減法電路的輸出為GVi，開關(guān)K受CPU通過控制接口輸出的控制信號的控制，適擇高的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓，CPU通過控制接口輸出的控制信號啟動S/H采樣保持電路，然后CPU通過控制接口輸出的控制信號啟動D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出通過輸入接口將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳入CPU。步驟二，此測量重復(fù)進行多次（如五十次），CPU根據(jù)多次的測量數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計學(xué)的方法確定輸入電壓信號V_i中恒定分量的大小。步驟三，CPU通過輸出接口將對應(yīng)恒定分量的大小的八位二進制“D₇D₆D₅D₄D₃D₂D₁D₀”輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓信號為V'。這時，運算放大器A₁和電阻R₃、R₄、R₅及R₆構(gòu)成減法電路的輸出為GVi－V'，開關(guān)K受CPU通過控制接口輸出的控制信號的控制，適擇低的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R'（如V_R'是V_R的10%）作為A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓，CPU通過控制接口輸出的控制信號啟動S/H采樣保持電路，然后CPU通過控制接口輸出的控制信號啟動D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出通過輸入接口電路將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳入CPU，完成測量。以后重復(fù)步驟三實現(xiàn)跟蹤測量。最后的測量結(jié)果是步驟三的測量結(jié)果加恒定分量。

本實用新型與已有技術(shù)相比，由于采用減除了數(shù)值相對很大的恒定分量后，才進行轉(zhuǎn)換，這樣，所轉(zhuǎn)換的數(shù)值的變化相對會較大，即使采用低分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，也能滿足高分辨率轉(zhuǎn)換的要求，因此，本實用新型具有采用低分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器就能實現(xiàn)對具有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號的高精度、低成本的高分辨率A/D轉(zhuǎn)換的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細(xì)描述：

如圖所示，包括單片機、輸入輸出接口電路，控制接口電路，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器、低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器、S/H采樣保持電路、運算放大電路A₁、運算放大電路A₂、電阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，選擇開關(guān)K，運算放大電路A₁的同相端作為信號輸入端與信號源V_i（即具有較大的恒定分量值而變化值相對較小的電壓信號）相連，運算放大電路A₁的反相端分別通過電阻R₁接地以及通過電阻R₂與運算放大電路A₁的輸出端V₁相連，運算放大電路A₁的輸出端V₁通過電阻R₃與運算放大電路A₂的同相端相連，運算放大電路A₂的信號輸出端V₂通過電阻R₄與運算放大電路A₂的同相端相連以及與S/H采樣保持電路的輸入端相連，運算放大電路A₂的反相端通過電阻R₅與低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端V'相連以及通過電阻R₆接地，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓V_R1與高的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R相連，低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的信號輸入端經(jīng)輸出接口電路與單片機的信號輸出端相連，S/H采樣保持電路的輸出端與低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)輸入接口電路與單片機的輸入端相連，單片機的控制輸出經(jīng)控制接口電路分別與S/H采樣保持電路的控制輸入、低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器選通控制輸入及選擇開關(guān)K的控制輸入相連，選擇開關(guān)K的兩輸入分別與高的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R及低的標(biāo)準(zhǔn)電壓V_R'相連，選擇開關(guān)K的輸出與A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓V_R2相連。

低分辨率D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)選八位或十位，低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)取決于測量精度要求，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換測量就越高，這里可以取八位、十位、十二位的A/D轉(zhuǎn)換器；

此外，運算放大器A₁、A₂參數(shù)要穩(wěn)定，運算放大器A₁、A₂的輸入阻抗要求比較高。電阻R₁、R_2、R₃、R₄、R₅及R₆精度要優(yōu)于千分之一。

參數(shù)選擇依照以下要求來進行：

⒈依據(jù)有恒定分量輸入信號變化的精度測量要求選擇八位或十位D/A轉(zhuǎn)換器；

⒉依據(jù)有恒定分量輸入信號變化的精度測量要求選擇的八位、十位或十二位A/D轉(zhuǎn)換器；

⒊依據(jù)測量精度確定運算跟隨放大器及電阻R的的大小，且電阻R的其精度在千分之一以上。