工業控製應用常常需要許多模擬輸入，即使是具有一個PWM輸shu出chu的de最zui簡jian單dan的de風feng扇shan控kong製zhi器qi也ye有you可ke能neng需xu要yao對dui數shu量liang眾zhong多duo的de溫wen度du傳chuan感gan器qi進jin行xing監jian控kong。模mo擬ni輸shu入ru是shi寶bao貴gui的de資zi源yuan，經jing常chang很hen快kuai就jiu會hui被bei消xiao耗hao殆dai盡jin。在zai很hen多duo場chang合he

，設she計ji工gong程cheng師shi不bu得de不bu采cai用yong一yi個ge更geng加jia昂ang貴gui的de部bu件jian
，從cong而er導dao致zhi一yi些xie多duo餘yu的de空kong閑xian資zi源yuan，或huo者zhe必bi須xu增zeng加jia外wai部bu多duo路lu複fu用yong器qi
，以yi滿man足zu對dui模mo擬ni輸shu入ru信xin號hao訪fang問wen次ci數shu增zeng加jia的de需xu要yao。而er且qie
，傳chuan感gan器qi並bing不bu總zong是shi提ti供gong一yi個ge緩huan衝chong輸shu出chu電dian壓ya，它ta們men有you可ke能neng將jiang信xin號hao轉zhuan換huan成cheng某mou些xie非fei電dian壓ya參can數shu，比bi如ru電dian阻zu或huo電dian容rong。在zai不bu少shao情qing況kuang下xia，信xin號hao調tiao節jie的de成cheng本ben會hui超chao過guo控kong製zhi器qi的de成cheng本ben。 

 

在選擇控製器的時候，始終存在這樣一個問題，那就是設計工程師必須規定多少個模擬輸入。對於一個隻需要6個輸入的係統而言
，8個(ge)輸(shu)入(ru)是(shi)否(fou)足(zu)夠(gou)？需(xu)求(qiu)會(hui)不(bu)會(hui)繼(ji)續(xu)提(ti)高(gao)
？一(yi)個(ge)特(te)定(ding)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)係(xi)列(lie)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)多(duo)少(shao)個(ge)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)？如(ru)果(guo)我(wo)的(de)設(she)計(ji)需(xu)要(yao)升(sheng)級(ji)至(zhi)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)更(geng)多(duo)輸(shu)入(ru)的(de)器(qi)件(jian)，那(na)麼(me)我(wo)的(de)可(ke)選(xuan)方(fang)案(an)是(shi)什(shen)麼(me)？這(zhe)種(zhong)選(xuan)擇(ze)必(bi)須(xu)在(zai)竭(jie)力(li)滿(man)足(zu)項(xiang)目(mu)的(de)成(cheng)本(ben)要(yao)求(qiu)
、並bing同tong時shi順shun應ying客ke戶hu和he市shi場chang部bu門men不bu斷duan變bian化hua的de規gui格ge要yao求qiu的de情qing況kuang下xia做zuo出chu。一yi種zhong簡jian單dan的de解jie決jue方fang案an便bian是shi使shi每mei個ge引yin腳jiao都dou能neng夠gou成cheng為wei一yi個ge模mo擬ni輸shu入ru，而er這zhe在zai過guo去qu是shi做zuo不bu到dao的de，I/O模擬多路複用器將其變為了現實。 

 

I/O模擬多路複用器是一種大型交叉開關，它允許將任何引腳連接至一個控製係統的模擬陣列。就是這樣的一個多路複用器被內置於CY8C21x34可ke配pei置zhi混hun合he信xin號hao陣zhen列lie之zhi中zhong。該gai器qi件jian每mei個ge引yin腳jiao均jun具ju有you一yi個ge開kai關guan，當dang某mou個ge開kai關guan被bei選xuan擇ze時shi，則ze將jiang其qi所suo在zai的de引yin腳jiao與yu一yi根gen模mo擬ni總zong線xian相xiang連lian。該gai控kong製zhi器qi係xi列lie提ti供gong了le多duo達da28個I/O引腳，每個引腳都有可能成為一個模擬輸入。該總線還與一個模擬陣列相連。模擬陣列由4個可配置模塊組成，當這些模塊與數字資源組合在一起時，將形成複雜的信號處理器。可能的模擬功能包括10位模擬-數字轉換器(ADC)和比較器。 

 

圖2：具有電流DAC的模擬多路複用器。

 

傳感器是一種換能器，用於把某種物理量變換成可進行電氣測量的參數。對於許多換能器來說，這種轉換的最終結果是電壓。例如，LM35溫度傳感器就提供了一個與溫度成正比的輸出電壓。溫度的測量隻需對輸出電壓進行數字化處理，采用適當的轉換公式(在本例中為：Temp=Vmeasured/10mV)即可把電壓轉換成溫度。 

 

以一個需要在係統中測量16處溫度的控製應用為例
，簡單的做法是在所需之處安放傳感器並將其各自連接至一個引腳。模擬陣列被配置為一個ADCbinglianjiezhimonizongxian。liyonggaituopujiegou，jikejiangmeigechuanganqishunxulianjiezhimonizongxianbingjinxingshuzihuachuli。mouxieleixingdechuanganqijuyouyigezuxingshuchu，cileichuanganqibaokuoremindianzu、光電管、應力計和傳導單元。這些傳感器的信息讀出需要通過電阻測量來完成，通常的做法是采用一個DC電流來模擬傳感器輸出並測量負載電壓。為了方便電阻的測量，在CY8C21x34的模擬總線上增設了一個可編程電流DAC。該電流DAC可在兩個範圍內進行選擇和調節：0～20μA或0～400μA。如需讀出電阻，則隻要把傳感器連接至一個與模擬總線相連的引腳並開啟電流DAC即可
，將會產生一個與電阻和電流的乘積相等的負載電壓。可利用被配置為ADC的(de)模(mo)擬(ni)模(mo)塊(kuai)來(lai)讀(du)出(chu)該(gai)電(dian)壓(ya)。對(dui)該(gai)設(she)計(ji)方(fang)案(an)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)的(de)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)是(shi)犧(xi)牲(sheng)一(yi)個(ge)引(yin)腳(jiao)來(lai)連(lian)接(jie)一(yi)個(ge)外(wai)部(bu)基(ji)準(zhun)電(dian)阻(zu)器(qi)。首(shou)先(xian)測(ce)量(liang)基(ji)準(zhun)電(dian)阻(zu)，測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)始(shi)終(zhong)與(yu)電(dian)阻(zu)成(cheng)正(zheng)比(bi)；接著測量傳感器電阻
，在已知測量電壓和基準電阻器阻值的情況下
，即可計算傳感器電阻： 

 

現在，傳感器電阻讀數的準確度僅受限於基準電阻器的準確度和ADC的分辨率。任何增益誤差都不會被帶入計算之中。 

 

然後
，假設先前討論的控製應用在規格上有一個變化，即要求用熱敏電阻來代替LM35。所選的特定熱敏電阻具有10kW/25℃的標稱電阻
，簡單的實現方法是把熱敏電阻布設於所需的位置並將它們各自連接至一個引腳。將一個多餘的引腳連接至10kW基準電阻器

，並設定電流DAC產生一個100μA的電流。通過將模擬陣列配置為一個ADC，即可順序測量每個負載電壓並計算所有熱敏電阻的阻值，再利用合適的方程來把這些電阻值轉換為溫度值。 

 

圖3：具有放電電路的模擬多路複用器。

 

有些類型的傳感器具有容性輸出，其中包括加速計和壓力傳感器。與產生DC負載電壓的阻性傳感器不同
，當采用DC電流來激勵時，容性傳感器將產生一個斜坡電壓
，斜率與激勵電流成正比，而與測量電容成反比。為了方便該轉換速率的測量，在CY8C21x34demonizongxianshangzengsheleyigefangdiankaiguan。dangbeixuanzeshi，gaikaiguanjiangbamonizongxianfangdianzhididianwei。kecaiyongduozhongkepeizhiziyuanlaikongzhiqicaozuo。ruyuceliangxiepo，zebamonimokuaipeizhichengcaiyangbijiaoqi。bijiaoqideshuchufuzekongzhifangdiankaiguan。gaituopujiegouxingchengleyigechizhangzhendangqi(relaxation oscillator)。當斜坡電壓上升至跳變點(trip point)shi
，bijiaoqijiangguanbifangdiantonglubingzhongxinbamonizongxianfangdianzhididianwei。ranhou，bijiaoqishifangkaiguan，dianyajixushangsheng。bijiaoqishuchubeikuisongzhipeizhileyigepinlvjishuqihuozhouqidingshiqideshuzibufen。dianrongzhikeyicongceliangdeshuzixinhaotuidaochulai。 

 

現xian在zai，假jia設she一yi個ge需xu要yao測ce量liang壓ya力li的de控kong製zhi應ying用yong。微wei加jia工gong技ji術shu的de發fa展zhan使shi得de能neng夠gou利li用yong固gu定ding在zai玻bo璃li襯chen底di上shang的de矽gui薄bo膜mo來lai製zhi作zuo廉lian價jia的de壓ya力li傳chuan感gan器qi。壓ya力li的de變bian化hua會hui使shi薄bo膜mo產chan生sheng偏pian移yi
，從cong而er導dao致zhi電dian容rong的de改gai變bian。然ran而er，熱re膨peng脹zhang也ye會hui引yin發fa電dian容rong的de變bian化hua，使shi得de這zhe些xie傳chuan感gan器qi容rong易yi受shou到dao溫wen度du的de影ying響xiang。相xiang應ying的de解jie決jue方fang案an是shi在zai相xiang同tong的de襯chen底di上shang設she置zhi一yi個ge基ji準zhun電dian容rong器qi，並bing測ce量liang兩liang個ge電dian容rong的de比bi值zhi。 

　　

在測量壓力時，將兩個容性輸出均與PSoC引腳相連。模擬部分如今被配置為一個具有1.3V觸發電平的采樣比較器，並用於控製放電開關。電流源被設定為10μA。對於一個10pF的標稱電容，產生的電壓變化斜率為1V/μs。在該速率條件下，斜坡電壓將需要1300ns的時間才能達到1.3V的跳變點。數字部分計算出的頻率為769kHz。celiangpinlvyuceliangdianrongchengfanbi。duimeigedianrongjinxingshunxuceliang
，bingjisuanyigebizhi。zhelianggeshuzhizhibijiangxiaochurenheyouyudianliuyuanhuoyongyujisuanpinlvdexitongshizhongdebujingquexingsuoyinfadewucha。 

 

（來源：賽普拉斯微係統公司 
，作者：Dave Van Ess ）