可編程標準電阻發生器的製作方法
2023-12-08 06:45:06
專利名稱：可編程標準電阻發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種獨立輸出純電阻或用於模擬溫度傳感器，電阻信號源輸出或作電子電位差計調試，校準的標準電阻發生裝置。
背景技術：
公知技術中原理簡單的，通過旋鈕轉換獲取電阻的精密電阻箱的裝置因不能可編程地、動態地輸出純電阻信號和不能用在動態輸出電阻的場合，及其使用範圍受局限，技術落後而被在後的先進電子設備所取替。中國專利公開的89108214.X號，名稱為《可編程電阻信號源》專利，依據分壓規律，在恆定的電壓源和電阻的前提下設計的雙套電阻發生器。必須經過數/模轉換環節，僅該環節誤差就約0.08％FS，它輸出的電阻的精度很低，即便是在0-1000Ω的電阻輸出範圍，誤差都遠不能達到≤0.4Ω的要求。而美國VALHALLA SIENTIFC.INC公司生產的2724A型可編程電阻發生器採用恆流源的原理輸出電阻信號，對其不同的電阻輸出範圍，電阻輸出的精度為±0.25Ω~±0.4Ω。它在滿度情況下將產生約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，只有不斷提高其內部恆流源的精度，當將內部恆流源的精度提高為0.01％時(這在技術上是極其困難的事)，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計算機的分離裝置，使用時還需另購一塊IEEE488板卡，插接在PC機的擴展槽內，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，相當於PC計算機的1\2體積，而且價高，售價高達6500美元/臺(95年價)。
本實用新型的目的可以通過下述技術方案予以實現在PC計算機軟體控制下進行邏輯控制的可編程標準電阻發生器，具有一個直接插入PC計算機XT擴展槽的電路板卡，卡板上布有印製電路，所述的印製電路包括連接PC計算機數據總線和與數據總線接口相連接的總線收發器2，以及和總線收發器2依次電連接的鎖存驅動電路3、繼電器網絡4、基本電阻網絡5和高精度電阻調節電路6所述的總線收發器2鎖存驅動電路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1的數據總線、控制總線、地址總線相連。
本實用新型中解決其技術問題的基本電阻網絡5電連接的電阻R是逐位並聯的電阻網絡。
所述的逐位並聯的電阻阻值是依次按二進位規律製作的。
本實用新型解決其技術問題的基本電阻網絡5是16位的電阻網絡，所述的16位的電阻網絡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，相應數據位與對應標準電阻值R輸出間有下表關係
這時由PC計算機(1)通過數據總線向總線收發器(2)寫某一同定的十六位進位數a和總的R輸出有如下的關係式總的電阻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(1)的數據總線接口的總線收發器(2)為8位或16位總線收發器。所述的鎖存驅動電路3採用2n位鎖存驅動電路類晶片。
所述的鎖存驅動電路可採用8位或16位的鎖存驅動電路晶片是，但不限於是54/74LS273鎖存驅動電路晶片。
本實用新型在做成10位、12位、14位、16位時，其基本電阻網絡5按二進位規律來繞制的電阻分別是R1~R10、R1~R12、R1~R14、R1~R16，相應的電阻發生器輸出電阻的滿量程分別是102.3Ω、409.5Ω、1638.3Ω、6553.5Ω。
所述的繼電器網絡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對或更多對觸點並聯，以實現對電阻輸出誤差的硬體補償。
本實用新型與現有技術相比，具有如下有益效果。
輸出純電阻的範圍大，可輸出0~6.5535KΩ，或更大的範圍。
輸出純電阻的全範圍內(即0~6.5535KΩ內)，絕對誤差可達≤0.2Ω。
可以用軟體的方法進行線路補償，因此輸出的距離可以不限。
可以將本實用新型做成不同的解析度及不同使用範圍的用戶使用。
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於PC計算機的擴展槽內，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構方框圖。
圖2是本實用新型的繼電器驅動電路與電阻網絡的結構示意圖。
圖3是本實用新型裝配形態示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的描述。
圖1中示出的是可編程標準電路結構方框圖。它是一種智能(可編程的)能產生純電阻信號的裝置。它採用對按二進位規律排列的高精度基準電阻進行計算機處理和電阻補償的方法，獲得動態或靜態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準電阻發生器，做成獨立的PC計算機的「可編程標準電阻發生器」擴展板卡，供PC機用戶廣泛採用，也可將其原理揉進設計者的部件設計，形成獨立的專用部件。
其中PC計算機1通過數據、地址、控制總線驅動組合邏輯電路7實現對本實用新型的地址選通，及對總線收發器和鎖存驅動器3的邏輯控制，然後向16路的繼電器網絡4發送二進位(或十六進位)規律的電阻值數據。該繼電器隨即按程序的命令開、閉，使並聯其上的電阻網絡產生相應的，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絡的各電阻(R1~R16)並聯，鎖存驅動電路3分別驅動16路繼電器(K1~K16)，並將鎖存驅動電路3輸出設為邏輯1使相應繼電器(K1~K16)動作，把相應常閉觸點打開。
這時由PC計算機1通過數據總線向總線收發器2寫某一固定的十六位制a，總的R輸出與數據位有如下的關係式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，di表示對應第i位繼電器的狀態繼電器接通時di＝1，繼電器斷電時di＝0。
由此可見，要產生高精度的可編程標準電阻輸出，取決於R1＝0.1Ω~R16＝6.5536KΩ這16隻電阻的繞制精度。
例如需要輸出269.3Ω電阻時的標準電阻時R輸出＝269.3Ω＝0.1×2693＝0.1×(101010000101)＝0.1×(0A85H)＝0.1×a即向總線收發器2寫0A85H即可。實際運用中可以8對、10對或更多對觸點並聯，這將會更進一步提高電阻信號源的輸出精度，使誤差更優於0.2Ω。
對本實用新型誤差作軟，硬體的補償是首先對繼電器觸點的接觸電阻誤差作硬體補償。
統計表明，密封小型繼電器的1對觸點的接觸電阻約≤0.05Ω，可採用6對觸點並聯，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0.05Ω/6＝0.0083Ω＜0.01Ω其次對本實用新型的系統作軟體補償從測試點到電阻網絡的輸出點間，因線路電阻、器件間的接觸電阻引起的系統誤差，可在軟體送數時，減去該系統誤差給予補償處理。
本實用新型與PC計算機的數據總線的接口採用8位或16位的總線收發器。若採用8位的總線收發器，可在組合邏輯電路7的控制下，分二次接收PC計算機1的數據信號。對此可選用的總線收發器晶片可以是但不限於是54/74LS245的型號。
同樣，鎖存驅動電路3也可採用8位或16位的鎖存驅動電路類晶片。若採用8位的鎖存驅動電路晶片，可在組合邏輯電路7控制下，分二次接收總線收發器2輸出的數據信號。對此，鎖存驅動電路可選用的晶片型號是54/74LS273。
本實用新型的工作原理是由PC計算機通過數據總線向總線收發器部件「寫」某一固定的十六進位數「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)總線收發器2收到這個十六進位數a後，就立即將該數送至鎖存驅動電路3，鎖存驅動電路3將該數鎖存並輸出。若無新的輸入數據進來，該鎖存驅動電路3的數據將保持不變給繼電器網絡4。繼電器網絡4收到這個十六進位數a後是這樣來驅動自身的各路繼電器K的動作的讓每一路的繼電器K的控制線圈對應接鎖存驅動電路3的某一數據輸出位。當鎖存驅動電路3的該數據輸出位輸出「0」時，該繼電器K不動作，相應的繼電器K常閉觸點保持常閉，與該觸點並聯的電阻短路，使該電阻輸出電阻為0Ω。當鎖存驅動電路3的該數據輸出位是「1」時，該繼電器動作，相應的繼電器的常閉觸點被打開。此時與該觸點並聯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位的可編程標準電阻發生器，但針對不同使用阻值範圍的用戶，也可將其做成10位、12位、14位等可編程標準電阻發生器，位數越少、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計算機的XT總線插槽與之接口，也可以與任何含8位數據總線以上(含8位數據總線)的計算機，包括單片微機接口。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提供。
圖3示出了本實用新型獨立專用裝置的裝配形態。其中標號11是PC計算機的CPU卡，標號12是可編程標準電阻發生器，標號13是PC工控計算機，標號14是可編程標準電阻發生器的通用輸出接口，標號15是可編程標準電阻發生器的專用輸出接口。
本實用新型適用於航空工業的大氣數據激勵器和大氣數據內場試驗器及電子電位差計的調試、校準。
儘管上述列出了本實用新型的一些具體實施例，對本領域的技術人員來說，可以在不超出權利要求所限定的範圍的情況下對本實用新型所做的修改或修正應在本實用新型的保護之列。
權利要求1.一種在PC計算機軟體控制下進行純電阻輸出的可編程標準電阻發生器，具有一個直接插入PC計算機XT擴展槽的擴展卡板，卡板上布有印製電路，其特徵在於所述的印製電路包括連接PC計算機數據總線和與數據總線接口相連接的總線收發器(2)，以及和總線收發器(2)依次電連接的鎖存驅動電路(3)、繼電器網絡(4)、基本電阻網絡(5)和高精度電阻調節電路(6)；所述的總線收發器(2)，鎖存驅動電路(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1的數據總線、控制總線、地址總線相連。
2.按權利要求1所述的電阻發生器，其特徵在於所述的繼電器驅動網絡(4)與基本電阻網絡(5)電連接的電阻R是逐位並聯的電阻網絡。
3.按權利要求2所述的電阻發生器，其特徵在於所述的逐位並聯的電阻阻值是依次按二進位規律製作的。
4.按權利要求3所述的電阻發生器，其特徵在於所述的基本電阻網絡5是16位的電阻網絡。
5.按權利要求4所述的電阻發生器，其特徵在於所述16位的電阻網絡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.按權利要求5所述的電阻發生器，其特徵在於所述的鎖存驅動電路(3)是8位或16位鎖存驅動電路類晶片。
7.按權利要求6所述的電阻發生器，其特徵在於所述的鎖存驅動電路晶片是54/74LS273鎖存驅動電路晶片。
8.按權利要求1或7所述的電阻發生器，其特徵在於與計算機(1)數據總線接口的總線收發器(2)是8位或16位的總線收發器。
9.按權利要求6所述的電阻發生器，其特徵在於所述的繼電器網絡中密封的小型繼電器是6對、8對、10對或更多對的觸點並聯，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計算機軟體控制下進行邏輯控制的可編程標準電阻發生器。它由總線收發器(2)、鎖存驅動電路(3)、繼電器網絡(4)、基本電阻網絡(5)高精度電阻調節電路(6)和組合邏輯電路(7)組成直接插入PC計算機XT擴展槽的擴展板卡。PC計算機(1)通過數據、地址、控制總線在軟體的控制下實現對可編程標準電阻發生器的地址選通，及對總線收發器(2)和16位的數據鎖存驅動電路(3)的邏輯控制，然後向16路的繼電器驅動網絡(4)發送二進位規律的電阻阻值數據，該繼電器即按程序的命令開、閉，使並聯在其上的電阻網絡產生相應要求的電阻值。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≤0.2Ω的電阻發生器。
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 優先權日2002年12月6日
發明者何光棟 申請人:成都航空儀表公司