技术摘要：
本发明提供了一种结构简单、体积小、低成本的多通道、高精度ADC采集实现装置及方法。本发明装置集成于一块PCB板上，它包括电源电路（1）、MCU（2）、时钟发生电路（3）、采样电路（4）、通信电路（5）和保护电路（6）；利用该装置实现直流电压信号采样的方法包括以下步  全部
背景技术：
随着电子技术的快速发展，人们对电子产品的需求越来越高，各类集成芯片的电 子产品层出不穷，涉及到各行各业。而每款电子产品基本上都可以概括为对信号进行采集- 处理-输出。最常用的手机就是采集音频信号，将音频信号进行处理，然后通过天线发送出 去。为了保障产品的质量和稳定性，在生产过程中也会对产品进行测量，采集各种信号，以 确保产品的功能。所以信号采集在整个电子行业占据着非常重要的地位，而直流电压信号 则是信号采集中最基本、也是最多的信号。 直流电压信号的采集，就是通过ADC（模数转换）将模拟电压信号转换为数字电压 信号。针对这一需求，目前市面上很多该功能的产品，总体可以分为两大类：1、标准仪器，如 各种功能全面的台式、手持万用表；2、电压测试板卡，针对小型化、特殊需求而设计的专用 电路板卡。 针对现有的电压采集产品，主要存在以下不足： 体积与精度的矛盾：标准仪器的精度高、功能全面，但是体积太大，不适用于很多自动 化生产线等特殊场合；电压测试板卡的体积很小，但是精度和稳定性则无法得到保障。 成本偏高：标准仪器、电压测试板卡由于功能全面、电路复杂，导致其成本偏高。 测试通道少：标准仪器、电压测试板卡普遍都只有1个通道，无法满足多个测试点 同时采集电压的需求，只能逐步进行测试，导致采集时间偏长。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、 低成本的多通道、高精度ADC采集实现装置及方法。 本发明所述多通道、高精度ADC采集实现装置所采用的技术方案是，该装置集成于 一块PCB板上，它包括电源电路、MCU、时钟发生电路、采样电路、通信电路和保护电路， 所述电源电路用于向整个装置的各个电路模块提供所需要的工作电压， 所述MCU用于控制所述时钟发生电路产生指定时钟信号，控制所述采样电路采样直流 电压信号，并输出采集结果到所述通信电路， 所述时钟发生电路与所述MCU连接，用于为所述采样电路提供指定的时钟信号， 所述采样电路用于按所述时钟发生电路给定的时钟信号，采样输入的直流模拟电压信 号并将采样到的模拟直流电压信号转换为数字电压信号， 所述通信电路与所述MCU相连接，用于接收所述MCU的通信信号，并向外围的交互设备 输出采样结果， 所述保护电路设置在所述采样电路的前端，用于钳制输入的电压在所述采样电路允许 4 CN 111585575 A 说　明　书 2/6 页 的范围内。 上述方案可见，本发明使用24Bit高精度的ADC芯片提高采样精度，采用低噪音的 供电电路供电，降低了电源噪音对采样电路的影响；通过增加到16条采集通道，同时让每个 通道满足50Hz与60Hz的工频滤波需求，从而消除工频干扰对采样的影响，且提高了采样效 率；此外，通过采样电路中的RC滤波电路降低了高频信号对采样的影响；另外，本发明将整 个装置集成在一块PCB板上，与现有技术的采用标准仪器采集信号的方式相比，大大地降低 了成本，简化了装置的结构，也节省了装置所占的设备空间。 进一步地，所述电源电路包括若干级稳压电路及隔离滤波电路，该若干级稳压电 路包括一级稳压器、二级正向稳压器、二级负向稳压器、三级正向稳压器、三级负向稳压器 及四级稳压器，所述二级正向稳压器连接在所述一级稳压器的正向输出端，所述三级正向 稳压器连接在所述二级正向稳压器的输出端，所述二级负向稳压器连接在所述一级稳压器 的负向输出端，所述三级负向稳压器连接在所述二级负向稳压器的输出端，所述隔离滤波 电路设置在所述一级稳压器与所述二级正向稳压器及二级负向稳压器之间，在所述二级正 向稳压器、所述二级负向稳压器、所述三级正向稳压器及所述三级负向稳压器的前端分别 设置有第一限流电阻、第二限流电阻、第五限流电阻及第六限流电阻，所述二级正向稳压器 及所述二级负向稳压器的输出端与所述保护电路的电源接口连接，所述三级正向稳压器及 所述三级负向稳压器的输出端与所述采样电路的电源接口连接，所述四级稳压器的输出端 分别与所述MCU、所述时钟发生电路及通信电路的电源接口连接。所述隔离滤波电路由12个 电容器和三个电感组成。 上述方案可见，通过一级稳压器、二级正向稳压器、二级负向稳压器、三级正向稳 压器、三级负向稳压器及四级稳压器的设置，能够分别为整个装置的不同模块提供不同的 所需工作电压，保证了装置的正常作业，也减少了多电源的投入，降低了成本，且由若干个 稳压器提供的工作电压稳定性极高，且噪音低，能够为装置提供高精度的电压供应，为装置 的高精度采集提供保证。 所述MCU包括微处理器、有源晶振、指示灯及复位按键，所述有源晶振与所述微处 理器的CLK脚连接，所述复位按键与所述微处理器的NRST脚连接，所述指示灯连接在所述微 处理器的第54脚上。所述微处理器的型号为STM32F429。 上述方案可见，通过有源晶振为MCU提供时钟信号，整个MCU控制时钟发生电路产 生指定时钟信号，控制采样电路采样直流电压信号，并通过通信电路与外围的交互设备进 行通信实现采样结果交互显示，从而使得整个装置的功能更加稳定和可靠。 所述时钟发生电路包括时钟发生器及无源晶振，所述无源晶振连接在所述时钟发 生器的XA脚和XB脚上，所述时钟发生器的CLK0脚与所述采样电路连接。其中，时钟发生电路 的时钟频率由MCU的通信端口来设置，为采样电路提供指定的时钟信号，进而完成电压信号 采集。 所述采样电路包括16通道的ADC转换芯片，所述ADC转换芯片的16通道上设置有RC 滤波电路。其中，16通道的ADC转换芯片大大地增加了采样通道数量，提高了采样效率。 所述通信电路包括USB转UART芯片及静电阻抗器，所述USB转UART芯片的USB端与 外围的交互设备连接，UART端与所述MCU连接，所述静电阻抗器连接在所述USB转UART芯片 上。其中，USB转UART芯片满足了MCU与外围交互设备之间的连接，实现信号的有效可靠传 5 CN 111585575 A 说　明　书 3/6 页 输，同时，静电阻抗器的设置则能够起到防止USB转UART芯片被静电损坏的效果。 所述保护电路包括第一缓冲器、第二缓冲器以及连接在所述第一缓冲器及所述第 二缓冲器的输出端的保护二极管网，所述保护二极管网由D1-D32共32个二极管组成，该32 个二极管每两个串接后再并联成16路，直流电压输入信号连接在串联这的两个二极管之 间。由此可见，保护电路的设置能够防止输入的直流电压过高而烧坏采样电路，当输入的电 压过高时，保护电路会将电压钳位在采样电路所允许的范围内，以保证装置的安全可靠性。 一种利用如上所述的多通道、高精度ADC采集实现装置对直流电压信号进行采集 的方法，该方法包括以下步骤： a.接入需采样的直流电压信号，所述电源电路分别向所述MCU、所述时钟发生电路、所 述采样电路、所述通信电路和所述保护电路提供工作电压； b.所述MCU控制所述时钟发生电路产生指定时钟信号，所述采样电路按时钟信号对直 流电压信号进行采样，并将采样到的模拟直流电压信号转换为数字电压信号输出到所述 MCU； c.所述MCU根据接收到的数字电压信号进行采样率和ADC转换芯片的频率进行计算，并 通过所述通信电路向外围的交互设备输出，实现采样结果输出。 上述方案可见，本发明方法利用电源电路分别向MCU、时钟发生电路、采样电路、通 信电路和保护电路提供工作电压，MCU控制时钟发生电路产生指定时钟信号，采样电路按时 钟信号对直流电压信号进行采样，并将采样到的模拟直流电压信号转换为数字电压信号输 出到MCU，MCU根据接收到的数字电压信号进行采样率和ADC转换芯片的频率进行计算，并通 过通信电路向外围的交互设备输出，实现采样结果输出，其过程简单且可靠稳定，采集到的 信号精度高，且采用16通道实现同时采集，大大提高了效率。 附图说明 图1是本发明的系统框图； 图2是所述供电电路的原理图； 图3-1是所述MCU第一部分的电路原理图； 图3-2是所述MCU第二部分的电路原理图； 图3-3是所述MCU第三部分的电路原理图； 图3-4是所述MCU第四部分的电路原理图； 图3-5是所述MCU第五部分的电路原理图； 图3-6是所述MCU第六部分的电路原理图； 图4是时钟发生电路的原理图； 图5是所述采样电路的原理图； 图6是所述通信电路的原理图； 图7是所述保护电路的原理图。