怎么利用单片机等微处理器AD测量多路不共地差分信号V2

ID:63113 · 发表于 2019-4-29 21:33

这篇文章写了很久，昨天在考虑一个单片机系统、控制器、电路板、仪器仪表开发项目中可能会用到这个设想，但是因为过了很久有点忘了，所以打算回头再看看这篇文章，不看不知道，一看吓一跳，发现当初写的这篇文章太简略了，很多计算方法都没有介绍，所以这里打算重写扩充一下。
在这个项目中会对多个4-20mA的电流信号进行采集，当然也有多路其他模拟电压信号，几乎这些都是不共地的信号。对于PLC或者专用数据采集卡来说没什么问题，因为一般这些产品都能支持差分信号采集，但是对于单片机或者AD芯片等来说就比较困难了，因为它们要求的AD模拟量输入的参考地一般都是同一个地线。
怎么办呢？查阅了不少资料，于是想到了使用差分运算放大器搭建一个差分信号到单端信号的转换电路可能是一个不错的方法。

图 1 差分运放的一个电路计算
如图 1，这个是差分运放的一个减法器典型应用，但是在这里我们换一个思路，不是做减法运算，而是用于采集差分电压信号。
可以得出，只要保证R1=R2=R3=R4，如选取10KΩ，那么就能直接得出:
Vout=V2-V1; （式1）
式1中，（V2-V1）可以看做差分信号，即V2与V1的电压差信号，而输出Vout则是相对于一个公共地的单端信号，那么把Vout接入ADC芯片的输入，就能实现差分电压信号到单端电压信号的采集。

图 2 多路差分信号的接线
如图 2，是一个采集多路差分信号的参考电路，信号1与信号2是两路不共地的差分信号，假设信号1有差分输出V1、V2，信号2也有差分输出V1’、V2’，那么可以分别将每个信号的差分输出接入差分运算放大器，再将对应的运放输出Vout和Vout’接入单片机的AD口或者ADC芯片中，这样就可以实现两路差分信号到两个单端信号的转换，再用ADC元件采集单端电压信号也就是很简单方便的事情。类似地，更多路的差分信号采集方法以此类推。
在工程应用中，一般将4-20mA中接入一个合适的高精度采样电阻转换为电压信号，也可以再与其他电压模拟信号一同接入差分运放中，运放的输出单端信号电压就能在ADC器件中实现模数转换。其中，LM324是用得比较多的一种差分运放。
以上就是差分信号转单端信号的思路，仅供参考。更多精彩，欢迎关注微信公众号，ID:yonkotech

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