怎么利用單片機等微處理器AD測量多路不共地差分信號V2

ID:63113 · 發表于 2019-4-29 21:33

這篇文章寫了很久，昨天在考慮一個單片機系統、控制器、電路板、儀器儀表開發項目中可能會用到這個設想，但是因為過了很久有點忘了，所以打算回頭再看看這篇文章，不看不知道，一看嚇一跳，發現當初寫的這篇文章太簡略了，很多計算方法都沒有介紹，所以這里打算重寫擴充一下。
在這個項目中會對多個4-20mA的電流信號進行采集，當然也有多路其他模擬電壓信號，幾乎這些都是不共地的信號。對于PLC或者專用數據采集卡來說沒什么問題，因為一般這些產品都能支持差分信號采集，但是對于單片機或者AD芯片等來說就比較困難了，因為它們要求的AD模擬量輸入的參考地一般都是同一個地線。
怎么辦呢？查閱了不少資料，于是想到了使用差分運算放大器搭建一個差分信號到單端信號的轉換電路可能是一個不錯的方法。

圖 1 差分運放的一個電路計算
如圖 1，這個是差分運放的一個減法器典型應用，但是在這里我們換一個思路，不是做減法運算，而是用于采集差分電壓信號。
可以得出，只要保證R1=R2=R3=R4，如選取10KΩ，那么就能直接得出:
Vout=V2-V1; （式1）
式1中，（V2-V1）可以看做差分信號，即V2與V1的電壓差信號，而輸出Vout則是相對于一個公共地的單端信號，那么把Vout接入ADC芯片的輸入，就能實現差分電壓信號到單端電壓信號的采集。

圖 2 多路差分信號的接線
如圖 2，是一個采集多路差分信號的參考電路，信號1與信號2是兩路不共地的差分信號，假設信號1有差分輸出V1、V2，信號2也有差分輸出V1’、V2’，那么可以分別將每個信號的差分輸出接入差分運算放大器，再將對應的運放輸出Vout和Vout’接入單片機的AD口或者ADC芯片中，這樣就可以實現兩路差分信號到兩個單端信號的轉換，再用ADC元件采集單端電壓信號也就是很簡單方便的事情。類似地，更多路的差分信號采集方法以此類推。
在工程應用中，一般將4-20mA中接入一個合適的高精度采樣電阻轉換為電壓信號，也可以再與其他電壓模擬信號一同接入差分運放中，運放的輸出單端信號電壓就能在ADC器件中實現模數轉換。其中，LM324是用得比較多的一種差分運放。
以上就是差分信號轉單端信號的思路，僅供參考。更多精彩，歡迎關注微信公眾號，ID:yonkotech

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怎么利用單片機等微處理器AD測量多路不共地差分信號V2