專利名稱：基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子電路，尤其是一種儀器儀表電路設計方法及系統(tǒng)。
背景技術：
儀器儀表在工業(yè)和國民經(jīng)濟各個領域都有著廣泛的應用和起著不可或缺的作用。但 目前的儀器儀表中的電路設計和制造十分復雜，調(diào)試也費時、費力，而且需要很高的技 術和昂貴的儀器設備。
一般的現(xiàn)代儀器電路都是如圖1所示。其中在研發(fā)時需要耗費智力資源的是電路(硬 件)設計和軟件設計，而前者中主要是模擬(放大)電路的設計(圖1中的虛線框內(nèi))， 而在生產(chǎn)過程中，需要耗費智力資源的主要是模擬電路和軟件的調(diào)試。
所謂的虛擬儀器，是在pc (個人)計算機上通過軟件實現(xiàn)的"儀器"，其本質(zhì)是一
種便捷的圖形化編程軟件。雖然虛擬儀器給科研、臨時性的生產(chǎn)線上的測量等應用帶來
了方便，但畢竟虛擬儀器是基于pc機之上的，pc機難以適應生產(chǎn)線上的惡劣環(huán)境，把虛
擬儀器替代各種專用儀器儀表，其適應性和成本都是不可接受的。虛擬儀器并沒有改變 模擬電路的設計、調(diào)試費時費力的問題。
組態(tài)軟件是用于工業(yè)控制的一種軟件，其優(yōu)點和缺點都與虛擬儀器十分類似。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種可以通過軟件設 置就可以實現(xiàn)的用戶所需要功能的儀器電路設計方法，不僅使研發(fā)和生產(chǎn)儀器的廠商變 得容易，也為用戶帶來極大的方便。 '
為此，本發(fā)明采用如下的技術方案
一種基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法，包括下列步驟
(1) 將高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器直接與傳感器相連，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與駐留有儀器 儀表用的軟件模塊的微控制器相連；
(2) 儀器儀表的生產(chǎn)者或使用者將微控制器與人機對話輸入裝置相連后，對微控制
器內(nèi)駐留的軟件模塊進行設置或功能選擇。
上述的基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法，還可以在微控制器駐留用于儀器設 置或功能選擇的監(jiān)控程序，儀器儀表的生產(chǎn)者或使用者利用宿主機執(zhí)行儀器儀表用的軟 件模塊的設置和功能選擇，通過監(jiān)控程序接收在宿主機中設置好的軟件，并將其下載到 微控制器。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器最好具有16位以上的高精度，或馬有12位以上的精度和 100ksps以上的采樣速度。
本發(fā)明同時提供一種基于軟件定義的儀器儀表電路系統(tǒng)包括駐留有儀器儀表用的 軟件模塊的微控制器，所述微控制器分別與高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、顯示器、人機對話 輸入裝置相連，所述人機對話輸入裝置用于對微控制器內(nèi)駐留的軟件模塊進行設置或功 能選擇。
上述的儀器儀表電路系統(tǒng)中，微控制器里最好還駐留有用于儀器設置或功能選擇的 監(jiān)控程序，所述的儀器儀表電路設計系統(tǒng)還包括宿主機，所述宿主機用于執(zhí)行儀器儀表 用的軟件模塊的設置和功能選擇，并通過監(jiān)控程序接收在宿主機中設置好的軟件，并將 其下載到微控制器。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器最好具有16位以上的高精度，或具有12位以上的 精度和100ksps以上的采樣速度。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下顯著的有益效果由半導體廠商根據(jù)設計好的圖 2中虛線框中的電路(模塊)提供給儀器儀表的廠商，儀器儀表的廠商不需要再對電路或
軟件進行研發(fā)或調(diào)試，只需選擇、設置合適的應用于儀器儀表的軟件模塊，就能夠迅速 地研發(fā)和生產(chǎn)儀器儀表。如對靜態(tài)測量儀表，可以通過人機對話過程選擇或下載傳感器 校準、瞬時值測量、平均值測量、最大值、最小值測量等程序模塊，而對動態(tài)測量儀器， 可以選擇傳感器校準、采樣速度、采樣時間、頻譜分析等軟件模塊。用戶也可以根據(jù)需 要設置和更改儀器儀表的功能，大大提高儀器儀表的生產(chǎn)和應用水平。


圖1現(xiàn)有的儀器儀表電路系統(tǒng)框圖2為本發(fā)明的儀器儀表電路設計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
附圖標記
101為被測量 102為傳感器103為傳感器接口電路104為放大濾波(電路) 105為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 106為微控制器107為顯示(器)108為數(shù)字/模 擬轉(zhuǎn)換器(DAC)109為信號傳輸(接口)IIO為模擬指示(器)lll為電源與參考
信號(源)U2為信號存儲與記錄(裝置)113為鍵盤或其它人機對話輸入(裝置) 114為輸出控制(接口)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
本發(fā)明的儀器儀表電路設計系統(tǒng)如圖2所示，所述傳感器102將被測量101轉(zhuǎn)換成 電信號，電信號又經(jīng)過高精度數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器105轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，該數(shù)字信號在微 控制器中由用戶所設置的軟件模塊進行處理，完成所需的功能顯示107(或通過DAC108 進行模擬指示IIO)，或(通過DAC108 )進行信號傳輸109，或(通過DAC108 )輸出 控制114，或進行信號存儲與記錄112。電源與參考信號(源)111為儀器或儀表供電和 提供參考信號。用戶通過鍵盤或其它人機對話輸入(裝置)113設置儀器的功能，或在儀 器、儀表運行時進行各種操作。
本發(fā)明所具有的實質(zhì)性特點如下
(1) 充分利用高精度、高速度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，直接將其與傳感器相連接。不 再使用圖l虛線框內(nèi)的模擬信號處理(調(diào)理)電路，實現(xiàn)全數(shù)字化信號處理。
(2) 類似虛擬儀器或組態(tài)軟件，編寫好儀器儀表所需的軟件基本模塊，但不是面 向PC機，而是面向微控制器(嵌入式系統(tǒng)，圖2中的pP或pC)。換言之， 在圖2虛線框內(nèi)的微控制器已經(jīng)駐留有應用于儀器儀表的軟件基本模塊和選 擇、設置儀器儀表功能的監(jiān)控程序。儀器儀表生產(chǎn)廠商或用戶在得到虛線框 內(nèi)的硬件模塊后，只需要像虛擬儀器或組態(tài)軟件那樣簡單地處置，并接上虛 線框外所需的傳感器、顯示和鍵盤等外圍接口，就可以得到所需功能的儀器 或儀表。
(3) 為避免微控制器中需要駐留的程序過大，也可以在PC機(宿主機)上對所需 軟件進行設置，然后將設置好的軟件下載到微控制器上，最后得到所需功能 的儀器或儀表。
(4) 高精度、高速度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與微控制器可以是兩枚各自獨立的器件， 也可以是集成在一起的單片機。
(5) 微控制器具有與顯示器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、信號傳輸(接口)、信號存儲與 記錄(裝置)、輸出控制(接口)和鍵盤或其它人機對話輸入(裝置)的接 口，也可以把上述中的若干接口集成到一枚芯片中。
實施例之一
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器105采用ADI公司的AD7764，微控制器106采用宏晶公司的 STC89S52單片機，微控制器106駐留有儀器儀表用的軟件模塊，顯示(器)107采用拓 普微公司的LM3037型液晶顯示器，鍵盤或其它人機對話輸入(蘿置)113配置為4個操 作按鍵。上述配置構(gòu)成一個可設置、簡單的萬能手持式儀表，如果傳感器102采用霍尼 韋爾(Honeywell)公司的MLxxx-C系列壓力傳感器，則構(gòu)成一臺壓力計，選擇壓力傳感 器校準、顯示壓力瞬時值、.最大值、最小值、報警上限、報警下限等程序模塊。如果傳 感器102采用溫度或光敏傳感器，則該儀器可相應地構(gòu)成溫度計或光度計，選擇溫度或 壓力傳感器校準、顯示溫度或壓力瞬時值、最乂值、最小值、報警上限、報警下限等程 序模塊。
實施例之二
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器105和微控制器106采用ADI公司集成為一體的ADuC845芯片，其 余配置與實施例之一相同。上述配置構(gòu)成一個可設置、簡單的萬能手持式儀表。同樣， 如果傳感器102采用霍尼韋爾(Honeywell)公司的MLxxx-C系列壓力傳感器，則構(gòu)成一 臺壓力計，選擇壓力傳感器校準、顯示壓力瞬時值、最大值、最小值、報警上限、報警 下限等程序模塊。如果傳感器102采用溫度或光敏傳感器，則該儀器可相應地構(gòu)成溫度 計或光度計，選擇溫度或壓力傳感器校準、顯示溫度或壓力瞬時值、最大值、最小值、 報警上限、報警下限等程序模塊。
實施例之三
除了具有實施例一的所有配置之外，本實施例還包括一臺宿主機(PC機)，在微控 制器106里除了駐留有儀器儀表用的軟件模塊外，還駐留選擇、設置儀器儀表功能的監(jiān) 控程序。在宿主機上對所需軟件進行設置，然后通過監(jiān)控程序可以接收在宿主機(PC機) 中設置好的軟件，并下載到微控制器上，最后得到所需功能的儀器或儀表。
權(quán)利要求
1.一種基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法，包括下列步驟(1)將高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器直接與傳感器相連，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與駐留有儀器儀表用的軟件模塊的微控制器相連；(2)儀器儀表的生產(chǎn)者或使用者將微控制器與人機對話輸入裝置相連后，對微控制器內(nèi)駐留的軟件模塊進行設置或功能選擇。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法，其特征在于，所述微 控制器駐留有用于儀器設置或功能選擇的監(jiān)控程序，儀器儀表的生產(chǎn)者或使用者利用 宿主機執(zhí)行儀器儀表用的軟件模塊的設置和功能選擇，通過監(jiān)控程序接收在宿主機中 設置好的軟件，并將其下載到微控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于軟件定義的儀器儀表電路設計方法，其特征在于，所述模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有16位以上的高精度，或具有12位以上的精度和100ksps以上的 采樣速度。
4. 一種基于軟件定義的儀器儀表電路系統(tǒng)，包括駐留有儀器儀表用的軟件模塊的微控制 器，所述微控制器分別與高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、顯示器、人機對話輸入裝置相連， 所述人機對話輸入裝置用于對微控制器內(nèi)駐留的軟件模塊進行設置或功能選擇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于軟件定義的儀器儀表電路系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制 器還駐留有用于儀器設置或功能選擇的監(jiān)控程序，所述的儀器儀表電路設計系統(tǒng)還包 括宿主機，所述宿主機用于執(zhí)行儀器儀表用的軟件模塊的設置和功能選擇，并通過監(jiān) 控程序接收在宿主機中設置好的軟件，并將其下載到微控制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于軟件定義的儀器儀表電路系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有16位以上的高精度，或具有12位以上的精度和100ksps以上的采樣 速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種儀器儀表電路設計方法，包括步驟(1)將高精度模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器直接與傳感器相連，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與駐留有儀器儀表用的軟件模塊的微控制器相連；(2)儀器儀表的生產(chǎn)者或使用者將微控制器與人機對話輸入裝置相連后，對微控制器內(nèi)駐留的軟件模塊進行設置或功能選擇。本發(fā)明同時提供一種基于此種方法的儀器儀表電路系統(tǒng)。儀器儀表的廠商如果采用本發(fā)明提供的方法和系統(tǒng)，不需要再對電路或軟件進行研發(fā)或調(diào)試，只需選擇、設置合適的應用于儀器儀表的軟件模塊，就能夠迅速地研發(fā)和生產(chǎn)儀器儀表。用戶也可以根據(jù)需要設置和更改儀器儀表的功能，大大提高儀器儀表的生產(chǎn)和應用水平。
文檔編號G06F17/50GK101114313SQ20071005940
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者剛 李, 凌 林 申請人:天津大學