模拟量采集模块设计
针对工程车辆中模拟量采集种类多样化和复杂化问题，设计了一种可配置的模拟量采集模块。该模块应用于一款基 于飞思卡尔３２位微处 理 器 ＭＰＣ５６４６Ｂ 的通用车载控制器中。详细介绍了其硬件设计方案，阐述了其可配置原理。运 用 ＶＣ６．０中的 ＭＳＣｏｍｍ 控件，在上位机中设计了用户配置界面，将配置好的参数存储到微控制器的 Ｄａｔａｆｌａｓｈ中。最后，对 电 压、电流和电阻３种类型的模拟量进行采集和补偿，整体采集精度控制在５‰以内。测量结果表明，该模块可配置性和通用性 很强，具有良好的测量精度。
随着汽车对控制系统的要求和依赖性提高，Ａ／Ｄ 采 集模块成为汽车控制器中重要的组成部分。一 般 工 程 车辆中的模拟量输入主要有电阻型（如油位传感器）、电流 型（一般为４～２０ｍＡ，如压力变送器）、电压型（如电瓶电 压采集）３种。但是不同的工程车辆因为应用场合的不 同，需要的采集的模拟量类型与数量都有所不同，因此控 制器的模拟量输入模块需要具有一定的可配置性才能应 用于不同的工程车辆中。例如，在一个工程机械系统中需 要采集４路模拟量信号，其中２路为电压信号，电流、电阻 型各１路；另外，一个系统也是４路模拟量信号，但都是电压型信号；这时一般需要分别对２个系统使用功能定制的 控制 器，但如果在控制器中加入可配置的模拟量采集 模 块，只需要在软件中进行不同功能的配置，就可以同时满 足２个系统的需求，增强了系统的灵活性。
本文设计的１６路可配置的模拟量采集模块，很好地 解决了上述问题。该模块的 Ａ／Ｄ 转换通道基于控制器主 芯片 ＭＰＣ５６４６Ｂ的１２位逐次逼近型模数转换器（ＡＤＣ）， ＭＰＣ５６４６Ｂ为ｆｒｅｅｓｃａｌｅ３２位 Ｑｏｒｉｖｖａ系列微控制器，采用 ＰｏｗｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ? 技术构 建，适 用 于 汽 车，面 向 发 动 机 管理应 用、车 身 控 制、网 关、安 全 性、底盘和驾驶员信息应用。
（1）可配置性原理
可配置性原理，如图１所示。本设计针对工程车辆中 常见的模拟量，将电压类型的模拟量划分为６个量程：０～ ５Ｖ、０～１０Ｖ、０～１５Ｖ、０～２０Ｖ、０～２４Ｖ、０～３２Ｖ，电流 类型的模拟量划分为２个量程：０～１０ｍＡ、０～２０ｍＡ，电 阻类型的模拟量划分为３个量程：２０～１００Ω、２０～５００Ω、 ２０Ω～１０ｋΩ。 实际应用中，不同车辆根据需要，将图１中１６路输入 配置为上述３种不同类型、不同量程的模拟量采集通道。
（2）硬件设计原理 如图２ 所 示，模拟量采集共有 １６ 个 通 道 ＡＩＮ１～ ＡＩＮ１６，通过２片多路选择器 Ｕ１ 和 Ｕ２ 级联。Ｕ３ 和 Ｕ４ 为 模拟量测量可配置模块，其中，Ｕ３ 的 Ｓ１～Ｓ６对应电压测 量的６个量程，Ｓ７～Ｓ８对应电流测量的２个量程，Ｕ４ 的 Ｓ３～Ｓ５对应电阻测量的３个量程。多路选择器 ＡＤＧ５４０８ 的使能端 ＥＮ 和地址线 Ａ０、Ａ１和 Ａ２由主芯片的Ｉ／Ｏ 口 输出电平。输入的模拟量经过调理后输入 ＭＰＣ５６４６Ｂ 的一个１２位 Ａ／Ｄ口进行转换。
（3）模拟多路选择芯片 ＡＤＧ５４０８ ＡＤＧ５４０８是 ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的单芯片 ＣＭＯＳ模 拟多路复用器，通过汽车应用认证。内置８个单通道，根 据３位二进制地址线 Ａ０、Ａ１和 Ａ２所确定的地址，将８路 输入之一切换至 公 共 输 出。采 用 ９～４０Ｖ 单 电 源 供 电， 输入信号范围可扩展至电源电压范围。本设计采用３２Ｖ 供电，从而满 足 最 大３２Ｖ 的 电 压 测 量。导 通 电 阻 曲 线 在 整个模拟输入范围都非常平坦，低 导 通 电 阻 为 １３．５Ω。极小的通道漏电流，－４０～＋８５°Ｃ通道接通泄露最大为４ ｎＡ，通道间的影响几乎可以忽略。
（4）主芯片的 Ａ／Ｄ模块简介 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 Ａ／Ｄ部分包括１０位和１２位精度，２个 模块都是独立供电，芯片 ＡＤＲ０２为 Ａ／Ｄ 公司生产的５Ｖ 精密基准电 压 源，为 Ａ／Ｄ 模 块 提 供 ５Ｖ 基 准 电 压［６］。１２ 位 Ａ／Ｄ通道共有１６个高精度通道和１３个标准通道，每 个通道都有专用的转换结果寄存器，本设计中采 用12位精度的 Ａ／Ｄ中的高精度通道。
（5）电路功能详解
①电压测量功能
一般 工 程 车 辆 中，电 压 最 高 可 以 达 到 ３２ Ｖ，而 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 ＡＤＣ模块为５Ｖ供电，所以必须进行分压才 能输入 Ａ／Ｄ口。图２中，Ｕ３ 的Ｓ１～Ｓ６连接了６个分压电 阻Ｒ１～Ｒ６，依次对于０～５Ｖ、０～１０Ｖ、０～１５Ｖ、０～２０Ｖ、 ０～２４Ｖ、０～３２Ｖ６个量程，电压采样电阻选用高精度低温 漂的类型［８］，１０ｋΩ 电阻Ｒ０ 为公用分压电阻，分压后连到 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 Ａ／Ｄ口。可以根据工程车辆中需要采集的 电压范围配置到相应量程。如车辆 Ａ的 ＡＩＮ１通道需要配 置０～２０Ｖ，则选通 Ｕ１ 的Ｓ１通道和 Ｕ３ 的Ｓ４通道。
②电流测量功能
Ａ／Ｄ口不能直 接 测 量 电 流，所以要通过电阻转化成 电压。如图２所示，Ｕ３ 的Ｓ７和Ｓ８连接了２个电阻，依次 对应０～２０ｍＡ、０～１０ｍＡ２个电流量程。此时测电压时 的分压电阻Ｒ０ 因电阻很大，分流作用几乎可以忽略，在电 流测量时可看成导线。如车辆 Ｂ的 ＡＩＮ７通道需要配置 到０～２０ｍＡ，则选通 Ｕ１ 的Ｓ７通道和 Ｕ３ 的Ｓ７通道。
③电阻测量功能
由于电阻是无源物理量，所以测电阻需要内部连接一个 电源并串联一个已知电阻分压。如图２，Ｕ４ 的Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５通道 接上６０Ω、２７０Ω和１ｋΩ的电阻，分别对应２０～１００Ω、２０～ ５００Ω、２０～１０ｋΩ３个量程。如车辆Ｃ的 ＡＩＮ１５通道需要配 置到２０～５００Ω，则选通 Ｕ２ 的Ｓ７通道和 Ｕ４ 的Ｓ４通道。
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