專利名稱：多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置及方法，尤其是一種針對多類型模
擬信號通過多通道輸入并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)的裝置，以及轉(zhuǎn)換的方法。
背景技術(shù)：
在微機(jī)數(shù)據(jù)采集或測控系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是模擬量輸入通道重要的 核心部件，其作用是將反映現(xiàn)場或過程參數(shù)實(shí)時(shí)變化的物理量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī) 能夠接收和識別的離散數(shù)字代碼，主要應(yīng)用在以單片機(jī)或計(jì)算機(jī)為主的系統(tǒng)中。
目前，市場上模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置已經(jīng)非常普及，許多這個(gè)領(lǐng)域的研究都集中 在如何提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度，提高分辨率以及降低量化誤差，但這些研 究以及市場上成熟的模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品都只是針對于單一通道或單一信號的數(shù)字 化處理，在智能建筑領(lǐng)域很多現(xiàn)場存在地理位置分散，每個(gè)位置有多種模擬 信號類型，而每種類型信號只有一兩點(diǎn)需要采集。通常對于這種多通道多類 型模擬輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換需對每種類型信號分別采用不同的信號調(diào)理電 路，導(dǎo)致電路復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一 目的是針對現(xiàn)有單一通道或單一信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置無法 對多通道多類型信號同時(shí)進(jìn)行處理的缺陷，提出了 一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置， 既能夠?qū)Χ嗤ǖ蓝囝愋托盘栠M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，又能夠提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
本發(fā)明的第二目的是針對于現(xiàn)有單一通道或單一信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置無
法轉(zhuǎn)換多通道多類型信號同時(shí)進(jìn)行處理的缺陷，提出了 一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換
的方法，能夠同時(shí)對多路輸入模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供了一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括模
擬信號輸入端口、控制采樣電路，還包括與所述模擬信號輸入端口和控制
采樣電路相連的通道開關(guān)選擇電路，用于將輸入的多路模擬信號進(jìn)行模擬
信號輸入通道選擇，并將選擇后的多路模擬信號通過所述控制采樣電路完 成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
在上述技術(shù)方案中，所述通道開關(guān)選擇電路包括數(shù)個(gè)模擬多路輸出選 擇器，分別與輸入的模擬信號相連，用于選擇輸入的模擬信號中的一路到 所述信號調(diào)理電路。還可以進(jìn)一步包括信號調(diào)理電路，設(shè)置在所述通道開 關(guān)選擇電路和控制采樣電路之間，用于將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號， 并將電壓信號放大，以使在量程范圍內(nèi)利用控制采樣電路的滿度。
所述信號調(diào)理電路進(jìn)一步包括參考電壓生成電路，該參考電壓生成 電路包括模擬多路輸出選擇器，該第 一模擬多路輸出選擇器的輸入端與參 考電壓相連，輸出端與所述電壓放大器的反相輸入端相連，當(dāng)選通信號為 熱電阻信號或熱敏電阻信號時(shí)，為反相輸入端提供相應(yīng)的參考電壓。
由熱電阻或者熱敏電阻的電阻信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號是熱電阻或者 熱敏電阻的阻值與流經(jīng)熱電阻或者熱敏電阻的電流的乘積。熱電阻或者熱 敏電阻的阻值隨著溫度變化，其轉(zhuǎn)換后的電壓也相應(yīng)變化，設(shè)同相輸入端 電壓V+,反相輸入端電壓是V —。要保證V+與V_的差值的最小值越接近0
越好，并且大于o。
當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍是[o, IOV]時(shí)，為了提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的
精度，要求轉(zhuǎn)換后的電壓盡量分布在[O, IOV]的整個(gè)區(qū)間，而且要保證大 于0。這是因?yàn)榭刂撇蓸与娐返哪?shù)轉(zhuǎn)換范圍是[O, 10V],不能是負(fù)電壓。
所以儀表放大器的輸出不應(yīng)該與同相輸入端電壓反相，不應(yīng)該是負(fù)電壓。 所述信號調(diào)理電路還包括恒流源電路，與所述模擬多路輸出選擇器相
連，用于當(dāng)模擬信號為電阻信號時(shí)，將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
在所述模擬多路輸出選擇器上外接具有精確阻值的電阻，用于測量熱 電阻或者熱敏電阻時(shí)，首先選通精確電阻所在的通道，測量電壓放大器的
輸出端電壓；然后選通^皮測熱電阻或者熱壽文電阻所在通道，并測量此時(shí)電 壓放大器輸出端電壓。將分別獲得的輸出端電壓做差，以消除所述模擬多 路輸出選擇起的內(nèi)阻。
在測量熱電阻或者熱敏電阻時(shí)，外接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻(例如阻值為500 歐姆)，先測量這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻在電壓放大器的輸出端的電壓是 V5,(i*(500+2r)) -V_)*K,然后切換到被測熱電阻或者熱敏電阻的通道， 測量出此時(shí)的電壓放大器輸出端電壓Vo=(i*(Rt+2r)-V—)*K，可得到 Vo-V，=K*i* (Rt-500)。
將得到的兩個(gè)輸出端電壓做差，結(jié)果與內(nèi)阻r無關(guān)。此時(shí)，由于K、 i、 Vo、 V，都是已知的，就可以得到Rt=(Vo-V5。。)/(K*i)+500。其中K、 i、 V5 ', 是定值，Rt與(Vo-V，)成線性/正比例關(guān)系，我們就可以根據(jù)Ptl000或者 熱敏電阻NTC20k的分度表，得到Rt與(Vo-V，)的線性關(guān)系表。再根據(jù) (Vo-V,)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值，就可以通過查表得到Rt的值，從而獲得溫度 值。
對于表中沒有的(Vo-V;,J的數(shù)字量值，因?yàn)樵摫肀硎玖?Rt與(Vo-V5 。) 的線性關(guān)系，可以通過分區(qū)線性化的方法計(jì)算得至"被測熱電阻或者熱敏電 阻的值，也就得到了溫度值。
還可以進(jìn)一步增加電壓跟隨器，將其設(shè)置在所述信號調(diào)理電路和控制 采樣電路之間，用于進(jìn)行阻抗匹配，以使輸出電壓得到緩沖。
為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明提供了一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法， 包括以下步驟
步驟1,多組模擬信號進(jìn)入通道開關(guān)選擇電路，由通道開關(guān)選擇電路 選通逐個(gè)選擇每組模擬信號對應(yīng)的通道；
步驟2,所述通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電路后，
所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
步驟3，所述電壓信號進(jìn)入控制采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出電壓的 數(shù)字量值。
其中，所述步驟2具體為所述通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn) 入信號調(diào)理電路后，所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為預(yù)定范圍內(nèi) 的電壓信號，以充分利用控制采樣電路的滿度。
當(dāng)選通的模擬信號為熱電阻或熱敏電阻信號時(shí)，恒流源電路選通工 作，將所述熱電阻或熱敏電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并輸入到電壓放大器 的同相輸入端；同時(shí)，參考電壓經(jīng)模擬多路輸出選擇器選通輸入到電壓放 大器的反相輸入端。
當(dāng)通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號為電壓信號時(shí)，模擬多路輸出選 擇器關(guān)斷恒流源電路的輸入，電壓放大器的反相輸入端接地信號。
當(dāng)采集的模擬信號為電流信號時(shí)，在通道開關(guān)選擇電路接精確電阻， 將電流信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號，再輸入到電壓放大器的同相輸入端。
基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明在模擬信號輸入端口和控制采樣電路之間增 加了通道開關(guān)選擇電路和信號調(diào)理電路，能夠自動切換多路模擬輸入信號來 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對于多種類型的模擬輸入信號都可以利用信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換 成電壓信號，對于模擬輸入信號為熱電阻PT1000以及熱敏電阻NTC20K,能 夠消除多路開關(guān)內(nèi)阻的影響,另外本發(fā)明還采用放大電路充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換 裝置的滿度，從而提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的再一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3中通道選擇開關(guān)電路和信號調(diào)理電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖，其 中參考電壓生成電路用于輸入電阻信號時(shí)接通。
圖5為圖3中信號調(diào)理電路的另一種具體結(jié)構(gòu)示意圖，其中恒流源電路 在輸入熱電阻或熱敏電阻時(shí)接通。
圖6為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7為圖6具體實(shí)施例的等效電路的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明對多路不同類型的模擬輸入信號進(jìn)行通道選擇，然后根據(jù)輸入 信號的類型進(jìn)行相應(yīng)的處理，轉(zhuǎn)換成電壓信號，在放大到量程范圍內(nèi)可以 充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿度，最后再通過控制采樣電路輸出電壓的數(shù)字量值。
如圖1所示，為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括模擬 信號輸入端口 1、通道選擇開關(guān)電路2和控制采樣電路3,其中通道選擇 開關(guān)電路2與模擬信號輸入端口 l相連，接收輸入的多路不同類型的模擬 信號；控制采樣電路3與通道選擇開關(guān)電路2的輸出端相連，將輸入的模 擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。輸入模擬信號類型可以包括不同范圍的直流電壓信 號、直流電流信號、PTIOOO、 NTC20K等。
如圖2所示，為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，與 上面區(qū)別的是，在通道選擇開關(guān)電路2和控制采樣電路3之間，又增加了 信號調(diào)理電路4,能夠?qū)⑤斎肽M信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并將電壓信號放 大，以使在量程范圍內(nèi)利用控制采樣電路的滿度。
圖3為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的再一種結(jié)構(gòu)示意圖，在圖2電路 結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又增加了電壓跟隨器5,設(shè)于信號調(diào)理電路4和控制采樣
電路3之間，能夠起到阻抗匹配的作用，能夠使得后面的控制采樣電路更 好的工作。
參考圖4、 5,分別為圖3的兩種具體，其中通道選擇開關(guān)電路2由多 個(gè)模擬多路輸出選擇器構(gòu)成，在本實(shí)施例中，采用8路輸入模擬信號，因 此可設(shè)置三個(gè)模擬多路輸出選擇器21、 22、 23對8路輸入模擬信號進(jìn)行 選通，可以用輪詢的方式，逐個(gè)選通每路通道，保證每時(shí)每刻只有一路模 擬輸入信號被選通，也可以根據(jù)具體要求只對某幾條通道進(jìn)行選通。
在信號調(diào)理電路4中包括用來根據(jù)選通的輸入模擬信號的類型將輸入 模擬信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，并放大的電壓放大器41,電壓放大器41的反 相輸入端與參考電壓生成電路的輸出端或者地信號相連，其正相輸入端與 通道開關(guān)選擇電路2的輸出端相連。參考電壓生成電路由參考電壓和一模 擬多路輸出選擇器42相連，當(dāng)輸入電阻信號時(shí)，電壓放大器41的反相輸 入端與模擬多路輸出選擇器42的輸出端相連，當(dāng)選通信號為熱電阻信號 或熱敏電阻信號時(shí)，為反相輸入端提供相應(yīng)的參考電壓。
由熱電阻或者熱敏電阻的電阻信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號是熱電阻或者 熱每t電阻的阻值與流經(jīng)熱電阻或者熱敏電阻的電流的乘積。熱電阻或者熱 敏電阻的阻值隨著溫度變化，其轉(zhuǎn)換后的電壓也相應(yīng)變化，設(shè)同相輸入端 電壓V+，反相輸入端電壓是V-。要保證V+與V_的差值的最小值越接近0 越好，并且大于0。
當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍是[O, IOV]時(shí)，為了提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的 精度，要求轉(zhuǎn)換后的電壓盡量分布在[O, IOV]的整個(gè)區(qū)間，而且要保證大 于0。這是因?yàn)榭刂撇蓸与娐返哪?shù)轉(zhuǎn)換范圍是[O, 10V],不能是負(fù)電壓。 所以儀表放大器的輸出不應(yīng)該與同相輸入端電壓反相，不應(yīng)該是負(fù)電壓。
信號調(diào)理電路4還包括恒流源電路43,與模擬多路輸出選擇器42相 連，當(dāng)模擬信號為熱電阻信號或熱敏電阻信號時(shí)，為熱電阻或熱敏電阻提 供電源，以使所述模擬信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。在模擬多路輸出選擇器上外
接具有精確阻值的電阻，可以測量分別接通后所述電壓放大器的輸出端電 壓，并將分別獲得的輸出端電壓做差，以消除所述模擬多路輸出選擇器的內(nèi)阻。
在測量熱電阻或者熱敏電阻時(shí)，外接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻(例如阻值為500 歐姆)，先測量這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻在電壓放大器的輸出端的電壓是 V;。。=(i*(500+2r)) -V—)*K,然后切換到被測熱電阻或者熱敏電阻的通道， 測量出此時(shí)的電壓放大器輸出端電壓Vo=(i*(Rt+2r)-V_)*K,可得到 Vo-V50。=K*i* (Rt-500)。
將得到的兩個(gè)輸出端電壓做差，結(jié)果與內(nèi)阻r無關(guān)。此時(shí)，由于K、 i、 Vo、 Vs。。都是已知的，就可以得到Rt=(Vo-V5。。)/(K*i)+500。其中K、 i、 V50(1 是定值，Rt與(Vo-V;。。)成線性/正比例關(guān)系，我們就可以根據(jù)PtlOOO或者 熱敏電阻NT。0k的分度表，得到Rt與(Vo-V，)的線性關(guān)系表。再根據(jù) (Vo-V，)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值，就可以通過查表得到Rt的值，從而獲得溫度 值。
對于表中沒有的(Vo-V,)的數(shù)字量值，因?yàn)樵摫肀硎玖?Rt與(Vo-V5。。) 的線性關(guān)系，可以通過分區(qū)線性化的方法計(jì)算得到被測熱電阻或者熱敏電 阻的值，也就得到了溫度值。
可以通過調(diào)整放大電路的發(fā)大倍數(shù)，使輸出電壓落在一個(gè)預(yù)定的范圍 內(nèi)，例如輸出范圍為0~ 10V的電壓，從而充分的利用控制采樣電路3的 滿度，所謂滿度即量程的最大值。
以上給出了本發(fā)明的幾種功能模塊的結(jié)構(gòu)說明，接下來本發(fā)明的 一個(gè) 具體實(shí)施例，如圖6所示，為本發(fā)明多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的具體實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)示意圖，輸入信號端TG2-4分別與模擬多路輸出選擇器Ul的XO-2相 連，輸入信號端TG5-7分別與模擬多路輸出選擇器U3的X0-2相連，輸入 信號端TG8、 TG9分別與模擬多路輸出選擇器U5的X0、 XI相連，Ul、 U3、 U5的X輸出端與電壓放大器U4的正相輸入端相連，Ul、 U3、 U5在同一時(shí)
刻只選通一路。
為了克服U1、 U3、 U5的內(nèi)阻，可以在每個(gè)模擬多路輸出選擇器的X3 端口接入電阻R1、 R2、 R3。模擬多路輸出選擇器U1、 U3、 U5共同組成了 模擬多路選擇電路。在本實(shí)施例中只提供了 3個(gè)模擬多路輸出選擇器，但 本發(fā)明可以根據(jù)輸入通道的個(gè)數(shù)選擇更多或更少的模擬多路輸出選擇器。
電壓放大器U4是信號調(diào)理電路中的一部分，其作用是放大輸入的電 壓信號，以使采樣控制電路能夠在滿量程內(nèi)工作，從而提高轉(zhuǎn)換精度。
當(dāng)輸入信號為熱電阻信號或熱敏電阻信號時(shí)，需要將熱電阻信號或熱 敏電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，才能夠進(jìn)行放大，因此在信號調(diào)理電路中加 入?yún)⒖茧妷荷呻娐?，即模擬多路輸出選擇器U2， U2的Y0、 Yl分別通過 電阻R4、 R5與參考電壓+2. 5V相連，其中R4對應(yīng)著熱電阻信號，R5對應(yīng) 著熱敏電阻信號，在選通不同信號時(shí)，也選通R4和R5對應(yīng)的回3各。
信號調(diào)理電路還包括恒流源電路，即由三端可調(diào)電流源D1、可變電阻 VR1、電阻R9、電阻RIO、 二極管D2構(gòu)成，恒流源電路與U2的X0、 XI端 口連接，在這里U2作為恒流源的開關(guān)。模擬多路輸出選擇器U6作為選通 不同電阻的電子開關(guān)，XO、 YO、 Y1端口與電阻R8、 R7、 R6相連。
為了控制電壓的放大倍數(shù)，可以在電壓放大器的控制端接入模擬多路 輸出選擇器U8,在該模擬多路輸出選擇器U8與電壓放大器控制端組成的 電路中，接入電阻R14、 R15、 R16，根據(jù)阻值的大小來計(jì)算放大倍數(shù)，由 A、 B端口輸入的信號選通不同的電阻來適應(yīng)不同的輸入信號。
電壓放大器U4的輸出端與電壓放大器U7的正相輸入端相連，電壓放 大器U7作為電壓跟隨器，起到阻抗匹配的作用，其輸出端與控制采樣電 路U9連接。控制采樣電路U9對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
如圖7所示，為圖6具體實(shí)施例的等效電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中模擬 多路輸出選擇器U2為開關(guān)Sl和S2,分別為恒流源電路和參考電壓生成電 路選通和切斷；開關(guān)S4是由模擬多路輸出選擇器U6提供的，電阻R4和
R6是當(dāng)輸入分別為熱電阻信號或熱偶電阻時(shí)接通，并在運(yùn)算時(shí)做差以消除 內(nèi)阻的影響，具體可參見前面敘述。
模擬多路輸出選擇器U1、 U3、 U5共同組成開關(guān)S4和S5,在一個(gè)時(shí)刻 內(nèi)只能選通一路信號，Rt為被測電阻，可以是為了消除多路開關(guān)內(nèi)阻的 具有精確阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，或者熱電阻或熱敏電阻?；谏鲜龅亩嗤ǖ滥?數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程如圖8所示，為本發(fā)明多通 道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法的流程示意圖，包括以下步驟
步驟101,多組模擬信號進(jìn)入通道開關(guān)選擇電路，由通道開關(guān)選擇電 路選通逐個(gè)選擇每組模擬信號對應(yīng)的通道；
步驟102,通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電路后， 所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
步驟103，電壓信號進(jìn)入控制采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出電壓的數(shù) 字量值。
在步驟102中，通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電路 后，所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為預(yù)定范圍內(nèi)的電壓信號，以 充分利用控制采樣電路的滿度。
當(dāng)選通的模擬信號為電阻信號時(shí)，參考電壓生成電路42被接通，模 擬多路輸出選擇器42輸出恒流信號，將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。電壓 放大器41可選用儀表放大器，設(shè)同相輸入端電壓V+,反相輸入端電壓是 V一。
當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍是[o, iov]時(shí)，為了提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的
精度，要求轉(zhuǎn)換后的電壓盡量分布在[O, IOV]的整個(gè)區(qū)間，而且要保證大 于0。這是因?yàn)閮x表放大器的輸出不能與同相輸入端電壓反相，不能是負(fù)電壓。
首先將通道切換到標(biāo)準(zhǔn)電阻上，標(biāo)準(zhǔn)電阻選為500歐姆，電壓放大器 41的輸出為
V50。=(i* (500+2r)) —V—)*K;
再切換到模擬輸入信號Rt上，電壓放大器41的輸出為 V,,= (i*(Rt+2r)-V—)*K，
可推導(dǎo)出Rt=(V,，-V50。)/(K*i)+500，即V。-V5 。=K*i*(Rt-500), 式中，K為放大倍數(shù)，V—是反向輸入端電壓，r是模擬開關(guān)內(nèi)阻，500 歐姆為標(biāo)準(zhǔn)參考電阻，i是恒流源電流，Rt是輸入電阻信號。其中，參考 電位V-的選擇要保證Rt取范圍最小值時(shí)，電壓放大器41的輸出大于零， 并盡量接近O;在Rt取范圍最大值時(shí)，電壓放大器41的輸出不大于模數(shù) 轉(zhuǎn)換的滿度。
當(dāng)選通的模擬信號為熱敏電阻或熱電阻信號時(shí)，恒流源電路選通工 作，與輸入電阻信號的處理方式相似，將熱敏電阻或熱電阻信號轉(zhuǎn)換成電 壓信號，并輸入到電壓放大器的同相輸入端；同時(shí)，參考電壓經(jīng)模擬多路 輸出選擇器選通輸入到電壓放大器的反相輸入端。
顯然，兩個(gè)輸出端電壓做差的結(jié)果與內(nèi)阻r無關(guān)，其中K、 i、 V鎖,是 定值，Rt與(Vo-Vs。。)成線性/正比例關(guān)系,我們就可以根據(jù)PUOOO或者熱 敏電阻NTC20k的分度表，得到Rt與(Vo-V，)的線性關(guān)系表。再根據(jù)(Vo-V5。。) 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值，就可以通過查表得到Rt的值，從而獲得溫度值。
對于表中沒有的(Vo-V;J的數(shù)字量值,因?yàn)樵摫肀硎玖?Rt與(Vo-V5。。) 的線性關(guān)系，可以通過分區(qū)線性化的方法計(jì)算得5 ij被測熱電阻或者熱敏電 阻的值，也就得到了溫度值。
當(dāng)通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號為電壓信號時(shí)，模擬多路輸出選 擇器關(guān)斷恒流源電路的輸入，電壓放大器的反相輸入端接地信號。
當(dāng)采集的模擬信號為4-20mA電流信號時(shí)，通過在通道開關(guān)選擇電路 接250歐姆的精確電阻，轉(zhuǎn)換成1 5V的電壓信號，再輸入到電壓放大器
的同相l(xiāng)lr入端。
還可以通過CPU對各個(gè)模擬多路輸出選擇器、放大電路、參考電壓生
成電路等端口進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)模擬多路輸出選擇器的通斷選擇， 以及放大電路形式和放大倍數(shù)的選擇。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對 其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對 部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括模擬信號輸入端口、控制采樣電路，其特征在于，還包括與所述模擬信號輸入端口和控制采樣電路相連的通道開關(guān)選擇電路，用于將輸入的多路模擬信號進(jìn)行模擬信號輸入通道選擇，并將選擇的一路模擬信號通過所述控制采樣電路完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，還包括信號調(diào)理電路，設(shè)置在所述通道開關(guān)選擇電路和控制采樣電路之間，用 于將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并將電壓信號放大，以使在量程范圍 內(nèi)利用控制采樣電路的滿度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，還包 括電壓跟隨器，設(shè)置在所述信號調(diào)理電路和控制采樣電路之間，用于進(jìn)行 阻抗匹配，以使輸出電壓得到緩沖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 通道開關(guān)選擇電路包括數(shù)個(gè)模擬多路輸出選擇器，分別與輸入的模擬信號 相連，用于選擇輸入的模擬信號中的 一路到所述信號調(diào)理電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所迷的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 信號調(diào)理電路進(jìn)一步包括電壓放大器，該電壓放大器的正相輸入端與所 述通道開關(guān)選擇電路的輸出端相連，反相輸入端通過電阻與地信號相連， 用于根據(jù)選通的輸入模擬信號的類型將輸入模擬信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，并 放大所述電壓信號，以使在量程范圍內(nèi)利用控制采樣電路的滿度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 信號調(diào)理電路進(jìn)一步包括參考電壓生成電路，該參考電壓生成電路包括 模擬多路輸出選擇器，該第 一模擬多路輸出選擇器的輸入端與參考電壓相 連，輸出端與所述電壓放大器的反相輸入端相連，用于當(dāng)選通信號為熱電 阻信號或熱敏電阻信號時(shí)，為反相輸入端提供相應(yīng)的參考電壓。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 信號調(diào)理電路還包括恒流源電路，與所述模擬多路輸出選擇器相連，用于 當(dāng)模擬信號為電阻信號時(shí)，將電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所迷的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述模擬多路輸出選擇器上外接具有精確阻值的電阻，用于測量熱電阻或者 熱敏電阻時(shí)，首先選通精確電阻所在的通道，測量電壓放大器的輸出端電壓；然后選通被測熱電阻或者熱敏電阻所在通道，并測量此時(shí)電壓放大器輸出端電壓。將分別獲得的輸出端電壓做差，以消除所述模擬多路輸出選 擇起的內(nèi)阻。
9、 一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，多組模擬信號進(jìn)入通道開關(guān)選擇電路，由通道開關(guān)選擇電路 選通逐個(gè)選擇每組模擬信號對應(yīng)的通道；步驟2,所述通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電路后， 所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；步驟3,所述電壓信號進(jìn)入控制采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出電壓的 數(shù)字量值。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所 述步驟2具體為所述通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電 路后，所述信號調(diào)理電路將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為預(yù)定范圍內(nèi)的電壓信號， 以充分利用控制采樣電路的滿度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于， 當(dāng)選通的模擬信號為熱電阻或者熱敏電阻信號時(shí)，恒流源電路選通工作， 將所述熱電阻或熱敏電阻信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并輸入到電壓放大器的同 相輸入端；同時(shí)，參考電壓經(jīng)模擬多路輸出選擇器選通輸入到電壓放大器 的反相輸入端。
12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于， 當(dāng)通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號為電壓信號時(shí)，模擬多路輸出選擇器關(guān)斷恒流源電路的輸入，電壓放大器的反相輸入端接地信號。
13、根據(jù)權(quán)利要求10所述的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于， 當(dāng)采集的模擬信號為電流信號時(shí)，在通道開關(guān)選擇電路接精確電阻，將電 流信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號，再輸入到電壓放大器的同相輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，包括模擬信號輸入端口、控制采樣電路，還包括與模擬信號輸入端口和控制采樣電路相連的通道開關(guān)選擇電路。本發(fā)明還涉及一種多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法，包括多組模擬信號進(jìn)入通道開關(guān)選擇電路，由通道開關(guān)選擇電路逐個(gè)選通每組模擬信號對應(yīng)的通道；通道開關(guān)選擇電路選通的模擬信號進(jìn)入信號調(diào)理電路后，信號調(diào)理電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；電壓信號進(jìn)入控制采樣電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出電壓的數(shù)字量值。本發(fā)明增加了通道開關(guān)選擇電路和信號調(diào)理電路，能夠自動切換多路模擬輸入信號來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。另外本發(fā)明還采用放大電路充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的滿度，從而提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。
文檔編號H03M1/66GK101119115SQ20061010926
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月3日
發(fā)明者任會峰, 程朋勝, 郭宇紅, 高貴賢 申請人:深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司