開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置製造方法
2023-05-08 08:35:26
開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置，屬於控制系統的輸入採樣【技術領域】。本發明的裝置中設計了用作開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠的保護二極體D1、輸入濾波電容C1和下拉電阻R1，以及開關量與頻率量共用採樣埠，即單片機輸入埠，模擬電壓量的採樣埠，即單片機的AD採樣埠，從而實現了在復用控制器輸入埠的條件下對三類輸入量的採樣。本發明使應用該裝置的控制器提高了通用性，並有利於減小控制板的尺寸、進而減小控制器的體積。
【專利說明】開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制系統的輸入採樣【技術領域】，具體涉及一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置。
【背景技術】
[0002]在工業控制、工程機械控制、汽車電子中存在大量的開關量、頻率量、模擬電壓量信號需要採集。一般來說，開關量主要由以下種類的輸入產生，如行程開關、接近開關、壓力繼電器、過濾器堵塞報警信號、控制按鈕(一般有緊急停止、手動/自動轉換、電動機起動/停止等)、電接點壓力表等。開關量的高電平一般為5-36VDC，低電平一般為0-2VDC。因此控制系統只需採集當前輸入狀態即可判斷當前開關是否觸發。頻率量相比開關量而言，是快速變化的量，其變化的頻率一般是幾赫茲至幾萬頻茲，因此控制系統採樣時重點是高低電平的切換速率，通過兩個電平之間的切換時間來測量頻率量。頻率量的應用十分廣泛，在實際應用中主要有轉速信號(如發動機轉速信號、車輪轉速信號、電機轉速信號等)、流量信號(主要是蝸輪流量傳感器輸入信號)、編碼器角度信號等。對於模擬電壓量信號主要是指0-5VDC的電壓量信號,主要為滑動電位器的輸出、各類傳感器的輸出。
[0003]以上三種輸入量基本代表了控制系統所要採集的輸入量，目前對這三類輸入量的單獨採集的方法原理較成熟。但為實現控制器的通用性和減小控制器的體積，最好的方法是實現三種輸入量的共用輸入埠，輸入哪種量，控制器就採集哪種輸入量。但由於三種輸入量的之間的差距較大，因此難以實現三種量的複合輸入採樣。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是:如何設計一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置，所述裝置包括:保護二極體D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4，以及限流電阻R6 ;其中，
[0008]保護二極體Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線連接；保護二極體Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠 ；
[0009]所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉換元件Ql的第一端連接；電平轉換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線連接；所述限流電阻R6的一端還通過所述上拉電阻R4連接所述電源VCC ；[0010]所述限流電阻R6的另一端連接至單片機的模數轉換埠 AD 口。
[0011]優選地，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機的AD 口連接，另一端與地線連接。
[0012]優選地，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過所述下拉電阻R5連接地線。
[0013]優選地，所述單片機的I/O 口為具有輸入捕捉功能的I/O 口。
[0014]優選地，所述電平轉換元件管Ql為PNP三極體。
[0015](三)有益效果
[0016]本發明的裝置中設計了用作開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠的保護二極體D1、輸入濾波電容Cl和下拉電阻R1，以及開關量與頻率量共用採樣埠，即單片機輸入埠，模擬電壓量的採樣埠，即單片機的AD採樣埠，從而實現了在復用控制器輸入埠的條件下對三類輸入量的採樣。本發明使應用該裝置的控制器提高了通用性，並有利於減小控制板的尺寸、進而減小控制器的體積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明第一種實施例的裝置結構圖；
[0018]圖2為本發明第二種實施例的裝置結構圖；
[0019]圖3為本發明第三種實施例的裝置結構圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021]如圖1所示，本發明提供了一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置，所述裝置包括:保護二極體D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4、以及限流電阻R6 ;其中，
[0022]保護二極體Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線連接；保護二極體Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠 ；保護二極體Dl對於輸入的非正常的高電壓進行吸收釋放，對電路實現保護；濾波電容Cl濾除高頻幹擾；
[0023]所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉換元件Ql的第一端連接；電平轉換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線連接；所述限流電阻R6的一端還通過所述上拉電阻R4連接所述電源VCC ；
[0024]所述限流電阻R6的另一端連接至單片機的模數轉換埠 AD 口。
[0025]如圖2所示，在第二種實施例中，在第一種實施例的基礎上，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機的AD 口連接，另一端與地線連接。
[0026]如圖3所示，在第三種實施例中，在第二種實施例的基礎上，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過所述下拉電阻R5連接地線。[0027]本發明實施例中，所述電平轉換元件Ql為PNP三極體，圖1?圖3中電平轉換元件Ql的埠 I為基極，埠 2為發射極，埠 3為集電極。
[0028]下面以第三種實施例說明本發明的工作原理。
[0029](I)開關量輸入模式。開關信號從埠進入後，經保護二極體D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl後，一部分經限流電阻R2進入電平轉換元件Q1，使電平符合單片機輸入電平要求。當輸入的開關量為高電平時，經電平轉換元件Ql轉換後成為低電平；當開關量為低電平時，經電平轉換元件Ql轉換後為高電平。轉換後的電平在下拉電阻R3的作用下，進入單片機的I/O 口，通過單片機內部程序實現對開關量的採樣。
[0030](2)頻率量輸入模式。頻率信號從埠進入後，經保護二極體D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl後，一部分經限流電阻R2進入電平轉換元件Q1，使電平符合單片機輸入電平要求。當輸入的開關量為高電平時，經電平轉換元件Ql轉換後成為低電平；當開關量為低電平時，經電平轉換元件Ql轉換後為高電平。轉換後的電平在下拉電阻R3的作用下，進入單片機的I/O 口，通過單片機內部程序實現對頻率量的採樣。由於開關量採樣與頻率量採樣共用單片機的I/O 口，因此選用的I/O 口一定要能夠兼容開關量與頻率量的採樣，可以利用具有輸入捕捉功能的I/O 口。
[0031 ] (3 )模擬電壓量輸入模式。模擬電壓信號從埠進入後，經保護二極體D1、輸入濾波電容Cl、下拉電阻Rl後，一部分經限流電阻R6進入單片機的AD轉換埠，通過單片機內部程序實現對模擬電壓量的採樣。電容C2的作用是對信號進行濾波，與電阻R6組成阻容濾波器。當輸入埠浮置時，上拉電阻R4、下拉電阻R5，起到提供固定值的模擬量的作用。
[0032]由以上實施例可以看出，本發明的裝置中設計了用作開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠的保護二極體D1、輸入濾波電容Cl和下拉電阻R1，以及開關量與頻率量共用採樣埠，即單片機輸入埠，模擬電壓量的採樣埠，即單片機的AD採樣埠，從而實現了在復用控制器輸入埠的條件下對三類輸入量的採樣。本發明使應用該裝置的控制器提高了通用性，並有利於減小控制板的尺寸、進而減小控制器的體積。
[0033]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種開關量、頻率量以及模擬電壓量復用輸入埠的採樣裝置，其特徵在於，所述裝置包括:保護二極體D1、濾波電容Cl、下拉電阻R1、電平轉換元件Q1、下拉電阻R3、限流電阻R2、上拉電阻R4，以及限流電阻R6 ;其中， 保護二極體Dl的一端、濾波電容Cl的一端，以及下拉電阻Rl的一端三者與地線連接；保護二極體Dl的另一端、濾波電容Cl的另一端，以及下拉電阻Rl的另一端三者連接在一起，且作為開關量、頻率量和模擬電壓量的共用輸入埠 ； 所述下拉電阻Rl的另一端分別與限流電阻R2以及限流電阻R6的一端連接；所述限流電阻R2的另一端與電平轉換元件Ql的第一端連接；電平轉換元件Ql的第二端與電源VCC連接；電平轉換元件Ql的第三端與下拉電阻R3的一端連接，且連接至單片機的I/O 口 ；所述下拉電阻R3的另一端與地線連接；所述限流電阻R6的一端還通過所述上拉電阻R4連接所述電源VCC; 所述限流電阻R6的另一端連接至單片機的模數轉換埠 AD 口。
2.如權利要求1所述的採樣裝置，其特徵在於，所述裝置還包括電容C2，電容C2的一端與所述單片機的AD 口連接,另一端與地線連接。
3.如權利要求1所述的採樣裝置，其特徵在於，所述裝置還包括下拉電阻R5，所述限流電阻R6的一端通過所述下拉電阻R5連接地線。
4.如權利要求1所述的採樣裝置，其特徵在於，所述單片機的I/O口為具有輸入捕捉功能的I/O 口。
5.如權利要求1?4中任一項所述的採樣裝置，其特徵在於，所述電平轉換元件管Ql為PNP三極體。
【文檔編號】G05B19/042GK103713551SQ201310713131
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】宋慧新, 潘雲傑, 金昊龍, 馬明, 王超 申請人:中國北方車輛研究所