一種模擬數位訊號轉換系統及採用該系統設計的電視機的製作方法

2023-04-23 14:30:56 1

專利名稱：一種模擬數位訊號轉換系統及採用該系統設計的電視機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於信號處理技術領域，具體地說，是涉及一種將模擬信號轉換為數 字信號的系統設計。
技術背景 隨著數位化時代的到來，將模擬信號向數位訊號轉換是目前絕大多數系統都要經 歷的一個必須的過程。比如電視接收機，已經從過去的模擬電視機逐步過渡到目前的數字 電視機，音視頻信號從接收到播放都可以實現完全地數位化處理。但是，對於電視機按鍵狀 態的檢測，仍然停留在對按鍵電壓的採集和識別上。為了實現CPU對用戶觸發按鍵的準確 識別，需要首先將模擬電壓值轉換為數位訊號，然後才能提供給CPU使用。因此，模數轉換 模塊ADC在目前的絕大多數數字電路系統的設計中仍然必不可少。就目前的市場情況而言，模數轉換器ADC的價格要遠高於數模轉換器DAC的價格， 這是因為模數轉換器ADC的內部處理過程相比DAC而言要複雜得多，因此，在電子產品中使 用傳統的模數轉換器ADC進行電路設計，必將會導致整個產品硬體成本的升高。

實用新型內容本實用新型為了解決採用現有的模數轉換器進行電路設計實現模擬信號到數字 信號的轉換所導致的成本升高問題，提供了一種模擬數位訊號轉換系統，通過在現有數模 轉換器的基礎上進行改進性設計，從而以較低的成本實現了模擬信號到數位訊號的轉換。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現一種模擬數位訊號轉換系統，包括數模轉換器和比較器，所述數模轉換器的輸入 端接收連續變化的數字量，轉換為模擬量傳輸至比較器的其中一路輸入端；所述比較器的 另外一路輸入端接收待轉換的模擬信號，在比較器的輸出端電平發生翻轉時，數模轉換器 此刻接收到的數值為所述待轉換的模擬信號的模數轉換值。進一步的，為了節約成本，所述數字量可以由需要接收所述模數轉換值的CPU直 接輸出提供，所述CPU在比較器的輸出端電平發生翻轉時，記錄該時刻輸出的數值作為所 述的模數轉換值，即相當於CPU接收到了所要檢測的模擬信號所對應的數字值。又進一步的，所述CPU連接比較器的輸出端，通過CPU來對比較器輸出端電平的翻 轉狀態進行檢測。再進一步的，所述CPU按照從小到大再從大到小循環連續變化的順序輸出所述的 數字量，以確保系統在啟動運行後，可以連續地對輸入的每一個模擬信號進行準確的模數 轉換處理。優選的，所述數字量由CPU中的計數器輸出。基於上述模擬數位訊號轉換系統，本實用新型又提供了一種採用所述模擬數字信 號轉換系統設計的電視機，利用電視機內部的主晶片提供所述模擬數位訊號轉換系統中數 模轉換器所需的數字量，進而轉換成模擬量與電視機中需要轉換的模擬信號進行比較，當比較器的輸出端電平發生翻轉時，讀取當前主晶片輸出的數值即為所述模擬信號的模數轉 換值。進一步的，為了簡化電視機的內部電路結構，降低電視機的硬體成本，優選藉助電 視機內部的主晶片同時完成對比較器輸出電平的檢測。當主晶片檢測到比較器的輸出端電 平發生翻轉時，記錄此刻主晶片輸出的數值，作為所要接收的模擬信號的模數轉換值參與 程序運算。更進一步的，所述模擬信號可以是電視機中按鍵掃描電路所輸出的模擬電壓信 號，當主晶片檢測到比較器的輸出端電平發生翻轉時，將此刻主晶片輸出的數值作為所述 模擬電壓信號的模數轉換值，進行按鍵識別。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的模擬數位訊號 轉換系統採用價格低廉的數模轉換器代替價格較高的模數轉換器，實現模擬信號到數字信 號的轉換，不僅提高了模擬信號的處理效率，而且簡化了電路邏輯，降低了硬體成本，尤其 適合在電視機等價格競爭相對激烈的家電產品中推廣應用。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述後，本實用新型的其他特點和優點 將變得更加清楚。

圖1是本實用新型所提出的模擬數位訊號轉換系統的一種實施例的電路架構圖；圖2是採用圖1所述模擬數位訊號轉換系統所設計的電視機的一種實施例的內部 電路原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實施例的模擬數字轉換系統擺脫對現有模數轉換器ADC的依賴，採用現有成本 低廉的數模轉換器DAC配合比較器組建系統電路，實現從模擬信號到數位訊號的轉換，以 達到降低硬體電路成本、提高信號處理效率的設計目的。參見圖1所示，將待轉換的模擬信號A傳輸至比較器Ul的其中一路輸入端，比如 同相輸入端+(或者反相輸入端-)；比較器Ui的另外一路輸入端，比如反相輸入端-(或者 同相輸入端+)連接數模轉換器DAC的輸出端。數模轉換器DAC接收連續變化的數字量D， 對接收到的數字量D進行數模轉換處理後，生成與該數字量D相對應的模擬量A&，作為參 考值輸出到比較器Ul與待轉換的模擬信號A進行比較。所述比較器Ul為模擬量比較器，當 其輸出端電平OUT發生翻轉時，即由高電平翻轉到低電平或者由低電平翻轉到高電平時， 將此時刻數字量D的數值作為當前模擬信號A的模數轉換值輸出，以提供給需要接收所述 模數轉換值的CPU，參與CPU的內部程序運行。為了降低硬體電路成本，可以充分利用需要進行模數轉換的系統中現有的CPU來 提供數模轉換器DAC所需要的數字量D，並對比較器Ul輸出的電平OUT進行一併檢測。即 通過CPU不斷向數模轉換器DAC輸出連續變化的數字量D，經數模轉換器DAC進行轉換處理 後，輸出與之對應的模擬量A&，通過比較器Ul與系統接收到的模擬信號A進行比較。與此 同時，CPU對比較器Ul的輸出電平OUT狀態進行實時檢測，一旦檢測到比較器Ul的輸出電平OUT發生翻轉，立即記錄此刻輸出的數字量D的數值，並將此數值看作是當前模擬信號A 的模數轉換值，代入應用程式參與相應的運算或者處理。所述數字量D可以具體利用CPU中的計數器輸出提供，計數器的位數決定了模數 轉換的精度。以8位計數器為例，可以提供8位精度，輸出的數字量D的數值為0 255。 若想獲得更高的轉換精度，只需選用位數更多的計數器來輸出所述的數字量D即可。 為了保證本實施例的模擬數位訊號轉換系統可以連續地對不斷輸入的模擬信號A 進行準確的模數轉換，需要CPU按照從小到大再從大到小循環連續變化的順序輸出所述的 數字量D。以輸出的數字量D範圍在0 255之間為例進行說明，為描述簡單起見，假設允 許輸入的模擬信號A的範圍為0 255mV，數模轉換器DAC對接收到的數字量D進行等量轉 換輸出，即接收到的數值為幾，則輸出幾毫伏的模擬電壓信號。當第一次輸入的模擬信號A 為200mV時，輸入到DAC的數字量D從0連續變化到199的期間內，比較器Ul的輸出電平 OUT保持原始狀態，比如高電平狀態；當數字量D增加到200時，比較器Ul的輸出電平OUT 發生翻轉，即從高電平跳變到低電平，此時，記錄此刻的數字量D = 200，即可視為當前模擬 信號A的模數轉換值。當第二次輸入的模擬信號A為150mV時，CPU繼續輸出不斷增加的 數字量D。當數字量D從200增加到255的過程中，比較器Ul保持低電平狀態不發生翻轉。 然後，數字量D從最大值255逐一遞減，在遞減到150的期間內，比較器Ul的輸出電平OUT 不會翻轉，仍保持在低電平狀態；而當數字量D遞減到149時，比較器Ul的輸出電平OUT立 刻由低電平跳變到高電平。此時，記錄數字量D = 149視為當前模擬信號A所對應的近似 數字值。本實施例要求數字量D按照從小到大再從大到小循環連續變化的理由是出於以 下考慮假如數字量D從最小值遞增到最大值後，再重新從最小值開始遞增變化。按照這 種變化規律，當第一次輸入的模擬信號A為200mV，第二次輸入的模擬信號A為150mV時， 數字量D = 200時比較器Ul發生翻轉，比如由高電平跳變到低電平，此時可以準確地獲得 第一次輸入的模擬信號A所對應的數字值；而此後，當數字量D遞增到255以後再重新從0 開始逐一遞增時，在D = 0的時刻，比較器Ul的輸出電平OUT便立刻從低電平翻轉到高電 平，若將此時的數字量D = 0認為是第二次輸入的模擬信號A所對應的模數轉換值，顯然是 錯誤的。若數字量D按照從小到大逐一遞增的規律變化，且在對每一次輸入的模擬信號A 進行轉換完畢後，復位整個模擬數位訊號轉換系統，並在接收到後一次輸入的模擬信號A 時，再重新啟動計數。這種設計方式雖然可以解決對每一次輸入的模擬信號A都能準確地 進行模數轉換的問題，但是，系統設計相對複雜，不僅需要增加復位操作，而且需要實時地 檢測每一次模擬信號A的輸入時刻，以啟動計數器開始計數，產生連續變化的數字量D。基於以上原因，本實施例優選採用讓CPU按照從小到大再從大到小循環連續變化 的順序輸出所述數字量D的方式進行系統電路設計，以簡化系統的硬體電路和軟體程序的 設計。下面以電視機為例，通過一個具體的實施例來詳細闡述所述模擬數位訊號轉換系 統在電視機電路中的具體應用及工作原理。實施例一，在現有的電視機電路中，對用戶觸發按鍵的檢測都是通過電視機內部的按鍵掃描電路配合電視機主板上的主晶片實現的。用戶按壓不同的按鍵，按鍵掃描電路 會產生並輸出不同幅值的模擬電壓信號，經模數轉換器轉換成與之對應的數字量後，傳輸 至電視機主晶片進行識別。即電視機主晶片根據接收到的數字量查找事先保存的按鍵定義 對照表，提取對照表中該數字量所對應的按鍵編碼，代入後續應用程式運行，以實現對用戶 當前觸發按鍵的有效識別。由於現有的模數轉換器成本昂貴，不利於提升電視產品的市場競爭能力，因此，本 實施例將圖1所示的模擬數位訊號轉換系統應用到電視機主板上，代替傳統的模數轉換器 完成模擬信號到數位訊號之間的轉換，參見圖2所示。為了降低電視機的硬體電路成本，借 助電視機的主晶片來提供所述的數字量D，連接數模轉換器DAC的輸入端。比較器Ul的輸 出端連接主晶片的其中一路GPI 0 口，接收比較器Ul輸出的高低電平信號，利用主晶片對 比較器Ul輸出電平OUT的狀態進行實時檢測，以記錄當前輸入的模擬信號A所對應的模數 轉換值。在本實施例中，比較器Ul接收到的模擬信號A可以具體指按鍵掃描電路輸出的模 擬電壓信號。這樣一來，主晶片只需在檢測到其連接比較器Ul的GPIO 口的電平狀態發生 翻轉時，立刻記錄當前主晶片輸出的數字量D的數值，並將此數值作為按鍵掃描電路輸出 的模擬電壓信號所對應的數字量，查找其內部保存的按鍵定義對照表，即可識別出用戶當 前所觸發的是哪一個按鍵。當然，本實施例的模擬數位訊號轉換系統也可以應用到電視機內部其它需要進行 模數轉換的模塊電路中，或者除電視機以外其他需要進行模數轉換的電子產品的電路設計 中，本實施例並不僅限於以上舉例。應當指出的是，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於 上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添 加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種模擬數位訊號轉換系統，其特徵在於包括數模轉換器和比較器，所述數模轉換器的輸入端接收連續變化的數字量，轉換為模擬量傳輸至比較器的其中一路輸入端；所述比較器的另外一路輸入端接收待轉換的模擬信號，在比較器的輸出端電平發生翻轉時，數模轉換器此刻接收到的數值為所述待轉換的模擬信號的模數轉換值。
2.根據權利要求1所述的模擬數位訊號轉換系統，其特徵在於所述數字量由需要接 收所述模數轉換值的CPU輸出，所述CPU在比較器的輸出端電平發生翻轉時，記錄該時刻輸 出的數值作為所述的模數轉換值。
3.根據權利要求2所述的模擬數位訊號轉換系統，其特徵在於所述CPU連接比較器 的輸出端，檢測比較器輸出端電平的翻轉狀態。
4.根據權利要求2或3所述的模擬數位訊號轉換系統，其特徵在於所述數字量由CPU 中的計數器輸出。
5.一種電視機，包括主晶片、按鍵掃描電路和模數轉換電路，其特徵在於在所述模數 轉換電路中包括數模轉換器和比較器，所述數模轉換器的輸入端接收連續變化的數字量， 轉換為模擬量傳輸至比較器的其中一路輸入端；所述比較器的另外一路輸入端接收待轉換 的模擬信號，在比較器的輸出端電平發生翻轉時，數模轉換器此刻接收到的數值為所述待 轉換的模擬信號的模數轉換值。
6.根據權利要求5所述的電視機，其特徵在於所述主晶片連接數模轉換器的輸入端， 輸出所述的數字量；所述主晶片同時連接比較器的輸出端，在檢測到比較器的輸出端電平 發生翻轉時，記錄該時刻輸出的數值作為主晶片待接收的模擬信號的模數轉換值。
7.根據權利要求6所述的電視機，其特徵在於所述按鍵掃描電路連接比較器，輸出所 述待轉換的模擬信號。
8.根據權利要求6或7所述的電視機，其特徵在於所述數字量由主晶片中的計數器 輸出。
專利摘要本實用新型公開了一種模擬數位訊號轉換系統及採用該系統設計的電視機，包括數模轉換器和比較器，所述數模轉換器的輸入端接收連續變化的數字量，轉換為模擬量傳輸至比較器的其中一路輸入端；所述比較器的另外一路輸入端接收待轉換的模擬信號，在比較器的輸出端電平發生翻轉時，數模轉換器此刻接收到的數值為所述待轉換的模擬信號的模數轉換值。本實用新型的模擬數位訊號轉換系統採用價格低廉的數模轉換器代替價格較高的模數轉換器，實現模擬信號到數位訊號的轉換，不僅提高了模擬信號的處理效率，而且簡化了電路邏輯，降低了硬體成本，尤其適合在電視機等價格競爭相對激烈的家電產品中推廣應用。
文檔編號H03M1/12GK201611875SQ20102001470
公開日2010年10月20日 申請日期2010年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者王金童 申請人:青島海信電器股份有限公司