專利名稱：多路上、下限數(shù)字預(yù)置、控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種數(shù)字預(yù)置、數(shù)字顯示的自動控制儀器或設(shè)備。
目前，在數(shù)字化自動控制儀器或設(shè)備中，一種方案是以數(shù)字電壓表為核心的數(shù)顯自控裝置，例如《電子世界》雜志1986年第6期第13頁介紹的“31／2位數(shù)字溫度控制測量儀”。該儀只能實現(xiàn)一路自動控制，在預(yù)置方法上，是先通過如該電路圖中的電位器W3模擬預(yù)置電壓并在數(shù)字電壓表上顯示期望的預(yù)置值，然后再配合旋轉(zhuǎn)該電路圖的W1和W5并依靠觀察繼電器或指示燈的狀態(tài)來判別是否在期望的預(yù)置閥值上翻轉(zhuǎn)，但在實際操作中，往往因判別與手動作有滯后性而造成實際上的預(yù)置誤差。當要控制多個對象時則要增加多臺儀器使成本相應(yīng)增加多倍并在同一地使用還相互干擾。
另一種方案是各種微機系統(tǒng)，它們以軟、硬件技術(shù)的結(jié)合來實現(xiàn)多路預(yù)置、控制的目的。但是，這些系統(tǒng)的軟、硬件成本較高，使用繁雜且多數(shù)微機系統(tǒng)停電后不能保持原預(yù)置狀態(tài)，或者需要很多的數(shù)字編碼開關(guān)來預(yù)置，但又會增加很多成本及體積。
本實用新型的任務(wù)是提出一個概操作簡單、直觀，成本低廉而又保證了精度和高分辨率的多路上、下限數(shù)字預(yù)置、控制方案。
本實用新型的特征在于多路被控對象的物理量經(jīng)外部系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電信號輸入給本系統(tǒng)，按時分制工作方式經(jīng)本系統(tǒng)的數(shù)字電壓表處理并顯示，同時又將各路控制信號放大X倍后，分別送給各自的一路上、下限比較器比較，最后輸出具有保持特性的開、關(guān)電平信號。當預(yù)置時，又按時分制工作方式將各路的上、下限預(yù)置值放大1X倍后送給同一塊數(shù)字電壓表處理并顯示以達到被控對象的測量值與預(yù)置值在單位上的統(tǒng)一。
本實用新型的解決方案，可進一步用以下的附圖進行說明。


圖1是本實用新型的基本構(gòu)成，每個框圖代表一個基本電路單元。
在圖1中，框圖1和框圖2是采集被控對象信號和傳輸控制信號的二組多路選一模擬開關(guān)電路。當運行時各路信號從框圖1的SO端和SA端輸入，經(jīng)選通從其公共I／O端輸出給框圖10的數(shù)字電壓表的一個輸入端IA及框圖5的反相比例放大電路的輸入端5A，經(jīng)放大X倍后從框圖5的輸出端5C送給框圖2的公共輸入端I／O，然后經(jīng)選通從框圖2的SO端和SA端輸出。后面的各路電壓保持、預(yù)置、比較電路以其中的一路框圖8為例8C為具有電壓保持功能的上、下限比較器輸入端，8A及8B為上限及下限預(yù)置電壓輸出端。當信號從框圖2的SO端輸出后送入框圖8的8C端，經(jīng)上、下限比較后從其輸出端8Q送出具有保持特性的開、關(guān)電平信號。
框圖9為除開所舉例一路框圖8以外的其余各路的電壓保持、預(yù)置、比較電路的總和示意框圖，其中的每一路的構(gòu)成、功能及接口端子均與框圖8相同，其端口接法對應(yīng)各路與框圖8類同，其端口9A、9B、9C分別為上限預(yù)置電壓輸出總線、下限預(yù)置電壓輸出總線、控制信號輸入總線；9Q為各路的輸出總線。
當預(yù)置上限或下限時，仍以框圖8的這一路為例，功能開關(guān)電路框圖7中的7H或7D端由原高電平變成低電平送至作為上限或下限預(yù)置電壓傳輸?shù)亩嗦愤x一模擬開關(guān)的控制端即框圖3或框圖4的H端令其開通，同時7C端由原低電平變成高電平送至框圖1和框圖2的控制端H使它們關(guān)斷并同時輸出至外設(shè)以控制外設(shè)的地址代碼信號固定于被預(yù)置的一路上；此時上限或下限預(yù)置電壓由框圖8中的8A或8B端輸出給框圖3或框圖4的SO輸入端，然后由它們的公共I／O端輸出送入反相比例放大電路框圖6的輸入端6A，經(jīng)放大1X倍后從其6C端輸出；此時框圖7中的7A與7B端之間由原斷開態(tài)變成接通態(tài)，從6C端輸出的預(yù)置電壓經(jīng)它們送入數(shù)字電壓表框圖10的IA端處理并顯示。這樣就達到了被控對象的測量值與預(yù)置值在單位上的統(tǒng)一。
框圖11是參考電平產(chǎn)生器，由它提供高于或等于被控對象信號最高電壓值的參考電平從其f端輸出連接至數(shù)字電壓表框圖10的另一個輸入端IB，使之能懸地工作，同時輸出給框圖5和框圖6的5B端和6B端使它們也有同一個電壓基準。
框圖1、2、3、4這四組多路選一模擬開關(guān)的各地址代碼輸入端D按公知的接法組合在一起構(gòu)成地址總線D，它們受外設(shè)提供的地址代碼信號控制，它們的SA端為除開所舉例一路以外的其余各路的輸入或輸出總線。整個系統(tǒng)按時分制方式協(xié)調(diào)工作。
圖2為本實用新型的一種最佳實施方案。在圖2中各基本單元電路的編號、接口端子的代號和功能均與圖1中各對應(yīng)單元框圖的編號、接口端子的代號和功能相同在圖2中，當工作時作為采集信號的多路選一模擬開關(guān)電路1的SO端和SA總線端應(yīng)與外部的各被控對象的電信號輸出端相連，其公共輸出的I／O端與數(shù)字電壓表10的一個輸入端IA相連并與放大控制信號的反相比例放大電路5的輸入端5A相連；數(shù)字電壓表10的另一輸入端IB連接到參考電平產(chǎn)生器電路11的輸出端f；數(shù)字電壓表10的兩個輸入端IA和IB可以對調(diào)使用，但將影響其符號位的顯示；電路5的輸出端5C與作為控制信號傳輸?shù)亩嗦愤x一模擬開關(guān)電路2的公共輸入端I／O相連。
電路5可以由一個集成運放構(gòu)成，也可以由多個集成運放構(gòu)成。本最佳實施方案采用了三個集成運放構(gòu)成如下運放51的同相輸入端作為電路5的信號輸入端5A，它的反相輸入端與其輸出端相連構(gòu)成電壓跟隨器并與電阻R1相連，R1的另一端與電阻R2相連并與運放52的同相輸入端相連，運放52的反相輸入端與其輸出端相連并與運放53的反相輸入端相連，從而以互補原理構(gòu)成一低失調(diào)低溫漂的運算放大器；電阻R2的另一端與運放53的輸出端相連成為電路5的輸出端5C，5C端與電路的2的I／O端相連，運放53的同相輸入端成為電路5的參考電平輸入端5B連接至電路11的f端。電路5的放大倍數(shù)為X＝－R2R1。
電壓保持、預(yù)置、比較單元電路8的構(gòu)成如下上限預(yù)置電位器84的一固定臂與下限預(yù)置電位器85的一固定臂相連成為電路8的8D端并與電阻R10相連，R10的另一端接工作電源VCC；電位器84和85的另一固定臂連在一起成為電路8的8E端并與電阻R11相連，R11的另一端接系統(tǒng)地線；電位器84的滑臂端與上限電壓比較器81的反相輸入端相連成為電路8的8A端并與作為上限預(yù)置電壓傳輸?shù)亩嗦愤x一模擬開關(guān)電路3的其中一路輸入端SO相連；電位器85的滑臂與下限集成電壓比較器82的同相輸入端相連成為電路8的8B端并與作為下限預(yù)置電壓傳輸?shù)亩嗦愤x一模擬開關(guān)電路4的其中一路輸入端SO相連；比較器81的同相輸入端與比較器82的反相輸入端相連并與作為電壓保持器的電容86的正極相連成為電路8的8C端，電容86的負極接系統(tǒng)地線，8C端再與電路2的其中一路輸出端SO相連，以接受前面送來的信號電壓；比較器81的輸出端與觸發(fā)器83的置位端S相連，比較器82的輸出端與觸發(fā)器83的復(fù)位端R相連，觸發(fā)器83的輸出端Q成為電路8的輸出端8Q。觸發(fā)器83是一具有置位和復(fù)位功能的觸發(fā)器，它可以由門電路、鎖存器或其它觸發(fā)器而構(gòu)成。
電路8的工作過程是這樣的當輸入8C端的電壓低于下限預(yù)置電壓時，比較器82輸出高電平使觸發(fā)器83復(fù)位于是8Q端輸出低電平；當8C端的電壓高于下限而低于上限預(yù)置電壓時，比較器82輸出低電平而觸發(fā)器83的原狀態(tài)保持不變；當8C端的電壓高于上限預(yù)置電壓時，比較器81輸出高電平使觸發(fā)器83置位于是8Q端輸出高電平；當8C端的電壓又變?yōu)榈陀谏舷薅哂谙孪揞A(yù)置電壓時，比較器81輸出低電平而觸發(fā)器83的原狀態(tài)保持不變；當8C端的電壓變化低于下限預(yù)置電壓時，比較器82輸出高電平使觸發(fā)器83復(fù)位于是8Q端輸出變?yōu)榈碗娖健Ｈ绱搜h(huán)往復(fù)工作形成了預(yù)置上、下限寬范圍可調(diào)并且輸出的開、關(guān)電平信號能夠保持的特性。電容86的作用是當?shù)刂反a循環(huán)至其它通路時，電路2的SO端被關(guān)斷呈高阻態(tài)，比較器81和82的輸入端亦是高阻態(tài)，故信號電壓由電容86保持直至下一輪循環(huán)到本通路時被刷新。
框圖9為除開所舉例一路電路8以外的其余各路的電壓保持、預(yù)置、比較電路的總和示意圖，其中的每一路的構(gòu)成、功能及接口端子均與電路8相同，其端口接法對應(yīng)各路與電路8類同，其端口9A、9B、9C分別為上限預(yù)置電壓輸出、下限預(yù)置電壓輸出、控制信號輸入總線，并分別與電路3、電路4、電路2的SA總線相連；電路9的端口9D、9E為各通路中的與電路8的端口8D、8E同樣的端口的總連線，這兩根連線分別連接到電路8的8D和8E端；9Q端為各通路的輸出總線。
在圖2中，功能開關(guān)電路7的作用是控制整個系統(tǒng)的運行或預(yù)置，其構(gòu)成如下雙刀三檔開關(guān)中的一刀KA的滑臂成為電路7的7A端，它與作為放大預(yù)置電壓的反相比例放大電路6的輸出端6C相連，KA的另兩檔固定臂連在一起成為7B端并與數(shù)字電壓表10的IA端相連；雙刀三檔開關(guān)中的另一刀KB的滑臂與電阻R6相連并同時連接與非門71和72的一個輸入端成為電路7的7H端，電阻R6的另一端接電源VCC；7H端連接至電路3的控制端H；KB的上限固定臂接系統(tǒng)地線；KB的下限固定臂接電阻R7并連接到與非門71的另一個輸入端，電阻R7的另一端接系統(tǒng)地線；與非門71的輸出端連接至與非門72的另一個輸入端成為電路7的7D端，7D端與電路4的控制端H相連，與非門72的輸出端成為電路7的7C端連接至電路1和電路2的控制端H并輸出給外設(shè)去控制外設(shè)的狀態(tài)。
電路7的工作過程是這樣的當運行時，KA和KB置于空檔上，此時7A與7B端斷開使電路6的輸出不致影響數(shù)字電壓表10采集信號；KB端因接R6為高電平故關(guān)斷電路3，同時與非門71的一個輸入端因通過R7接系統(tǒng)地線成為低電平，故與非門71輸出高電平又關(guān)斷電路4，而與非門72的兩個輸入端因都是高電平故其輸出端7C為低電平去開通電路1和電路2及令外設(shè)循環(huán)輸出地址代碼信號。當預(yù)置上限時，KB的滑臂因接系統(tǒng)地線使7H端成為低電平使電路3開通，而與非門71的二個輸入端均為低電平故輸出7D端仍為高電平使電路4仍關(guān)斷，但與非門72的一個輸入端隨之變?yōu)榈碗娖焦势漭敵龆?C變成高電平使電路1和電路2關(guān)斷并控制外設(shè)令其地址代碼信號固定不變。當預(yù)置下限時，KB的滑臂接至電阻R6與R7形成的分壓點上；R6和R7取值原則應(yīng)使其分壓點電平高于門電路的開門電平，其特征為R6R7＜13；這樣7H端為高電平關(guān)斷電路3，同時與非門71的二個輸入端均為高電平故其輸出端7D為低電平使電路4開通，并且與非門72的一個輸入端隨之變?yōu)榈碗娖绞蛊漭敵龆?C為高電平去關(guān)斷電路1和電路2及控制外設(shè)令其地址代碼信號固定不變。
反相比例放大電路6可以由一只集成運放構(gòu)成，也可由多只集成運放構(gòu)成，還可用其它連接辦法利用電路5的放大器構(gòu)成。本最佳實施方案采用了一只集成運放，其構(gòu)成如下電阻R3的一端作為電路6的輸入端6A與電路3和電路4的公共輸出I／O端相連，電阻R3的另一端與電阻R4相連并接至運放61的反相輸入端，電阻R4的另一端接可調(diào)電阻R5；R5可微調(diào)電路6的放大倍數(shù)；R5的另一端與運放61的輸出端相連成為電路6的輸出端6C，6C端與電路7的7A端相連，電路7的7B端連接至數(shù)字電壓表10的IA端；運放61的同相輸入端成為電路6的6B端連接至電路11的輸出端f。電路6的放大倍數(shù)為(R4＋R5)R3，并且其取值的特征為(R4＋R5)R3＝R1R2即(R4＋R5)R3＝1X。
電路11由電位器R8和電阻R9構(gòu)成，電位器R8的滑臂作為參考電平輸出端f，它的一個固定臂接系統(tǒng)地線，另一個固定臂通過電阻R9接電源VCC。參考電平的值應(yīng)大于或等于輸入信號的最高電壓值，以此原則確定R8和R9的阻值。
本實用新型的一個典型實施例為一個八路的上、下限數(shù)字預(yù)置、控制電路見圖2，其中的電路1、2、3、4均為CMOS八選一模擬開關(guān)4051，運放51、52、53、61取自同一片可單電源工作的集成四運放，它可以是CMOS型四運放，也可以是雙極型的四運放，本典型實施例采用了雙極型四運放LM324；電阻R1為10KΩ，R2為200KΩ，R3為200KΩ，R4為9.1KΩ，R5為1.5KΩ，R6為10KΩ，R7為51KΩ，R8為2.2KΩ，R9為12KΩ，R10和R11的取值原則應(yīng)使圖2中電路8的8D端電壓≤VCC－1.5V，并且8D端和8E端之間的電壓值應(yīng)落入電路5輸出電壓的范圍之間，并根據(jù)設(shè)計的控制范圍而定。這里取R10為200Ω，R11為68Ω，所有的預(yù)置電位器共16只均為2.2KΩ；與非門71和72采用CMOS與非門4011，電路8及框圖9中，每二路控制通路的比較器共用一片CMOS四電壓比較器14574及觸發(fā)器共用一片CMOS雙D觸發(fā)器4013，并且將所有的D觸發(fā)器的D端和時鐘CP端接系統(tǒng)地線；電壓保持電容86及其它七個通路的電壓保持電容取值為33uf，數(shù)字電壓表10為31／2位數(shù)字電壓表up311，有關(guān)數(shù)字電壓表10的構(gòu)成及功能可參考《電子世界》雜志1984年4期“31／2位數(shù)字萬用表的原理與制作(上)”和《無線電》雜志1987年8期“高精度CMOS單片41／2位A／D轉(zhuǎn)換器”的介紹。本典型實施例的工作電源VCC為正6V，外設(shè)提供的地址代碼轉(zhuǎn)換間隔為5秒鐘。
本典型實施例的預(yù)置控制范圍為600～660mV，△V為60mV，預(yù)置和控制的分辨力達到0.1mV，控制精度為±0.4mV。
權(quán)利要求1.一種至少二路以上的多路上、下限數(shù)字預(yù)置、控制電路，由多路選一模擬開關(guān)，比例放大電路，功能開關(guān)電路，電壓保持、預(yù)置、比較電路，數(shù)字電壓表，參考電平產(chǎn)生器電路組成，其特征是作為采集被控對象信號的一組多路選一模擬開關(guān)電路1的公共輸出端I/O與比例放大電路5的輸入端5A相連并與數(shù)字電壓表10的一個輸入端IA相連，比例放大電路5的輸出端5C與作為控制信號傳輸?shù)囊唤M多路選一模擬開關(guān)電路2的公共輸入端I/O相連，上限或下限預(yù)置電壓經(jīng)過各自的一組多路選一模擬開關(guān)電路3或電路4的公共端I/O輸出再經(jīng)過比例放大電路6放大后傳輸給數(shù)字電壓表10的一個輸入端IA；每一路的電壓保持、預(yù)置、比較電路的構(gòu)成為上限預(yù)置電位器的滑臂與上限比較器的反相輸入端相連并與作為上限預(yù)置電壓傳輸?shù)囊唤M多路選一模擬開關(guān)電路3的一個輸入端相連，下限預(yù)置電位器的滑臂與下限比較器的同相輸入端相連并與作為下限預(yù)置電壓傳輸?shù)囊唤M多路選一模擬開關(guān)電路4的一個輸入端相連，上限比較器的同相輸入端與下限比較器的反相輸入端連在一起并與作為電壓保持的電容器的一端相連同時再與作為控制信號傳輸?shù)囊唤M多路選一模擬開關(guān)電路2的一個輸出端相連，上限比較器的輸出端與觸發(fā)器或鎖存器的置位端相連，下限比較器的輸出端與觸發(fā)器或鎖存器的復(fù)位端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的多路選一模擬開關(guān)電路1、2、3、4，其特征是它們都是由CMOS型多路選一模擬開關(guān)集成電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的比例放大電路5和電路6，其特征是它們都由同一片可以單電源工作的雙極型或CMOS型集成四運放電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中的四運放集成電路，其特征是其中的一個運放連成電壓跟隨器作為輸入隔離、二個運放連成低失調(diào)電壓低溫度漂移的運放接法作為反相比例放大器共同構(gòu)成放大控制信號的比例放大器5，余下的一個運放構(gòu)成放大預(yù)置電壓的反相比例放大電路6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求4中的二組反相比例放大電路，其特征是若反相比例放大電路5的放大倍數(shù)為X倍，則反相比例放大電路6的放大倍數(shù)為1X倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中的電壓保持、預(yù)置、比較電路，其特征是每一路的上、下限比較器均為CMOS型電壓比較器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中的每一路的上、下限CMOS型電壓比較器，其特征是它們由1／2片CMOS集成四電壓比較器14574構(gòu)成。
專利摘要多路上、下限數(shù)字預(yù)置、控制電路涉及到數(shù)字顯示的自動控制儀器或設(shè)備，其特點為當工作時信號電壓經(jīng)一組多路選一模擬開關(guān)輸入給數(shù)字電壓表并經(jīng)比例放大器放大X倍，然后又經(jīng)另一組多路選一模擬開關(guān)送給電壓比較器并保持。當預(yù)置時上限或下限預(yù)置電壓通過各自的一組多路選一模擬開關(guān)送給另一比例放大器縮小X倍，然后經(jīng)同一塊數(shù)字電壓表處理。每一控制回路視信號狀況輸出能保持的開、關(guān)電平。整個系統(tǒng)按時分制方式協(xié)調(diào)工作。適用于以數(shù)字電壓表為被控對象量值處理及顯示的自動控制儀器或設(shè)備中，預(yù)置、控制分辨率高且操作特別簡單。
文檔編號G05B11/01GK2078017SQ9021634
公開日1991年5月29日 申請日期1990年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月10日
發(fā)明者鄧履夫 申請人:鄧履夫