李百鋒

摘 要：文章主要闡述了電壓信號(hào)、電流信號(hào)硬件方面的處理和調(diào)制；通過硬件對(duì)這些信號(hào)的處理，處理后的波形能夠直接通過板卡采集，通過換算顯示在測(cè)試界面上。因此，對(duì)于工控機(jī)板卡采集和處理的信號(hào)參數(shù)帶來了方便，提高了測(cè)試精度。

關(guān)鍵詞：電壓信號(hào)；電流信號(hào)；硬件處理

現(xiàn)在測(cè)試設(shè)備很多都是在向集成、綜合方向發(fā)展，都需要在電腦上控制和采集各種信號(hào)，對(duì)以往的模擬電壓表、電流表都很少用了，都是通過板卡采集、軟件換算后顯示在測(cè)試界面上。于是就對(duì)電路設(shè)計(jì)提出了更高的要求，有許多信號(hào)不能直接通過工控機(jī)的板卡直接采集，需要對(duì)一些信號(hào)通過硬件處理后采集。例如大于10V的電壓信號(hào)、電流信號(hào)、不規(guī)則的波形信號(hào)等一些電路中出現(xiàn)的信號(hào)。

1 電壓信號(hào)采集

如果測(cè)試設(shè)備采集的電壓信號(hào)精度要求不是特別高的話，那就采用傳統(tǒng)的電阻分壓的方法（如圖1）。通常電阻長(zhǎng)時(shí)間通電，電阻的溫度會(huì)升高導(dǎo)致電阻有微小的變化，因此高精度的電壓采集不能通過這種方法采集。由于板卡采集的電壓最大范圍為±10V，故不能直接將超過此范圍電壓直接輸入采集板卡里，為了解決此問題，需要將該電壓降低后采集。電壓采集主要采用傳統(tǒng)的電阻分壓采集如圖1。此時(shí)采集到的電壓為X= Y，然后將此公式反算回去即可求出輸入電壓，此公式為Y= X。通過軟件編程界面上就可以顯示出輸入的實(shí)際電壓。當(dāng)然如果Y電壓太大，通過R1和R2分壓后X值還是大于10V，那就需要對(duì)R1和R2的電阻值進(jìn)行合理的分配。如果需要高精度的電壓，那需要專用的電壓傳感器和高精度的板卡。

圖1 電壓采集電路圖

若信號(hào)（電壓、波形等信號(hào)）僅僅是需要把幅值降低，而不需要具體數(shù)值的話，可以通過光電耦合器（6N136）芯片降壓，通過光電耦合后除幅值降低外其它各種參數(shù)均未發(fā)生變化。信號(hào)輸出的幅值大小可以通過調(diào)節(jié)R1和R2阻值的大小控制，但最大不會(huì)超過5V。如圖2，這樣采集板卡可以采集并處理信號(hào)中的各種參數(shù)。

2 電流信號(hào)采集

傳統(tǒng)的電流采集是采集電流通過采樣電阻時(shí)采樣電阻之間的電壓，用采集到的電壓值除以該電阻值即為所測(cè)試的電流值（如圖3），計(jì)算公式為I= 。該設(shè)備測(cè)試的電流范圍為10mA～4A。實(shí)際電流為I= ，當(dāng)測(cè)試大電流時(shí)，采樣電阻R可以很小，對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)阻R1影響很小，實(shí)際測(cè)試到的電流為I0= ，但是由于電流偏大，采樣電阻R會(huì)發(fā)熱導(dǎo)致采樣電阻R的值變化，采集到的電壓也隨之變化，此時(shí)計(jì)算的電流誤差較大；當(dāng)測(cè)試小電流時(shí)，如果還是用小電阻測(cè)試時(shí)，采集到的采樣電壓會(huì)很小，不能區(qū)分實(shí)際測(cè)試到的電壓和板卡自身產(chǎn)生的漂移電壓，誤差將會(huì)很大；如果將采樣電阻增大，采樣電阻的阻值就不能忽略了，即將采樣電阻與產(chǎn)品實(shí)際的阻值之和作為產(chǎn)品現(xiàn)在的阻值，實(shí)際的電流為I0= =I0= ，而我們需要I= ，I〉I0。于是測(cè)試出來的電流偏小，誤差增大。同時(shí)因?yàn)椴蓸与娮鑳啥说碾妷阂捕汲^±10V，不能直接采集。所以我們采用了專用測(cè)試電流的芯片MAX471。其電路圖如圖4。該芯片的內(nèi)阻較小，不會(huì)影響到產(chǎn)品，并且測(cè)量精度高。

當(dāng)電壓信號(hào)通過芯片和負(fù)載時(shí)產(chǎn)生電流信號(hào)，此時(shí)電流信號(hào)是通過芯片的第8腳輸出的，輸出的信號(hào)是電流信號(hào)，按上圖將匹配電阻接入電路，此時(shí)產(chǎn)生的電流信號(hào)跟匹配電阻輸出端的電壓是1：1的關(guān)系，這樣采集到的電壓值（既電流值）不需要換算，直接輸入到采集板卡，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，更精確。此芯片只能用于小于3A電流測(cè)試。

3 結(jié)束語(yǔ)

電路設(shè)計(jì)中，電壓信號(hào)、電流信號(hào)都是最常見到的，現(xiàn)在設(shè)備都制作的精致，便于攜帶，往往都取消了模擬表頭。因此對(duì)需要采集的信號(hào)進(jìn)行處理，信號(hào)在通過硬件處理后能夠滿足板卡采集要求。以上用到的芯片非常常見，并且在PCB板的制作上也非常方便。在日后的工作中大家可以嘗試一下！

參考文獻(xiàn)

[1]趙保經(jīng).中國(guó)集成電路大全——CMOS集成電路[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1985.