多路模拟电子开关
数显表万能输入即数显表接收多种信号都是采用公共的采样/保持电路、运算放大电路、A/D转换电路。多路模拟电子开关用于信号切换，使某一时刻接通某一路信号输入，而把其他电路断开，达到信号切换的目的。模拟电子开关种类很多，但功能基本相同，区别只是通道数、开关电阻、漏电流、输入电压及方向切换的差别。昌晖仪表以CD4051(HEF4051)、CD4053为例进行介绍。
CD4051(HEF4051)是八选一模拟开关，相当于一个单刀八掷开关，如图1和图2所示。CD4051与HEF4051引脚及功能相同，只是功能符号有差别，图中括号为HEF4051的功能符号。开关接通哪个通道，由二进制输入信号控制端A、B、C决定。INH是禁止端，当INH=1时，全部通道被置为关断状态。CD4051还有另外一个电源端VEF，作为电平位移使用，使单电源供电的CMOS电路可传输峰值达15V的交流信号。若模拟开关的供电VDD=5V，Vss=0V，当VEF=-5V时，只要对此模拟开关施加0-5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为-5~5V的模拟信号。
图1 CD4051(HEF4051)引脚排列
图2 CD4051(HEF4051)逻辑符号
CD4053是三组二选一模拟开关，相当于三组单刀双掷开关，如图3和图4所示，三个数字控制输入端A、B、C可独立选择每组模拟开关刀位的导通方向，当INH=1时，全部通道被置为关断状态。若Von=5V，Vss=0V，VEE=-13.5V，则0-5V的数字信号可控制-13.5~4.5V的模拟信号。CD4051和CD4053的真值表见表1。
图3 CD4053引脚排列 图4 CD4053逻辑符号
可编程增益放大器
数显表要输入不同种类传感器的信号和标准信号，但各种信号最大量程对应的电量相差很大，如K型热电偶0-1200℃对应的热电势是0-48.838mV，S型热电偶0-1600℃对应的热电势是0-16.777mV。可见输入信号有大有小，所以对放大器的放大倍数要求也不同。常规做法是采用多个放大器，而数显表则采用可编程增益放大器(PGA)，来满足各种类型输入信号的不同的放大倍数。只要准备几种量程，就可满足常见的各种输入信号类型。
可编程增益放大器由电子模拟开关和集成运算放大器构成。各型数显表的电路结构、使用器件虽不相同，但基本原理相似，从图5可见，输入数显表的所有信号都是共用一个放大器，因此，所有信号都需要尽可能使用这个放大器的输入范围。为解决放大倍数不相同的问题，可通过模拟开关X0-X3的选择，把电路中的反馈电阻进行组合，即通过各开关的通断来调整放大器的增益。从图5可知这是个使用同相运算放大器的电路，放大器的增益。开关X1接通时放大器有10倍的增益，开关X0接通时放大器有17倍的增益，开关X3接通时放大器有50倍的增益，就可以用单个运放来完成大小不同输入信号的放大。即不管输入数显表的是什么量程的信号，经过程控放大器处理，就变成了与A/D转换器相匹配的电平信号，这样一台数显表就可以实现万能输入(即接收多种类型的信号输入)。当数显表接收直流电流信号时，大多通过250Ω或50Ω的标准电阻转换成1-5V或0.2-1V的电压信号，并通过X2开关把放大器的输出端和反相端连接起来，此时增益A=1，即V0=Vi，没有电压放大作用，成了一个电压跟随器。
图5 可编程增益放大器原理
数显表的输入信号通过CD4051电子模拟开关切换进行传输，切换动作与所选输入信号类型，取决于微处理器的控制信号。如何切换与数显表的参数设置有关，与软件程序紧密相关，没有进行参数设置数显表将无法工作。
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