工業控製應用常常需要許多模擬輸入，即使是具有一個PWMshuchudezuijiandandefengshankongzhiqiyeyoukenengxuyaoduishuliangzhongduodewenduchuanganqijinxingjiankong。monishurushibaoguideziyuan
，jingchanghenkuaijiuhuibeixiaohaodaijin。zaihenduochanghe，shejigongchengshibudebucaiyongyigegengjiaangguidebujian，congerdaozhiyixieduoyudekongxianziyuan，huozhebixuzengjiawaibuduolufuyongqi，yimanzuduimonishuruxinhaofangwencishuzengjiadexuyao。erqie，chuanganqibingbuzongshitigongyigehuanchongshuchudianya，tamenyoukenengjiangxinhaozhuanhuanchengmouxiefeidianyacanshu
，birudianzuhuodianrong。zaibushaoqingkuangxia，xinhaotiaojiedechengbenhuichaoguokongzhiqidechengben。 

 

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CY8C21x34的de模mo擬ni總zong線xian上shang增zeng設she了le一yi個ge放fang電dian開kai關guan。當dang被bei選xuan擇ze時shi，該gai開kai關guan將jiang把ba模mo擬ni總zong線xian放fang電dian至zhi地di電dian位wei。可ke采cai用yong多duo種zhong可ke配pei置zhi資zi源yuan來lai控kong製zhi其qi操cao作zuo。如ru欲yu測ce量liang斜xie坡po
，則ze把ba模mo擬ni模mo塊kuai配pei置zhi成cheng采cai樣yang比bi較jiao器qi。比bi較jiao器qi的de輸shu出chu負fu責ze控kong製zhi放fang電dian開kai關guan。該gai拓tuo撲pu結jie構gou形xing成cheng了le一yi個ge弛chi張zhang振zhen蕩dang器qi(relaxation oscillator)。當斜坡電壓上升至跳變點(trip point)時(shi)，比(bi)較(jiao)器(qi)將(jiang)關(guan)閉(bi)放(fang)電(dian)通(tong)路(lu)並(bing)重(zhong)新(xin)把(ba)模(mo)擬(ni)總(zong)線(xian)放(fang)電(dian)至(zhi)地(di)電(dian)位(wei)。然(ran)後(hou)，比(bi)較(jiao)器(qi)釋(shi)放(fang)開(kai)關(guan)
，電(dian)壓(ya)繼(ji)續(xu)上(shang)升(sheng)。比(bi)較(jiao)器(qi)輸(shu)出(chu)被(bei)饋(kui)送(song)至(zhi)配(pei)置(zhi)了(le)一(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)計(ji)數(shu)器(qi)或(huo)周(zhou)期(qi)定(ding)時(shi)器(qi)的(de)數(shu)字(zi)部(bu)分(fen)。電(dian)容(rong)值(zhi)可(ke)以(yi)從(cong)測(ce)量(liang)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)推(tui)導(dao)出(chu)來(lai)。 

 

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。測ce量liang頻pin率lv與yu測ce量liang電dian容rong成cheng反fan比bi。對dui每mei個ge電dian容rong進jin行xing順shun序xu測ce量liang，並bing計ji算suan一yi個ge比bi值zhi。這zhe兩liang個ge數shu值zhi之zhi比bi將jiang消xiao除chu任ren何he由you於yu電dian流liu源yuan或huo用yong於yu計ji算suan頻pin率lv的de係xi統tong時shi鍾zhong的de不bu精jing確que性xing所suo引yin發fa的de誤wu差cha。 

 

（來源：賽普拉斯微係統公司
，作者：Dave Van Ess ）