專利名稱：通用測試，控制模塊及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)的通用模塊，以及管理和應(yīng)用該模塊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在所述的這樣一種模塊上集中了電壓、電流、時(shí)間多種測試控制功能。
在本實(shí)紀(jì)七十年代開始，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，測量控制系統(tǒng)和具體用于測量控制的部件或模塊有了很大的變化，模塊與計(jì)算機(jī)之間用一組總線連接起來，根據(jù)不同的測量控制對(duì)象，選擇相應(yīng)的功能模塊，各種不同功能的模塊受計(jì)算機(jī)控制去完成各自的特定任務(wù)，這就是現(xiàn)有控制系統(tǒng)和模塊的情況。七十年代末，八十年代初，單一模塊的功能有了很大發(fā)展，有的模塊具有輸出各種不同波形的功能，有的模塊具有測量各種波形參數(shù)的功能，但還沒有這樣一種通用模塊，它能夠集中完成測量控制功能又能雙向工作，由于這種原因，在測控領(lǐng)域內(nèi)，我們必須針對(duì)不同測量和控制對(duì)象，配置不同系統(tǒng)，這便產(chǎn)生了硬件配置多，管理程序復(fù)雜，系統(tǒng)龐雜等缺點(diǎn)，給生產(chǎn)使用帶來不便。
本發(fā)明目的之一是提出一種通用模塊，該模塊基本上集中了現(xiàn)有模塊的所有功能，即能測量控制又能雙向工作，而其電路卻十分簡單，本發(fā)明的另一目的是以所提出的模塊為基本組件，在計(jì)算機(jī)控制下，創(chuàng)造一種通用的自動(dòng)工作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過其總線與一個(gè)或多個(gè)通用模塊相連接，被測量和受控對(duì)象與通用模塊的輸出線相連，這便構(gòu)成了本發(fā)明所述的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在其管理程序控制之下，可同時(shí)完成各件測量和控制任務(wù)，該系統(tǒng)的擴(kuò)展、連接和操作均十分方便，這除了管理程序設(shè)計(jì)方面的功夫、技巧之外，更多的方面則主要是將益于本發(fā)明所特別要介紹的一種通用模塊的支持。
以下對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行闡述。
本發(fā)明所述的通用模塊在計(jì)算機(jī)控制下，具有如下功能1.能輸出任意的恒定電壓，且電流可以雙向流動(dòng);
2.能輸出任意的恒定電流;
3.能象電阻一樣接受被測控件的作用，其阻值可任意設(shè)置;
4.能完全開路，即當(dāng)它與被測控件連接時(shí)，不對(duì)其產(chǎn)生影響;
5.能輸出任意的電壓或電流波形;
6.能測量測控件施加的或其自身輸出的電壓和電流;
7.能測量時(shí)間。
具有如此眾多功能的模塊，其電路結(jié)構(gòu)卻并不十分復(fù)雜。

圖1是通用模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖，命令鎖存單元(3)寄存所需實(shí)現(xiàn)的輸出、測量功能和電流、電壓量程的命令代碼;數(shù)據(jù)鎖存單元(4)寄存所需輸出電流、電壓的數(shù)值代碼;模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(5)將所測模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量;狀態(tài)緩沖器(6)反映模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(5)、計(jì)時(shí)器(7)及電流、電壓所處的狀態(tài)信息;計(jì)時(shí)器(7)測量電流、電壓變化的時(shí)間;它們都通過數(shù)據(jù)收發(fā)單元(2)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接;地址譯碼單元(1)則指定交換信息單元的地址;VIR功能單元(8)(“V”表示輸出和測量電壓，“I”表示輸出和測量電流;“R”表示負(fù)載電阻)則在命令代碼和數(shù)據(jù)代碼的作用下輸出代碼所指定的電壓、電流、電阻或開路狀況，將它與被測件相互作用的結(jié)果(電壓、電流)反映給A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)時(shí)器和狀態(tài)緩沖器。
本發(fā)明獨(dú)具特色之關(guān)鍵，在于VIR功能單元中，其電路原理見圖2。
VIR功能單元由四塊或四塊以上運(yùn)放作為基本構(gòu)件，通過繼電器或類似器件觸點(diǎn)J1～Jn的開合而改變電路形式或稱為選擇不同的反饋方式，達(dá)到VIR輸出輸入變換之目的。其具體線路結(jié)構(gòu)是這樣數(shù)據(jù)代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變換為模擬電流信號(hào)經(jīng)J1到驅(qū)動(dòng)運(yùn)放(14)的反相輸入端，控制運(yùn)放(14)輸出量的大小和極性，運(yùn)放(14)的輸出經(jīng)電流取樣電阻Rg及J7到被測控對(duì)象，電壓跟隨器(11)的正輸入端與VIR功能單氖涑魷嗔朔牛 4)的輸出端還同時(shí)經(jīng)電阻Ra與反相器(12)的負(fù)輸入端相連，Ra、Rb、Rc與反相器(12)組成一個(gè)完整的反相器電路;加法器(13)的負(fù)輸入端并聯(lián)有三路電阻，一路是經(jīng)電阻Rc引入的反相器(12)的輸出信號(hào)，一路是經(jīng)Rf引入的電壓跟隨器(11)輸出電壓信號(hào)，一路是加法器(13)反饋電阻Rd的一端;觸點(diǎn)J1、J2、J3、J4的一端同接在運(yùn)放(14)的負(fù)輸入端上，J1的另一端與通用模塊內(nèi)的數(shù)模輸出相連;數(shù)模轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)鎖存器(4)相連(圖1中未標(biāo)明，可認(rèn)為是包含在數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi));J2的另一端經(jīng)電阻Re與加法器(13)的輸出端相連;J3的另一端和J4的另一端分別經(jīng)電阻Rv和Rr與電壓跟隨器(11)的輸出端相連;J6的一端與加法器(13)的輸出端相連，J5、J6的另一端均接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器上。
在系統(tǒng)管理程序控制下，當(dāng)J1、J3、J7吸合、J2、J4斷開時(shí)，VIR單元工作在恒壓輸出狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)放基本性質(zhì)，不難得出如下推導(dǎo)和結(jié)論Ii+ (V0)/(Rv) =0;V0＝-RvIi式中Ii為數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出電流，V0為VIR單元輸出電壓，I0為輸出電流，由式V0＝-RvIi可知輸出電壓V0的大小與輸入控制電流Ii的數(shù)值成正比，比例倍數(shù)就是電阻Rv之阻值，而與輸出電流I0的大小無關(guān)，即提供了一種穩(wěn)定的電壓輸出;
在系統(tǒng)管理程序控制之下，當(dāng)J1、J2、J7吸合，而J3、J4斷開時(shí)，VIR單元工作在恒流輸出狀態(tài)下，若設(shè)定電阻Rf＝(Ra·Rc)/Rb，根據(jù)運(yùn)放基本性質(zhì)，不難得出如下結(jié)論I0= (Rf)/(Rd) · (Re)/(Rg) ·Ii由上式可知輸出電流IO與輸入控制電流Ii成正比，其比例倍數(shù)由三個(gè)反饋電阻Rf、Rd、Re和一個(gè)電流取樣電阻Rg決定，與輸出電壓VO的大小無關(guān)，也就是所說的恒流輸出;
在系統(tǒng)管理程序控制之下，當(dāng)J2、J4、J7吸合，J1、J3斷開時(shí)，輸出控制電流Ii被截?cái)?，VIR單元工作在恒阻輸出狀態(tài)，同樣若設(shè)定Rf＝RaRc/Rb，根據(jù)運(yùn)放基本性質(zhì)，不難推出如下結(jié)論R0= (Rr)/(Re) · (Rd)/(Rf) ·Rg
式中R0＝V0/I0為VIR單元輸出等效阻抗，由R0＝(RrRd/ReRf)Rg式可知R0與外界施加的電壓V0，電流I0無關(guān)，只取決于路內(nèi)部電阻值的配置，改變Rg阻值即可控制輸出電阻量程，改變Rr即可決定輸出電阻數(shù)值。
在恒阻輸出狀態(tài)下，如果使J7斷開，電流取樣電阻就接近于J7的漏電阻，而等效輸出電阻為漏電阻的RrRd/ReRf倍，如果同時(shí)使J4斷開，Rr就增大到J4的漏電阻，這時(shí)等效輸出電阻就近似于無窮大。
電壓跟隨器(11)的輸出電壓等于VIR單元的輸出電壓V0，加法器(13)的輸出電壓正比于VIR單元的輸出電流I0。在恒阻輸出狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)運(yùn)放(14)的反相輸入端同時(shí)施加了模塊輸出電壓和輸出電流負(fù)反饋，這正是使本模塊獨(dú)具特色之關(guān)鍵。
電壓跟隨器(11)輸出的模塊輸出電壓取樣信號(hào)經(jīng)J5到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，加法器(13)輸出的模塊輸出電流取樣信號(hào)經(jīng)J6到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制J5、J6的開合，便可測出模塊輸出輸入的電流或電壓。計(jì)算機(jī)按照程序改變輸入到模塊中的數(shù)據(jù)，模塊即可輸出一定形狀的電壓、電流波。
當(dāng)通用模塊工作在恒壓零伏輸出狀態(tài)下，并且J5閉合，J6斷開時(shí)，模塊即工作于電流輸入狀態(tài)，這時(shí)可從其輸入端輸入0～10vnA或4～20mA的電流;當(dāng)通用模塊工作在開路狀態(tài)，且J5斷開，J6吸合時(shí)模塊工作在電壓輸入狀態(tài)，這時(shí)從其輸入端可輸入0～10V或-10～10V等不同范圍的電壓;上述二者原理是十分清楚的事情，故不贅述。
在計(jì)算機(jī)控制下，本發(fā)明的通用模塊能執(zhí)行恒壓、恒流、恒阻、開路及各種波形的輸出，能完成對(duì)各種電信號(hào)和半導(dǎo)體器件的測試，能夠提供較大的驅(qū)動(dòng)電流和電壓，配接上傳感器還可測量各種物理量，這對(duì)于加快生產(chǎn)自動(dòng)化進(jìn)程提高科研開發(fā)效率大有裨益。
現(xiàn)在介紹附圖和實(shí)施情況。
圖1是通用模塊內(nèi)部方框圖。圖中(1)為地址譯碼器，(2)為數(shù)據(jù)收發(fā)器，(3)為命令鎖存器，(4)為數(shù)據(jù)鎖存器，(5)為A/D轉(zhuǎn)換器，(6)為狀態(tài)緩沖器，(7)為計(jì)時(shí)器，(8)為VIR功能單元。
圖2為VIR單元電路原理圖。圖中(14)為驅(qū)動(dòng)運(yùn)放，(13)為加法器，(12)為反相放大器，(11)為電壓跟隨器，J1～J7為繼電器或類似器件觸點(diǎn)，電流取樣電阻Rg上可并聯(lián)若干電阻Rg-1，Rg-2以改變電流量程，在系統(tǒng)管理程序控制下，Rr及Rg的不同組合可使恒阻輸出阻抗在25Ω～20MΩ范圍內(nèi)變化。(14)可選用大功率、高速度、寬頻帶的運(yùn)放，為保證其輸出低漂移及高穩(wěn)定性，還要求它有較高的輸入阻抗，考慮到其輸出在編程時(shí)有短路的可能，還要求它具有輸出短路保護(hù)功能，此處選用的是LF357，為了增加其輸出功率，(14)后可串接一功放電路;運(yùn)放(11)、(12)、(13)亦選用LF357;
圖3為計(jì)時(shí)器電路原理圖。圖中(21)為比較器，(22)為觸發(fā)器，(23)為門電路，(24)為計(jì)數(shù)器。其工作過程是這樣，在命令代碼的作用下產(chǎn)生計(jì)時(shí)開始信號(hào)ST，讓RS觸發(fā)器置位，它使時(shí)鐘信號(hào)通過門電路(23)使計(jì)數(shù)器(24)計(jì)數(shù)，如果測量的電流或電壓信號(hào)超過門信號(hào)所給定的電平，比較器(21)輸出跳變使RS觸發(fā)器復(fù)位，關(guān)閉門電路，使計(jì)數(shù)器停止工作，計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)收發(fā)器傳送給計(jì)算機(jī)就可以計(jì)算出達(dá)到給定電平所用時(shí)間。
圖4為系統(tǒng)聯(lián)接形式之一的框圖，測控模塊都并接在計(jì)算機(jī)的外部總線上。模塊的數(shù)目等于被測控對(duì)象數(shù)目。每個(gè)模塊的輸出(入)線只與測控對(duì)象的一條外引線相連(共地線)。全部模塊都在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)地工作，自動(dòng)執(zhí)行指定的測控任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種用于自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)的通用模塊，以及主要是管理和應(yīng)用該模塊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它包括一套管理該模塊的程序，模塊通過總線與計(jì)算機(jī)相連，模塊本身包括地址譯碼器(1)，數(shù)據(jù)收發(fā)器(2)，命令鎖存器(3)，數(shù)據(jù)鎖存器(4)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)，狀態(tài)緩沖器(6)，計(jì)時(shí)器(7)，VIR功能單元(8)，其特征在于所述通用模塊中的VIR功能單元有四塊或四塊以上運(yùn)放作為基本構(gòu)件，并且還設(shè)置有用于改變其電路形式從而達(dá)到變換其工作狀態(tài)的繼電器或類似器件的觸點(diǎn)J1～Jn，特別是，在處于主回路位置上的驅(qū)動(dòng)運(yùn)放(14)的輸入端，同時(shí)施加有用以實(shí)現(xiàn)恒阻輸出工作方式的兩路反饋信號(hào)，即同時(shí)施加有通用模塊輸出電壓和輸出電流負(fù)反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用模塊，其特征在于所述VIR功能單元的電路連接方式是數(shù)據(jù)代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變換為模擬電流信號(hào)經(jīng)J1到驅(qū)動(dòng)運(yùn)放(14)的反相輸入端，運(yùn)放(14)的輸出經(jīng)電流取樣電阻Rg及J7到被測控對(duì)象，電壓跟隨器(11)的正輸入端與VIR功能單元的輸出相連，運(yùn)放(14)的輸出端還同時(shí)經(jīng)電阻Ra與反相器(12)的負(fù)輸入端相連，Ra、Rb、Rc與反相器(12)組成一個(gè)完整的反相器電路;加法器(13)的負(fù)輸入端并聯(lián)有三路電阻，一路是經(jīng)電阻Rc引入的反相器(12)的輸出電壓信號(hào)，一路是經(jīng)Rf引入的電壓跟隨器(11)的輸出電壓信號(hào)，一路是加法器(13)反饋電阻Rd的一端;觸點(diǎn)J1、J2、J3、J4的一端同接在運(yùn)放(14)的負(fù)輸入端上，J1的另一端與通用模塊內(nèi)的數(shù)模輸出相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)鎖存器(4)相連(圖1中未標(biāo)明，可認(rèn)為是包含在數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi));J2的另一端經(jīng)電阻Re與加法器(13)的輸出端相連;J3的另一端和J4的另一端分別經(jīng)電阻Rv和Rr與電壓跟隨器(11)的輸出端相連;J6的一端與加法器(13)的輸出端相連，J5的一端與電壓跟隨器(11)的輸出相連，J5J6的另一端均接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用模塊，其特征在于VIR功能單元中電阻Rf阻值按照公式Rf＝Ra·Rc/Rb進(jìn)行選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用模塊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與測量控制對(duì)象之間是通過所述的通用模塊進(jìn)行聯(lián)接的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)的通用模塊，以及管理和應(yīng)用該模塊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在所述的這種模塊上集中了電壓、電流、時(shí)間多種測試控制功能，其中非常關(guān)鍵的VIR功能單元僅由四塊運(yùn)放構(gòu)成，該模塊所具有的各種功能是通過繼電器觸點(diǎn)J
文檔編號(hào)H04B7/10GK1038170SQ89103809
公開日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月2日
發(fā)明者楊共鳴 申請(qǐng)人:武漢市半導(dǎo)體器件廠