本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)采集電路，具體是一種利用模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集路數(shù)擴(kuò)展的電路模塊，屬于信號(hào)采集處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
信號(hào)采集模塊，比如傳感器信號(hào)采集電路是將微弱的傳感器輸出信號(hào)(通常以模擬信號(hào)居多)進(jìn)行調(diào)理放大后轉(zhuǎn)變的數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)或者其他處理器進(jìn)行處理，以便對(duì)相關(guān)物理量進(jìn)行監(jiān)視，并在一定情況下用來(lái)作為控制外界的某些物理量依據(jù)。
在很多應(yīng)用領(lǐng)域都需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采集與檢測(cè)，例如在溫度檢測(cè)領(lǐng)域，很多高精度的溫度傳感器輸出的電信號(hào)為模擬信號(hào)(例如傳感器產(chǎn)生一個(gè)同溫度成比例變化的電流)，這就需要使用多片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)每路模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并且處理器需要采集多片模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的輸出數(shù)據(jù)，這不僅硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜(多片AD芯片)，并且對(duì)處理器的端口資源浪費(fèi)也比較大(處理器需要采集多片AD芯片的輸出)。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中，器信號(hào)采集電路中使用的各個(gè)器件(特別是AD芯片)功耗較大，這使得系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)采用電池供電，設(shè)備無(wú)法小型化和手持化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是怎樣提供一種對(duì)多大64路信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采集，并且節(jié)約控制器端口資源，同時(shí)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 功耗小，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化和手持化的多路模擬信號(hào)采集電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。
一種基于模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)采集路數(shù)擴(kuò)展的信號(hào)采集電路，其特征在于：包括主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)、N個(gè)次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)，AD轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)；所述N的數(shù)量小于8；
所述主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)和次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)均分別具有8個(gè)輸入輸出口、一個(gè)公共口和一個(gè)數(shù)控選通端；
第1、2、3...N次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入輸出口均為被采集信號(hào)的輸入口；
第1、2、3...N次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口與主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的第1、2、3...N輸入輸出口對(duì)應(yīng)連接；
第1、2、3...N次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端均與單片機(jī)的第一輸出口相連接；所述主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第二輸出口相連接；
模所述主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口與弱信號(hào)放大模塊的輸入端相連接，弱信號(hào)放大模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端相連接；所述單片機(jī)通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連接。
進(jìn)一步的，所述AD轉(zhuǎn)換器為ADS7823芯片；所述主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)和次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)均采用CD4051芯片。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本實(shí)用新型中將被采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)模擬開(kāi)關(guān)輪流選通，所有的N個(gè)次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端均與單片機(jī)的第一輸出口相連接，單片機(jī)從第一輸出口發(fā)送一個(gè)數(shù)控選通信號(hào)即可從N個(gè)次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)選出N個(gè)被采集信號(hào)(每個(gè)次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口輸出一個(gè)信號(hào))，這N個(gè)被采集的信號(hào)再在單片機(jī)的第二輸出口發(fā)送的數(shù)控選通信號(hào)的控制下便輪流通過(guò)主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)入放大模塊和AD模塊后最終進(jìn)入單片機(jī)，從而完成信號(hào)的同時(shí)輸入；單片機(jī)的第一輸出口再次發(fā)送新的數(shù)控選通信號(hào)便可選出另一組N個(gè)被采集信號(hào)，這一組N 個(gè)被采集信號(hào)又可以輪流通過(guò)主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)入進(jìn)入放大模塊和AD模塊后最終進(jìn)入進(jìn)入單片機(jī)，因此本實(shí)用新型事實(shí)上可以完成8N個(gè)信號(hào)的采集工作，但是耗費(fèi)單片機(jī)的端口資源只有兩個(gè)三位信號(hào)，也即6個(gè)引腳，這大大節(jié)約了單片機(jī)端口資源，并且簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。
同時(shí)本實(shí)用新型選用ADS7823芯片實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換器ADS7823芯片，在125KHz吞吐速率和2.7V電壓下的功耗為750uW，而在關(guān)閉模式下的功耗僅為0.5uW，也即是ADS7843具有低功耗和高速率特性，因此這使得本實(shí)用新型整體功耗得到大幅度降低，設(shè)備容易實(shí)現(xiàn)小型化和手持化。并且本實(shí)用新型適用于采集對(duì)象需要與單片機(jī)隔離的信號(hào)的應(yīng)用領(lǐng)域，更有利于采集那些需要隔離，離單片機(jī)比較遠(yuǎn)的模擬信號(hào)。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，一種基于模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)采集路數(shù)擴(kuò)展的信號(hào)采集電路，包括多個(gè)模擬開(kāi)關(guān)、AD轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)。
模擬開(kāi)關(guān)采用CD4051芯片。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有A、B和C三個(gè)二進(jìn)制數(shù)控選通端，CD4051具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20V的模擬信號(hào)，三位二進(jìn)制信號(hào)可以選通8通道中的一個(gè)通道，連接該輸入端至公共端。
單片機(jī)選用普通單片機(jī)即可。
AD轉(zhuǎn)換器為ADS7823芯片。ADS7823芯片是一款具有同步串行接口的12 位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在125KHz吞吐速率和2.7V電壓下的功耗為750uW，而在關(guān)閉模式下的功耗僅為0.5uW。因此ADS7843以其低功耗和高速率等特性，被廣泛應(yīng)用在采用電池供電的小型手持設(shè)備上。ADS7843采用SSOP-16引腳封裝形式。溫度范圍是-40℃～+80℃。ADS7843具有兩個(gè)輔助輸入(1N3、1N4)，可設(shè)置為8位或12位模式。該芯片的工作電壓在2.7～5.25V之間?；鶞?zhǔn)電壓vref介于1V～+Vcc，該電路的基準(zhǔn)電壓確定了轉(zhuǎn)換器的輸入范圍，輸出數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)字位代表的模擬電壓等于基準(zhǔn)電壓除以4096，平均基準(zhǔn)輸入電流由ADS7843的轉(zhuǎn)換率來(lái)確定。此外，該芯片由I2C總線控制，最多可掛接4個(gè)。
具體電路連接關(guān)系如下：
模擬開(kāi)關(guān)分為主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)和次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)兩類，但是實(shí)際上均是完全相同的器件，均采用同型號(hào)芯片。
第1、2、3...N次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入輸出口均為被采集信號(hào)的輸入口，也即是所有的次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的輸入輸出口均可采集外界信號(hào)。
第1、2、3...N次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口與主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的第1、2、3...N輸入輸出口對(duì)應(yīng)連接；由于N的數(shù)量小于8(也可以等于8)，因此所有的次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口均可以連接到主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入輸出口上。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)和次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的控制，必須對(duì)其數(shù)控選通端進(jìn)行信號(hào)傳送，但是如果每一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)均使用三位的二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)控選通端信號(hào)控制的話，1個(gè)主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)和N個(gè)次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)總共需要3(N+1)才能實(shí)現(xiàn)控制，N取8則需要27位信號(hào)進(jìn)行控制，由于耗費(fèi)的端口資源過(guò)多，這對(duì)于常見(jiàn)的單片機(jī)控制器顯然是難以接受的。
本實(shí)用新型的解決辦法是：所有的次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端均與單片 機(jī)的第一輸出口相連接，主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的第二輸出口相連接，在這里，單片機(jī)的第一輸出口和單片機(jī)的第二輸出口均指能輸出三位二進(jìn)制信號(hào)的端口，因此實(shí)際耗費(fèi)的單片機(jī)的端口數(shù)量為6位端口(6個(gè)管腳)，這大大節(jié)約了單片機(jī)的端口資源。
主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的公共口與弱信號(hào)放大模塊的輸入端相連接，弱信號(hào)放大模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端相連接；AD轉(zhuǎn)換器通過(guò)I2C總線與單片機(jī)相連接；單片機(jī)通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)相連接。
弱信號(hào)放大模塊根據(jù)需要可以選用各類型運(yùn)放實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中也存在將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換器件的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)放大作用，由于采用的是內(nèi)部電阻，所以放大倍數(shù)比較精確，誤差較小，這樣可以更好地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行精確的調(diào)理，從而使得采集的信號(hào)誤差更小，此處不屬于本實(shí)用新型改進(jìn)點(diǎn)，因此不再贅述采用常規(guī)技術(shù)方案即可。
本實(shí)用新型工作原理如下：
被采集的信號(hào)由從級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的各個(gè)輸入口進(jìn)入本實(shí)用新型 ；
單片機(jī)通過(guò)其第一輸出口向所有次級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的數(shù)控選通端(A、B和C三個(gè)二進(jìn)制數(shù)控選通端)發(fā)送同樣的選通信號(hào)可以分別選中第一輸入輸出口、第二輸入輸出口直至第八輸入輸出口，被選中的輸入輸出口被連接到公共端，例如當(dāng)A、B和C信號(hào)為000時(shí)，第一輸入輸出口被選中，連接到公共口，當(dāng)A、B和C信號(hào)為001時(shí)，第二輸入輸出口被選中，連接到公共口。那么所有的從模擬開(kāi)關(guān)的同一編號(hào)的輸入輸出口的信號(hào)便被選出，并且送往主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)接收下一級(jí)的選通，單片機(jī)通過(guò)其第二輸出口向主級(jí)模擬開(kāi)關(guān)發(fā)送三位二進(jìn)制的選通信號(hào)，便可以從上述所有的從模擬開(kāi)關(guān)的同一編號(hào)的輸入輸出口的信號(hào)選出一個(gè)信號(hào)送往弱信號(hào)放大模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊，最終進(jìn)入單片機(jī)，而強(qiáng)大的單片機(jī)可以將該被選出的唯一信號(hào)用于必要傳輸或者用于運(yùn)算處理。再上述過(guò)程中通過(guò)靈活發(fā)送兩級(jí)模擬開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)便可以從多 大64路的信號(hào)從選取出所需要信號(hào)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作速度很快，因此在短時(shí)間內(nèi)便可以對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采集處理。這樣就實(shí)現(xiàn)了多路模擬信號(hào)輪流選通，被選通的傳感器信號(hào)經(jīng)由ADS7843芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后便可用于進(jìn)行處理，以便對(duì)相關(guān)物理量進(jìn)行監(jiān)視。
單片機(jī)與ADS7843芯片之間的I2C通信連接是這樣實(shí)現(xiàn)的：I2C信號(hào)的SCL和SDA由單片機(jī)的兩位并口模擬，具體的可采用單片機(jī)的兩位普通并行輸入輸出口實(shí)現(xiàn)，例如，采用單片機(jī)的引腳P1.0和P1.1模擬I2C的SDA、SCL，按照I2C協(xié)議的時(shí)序進(jìn)行通信，通過(guò)單片機(jī)就可以方便的對(duì)這ADS7823芯片進(jìn)行控制。
當(dāng)然單片機(jī)還可以通過(guò)其串口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，單片機(jī)通過(guò)串口傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)，這可滿足對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行顯示分析的需求。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。