專利名稱：通用電子電位器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明全部用電子元器件組成完整的通用電子電位器單元，可作為多功能的精密電位器 直接用于各種電子領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)的機(jī)械電位器、多圈電位器、撥碼開關(guān)等機(jī)械器件 和數(shù)字電位器集成芯片的功能。
背景技術(shù)：
機(jī)械電位器使用至今已近百年，機(jī)械電位器存在機(jī)械磨損、怕震動、頻繁動作很容易損 壞，撥碼開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)也能構(gòu)成電位器，但存在機(jī)械斷點(diǎn)，在很多對電阻的改變有連續(xù)要 求的情況下不能使用。
有一種數(shù)字電位器集成芯片，但需要大量的外圍電路和二次設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)完整的電位器 使用功能，由于輸出電阻網(wǎng)絡(luò)集成在一起，功能擴(kuò)展有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用兩個(gè)按鍵和一些電子元器件組合一起，構(gòu)成封閉的電子電位器模塊電路，只 需接上供電電源，即可實(shí)現(xiàn)普通電位器的功能以及擴(kuò)展功能，電位器輸出端是無源的，可以 和各種外有源電路直接接口。本發(fā)明具有很強(qiáng)的通用性，例如可根據(jù)需要任意改變輸出網(wǎng) 絡(luò)電阻的電阻值；三極管陣用高反壓管能在很高的電壓下使用；可根據(jù)需要改變輸出網(wǎng)絡(luò)電 阻的功率等。本發(fā)明具有兩種輸出模式電阻輸出模式和電壓輸出模式(后節(jié)結(jié)合附圖詳細(xì) 說明)。本發(fā)明還具有正向調(diào)節(jié)和反向調(diào)節(jié)功能，即按加鍵輸出值增大，按減鍵輸出值減小(正 向調(diào)節(jié))和按加鍵輸出值減小，按減鍵輸出值增大(反向調(diào)節(jié))。
本發(fā)明的技術(shù)原理構(gòu)造實(shí)現(xiàn)方法有
1) 用分立元件和小規(guī)模集成電路；
2) 用AT89C2051等單片機(jī)為核心；
3) 將可集成的功能元器件集成化。
下面用方法l)描述具體的技術(shù)實(shí)施方案(參見附圖1 ):設(shè)置兩個(gè)按鍵(1)，分別作為 加鍵和減鍵，當(dāng)有一個(gè)按鍵按下，即啟動方波發(fā)生器(2)振蕩，輸出的方波送到可預(yù)置數(shù)的 可逆計(jì)數(shù)器(5)計(jì)數(shù)，同時(shí)按鍵辨別電路(4)可控制計(jì)數(shù)器作相應(yīng)的加或減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器 的位數(shù)可根琚所需要的精度決定，計(jì)數(shù)器每一個(gè)輸出端接NPN型三極管陣(6)的基極，三極 管陣的發(fā)射極全部互聯(lián)，集電極開路接電阻網(wǎng)絡(luò)(7)，網(wǎng)絡(luò)電阻另一端全部并聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)電阻 的并聯(lián)端和三極管陣的發(fā)射極是電子電位器可變電阻的兩個(gè)端點(diǎn)。計(jì)數(shù)器輸出為8-4-2-1編 碼，使網(wǎng)絡(luò)電阻的數(shù)量最少。當(dāng)連續(xù)按鍵時(shí)間約2秒，啟動加速電路(3)，網(wǎng)絡(luò)電阻的電阻 值將快速變化。
由于輸出的網(wǎng)絡(luò)電阻全部并聯(lián)，按加鍵時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值增大，網(wǎng)絡(luò)電阻的電阻值減小， 按減鍵時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值減小，網(wǎng)絡(luò)電阻的電阻值增大，這是反向調(diào)節(jié)方案(參見附圖6)。
另一種方案是通電給計(jì)數(shù)器預(yù)置到設(shè)定值，將加鍵和減鍵掉換即可實(shí)現(xiàn)正向調(diào)節(jié)，即按 加鍵輸出的網(wǎng)絡(luò)電阻值增大，按減鍵輸出的網(wǎng)絡(luò)電阻值減小(參見附圖7)。
將電子電位器網(wǎng)絡(luò)電阻的兩個(gè)端點(diǎn)和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431連接，可構(gòu)成電壓輸 出模式，實(shí)現(xiàn)輸出電壓高精度調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)電阻能接在TL431的Vref端和A端之間(參見附圖2)，也可以接在TL431的Vref端和K端之間(參見附圖3 )，根據(jù)應(yīng)用的不同需要，這兩種 連接方法和網(wǎng)絡(luò)電阻的正向調(diào)節(jié)和反向調(diào)節(jié)方案組合，可構(gòu)成四種不同的輸出電壓調(diào)整方式。
TL431最大工作電壓為36V，如果要求其承受的電壓超過此值，可采用附圖五所示方案， 用兩只(或多只)TL431串聯(lián)。
本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
1. 除兩個(gè)按鍵外，無其它機(jī)械元器件，電位器的使用壽命將大大提高；
2. 在現(xiàn)今電子技術(shù)高速發(fā)展的情況下，'機(jī)械電位器越來越顯得功能單調(diào)，作為使用面很 大的電子元器件，滿足不了很多電子產(chǎn)品的功能需要；而本發(fā)明除電位器基本功能外，還具 有很多其它電位器原來沒有的實(shí)用功能。
3. 本發(fā)明是一個(gè)完整的通用電子電位器功能模塊，接口采用標(biāo)準(zhǔn)并具有寬范圍的適應(yīng)性， 且輸出是無源的，能方便地和其它外有源電路接口，在絕夭多數(shù)情況下可以直接使用，簡化 了其它電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，提高了電子產(chǎn)品的研發(fā)效率；
4. 電位器的電阻值可以方便地記憶、設(shè)置、保存；
5. 電位器精度僅由計(jì)數(shù)器位數(shù)決定，精度可以做到很高；
6. 可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動控制和程序控制。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的基本原理框圖，主要用于說明本發(fā)明的技術(shù)結(jié)構(gòu)特征。 圖2和圖3是本發(fā)明電壓輸出模式的兩種控制方式，因?yàn)門L431的Vref端和A端之間的 電壓固定為2. 5V，可變電阻分別接在Vref端和A端或Vref端和K端都能對TL431的輸出電 壓進(jìn)行調(diào)整。虛線框內(nèi)為外接被控器件，可以是晶體管、固定或可調(diào)三端穩(wěn)壓器和多端穩(wěn)壓 器、或其它器件。
圖4是電阻輸出模式的一般典型用法，虛線框內(nèi)為外接被控器件，可以是三端或多端穩(wěn) 壓器、線性或開關(guān)電源模塊的輸出電壓調(diào)整端、以及其它一些需要電阻作精確改變的器件或 電路。用正向調(diào)節(jié)方式或用反向調(diào)節(jié)方式可滿足對電阻的改變方向的不同要求。
圖5.是在電壓輸出模式中，對輸出電壓超出單個(gè)TL431所能承受的電壓的解決方案，光 電耦合器最好采用線性光耦，理論上，根據(jù)需要，用本圖方法TL431可以無限增加。
圖:6和圖7是本發(fā)明由分立元件和集成電路構(gòu)成的具體電路原理圖。圖:6為反向調(diào)節(jié)方 式，圖7為正向調(diào)節(jié)方式，圖-7和圖6的不同之處在于通電將設(shè)置的最大值送到計(jì)數(shù)器的 輸出端，使輸出的網(wǎng)絡(luò)電阻值最小，按鍵S1和S2互換，即可實(shí)現(xiàn)前節(jié)正向調(diào)節(jié)方式所描述 的結(jié)果。
圖8是本發(fā)明以單片機(jī)AT89C2051為核心構(gòu)成的典型電路原理圖，實(shí)際應(yīng)用還需增添一 些輔助功能電路。
具體實(shí)施例方式
在圖2所示的電壓輸出模式方案中，設(shè)電子電位器采角圖六所示的反向調(diào)節(jié)方式，因?yàn)?電阻網(wǎng)絡(luò)全部并聯(lián)，當(dāng)計(jì)數(shù)值增大時(shí)，輸出電阻減小，根據(jù)TL431工作原理，在正常工作范 圍內(nèi)(2. 5V—36V)，當(dāng)Vref和A之間的電阻值減小時(shí)，K和A之間的電壓增大，當(dāng)Vref和A 之間的電阻值增大時(shí)，K和A之間的電壓減小，當(dāng)電阻網(wǎng)絡(luò)按8-4-2-1編碼安排合適電阻值， 即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓和計(jì)數(shù)值精確對應(yīng)的線性關(guān)系。
同理在圖3所示的電壓輸出模式方案中，設(shè)電子電位器采用圖7所示的正向調(diào)節(jié)方式，當(dāng)計(jì)數(shù)值增大時(shí)，輸出電阻增大，當(dāng)計(jì)數(shù)值減小時(shí)，輸出電阻減小，根據(jù)TL431工作原理， 在正常工作范圍內(nèi)(2.5V—36V),當(dāng)Vref和K之間的電阻譚減小時(shí)，K和A之間的電壓減小， 當(dāng)Vref和K之間的電阻值增大，K和A之間的電壓增大，從而實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的精確調(diào)整。 應(yīng)注意的是，這里TL431的A端需要提供一個(gè)大于2. 5V的負(fù)電源。
圖5中，兩個(gè)或多個(gè)TL431的輸出電壓可以在各自允許工作電壓范圍內(nèi)根據(jù)需要任意搭 配。下面舉例說明圖五所示的兩個(gè)TL431串聯(lián)輸出方案實(shí)施原理(為方便說明，忽略TL431的 VKA起始電壓2. 5V):
設(shè)一直流穩(wěn)壓電源輸出最大電壓50. 0V，先接通TL431-1電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)計(jì)數(shù)值從0加到 299， TL431-1的Vka從0V升到29. 9V，這時(shí)再加1，便接通光電耦合器，使TL431-2的Vka升 到固定值30. 0V，同時(shí)TL431-1的Vka降到0V，此后再加數(shù)，TL431-2的Vka保持30. 0V不變， TL431-1的Vka再次從0V開始增加，直到加到總數(shù)500，兩個(gè)TL431分別承擔(dān)20. 0V和30. 0V， 輸出電壓為其串聯(lián)之和，即50.0V。
圖6是本發(fā)明由分立元件和集成電路構(gòu)成的電阻輸出模式、反向調(diào)節(jié)方式完整的電路原 理圖。從圖中可以看到，接口只需V+、 V-、 W+、 W-四根線即可工作，實(shí)現(xiàn)功能，V-和W-可以 共用一根線，從按鍵S1、 S2引出線和外電路連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動控制和程序控制。 下面簡述本實(shí)施例工作原理Sl和S2分別是加鍵和減鍵，當(dāng)有一個(gè)鍵按下，即啟動由IC3B 等元件組成的方波發(fā)生器，計(jì)數(shù)器(IC)對脈沖計(jì)數(shù)，其輸出使三極管陣(BG)相應(yīng)的三極 管導(dǎo)通，從而使相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)電阻(RW)并聯(lián)輸出。當(dāng)連續(xù)按鍵約2秒，由IC3A等元件組成的 加速電路開始工作，使方波發(fā)生器的振蕩頻率提高約十倍。IC1A， IC1B， IC1C， IC1D和IC2A， IC2B等元件組成按鍵辯別和按鍵互鎖電路，可分辨是加鍵或是減鍵，從而提供計(jì)數(shù)器U/D引 腳相應(yīng)的工作電平。當(dāng)兩鍵都按下時(shí)，后按鍵無效。BG1等元件組成加禁止電路，當(dāng)計(jì)數(shù)值 達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)，按加鍵無效。二極管陣(D)是減禁止電路，當(dāng)計(jì)數(shù)值為零時(shí)，按減鍵 無效。
在圖3的具體實(shí)施例中，以單片機(jī)AT89C2051為核心構(gòu)成簡潔型電子電位器模塊，除具 有圖六所述的一般功能外，還有輸出值記憶功能，以滿足機(jī)械電位器使用習(xí)慣，輸出最大值 為11位8-4-2-l碼，十進(jìn)制數(shù)為799，分辨率為1/1000，若需要更高精度可用二一4線或三 —8線譯碼器擴(kuò)展輸出位數(shù)。 '
權(quán)利要求
1. 通用電子電位器模塊是全部由電子元件組成的電子電位器，其特征是將調(diào)整輸出的按鍵開關(guān)和方波發(fā)生器、按鍵辨別電路聯(lián)接、按鍵辨別電路的輸出端接計(jì)數(shù)器的加減控制端，方波發(fā)生器的輸出端接計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)端，計(jì)數(shù)器的各輸出端和集電極開路的NPN型三極管陣的基極分別相連接、三極管陣的集電極分別和電阻網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的電阻連接，組成完整的、輸出無源的電子電位器器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子電位器模塊，其特征是用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431和輸 出的電阻網(wǎng)絡(luò)直接連接可構(gòu)成模塊的電壓輸出模式，電阻網(wǎng)絡(luò)可以接在TL431的Vref端和A 端，也可以接在TL431的Vref端和K端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子電位器模塊，其特征是TL431可以兩只(或多只)串聯(lián)，串 聯(lián)中高電位的TL431的電壓用光電耦合器隔離調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子電位器模塊，其特征是輸出的網(wǎng)絡(luò)電阻值能夠正向調(diào)節(jié)也能 反向調(diào)節(jié)，即按加鍵電阻值增大，按減鍵電阻值減小(正向調(diào)節(jié))和按加鍵電阻值減小，按 減鍵電阻值增大(反向調(diào)節(jié))。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子電位器模塊，其特征是用AT89C2051等單片機(jī)代替方波發(fā)生 器、按鍵辨別電路、計(jì)數(shù)器等電路單元。
全文摘要
通用電子電位器模塊是將按鍵開關(guān)、方波發(fā)生器、加速電路、按鍵辨別電路、計(jì)數(shù)器、集電極開路的NPN型三極管陣、電阻網(wǎng)絡(luò)等功能電路電連接一起，構(gòu)成完整的、輸出無源的電子電位器器件，實(shí)現(xiàn)普通電位器的功能和擴(kuò)展新的功能。本發(fā)明具有電阻輸出模式和電壓輸出模式，還能使輸出值正向調(diào)節(jié)或反向調(diào)節(jié)，這些模式和功能使本模塊很容易和其它各種外有源電路直接接口，廣泛應(yīng)用到各種電子領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)原理構(gòu)造實(shí)現(xiàn)方法有1)用分立元件和小規(guī)模集成電路；2)用AT89C2051等單片機(jī)為核心；3)將可集成的功能元器件集成化。
文檔編號H03H11/02GK101447776SQ200810047919
公開日2009年6月3日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者程杰保 申請人:程杰保