專利名稱：一種具有usb接口的信號源及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號源，具體地說涉及一種具有USB接口的信號源及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和自動化控制水平的不斷提高，自動化控制系統(tǒng)正被 越來越廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。從智能低壓配電、樓宇自動化到大型生產(chǎn)過程控制，到處都 能看到自動化控制的身影。自動化控制在人們的日常生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著越來越重要的作 用。 各種自動化控制系統(tǒng)都是由主控制器、傳感器、執(zhí)行器3大部分組成。其工作過 程是傳感器負(fù)責(zé)把各種物理信號(如溫度、壓力、流量等)轉(zhuǎn)換成主控制器可以識別的標(biāo) 準(zhǔn)模擬信號(0-5V，0-20mA)，主控制器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和相關(guān)的控制算法控制執(zhí)行器執(zhí) 行相應(yīng)的控制輸出，實現(xiàn)自動控制過程。 其中各種物理信號的采集對系統(tǒng)的影響至關(guān)重要，并且由于所要采集的物理信號 往往比較分散，離主控室較遠(yuǎn)，使得在系統(tǒng)調(diào)試和日常維護(hù)工作中信號采集部分的調(diào)試工 作量較大。傳統(tǒng)的信號采集系統(tǒng)調(diào)試時，通常使用價格昂貴、體積較大的標(biāo)準(zhǔn)信號源，調(diào)試 人員往往要搬著笨重的設(shè)備在各個測點間往來奔波非常不變。許多使用單位沒有標(biāo)準(zhǔn)信號 源在日常維護(hù)工作中遇到問題時往往束手無策，無法快速、高效地確診故障所在，只有請廠 商派技術(shù)人員到現(xiàn)場解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述問題提供一種具有USB接口的信號源及 其控制方法，為自動化系統(tǒng)調(diào)試和日常維護(hù)帶來了極大的便利。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種具有USB接口的信號源，包括上 位機(jī)，其特征在于，所述的USB接口依次通過單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理回路與信號接 口相連接，所述的信號調(diào)理回路還與單片機(jī)的A/D端口相連接。
所述的信號接口為信號輸出端口或為信號輸入端口 。
所述的信號源為電流信號或為電壓信號。所述的單片機(jī)的型號為SF72F651， D/A轉(zhuǎn)換電路芯片型號為AD7453。 —種具有USB接口的信號源的控制方法，其特征在于，所述的方法包括下列步驟； a)上位機(jī)初始化， b)信號源參數(shù)設(shè)置子程序； c)下傳參數(shù)數(shù)據(jù)； d)發(fā)送啟動命令； e)上位機(jī)顯示接收的數(shù)據(jù)。 —種具有USB接口的信號源的控制方法，所述的信號源參數(shù)設(shè)置子程序，包括選 擇工作模式，設(shè)定信號的幅值；設(shè)定信號的類型。
—種具有USB接口的信號源的控制方法，所述的選擇工作模式，當(dāng)工作在信號輸 出方式時，在上位機(jī)上設(shè)定所需要輸出的信號類型和幅值，上位機(jī)再將設(shè)定值通過USB接 口傳送到信號源，信號源根據(jù)設(shè)定值輸出相應(yīng)的信號；反之，在信號采集工作模式時，信號 源將采集到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，再將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送到上 位機(jī)，由上位機(jī)顯示采集數(shù)據(jù)。 —種具有USB接口的信號源及其控制方法，由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，本信號源 與傳統(tǒng)信號源相比，其最大的特點是體積小巧(與普通U盤相同)，價格便宜；無需外接電 源和電池供電，工作電源直接取自USB接口 ；使用簡單方便，無需專門培訓(xùn)；通用性強(qiáng)，可與 臺式電腦和筆記本電腦等具有USB接口的任意機(jī)型配合使用。通過使用本信號源使自動化 系統(tǒng)調(diào)試的效率得到了極大的提高，為用戶在日常使用維護(hù)時查找故障原因，提供了一個 簡便有效的測試工具。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
圖1為本發(fā)明一種具有USB接口的信號源結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明一種具有USB接口的信號源的控制方法上位機(jī)主程序流程圖；
圖3為圖2所示的信號源參數(shù)設(shè)置子程序流程圖；
圖4為信號源主程序流程圖； 在圖1中，1、USB接口，2、單片機(jī)；3、D/A轉(zhuǎn)換電路；4、信號調(diào)理回路；5、信號接口。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種具有USB接口的信號源，包括上位機(jī)，所述的USB接口 1依次通 過單片機(jī)2、 D/A轉(zhuǎn)換電路3、信號調(diào)理回路4與信號接口 5相連接，所述的信號調(diào)理回路4 還與單片機(jī)2的A/D端口相連接。上位機(jī)為臺式電腦和筆記本電腦等具有USB接口的任意 機(jī)型。 本信號源具備標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號輸出和標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號采集兩種功能
輸出信號0-5V直流電壓和0-20mA直流電流
輸入信號0-5V直流電壓和0-20mA直流電流
輸入接口 標(biāo)準(zhǔn)USB接口 信號接口 2個不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)接線端子(紅色為正極，黑色為負(fù)極)
為了使信號源達(dá)到廉價、便攜的要求，信號源的主要控制回路由單片機(jī)2和D/A轉(zhuǎn) 換芯片組成。單片機(jī)2選用內(nèi)嵌USB接口功能并且集成有存儲器和A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī) (ST72F651) ， D/A轉(zhuǎn)換芯片選用串行D/A轉(zhuǎn)換器(AD7543)，簡化單片機(jī)2和D/A轉(zhuǎn)換器間的 接口設(shè)計。最終將輸出信號經(jīng)過由運算放大器搭建的信號調(diào)理回路4輸出。信號調(diào)理回路 4的作用為功率放大，以加強(qiáng)信號源的帶負(fù)載能力。這種設(shè)計組合可以大大減少外圍元件 數(shù)量、簡化電路設(shè)計，有利于提高信號源的可靠性、減小裝置體積。工作電源取自計算機(jī)的 USB接口 ，無需外加電源，在工業(yè)現(xiàn)場使用方便。 信號源的使用方法，由于本信號源自身沒有工作電源和輸入輸出的人機(jī)操作界 面，作為電腦外設(shè)使用，可與具有標(biāo)準(zhǔn)USB接口的任意機(jī)型配合使用。使用時只需像U盤一樣將其插入電腦的USB接口即可，然后在電腦上運行監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)與信號源的數(shù)據(jù)交換。
電腦監(jiān)控程序功能包括選擇工作模式(信號模式、測量模式)，設(shè)定輸出信號類 型(電壓輸出、電流輸出)，設(shè)定輸出信號幅值(0-5V、0-20mA)，顯示測量數(shù)據(jù)；控制信號源 啟動、停止。 圖2所示為上位機(jī)主程序流程圖步驟1為開始運行，在步驟2中清空工作緩沖區(qū) 和標(biāo)志寄存器；在步驟3中信號源參數(shù)設(shè)置子程序，包括設(shè)置工作模式(信號、測量)和設(shè) 置信號類型(電壓、電流)；在步驟4中將工作參數(shù)通過USB接口發(fā)送給信號源；在步驟5 中向信號源發(fā)送啟動命令；在步驟6中實時顯示信號源上送數(shù)據(jù)。 圖3所示為參數(shù)設(shè)置流程圖在步驟21中選擇工作方式；在步驟22中設(shè)置工作方 式寄存器為測量模式；在步驟23中設(shè)置工作方式寄存器為信號模式；在步驟24中輸入信 號幅值；在步驟25中選擇信號類型；在步驟26中設(shè)置信號類型寄存器為電壓類型；在步驟 27中設(shè)置信號類型寄存器為電流類型；步驟28參數(shù)設(shè)置結(jié)束。 圖4所示為信號源程序流程圖在步驟31中初始化工作緩沖區(qū)；在步驟32中等待 啟動命令；在步驟33中接收工作參數(shù)；在步驟34中根據(jù)工作參數(shù)中的信號類型寄存器判 斷信號類型，是電壓類型轉(zhuǎn)步驟35否則轉(zhuǎn)步驟36 ;在步驟35中選通電壓通道；在步驟36 中選通電流通道；在步驟37中根據(jù)工作參數(shù)中的工作方式寄存器判斷工作方式，測量方式 轉(zhuǎn)步驟38，信號方式轉(zhuǎn)步驟41 ;在步驟38中關(guān)閉D/A輸出；在步驟39中啟動A/D轉(zhuǎn)換；在 步驟40中通過USB接口上送轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；在步驟41中根據(jù)信號幅值啟動D/A轉(zhuǎn)換，輸出相應(yīng) 幅值的信號。步驟42程序結(jié)束。 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用 于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有USB接口的信號源，包括上位機(jī)，其特征在于，所述的USB接口(1)依次通過單片機(jī)(2)、D/A轉(zhuǎn)換電路(3)、信號調(diào)理回路(4)與信號接口(5)相連接，所述的信號調(diào)理回路(4)還與單片機(jī)(2)的A/D端口相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有USB接口的信號源，其特征在于，所述的信號接口 (5)為信號輸出端口或為信號輸入端口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有USB接口的信號源，其特征在于，所述的信號源為電 流信號或為電壓信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有USB接口的信號源，其特征在于，所述的單片機(jī)(2) 的型號為SF72F651， D/A轉(zhuǎn)換電路(3)芯片型號為AD7453。
5. —種根據(jù)權(quán)利要求1 4所述的具有USB接口的信號源的控制方法，其特征在于，所 述的方法包括下列步驟；a) 上位機(jī)初始化，b) 信號源參數(shù)設(shè)置子程序；c) 下傳參數(shù)數(shù)據(jù)；d) 發(fā)送啟動命令；e) 上位機(jī)顯示接收的數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有USB接口的信號源的控制方法，其特征在于，所述的 信號源參數(shù)設(shè)置子程序，包括選擇工作模式，設(shè)定信號的幅值；設(shè)定信號的類型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有USB接口的信號源的控制方法，其特征在于，所述的 選擇工作模式，當(dāng)工作在信號輸出方式時，在上位機(jī)上設(shè)定所需要輸出的信號類型和幅值， 上位機(jī)再將設(shè)定值通過USB接口傳送到信號源，信號源根據(jù)設(shè)定值輸出相應(yīng)的信號；反之，在信號采集工作模式時，信號源將采集到的模擬量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，再將轉(zhuǎn)換好 的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送到上位機(jī)，由上位機(jī)顯示采集數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有USB接口的信號源及其控制方法，包括上位機(jī)，其特征在于，所述的USB接口依次通過單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理回路與信號接口相連接，所述的信號調(diào)理回路還與單片機(jī)的A/D端口相連接。由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，本信號源與傳統(tǒng)信號源相比，其最大的特點是體積小巧(與普通U盤相同)，價格便宜；無需外接電源和電池供電，工作電源直接取自USB接口；使用簡單方便，無需專門培訓(xùn)；通用性強(qiáng)，可與臺式電腦和筆記本電腦等具有USB接口的任意機(jī)型配合使用。通過使用本信號源使自動化系統(tǒng)調(diào)試的效率得到了極大的提高，為用戶在日常使用維護(hù)時查找故障原因，提供了一個簡便有效的測試工具。
文檔編號G05B23/02GK101794151SQ20091025856
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者束龍勝, 楊波, 殷俊, 秦小州, 高峰 申請人:安徽鑫龍電器股份有限公司