多路输出电阻信号发生器制造技术

本发明专利技术的多路输出电阻信号发生器，由单片机及硬件、软件组成。硬件包括ＡＴ８９Ｃ５２单片机、隔离变压器ＡＤ２０８、Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１、运算放大器ＩＣＬ７６５０及显示接口处理芯片８１５５。隔离变压器ＡＤ２０８的正向输入端和反向输入端分别接ＣＤ两线端，其输出端接Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１的输入电压端，电压输出端接运算放大器ＩＣＬ７６５０正向输入端，反向输入端接输出电阻Ｒ↓［ｂ］，Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１的ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＤＩＮ引脚分别与单片机ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［２０］、ＲＸＤ、ＴＸＤ引脚相连接。电阻显示ＬＥＤ和键盘通过处理芯片８１５５接口与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［１］引脚连接。优点是体积小，精确度高，使用方便，智能化输出多路电阻信号，大大提高了测试工作的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制及仪表显示的调试、检验专用标准电阻信号仪器，特别是涉及多路输出电阻信号发生器。
技术介绍
在工厂的很多产品的自动控制及温度仪表的调试中，都需要用标准的直流电阻箱来模拟PT100型铂电阻进行校验。但是传统的直流电阻箱一般采用锰铜电阻丝绕制成许多固定的电阻，然后用旋转开关选择其中的组合，以得到所需的电阻值。虽然开始使用的时候准确度较高，但是在使用一段时间后，随着旋转开关的使用老化后，接触电阻增大，使其精确度下降，而且它的体积一般较大，不适用于现场的工作环境中使用。它还有一个在使用中的不可克服的缺点，就是不能实现多路功能，一个电阻箱只能输出一路标准电阻信号，如果需要多路电阻信号就要好几台电阻箱，占用调试空间大。另外，在校验温度仪表过程中，还需要操作人员熟记温度与电阻的对照表，加大了操作难度且不准确。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，是提供一种体积小、精确度高，可以在正常的工作环境下取代传统的直流电阻箱，在校验温度仪表时不需要经过对照表进行温度与电阻的对照，以单片机为中心数字电路与模拟电路混合设计的高精度智能化的多路输出电阻信号发生器。采用的技术方案是多路输出电阻信号发生器，由仪器外壳、单片机及硬件、软件构成。仪器外壳设有前面板和后面板，前面板布设有键盘和LED数码管显示，后面板布设有输出插孔。所述的单片机及硬件，其设计基本理论，是依据欧姆定律R＝U/I，利用放大器的“虚短”、“虚断”的原理，以放大器设计成一个恒流源电路(图2所示)，其电路上的负载电阻RL接放大器，经RL的一端B点的电压与输入电压Vi相等，Vi在Rb上形成电流Ib＝Vi/Rb，由于放大器的输入阻抗极高，视放大器的输入端电流为零，所以负载电流IL只能由运放的输出端提供，即有IL＝Ib，可得公式IL＝Ib＝Vi/Rb式(1)从公式(1)中可以看出，当Vi一定时，IL与负载电阻RL无关，即Vi一定时，构成一个恒流源。再依据所述恒流源电路再设一个有源电阻电路(图3所示)，设CD两端的等效电阻Rcd，根据公式(1)得Rcd＝Ucd/Icd＝Ucd/IL＝Ucd×Rb/Vi式(2)显然，当Vi一定时，Rcd却并不是个常数，为了使Rcd为常数，必须有Ucd/Vi＝常数，要想实现这个等式，设计使用D/A转换器，根据D/A转换的工作原理，对应于n位的D/A转换器，有Vout(X/2n)Vref公式中Vout为D/A转换器的输出电压，X为数字输入端二进制码对应的十进制数，Vref为D/A转换器的输入参考电压，对有源电阻电路采用适当的连接和改变，使得Ucd＝Vref，Vout＝Vi，并根据公式(1)、(2)，得有Rcd＝Ucd×Rb/[(X/2n)Ucd]＝2n×Rb/X式中Rcd——电源CD两端的等效电阻Rb——输出端B点的电阻X——D/A转换器数字输入端二进制码对应的十进制数n——D/A转换器位数根据上面公式要想得到需要的电阻，只要改变相应的X值即可，根据这个最终的公式为理论依据，以单片机为核心及其相应的硬件设计了标准电阻信号源电路，即输出电阻信号发生器电路，其电路包括型号AT89C52的单片机、隔离变压器AD208、D/A转换器MAX541、运算放大器ICL7650、键盘及显示接口通用处理芯片8155、报警蜂鸣器。隔离变压器AD208的正向输入端和反向输入端分别接CD两线端，其输出端接D/A转换器MAX541的Vref参考输入电压端，其Vout电压输出端接运算放大器ICL7650正向输入端，反向输入端接CD两端输出电阻Rb，D/A转换器MAX541的CS、SCLK、DIN引脚分别与单片机AT89C52的P2.0、TXD、RXD引脚相连接，构成一路电阻输出，在选择多路电阻输出时通过AT89C52的P2.1引脚、P2.2引脚依次和相应的MAX541的CS引脚连接，并将AT89C52的RXD、TXD引脚接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上。装在前面板上的电阻显示LED和4×4小键盘通过处理芯片8155接口与单片机AT89C52的P1引脚连接，报警蜂鸣器与AT89C52的P2.7引脚连接，构成多路输出电阻信号发生器。上述的D/A转换器MAX541与单片机AT89C52完成一路电阻输出连接，还可选择两路通过AT89C52的P2.1、P2.2引脚和两个相应的MAX541的CS相连接，并将AT89C52的RXD、TXD接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上，构成三路输出电阻信号发生器。上述的多路电阻输出为三路电阻输出，三路输出电阻信号分别与后面板上设有的三个插孔电连接。上述的LED显示可显示由键盘输入所需要的温度值，经单片机转换得到设定温度所对应的电阻值。上述的单片机软件，是采用模块化设计，将相应的功能设计成相对独立的单元，最后由主程序来一一调用。主程序，包括用于设置外部中断和定时器，完成所有外围器件初始化的步骤；用于设定温度输入方式或直接电阻输入方式的步骤；用于设置按键标志为0的步骤；用于设置通道标志为1的步骤；用于循环调用键盘检测子程序的步骤；键盘检测子程序，包括用于调整键盘初始化的步骤；有键按下判断是否为数字键程序；若是，调用数字键程序；若不是，调用功能键处理程序的步骤；用于判断调用的数字键程序是否标志位＞5，若是，置标志位为0的步骤；D/A转换子程序，包括用于取出输入电阻数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；用于D/A转换的步骤；恢复数据返回主程序的步骤；显示子程序，包括用于传入主程序参数的步骤；用于取出缓冲区电阻数据的步骤；用于取出通道数据的步骤；用于送入P1口显示的步骤；结束返回主程序。本专利技术依据欧姆定律的理论，以单片机为中心，数字电路与模拟电路混合设计的高精度智能多路电阻信号发生器，其体积小，精确度高，具有数字化接口和自我保护功能，可以在正常的工作环境下取代传统的直流电阻箱，弥补了多路数字电阻箱的一个空白，并使其成为可以校验温度仪表的一种标准仪器，用户在校验温度仪表时可根据需要进行选择温度或电阻值输入方法，当选择温度输入，只需要输入需要的温度值即可，仪器自动输出对应的电阻值，具有体积小，精确度高，使用方便，智能化输出多路电阻信号的优点。附图说明图1为本专利技术的硬件原理框图。图2为本专利技术所构造的恒流源电路原理图。图3为本专利技术所构造的有源电阻电路原理图。图4为AD208内部原理电路图。图5为D/A转换器MAX541与单片机89C52连接示意图。图6为放大器ICL7650内部原理电路图。图7为主程序框图。图8为键盘检测子程序框图。图9为D/A转换子程序框图。图10为显示子程序框图。图11为前面板外观布设图。图12为后面板外观布设图。具体实施方式多路输出电阻信号发生器，由仪器外壳、单片机及硬件、软件构成。仪器外壳设有前面板和后面板，前面板采用简洁的塑胶CRT键盘和高亮的LED数码管显示，使之能在各种光线环境下使用，前面板外观设计见图11。后面板设有三路电阻信号输出插孔见图12。所述的单片机及硬件的设计基本理论(有源电阻理论)实现电子式有源电阻的基本理论依据是欧姆定律R＝U/I，根据这个理论，使用放大器作出了一个相应的电路如图2，具体分析如下根据放大器的“虚短”“虚断”的概念，B点电压与Vi(输入电压)相等，Vi在Rb上形本文档来自技高网...

【技术保护点】
多路输出电阻信号发生器，由仪器外壳、单片机及硬件、软件构成，仪器外壳设有前面板和后面板，前面板布设有键盘和ＬＥＤ数码管显示，后面板布设有输出插孔，其特征在于所述的单片机及硬件，其设计基本理论，是依据欧姆定律Ｒ＝Ｕ／Ｉ，利用放大器的“虚短”、“虚断”的原理构造一个恒流源电路，依据恒流源电路再构造一个有源电阻电路，根据Ｄ／Ａ转换工作原理，得出：Ｒ↓［ｃｄ］＝Ｕ↓［ｃｄ］×Ｒ↓［ｂ］／［（Ｘ／２↑［ｎ］）Ｕ↓［ｃｄ］］＝２↑［ｎ］×Ｒ↓［ｂ］／Ｘ式中：Ｒ↓［ｃｄ］－ 电源ＣＤ两端的等效电阻Ｒ↓［ｂ］－输出端Ｂ点的电阻Ｘ－Ｄ／Ａ转换器数字输入端二进制码对应的十进制数ｎ－Ｄ／Ａ转换器位数根据上面公式要想得到需要的电阻，只要改变相应的Ｘ值即可，根据这个最终的公式为理论依据，以单 片机为核心及其相应的硬件设计了标准电阻信号源电路，即输出电阻信号发生器电路，其电路包括：ＡＴ８９Ｃ５２的单片机、隔离变压器ＡＤ２０８、Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１、运算放大器ＩＣＬ７６５０、键盘ＣＲＴ及显示接口通用处理芯片８１５５、报警蜂鸣器，隔离变压器ＡＤ２０８的正向输入端和反向输入端分别接ＣＤ两线端，其输出端接Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１的Ｖ↓［ｒｅｆ］参考输入电压端，其Ｖ↓［ｏｕｔ］电压输出端接运算放大器ＩＣＬ７６５０正向输入端，反向输入端接ＣＤ两端输出电阻Ｒ↓［ｂ］，Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５４１的ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＤＩＮ引脚分别与单片机ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［２．０］、ＲＸＤ、ＴＸＤ引脚相连接，构成一路电阻输出，在选择多路电阻输出时通过ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［２．１］引脚、Ｐ↓［２．２］引脚依次和相应的ＭＡＸ５４１的ＣＳ引脚连接，并将ＡＴ８９Ｃ５２的ＲＸＤ、ＴＸＤ引脚接在每个ＭＡＸ５４１的ＳＣＬＫ、ＤＩＮ引脚上，构成多路电阻输出，装在前面板上的电阻显示ＬＥＤ和４×４小键盘通过处理芯片８１５５接口与单片机ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［１］引脚连接，报警蜂鸣器与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ↓［２．７］引脚连接。...

【技术特征摘要】
1.多路输出电阻信号发生器，由仪器外壳、单片机及硬件、软件构成，仪器外壳设有前面板和后面板，前面板布设有键盘和LED数码管显示，后面板布设有输出插孔，其特征在于所述的单片机及硬件，其设计基本理论，是依据欧姆定律R＝U/I，利用放大器的“虚短”、“虚断”的原理构造一个恒流源电路，依据恒流源电路再构造一个有源电阻电路，根据D/A转换工作原理，得出Rcd＝Ucd×Rb/[(X/2n)Ucd]＝2n×Rb/X式中Rcd——电源CD两端的等效电阻Rb——输出端B点的电阻X——D/A转换器数字输入端二进制码对应的十进制数n——D/A转换器位数根据上面公式要想得到需要的电阻，只要改变相应的X值即可，根据这个最终的公式为理论依据，以单片机为核心及其相应的硬件设计了标准电阻信号源电路，即输出电阻信号发生器电路，其电路包括AT89C52的单片机、隔离变压器AD208、D/A转换器MAX541、运算放大器ICL7650、键盘CRT及显示接口通用处理芯片8155、报警蜂鸣器，隔离变压器AD208的正向输入端和反向输入端分别接CD两线端，其输出端接D/A转换器MAX541的Vref参考输入电压端，其Vout电压输出端接运算放大器ICL7650正向输入端，反向输入端接CD两端输出电阻Rb，D/A转换器MAX541的CS、SCLK、DIN引脚分别与单片机AT89C52的P2.0、RXD、TXD引脚相连接，构成一路电阻输出，在选择多路电阻输出时通过AT89C52的P2.1引脚、P2.2引脚依次和相应的MAX541的CS引脚连接，并将AT89C52的RXD、TXD引脚接在每个MAX541的SCLK、DIN引脚上，构成多路电阻输出，装在前面板上的电阻显示LED和4×4小键盘通过处理芯片8155接口与单片...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹力刚，李晶，孙德忠，
申请(专利权)人：渤海船舶重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]