專利名稱：可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種獨立輸出純電阻或用于模擬溫度傳感器，電阻信號源輸出或作電子電位差計調(diào)試，校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
公知技術(shù)中原理簡單的，通過旋鈕轉(zhuǎn)換獲取電阻的精密電阻箱的裝置因不能可編程地、動態(tài)地輸出純電阻信號和不能用在動態(tài)輸出電阻的場合，及其使用范圍受局限，技術(shù)落后而被在后的先進(jìn)電子設(shè)備所取替。中國專利公開的89108214.X號，名稱為《可編程電阻信號源》專利，依據(jù)分壓規(guī)律，在恒定的電壓源和電阻的前提下設(shè)計的雙套電阻發(fā)生器。必須經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，僅該環(huán)節(jié)誤差就約0.08％FS，它輸出的電阻的精度很低，即便是在0-1000Ω的電阻輸出范圍，誤差都遠(yuǎn)不能達(dá)到≤0.4Ω的要求。而美國VALHALLA SIENTIFC.INC公司生產(chǎn)的2724A型可編程電阻發(fā)生器采用恒流源的原理輸出電阻信號，對其不同的電阻輸出范圍，電阻輸出的精度為±0.25Ω~±0.4Ω。它在滿度情況下將產(chǎn)生約0.1％的誤差，反射至R輸出，就是說輸出的電阻越高，誤差越大，只有在輸出小的電阻時才可能達(dá)到±0.25Ω的誤差。若輸出滿量程6.5536KΩ，則可能的誤差值是6.5536KΩ×0.1％＝6.55Ω，而為提高輸出電阻的精度，只有不斷提高其內(nèi)部恒流源的精度，當(dāng)將內(nèi)部恒流源的精度提高為0.01％時(這在技術(shù)上是極其困難的事)，才有可能使輸出電阻的精度接近6.5536KΩ×0.01％＝0.655Ω。它另一個不足之處是它是一個PC計算機(jī)的分離裝置，使用時還需另購一塊IEEE488板卡，插接在PC機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)，通過一根IEEE488電纜的連接才能工作。該裝置不僅體大，體積約為mm330×280×160，重量約≥2.5kg，相當(dāng)于PC計算機(jī)的1\2體積，而且價高，售價高達(dá)6500美元/臺(95年價)。
本實用新型的目的可以通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)在PC計算機(jī)軟件控制下進(jìn)行邏輯控制的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，具有一個直接插入PC計算機(jī)XT擴(kuò)展槽的電路板卡，卡板上布有印制電路，所述的印制電路包括連接PC計算機(jī)數(shù)據(jù)總線和與數(shù)據(jù)總線接口相連接的總線收發(fā)器2，以及和總線收發(fā)器2依次電連接的鎖存驅(qū)動電路3、繼電器網(wǎng)絡(luò)4、基本電阻網(wǎng)絡(luò)5和高精度電阻調(diào)節(jié)電路6所述的總線收發(fā)器2鎖存驅(qū)動電路3的輸入端連接有組合邏輯電路7，該組合邏輯電路7的輸入端與PC計算機(jī)1的數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線相連。
本實用新型中解決其技術(shù)問題的基本電阻網(wǎng)絡(luò)5電連接的電阻R是逐位并聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)。
所述的逐位并聯(lián)的電阻阻值是依次按二進(jìn)制規(guī)律制作的。
本實用新型解決其技術(shù)問題的基本電阻網(wǎng)絡(luò)5是16位的電阻網(wǎng)絡(luò)，所述的16位的電阻網(wǎng)絡(luò)的各電阻位的阻值分別是R1＝0.1Ω，R2＝0.2Ω，R3＝0.4Ω，R4＝0.8Ω，R15＝1638.4Ω，R16＝3276.8Ω，這樣，寫1時，相應(yīng)數(shù)據(jù)位與對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻值R輸出間有下表關(guān)系


這時由PC計算機(jī)(1)通過數(shù)據(jù)總線向總線收發(fā)器(2)寫某一同定的十六位進(jìn)制數(shù)a和總的R輸出有如下的關(guān)系式總的電阻R輸出＝0.1×(215d16+214d15+…2(i-1)di+…22d3+21d2+20d1)＝0.1×a則a＝(215d16+214d15+…2(i-1)di+…22d3+21d2+20d1)。
所述的與計算機(jī)(1)的數(shù)據(jù)總線接口的總線收發(fā)器(2)為8位或16位總線收發(fā)器。所述的鎖存驅(qū)動電路3采用2n位鎖存驅(qū)動電路類芯片。
所述的鎖存驅(qū)動電路可采用8位或16位的鎖存驅(qū)動電路芯片是，但不限于是54/74LS273鎖存驅(qū)動電路芯片。
本實用新型在做成10位、12位、14位、16位時，其基本電阻網(wǎng)絡(luò)5按二進(jìn)制規(guī)律來繞制的電阻分別是R1~R10、R1~R12、R1~R14、R1~R16，相應(yīng)的電阻發(fā)生器輸出電阻的滿量程分別是102.3Ω、409.5Ω、1638.3Ω、6553.5Ω。
所述的繼電器網(wǎng)絡(luò)中密封的小型繼電器的一對觸點的接觸電阻≤0.05Ω，可用6對、8對、10對或更多對觸點并聯(lián)，以實現(xiàn)對電阻輸出誤差的硬件補(bǔ)償。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果。
輸出純電阻的范圍大，可輸出0~6.5535KΩ，或更大的范圍。
輸出純電阻的全范圍內(nèi)(即0~6.5535KΩ內(nèi))，絕對誤差可達(dá)≤0.2Ω。
可以用軟件的方法進(jìn)行線路補(bǔ)償，因此輸出的距離可以不限。
可以將本實用新型做成不同的分辨率及不同使用范圍的用戶使用。
體小重量輕。重量≤0.5kg，體積約為280mm×150×15。本實用新型直接連接于PC計算機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)，不僅縮小了體積，而且避免了分離連接的麻煩，降低了成本，方便了使用。


圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是本實用新型的繼電器驅(qū)動電路與電阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型裝配形態(tài)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
圖1中示出的是可編程標(biāo)準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)方框圖。它是一種智能(可編程的)能產(chǎn)生純電阻信號的裝置。它采用對按二進(jìn)制規(guī)律排列的高精度基準(zhǔn)電阻進(jìn)行計算機(jī)處理和電阻補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ@得動態(tài)或靜態(tài)的高精度純阻信號源輸出。利用這種原理可以做成具±0.2Ω精度甚至更高精度的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，做成獨立的PC計算機(jī)的“可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器”擴(kuò)展板卡，供PC機(jī)用戶廣泛采用，也可將其原理揉進(jìn)設(shè)計者的部件設(shè)計，形成獨立的專用部件。
其中PC計算機(jī)1通過數(shù)據(jù)、地址、控制總線驅(qū)動組合邏輯電路7實現(xiàn)對本實用新型的地址選通，及對總線收發(fā)器和鎖存驅(qū)動器3的邏輯控制，然后向16路的繼電器網(wǎng)絡(luò)4發(fā)送二進(jìn)制(或十六進(jìn)制)規(guī)律的電阻值數(shù)據(jù)。該繼電器隨即按程序的命令開、閉，使并聯(lián)其上的電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生相應(yīng)的，我們要求的電阻值。
在圖2中，將繼電器的常閉觸點與電阻網(wǎng)絡(luò)的各電阻(R1~R16)并聯(lián)，鎖存驅(qū)動電路3分別驅(qū)動16路繼電器(K1~K16)，并將鎖存驅(qū)動電路3輸出設(shè)為邏輯1使相應(yīng)繼電器(K1~K16)動作，把相應(yīng)常閉觸點打開。
這時由PC計算機(jī)1通過數(shù)據(jù)總線向總線收發(fā)器2寫某一固定的十六位制a，總的R輸出與數(shù)據(jù)位有如下的關(guān)系式R輸出＝0.1×(215d16+214d15+…2(i-1)di+…22d3+21d2+20d1)＝0.1×a。
其中i為1-16的整數(shù)，di表示對應(yīng)第i位繼電器的狀態(tài)繼電器接通時di＝1，繼電器斷電時di＝0。
由此可見，要產(chǎn)生高精度的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻輸出，取決于R1＝0.1Ω~R16＝6.5536KΩ這16只電阻的繞制精度。
例如需要輸出269.3Ω電阻時的標(biāo)準(zhǔn)電阻時R輸出＝269.3Ω＝0.1×2693＝0.1×(101010000101)＝0.1×(0A85H)＝0.1×a即向總線收發(fā)器2寫0A85H即可。實際運用中可以8對、10對或更多對觸點并聯(lián)，這將會更進(jìn)一步提高電阻信號源的輸出精度，使誤差更優(yōu)于0.2Ω。
對本實用新型誤差作軟，硬件的補(bǔ)償是首先對繼電器觸點的接觸電阻誤差作硬件補(bǔ)償。
統(tǒng)計表明，密封小型繼電器的1對觸點的接觸電阻約≤0.05Ω，可采用6對觸點并聯(lián)，控制一個電阻位，這樣每個電阻位因繼電器接觸電阻帶來的誤差就會在以下計算值以內(nèi)0.05Ω/6＝0.0083Ω＜0.01Ω其次對本實用新型的系統(tǒng)作軟件補(bǔ)償從測試點到電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出點間，因線路電阻、器件間的接觸電阻引起的系統(tǒng)誤差，可在軟件送數(shù)時，減去該系統(tǒng)誤差給予補(bǔ)償處理。
本實用新型與PC計算機(jī)的數(shù)據(jù)總線的接口采用8位或16位的總線收發(fā)器。若采用8位的總線收發(fā)器，可在組合邏輯電路7的控制下，分二次接收PC計算機(jī)1的數(shù)據(jù)信號。對此可選用的總線收發(fā)器芯片可以是但不限于是54/74LS245的型號。
同樣，鎖存驅(qū)動電路3也可采用8位或16位的鎖存驅(qū)動電路類芯片。若采用8位的鎖存驅(qū)動電路芯片，可在組合邏輯電路7控制下，分二次接收總線收發(fā)器2輸出的數(shù)據(jù)信號。對此，鎖存驅(qū)動電路可選用的芯片型號是54/74LS273。
本實用新型的工作原理是由PC計算機(jī)通過數(shù)據(jù)總線向總線收發(fā)器部件“寫”某一固定的十六進(jìn)制數(shù)“a”。
其中R輸出＝0.1×(215d16+214d15+…2(i-1)di+…22d3+21d2+20d1)＝0.1×aa＝(215d16+214d15+…2(i-1)di+…22d3+21d2+20d1)總線收發(fā)器2收到這個十六進(jìn)制數(shù)a后，就立即將該數(shù)送至鎖存驅(qū)動電路3，鎖存驅(qū)動電路3將該數(shù)鎖存并輸出。若無新的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)來，該鎖存驅(qū)動電路3的數(shù)據(jù)將保持不變給繼電器網(wǎng)絡(luò)4。繼電器網(wǎng)絡(luò)4收到這個十六進(jìn)制數(shù)a后是這樣來驅(qū)動自身的各路繼電器K的動作的讓每一路的繼電器K的控制線圈對應(yīng)接鎖存驅(qū)動電路3的某一數(shù)據(jù)輸出位。當(dāng)鎖存驅(qū)動電路3的該數(shù)據(jù)輸出位輸出“0”時，該繼電器K不動作，相應(yīng)的繼電器K常閉觸點保持常閉，與該觸點并聯(lián)的電阻短路，使該電阻輸出電阻為0Ω。當(dāng)鎖存驅(qū)動電路3的該數(shù)據(jù)輸出位是“1”時，該繼電器動作，相應(yīng)的繼電器的常閉觸點被打開。此時與該觸點并聯(lián)的電阻輸出的電阻值就是本身的電阻值。如第5位的輸出電阻就是R輸出＝R5＝1.6Ω。
上述僅列出了16位的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，但針對不同使用阻值范圍的用戶，也可將其做成10位、12位、14位等可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，位數(shù)越少、輸出電阻的最大誤差就會比0.2Ω小。這是因為誤差是繼電器觸點不可避免的接觸電阻的積累誤差造成的，位數(shù)少所用繼電器也少，積累誤差也隨之而減少。
本實用新型可通過PC計算機(jī)的XT總線插槽與之接口，也可以與任何含8位數(shù)據(jù)總線以上(含8位數(shù)據(jù)總線)的計算機(jī)，包括單片微機(jī)接口。本實用新型本身不帶電源，所需的+5V、±12V直流電源需由與之接口的計算機(jī)提供。
圖3示出了本實用新型獨立專用裝置的裝配形態(tài)。其中標(biāo)號11是PC計算機(jī)的CPU卡，標(biāo)號12是可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，標(biāo)號13是PC工控計算機(jī)，標(biāo)號14是可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器的通用輸出接口，標(biāo)號15是可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器的專用輸出接口。
本實用新型適用于航空工業(yè)的大氣數(shù)據(jù)激勵器和大氣數(shù)據(jù)內(nèi)場試驗器及電子電位差計的調(diào)試、校準(zhǔn)。
盡管上述列出了本實用新型的一些具體實施例，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以在不超出權(quán)利要求所限定的范圍的情況下對本實用新型所做的修改或修正應(yīng)在本實用新型的保護(hù)之列。
權(quán)利要求1.一種在PC計算機(jī)軟件控制下進(jìn)行純電阻輸出的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器，具有一個直接插入PC計算機(jī)XT擴(kuò)展槽的擴(kuò)展卡板，卡板上布有印制電路，其特征在于所述的印制電路包括連接PC計算機(jī)數(shù)據(jù)總線和與數(shù)據(jù)總線接口相連接的總線收發(fā)器(2)，以及和總線收發(fā)器(2)依次電連接的鎖存驅(qū)動電路(3)、繼電器網(wǎng)絡(luò)(4)、基本電阻網(wǎng)絡(luò)(5)和高精度電阻調(diào)節(jié)電路(6)；所述的總線收發(fā)器(2)，鎖存驅(qū)動電路(3)的輸入端連接有組合邏輯電路(7)，該組合邏輯電路(7)的輸入端與PC計算機(jī)1的數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線相連。
2.按權(quán)利要求1所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的繼電器驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)(4)與基本電阻網(wǎng)絡(luò)(5)電連接的電阻R是逐位并聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)。
3.按權(quán)利要求2所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的逐位并聯(lián)的電阻阻值是依次按二進(jìn)制規(guī)律制作的。
4.按權(quán)利要求3所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的基本電阻網(wǎng)絡(luò)5是16位的電阻網(wǎng)絡(luò)。
5.按權(quán)利要求4所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述16位的電阻網(wǎng)絡(luò)的各電阻位的阻值分別是R1＝0.1Ω，R2＝0.2Ω，R3＝0.4Ω，R4＝0.8Ω，R15＝1638.4Ω，R16＝3276.8Ω。
6.按權(quán)利要求5所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的鎖存驅(qū)動電路(3)是8位或16位鎖存驅(qū)動電路類芯片。
7.按權(quán)利要求6所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的鎖存驅(qū)動電路芯片是54/74LS273鎖存驅(qū)動電路芯片。
8.按權(quán)利要求1或7所述的電阻發(fā)生器，其特征在于與計算機(jī)(1)數(shù)據(jù)總線接口的總線收發(fā)器(2)是8位或16位的總線收發(fā)器。
9.按權(quán)利要求6所述的電阻發(fā)生器，其特征在于所述的繼電器網(wǎng)絡(luò)中密封的小型繼電器是6對、8對、10對或更多對的觸點并聯(lián)，且每對觸點的接觸電阻≤0.05Ω。
專利摘要本實用新型公開了一種在PC計算機(jī)軟件控制下進(jìn)行邏輯控制的可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器。它由總線收發(fā)器(2)、鎖存驅(qū)動電路(3)、繼電器網(wǎng)絡(luò)(4)、基本電阻網(wǎng)絡(luò)(5)高精度電阻調(diào)節(jié)電路(6)和組合邏輯電路(7)組成直接插入PC計算機(jī)XT擴(kuò)展槽的擴(kuò)展板卡。PC計算機(jī)(1)通過數(shù)據(jù)、地址、控制總線在軟件的控制下實現(xiàn)對可編程標(biāo)準(zhǔn)電阻發(fā)生器的地址選通，及對總線收發(fā)器(2)和16位的數(shù)據(jù)鎖存驅(qū)動電路(3)的邏輯控制，然后向16路的繼電器驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)(4)發(fā)送二進(jìn)制規(guī)律的電阻阻值數(shù)據(jù)，該繼電器即按程序的命令開、閉，使并聯(lián)在其上的電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生相應(yīng)要求的電阻值。它不僅誤差小、精度高、成本低、體小重量輕，重量≤0.5kg。而且絕對誤差均可達(dá)≤0.2Ω的電阻發(fā)生器。
文檔編號H01C13/00GK2617005SQ0224504
公開日2004年5月19日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者何光棟 申請人:成都航空儀表公司