单片机如何采样电流？

单片机工程师在面试的过程中，经常会碰到一些相同的问题，笔者总结了十个提问率较高的问题，供大家参考。现在我们来分析单片机工程师常遇面试问题之三：单片机如何采样电流？

单片机的AD模块转换原理我这里就不做讲解了，有兴趣的小伙伴可以找度娘了解，百度都有很详细的介绍。需要注意的是，想要通过AD口来检测信号，必须先要把这个信号转换成电压信号，这样单片机才能识别。

我们来看一下单片机采样电压电路图（1），AIN_Vbat接单片机AD检测口，需要检测的电压Vbat经过电阻R31和R37分压，分压得到的电压送给单片机AD口来检测，分压是是因为需要把Vbat映射到单片机AD口采样范围内，比如Vbat最高电压为90V，单片机AD模块参考电压为3.3V，那么我们就需要把0-90V映射到0-3.3V。因为这是直接检测电压信号，所以不需要转换直接送到单片机AD口即可，图种R31和R37用来分压，C30和R32用来滤波防干扰。

图（1）电压采样

言归正传，单片机如何采样电流呢？如之前所说，单片机AD模块识别的是电压信号，那么要采样电流就需要先把电流信号转换成电压。一般的做法是在负载端增加一颗电流采样电阻，比如选择一个0.05Ω的电阻，当电流为2A的时候，那么该电阻两端的压差就是V=I*R=0.05*2=0.1V;这样就可以把这个电压信号传送给单片机AD口进行检测。但是这个电压只有0.1V，单片机AD口资源得不到充分利用，检测误差会很大，所以我们要把这个电压进行放大。

能不能增大采样电阻呢？显然是不行的，因为增大采样电阻会增加电路损耗。比如增加采样电阻为1Ω，那么当电流为2A的时候，电阻上消耗的功率为P=I2*R=2*2*1=4W。这样的损耗是不允许的。所以我们只能加放大器来对这个小电压信号进行放大。图（2）是一个电流采样电路，R100为电流采样电阻，阻值0.05欧姆。该电路放大倍数为N=120K/5.1K=23.5倍。电路中使R29=R30,R24=R35,放大倍数即为N=R24/R29=R30/R35。具体原理作者将在后续文章为您分解。

图（2）电流采样

如果文章对你有帮助，欢迎关注作者，后面作者将为你推送更有价值的文章，谢谢！图（3）是作者做的电流电压自动excel自动计算表格，如小伙伴需要，请关注作者并在评论区留言即可，作者会把地址发给你。

图（3）excel计算表格

浅谈DCS和PLC自动化系统中常用的几种输入输出信号

现在工业控制采用的控制系统基本上都是DCS和PLC，当然还有部分单片机。DCS属于集散控制系统，集中管理分散控制，优点在于模拟量的处理。PLC是可编逻辑控制器，擅长数字量的联锁逻辑控制。当然现在由于芯片和电子技术的发展，两种控制系统的界限也越来越模糊。我相信随着DCS和PLC的相知相爱，它们终将修成正果，彻底融合。

系统机柜

下面我们介绍一下DCS和PLC常用的信号类型为：

1、 AI模拟量输入，Analog in；

①电流信号

主要为直流信号4~20mA/0~20mA ，可叠加Hart、FieldBus和布朗协议等通讯协议，通过手操器修改相应的量程等参数，如：压力变送器、流量计、液位计等；

②电压信号

主要为直流信号1~5V/0~5V /±0-10V，如温湿度计等；

③热电阻RTD信号

主要为PT100、CU50等，可通过分度表查看电阻和相对于温度的关系，也可以通过温度变送器，转换为4-20mA标准信号再接入控制系统；

④热电偶TC信号

主要型号为J、K、S、B等，其实也算是电压信号，属于毫伏信号。可通过分度表查看电压和相对应温度的关系，可通过TC温度变送器转化为标准4-20mA标准信号再接入控制系统；

AI卡件

2、 AO模拟量输出，Analog out；

主要有电流信号4~20mA/0~20m，电压信号 1~5V/0~5V，如：气动薄膜调节阀、变频器远程模拟量输入控制等；

AO卡件

3、 DI数字量输入，Digital in；

主要类型有干节点和湿节点。对DCS来说，干节点没有电压，湿节点带电压。就像没有带嫁妆的新娘为干节点，带嫁妆的新娘为湿节点；对于DI数字量输入来说，其实还可分为漏型和源型，想深入了解的朋友可以查资料仔细学习一下。如：开关阀回迅、液位开关、压力开关、流量开关、温度开关和接近开关等。

DI卡件

4、 数字量输出，Digital out；

也可以分为干节点和湿节点，主要区别就是前者DCS和PLC是继电器触点输出信号，后者是晶体管输出信号。如：电磁阀、电机启动等；

DO卡件

5、 脉冲输入，Pulse in；

工业过程控制不常用，如：腰轮流量计、频率输入等信号均可选择脉冲输入信号；

6、 脉冲输出，Pulse out。

工业过程控制不常用，如：控制伺服电机位置和转速等；

7、 SOE信号

主要作用是事件记录，实现DI信号的多路同时输入，记录报警和联锁发生的时间顺序，扫描周期可小至1毫秒。大都应用于大型机组的联锁控制逻辑中，通过判断信号的故障时间，准确判断机组非正常停机的原因。

安全栅柜

信号的传递流程一般为：电仪设备-端子柜-安全栅柜（继电器柜）-DCS卡件-CPU-服务器-操作站-显示画面。 以上仅仅是对几种信号的初步介绍，希望对您有一点帮助。作为一名合格的电气仪表技术人员，必须对各种信号类型和传递流程铭记于心，了解和掌握信号和各种卡件的特点，以便于快速分析和解决实际遇到的故障。

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