基于软件定义的仪器仪表电路设计方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种仪器仪表电路设计方法，包括步骤：（１）将高精度模拟／数字转换器直接与传感器相连，模拟／数字转换器与驻留有仪器仪表用的软件模块的微控制器相连；（２）仪器仪表的生产者或使用者将微控制器与人机对话输入装置相连后，对微控制器内驻留的软件模块进行设置或功能选择。本发明专利技术同时提供一种基于此种方法的仪器仪表电路系统。仪器仪表的厂商如果采用本发明专利技术提供的方法和系统，不需要再对电路或软件进行研发或调试，只需选择、设置合适的应用于仪器仪表的软件模块，就能够迅速地研发和生产仪器仪表。用户也可以根据需要设置和更改仪器仪表的功能，大大提高仪器仪表的生产和应用水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路，尤其是一种仪器仪表电路设计方法及系统。
技术介绍
仪器仪表在工业和国民经济各个领域都有着广泛的应用和起着不可或缺的作用。但 目前的仪器仪表中的电路设计和制造十分复杂，调试也费时、费力，而且需要很高的技 术和昂贵的仪器设备。一般的现代仪器电路都是如图1所示。其中在研发时需要耗费智力资源的是电路(硬 件)设计和软件设计，而前者中主要是模拟(放大)电路的设计(图1中的虚线框内)， 而在生产过程中，需要耗费智力资源的主要是模拟电路和软件的调试。所谓的虚拟仪器，是在pc (个人)计算机上通过软件实现的仪器，其本质是一种便捷的图形化编程软件。虽然虚拟仪器给科研、临时性的生产线上的测量等应用带来了方便，但毕竟虚拟仪器是基于pc机之上的，pc机难以适应生产线上的恶劣环境，把虚拟仪器替代各种专用仪器仪表，其适应性和成本都是不可接受的。虚拟仪器并没有改变 模拟电路的设计、调试费时费力的问题。组态软件是用于工业控制的一种软件，其优点和缺点都与虚拟仪器十分类似。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种可以通过软件设 置就可以实现的用户所需要功能的仪器电路设计方法，不仅使研发和生产仪器的厂商变 得容易，也为用户带来极大的方便。 '为此，本专利技术采用如下的技术方案一种基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，包括下列步骤(1) 将高精度模拟/数字转换器直接与传感器相连，模拟/数字转换器与驻留有仪器 仪表用的软件模块的微控制器相连；(2) 仪器仪表的生产者或使用者将微控制器与人机对话输入装置相连后，对微控制器内驻留的软件模块进行设置或功能选择。上述的基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，还可以在微控制器驻留用于仪器设 置或功能选择的监控程序，仪器仪表的生产者或使用者利用宿主机执行仪器仪表用的软 件模块的设置和功能选择，通过监控程序接收在宿主机中设置好的软件，并将其下载到 微控制器。模拟/数字转换器最好具有16位以上的高精度，或馬有12位以上的精度和 100ksps以上的采样速度。本专利技术同时提供一种基于软件定义的仪器仪表电路系统包括驻留有仪器仪表用的 软件模块的微控制器，所述微控制器分别与高精度模拟/数字转换器、显示器、人机对话 输入装置相连，所述人机对话输入装置用于对微控制器内驻留的软件模块进行设置或功 能选择。上述的仪器仪表电路系统中，微控制器里最好还驻留有用于仪器设置或功能选择的 监控程序，所述的仪器仪表电路设计系统还包括宿主机，所述宿主机用于执行仪器仪表 用的软件模块的设置和功能选择，并通过监控程序接收在宿主机中设置好的软件，并将 其下载到微控制器。模拟/数字转换器最好具有16位以上的高精度，或具有12位以上的 精度和100ksps以上的采样速度。与现有技术相比，本专利技术具有以下显著的有益效果由半导体厂商根据设计好的图 2中虚线框中的电路(模块)提供给仪器仪表的厂商，仪器仪表的厂商不需要再对电路或软件进行研发或调试，只需选择、设置合适的应用于仪器仪表的软件模块，就能够迅速 地研发和生产仪器仪表。如对静态测量仪表，可以通过人机对话过程选择或下载传感器 校准、瞬时值测量、平均值测量、最大值、最小值测量等程序模块，而对动态测量仪器， 可以选择传感器校准、采样速度、采样时间、频谱分析等软件模块。用户也可以根据需 要设置和更改仪器仪表的功能，大大提高仪器仪表的生产和应用水平。附图说明图1现有的仪器仪表电路系统框图2为本专利技术的仪器仪表电路设计系统结构框图。附图标记101为被测量 102为传感器103为传感器接口电路104为放大滤波(电路) 105为模拟/数字转换器(ADC) 106为微控制器107为显示(器)108为数字/模 拟转换器(DAC)109为信号传输(接口)IIO为模拟指示(器)lll为电源与参考信号(源)U2为信号存储与记录(装置)113为键盘或其它人机对话输入(装置) 114为输出控制(接口)具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作详细说明。本专利技术的仪器仪表电路设计系统如图2所示，所述传感器102将被测量101转换成 电信号，电信号又经过高精度数字/模拟转换器105转换得到数字信号，该数字信号在微 控制器中由用户所设置的软件模块进行处理，完成所需的功能显示107(或通过DAC108 进行模拟指示IIO)，或(通过DAC108 )进行信号传输109，或(通过DAC108 )输出 控制114，或进行信号存储与记录112。电源与参考信号(源)111为仪器或仪表供电和 提供参考信号。用户通过键盘或其它人机对话输入(装置)113设置仪器的功能，或在仪 器、仪表运行时进行各种操作。本专利技术所具有的实质性特点如下(1) 充分利用高精度、高速度的模拟/数字转换器，直接将其与传感器相连接。不 再使用图l虚线框内的模拟信号处理(调理)电路，实现全数字化信号处理。(2) 类似虚拟仪器或组态软件，编写好仪器仪表所需的软件基本模块，但不是面 向PC机，而是面向微控制器(嵌入式系统，图2中的pP或pC)。换言之， 在图2虚线框内的微控制器已经驻留有应用于仪器仪表的软件基本模块和选 择、设置仪器仪表功能的监控程序。仪器仪表生产厂商或用户在得到虚线框 内的硬件模块后，只需要像虚拟仪器或组态软件那样简单地处置，并接上虚 线框外所需的传感器、显示和键盘等外围接口，就可以得到所需功能的仪器 或仪表。(3) 为避免微控制器中需要驻留的程序过大，也可以在PC机(宿主机)上对所需 软件进行设置，然后将设置好的软件下载到微控制器上，最后得到所需功能 的仪器或仪表。(4) 高精度、高速度的模拟/数字转换器与微控制器可以是两枚各自独立的器件， 也可以是集成在一起的单片机。(5) 微控制器具有与显示器、数字/模拟转换器、信号传输(接口)、信号存储与 记录(装置)、输出控制(接口)和键盘或其它人机对话输入(装置)的接 口，也可以把上述中的若干接口集成到一枚芯片中。实施例之一模拟/数字转换器105采用ADI公司的AD7764，微控制器106采用宏晶公司的 STC89S52单片机，微控制器106驻留有仪器仪表用的软件模块，显示(器)107采用拓 普微公司的LM3037型液晶显示器，键盘或其它人机对话输入(萝置)113配置为4个操 作按键。上述配置构成一个可设置、简单的万能手持式仪表，如果传感器102采用霍尼 韦尔(Honeywell)公司的MLxxx-C系列压力传感器，则构成一台压力计，选择压力传感 器校准、显示压力瞬时值、.最大值、最小值、报警上限、报警下限等程序模块。如果传 感器102采用温度或光敏传感器，则该仪器可相应地构成温度计或光度计，选择温度或 压力传感器校准、显示温度或压力瞬时值、最乂值、最小值、报警上限、报警下限等程 序模块。实施例之二模拟/数字转换器105和微控制器106采用ADI公司集成为一体的ADuC845芯片，其 余配置与实施例之一相同。上述配置构成一个可设置、简单的万能手持式仪表。同样， 如果传感器102采用霍尼韦尔(Honeywell)公司的MLxxx-C系列压力传感器，则构成一 台压力计，选择压力传感器校准、显示压力瞬时值、最大值、最小值、报警上限、报警 下限等程序模块。如果传感器102采用温度或光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，包括下列步骤：　　　　（１）将高精度模拟／数字转换器直接与传感器相连，模拟／数字转换器与驻留有仪器仪表用的软件模块的微控制器相连；　　　　（２）仪器仪表的生产者或使用者将微控制器与人机对话输入装置相连后，对微控制器内驻留的软件模块进行设置或功能选择。

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，包括下列步骤(1)将高精度模拟/数字转换器直接与传感器相连，模拟/数字转换器与驻留有仪器仪表用的软件模块的微控制器相连；(2)仪器仪表的生产者或使用者将微控制器与人机对话输入装置相连后，对微控制器内驻留的软件模块进行设置或功能选择。2. 根据权利要求l所述的基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，其特征在于，所述微 控制器驻留有用于仪器设置或功能选择的监控程序，仪器仪表的生产者或使用者利用 宿主机执行仪器仪表用的软件模块的设置和功能选择，通过监控程序接收在宿主机中 设置好的软件，并将其下载到微控制器。3. 根据权利要求l所述的基于软件定义的仪器仪表电路设计方法，其特征在于，所述模 拟/数字转换器具有16位以上的高精度，或具有12位以上的精度和100ksps以...

【专利技术属性】
技术研发人员：林凌，李刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]