专利名称：一种在个人电脑上实现模拟量输入的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属个人电脑接口应用技术领域。
技术背景随着电脑硬件和软件技术的发展，电脑芯片技术水平的不断提高，人们构成电脑应用系统的随意性不断增大，按照硬件系统的组合形式，常用的一种是使用个人电脑系统即利用个人电脑扩展槽，设计应用系统硬件模板如A/D(模/数)、D/A(数/模)、I/O(输入/输出)扩展板等测控功能模板，由于这种系统不需要独立的机箱与电源，降低了附加成本，电源从主机获得，方便可靠，系统有较强的软、硬件支持，人机对话功能好，应用软件界面直观，联网功能强大。
现在CPU主频已达到G为单位，同时个人电脑的结构和运行状况越来越复杂，因此大多数个人电脑都装有系统自监测电路和芯片，可实时地监测个人电脑的运行状况例如各种电压参数，温度参数，风扇转速等，也可输出PWM和其它开关量信号，主板监控芯片(例如Winbond公司的W83627HF)具有硬件A/D转换和可编程I/O接口，风扇测速信号等接口，我们可充分利用这些电路的冗余接口，扩展其应用范围，可以省略或代替部分扩展卡，进一步简化电脑应用系统。
台式个人电脑中，尽管品牌、厂商和CPU主频不同，电脑冷却风扇外型和转速不一，但个人电脑主板上的风扇插座序号和接口电气参数却是众厂商共同遵守的事实标准，风扇插座的定义和形状见表1和图1。
表1
现有的电脑主板上通常提供2-5个风扇插座，在只使用CPU风扇时，常有2-4个冗余插座，表1中插头2是电源正极，为直流风扇提供+12V工作电压，插头3是公共地；插头1是一个反馈风扇转速快慢的检测信号端，“风扇每旋转一周释放两个脉冲信号(2对极直流风扇)，电脑系统监控芯片就会据此计算出风扇的旋转速度”。风扇厂商提供的资料和本人的实际测量表明，转速信号的脉冲波形是矩形波，矩形波信号的频率f与转速N成线性关系，见图2，由图可见风扇转速与脉冲有下面关系N＝60÷(2×T) (转/分钟，) T＝t1+t2，又频率与周期的关系是f＝1/T，f的单位是赫兹(Hz)，T的单位是秒(S)得N＝30×f (转/分钟) 式(1)一般情况，风扇电机的极对数为p时，N＝60÷p×f转速信号的高电平VOh，即电压幅值由主板监控电路决定，输出信号的低电平VOL由风扇内电路决定，原理如图3，测速风扇内置信号反馈电路输出采用集电极开路型式，外接上拉负载电阻电阻。
T导通时1＝10MAmax输出电压VL＝0伏(典型值为0.4V)T断开时I＝0MAmin输出电压VOH＝VCC(主板电路监控芯片工作电压)因为输出Vo是取自主板监控电路电源，所以电扇测速信号发生电路自动适应主板芯片的工作电压，通常是+5V直流，风扇转速可在电脑的BIOS中看见，使用应用软件(程序)在操作系统下也可监测转速参数，应用程序可以根据电脑风扇转速的不同数值作显示和处理。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在个人电脑上实现模拟量输入的电路。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括电压/频率转换器、个人电脑主板监控系统电路，电压/频率转换器上具有与传感器输出连接的输入端，电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路连接。
通常在电脑应用系统的测量通道中，传感器和变送器输出的模拟电压或电流，须经A/D转换器转换后再送入电脑处理。本实用新型采用A/D转换的方法是电压/频率(V/F)转换，将模拟信号转换成频率信号再送入电脑，尽管频率测量的响应速度较慢，但V/F转换的特点是有良好的精度与线性，价格低，频率测量本身使一个计数过程，V/F转换过程是对输入信号不断积分，因而抗干扰能力强。
本实用新型接入台式个人电脑，可扩大个人电脑应用范围，方便接入模拟电压(电流)与传统的模拟量传感器和变送器配合，可广泛应用于各种场合。
图1是现有的台式个人电脑风扇插脚外型图图2是个人电脑风扇转动时转速信号的波形图图3是现有的个人电脑风扇与电脑主板连接示意图图4是本实用新型实施例电路图。
具体实施方案如图4所示的本实用新型实施例，它包括电压/频率转换器、个人电脑主板监控系统电路，电压/频率转换器上具有与传感器输出连接的输入端，电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路连接。电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路的风扇三脚插座连接。
本实用新型实施例使用电脑主板测速风扇三脚插座作接口，电路原理如图4，图中HPR110是隔离型DC/DC转换器输出+12V和-12V电源，输出电流I0＝±30mA，转换效率达79％，体积小。电路工作电源由电压调整器7809经12V取得，电路中的AD654是一种价格便宜的V/F转换器，工作频率达250KHz，线性误差为0.03％，可工作在单电源或双电源供电电路中，外部元件很少，AD654仅8脚，体积小，静态工作电流仅有2mA，低失调电压仅1mv，低温度系数仅有±50ppm/℃，低温度漂移仅为4mV/℃，具有250MΩ的输入电阻。用一个电容和一个电阻即可工作，输出电路采用集电极开路方式，低电平输出为0.4V方便与电脑监控芯片电路连接，输出电压波形是矩形波，适合作为虚拟风扇转速信号。与TTL或CMOS等电平兼容。根据AD654资料，此V/F转换器有下列关系f＝V/(10RC) 式(2)按图4中参数，设置R1+W1＝10KΩf＝Vi/(10(R1+W1)C1)＝Vi/(10×10×103×0.15×10-6)＝(200/3)Vi又由式(1)N＝30×f所以有N＝(30×200÷3)Vi＝2000Vi 转/分钟式(3)此时可以看出转速数据实际对应模拟输入电压，通过应用软件的运算完成在电脑上的显示。
在输入电压Vi接近5V时，在BIOS中转速会显示9999转/分钟，此是对应4位转速显示的最大值，如果要提高工作频率范围，可使用转速计数是5位或更多位的显示电路。电脑商也不难生产出或转速或频率两种方式可转换的BIOS。为了保证V/F转换器的稳定性与可靠性，C1、W1和R1要选择高质量产品，输入电阻由固定电阻R1及和可调位器W1以组成，以便补偿增益误差，电源端的C2是去藕电容。AD654的模拟量输入范围是0-(Vs-4)V其中Vs是单电源的工作电压。因此该电路的输入电压范围为0-(9-4)V即0-5V，考虑到模拟量和转速信号的起始区有一个不灵敏区，选工作范围Vi为1-5V。AD654与主板监控电路的联接方法十分简单，只须接入三脚风扇插头即可，相当于接上了电脑I/O口的计数器输入端。从A1和A2连接普通传感器或变送器(自身带电源)，输入的4-20mA电流时合上JP1，测量电压时断开JP1。用AD654组成V/F转换电路也可直接测量小信号如热电偶信号。使用其它型号的V/F转换器或者运算放大器等也可组成本电路。当存在较强干扰输入时，V/F转换器的输出可使用光电藕合。少数3脚风扇不支持测速功能，请注意查看电脑说明书的BIOS部分。
在图4中外接二线制电流信号4-20mA传感器(变送器)时，连接A1、A3端于，合上JP1、SW1和SW2，模拟量传感器(变送器)不必配备电源，由转换电路的DC/DC模块直接供给，从HPR11OD的+12V和-12V叠加得到一个24V电压。信号的变化是外传感器(变送器)所消耗的电流来决定，A1、A2两点上的电压是传感器(变送器)输出的电流经过250Ω取样电阻得到1-5V的电压与物理量相对应。
权利要求1.一种在个人电脑上实现模拟量输入的电路，其特征在于它包括电压/频率转换器、个人电脑主板监控系统电路，电压/频率转换器上具有与传感器输出连接的输入端，电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路连接。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路的风扇三脚插座连接。
专利摘要本实用新型涉及一种在个人电脑上实现模拟量输入的电路，它包括电压/频率转换器、个人电脑主板监控系统电路，电压/频率转换器上具有与传感器输出连接的输入端，电压/频率转换器的输出端与个人电脑主板监控系统电路连接。本实用新型接入台式个人电脑，可扩大个人电脑应用范围，方便接入模拟电压(电流)与传统的模拟量传感器和变送器配合，可广泛应用于各种场合。
文档编号G06F3/00GK2634528SQ0229067
公开日2004年8月18日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年12月30日
发明者李 诚 申请人:李 诚