专利名称：一种手持式智能信号发生器的制作方法
技术领域：
本发明提供一种数显式、智能化的工业仪表校验仪，具体地说是一种手持式智能信号发生器。
背景技术：
虽然现有技术的信号发生器种类很多，但在使用中普遍存在的不足是电路设计不堪合理、外形体积过大、使用交流电源供电，主要体现在传统信号发生器为台式设计，体积偏大，用于工业仪表和自动控制系统的现场调试、校验或检测维护时，携带困难，在电源上采用交流电源供电，极不便利，以及缺少电压和电流过载的保护，因而存在对信号发生器的使用效果和使用寿命有着较大的影响。
发明内容
本发明的目的主要是克服传统信号发生器在以上设计上的短缺，提供一种电路设计更加合理，易于携带，低功耗，调试便利，高精度输出，保护更加完善，使用寿命更长的新型智能手持式智能信号发生器。本发明的技术方案是按以下方式实现的，手持式智能信号发生器其结构是由轻触开关电路A、中央处理器单元B、复位电路C、晶振电路D、矩阵按键电路E、数码管显示电路 F、D/A转换及运放电路G、电源和电流保护及输出电路H组成，中央处理器单元B、D/A转换及运放电路F、电源和电流保护及输出电路H组成主电路，数码管显示电路G提供数显功能， 复位电路C、晶振电路D为单片机处理单元F工作提供必要支持，其中轻触开关电路A由电阻R2-R5、电容C4和C5、按键K1、二极管Dl、三极管Ql和Q2 组成，三极管Ql的发射极接电源+5V，电阻R2并接三极管Ql的发射极与基极之间，Ql的基极串电阻R3接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接地，电容C5并接三极管Q2的基极与集电极，开关Kl电容C4串接在三极管Q2的基极与集电极之间，二极管Dl电阻R5并接在三极管Q2的发射极与开关Kl电容C4的连接点，电阻R4的两端分别接三极管Ql的集电极和三极管Q2的基极；中央处理器单元B由集成电路Ul构成，集成电路Ul的44脚接三极管Ql的集电极，集成电路Ul的22脚接地，Ul的7、8、9、6、11-17脚分别接集成电路U3的2-10脚，Ul的 18、2、28脚分别接集成电路U2的1-3脚，Ul的10脚接电容Cl电阻Rl的连接点；复位电路C由电容Cl和电阻Rl组成，电容Cl和电阻Rl串接5V电源与地线之间；晶振电路D由晶振XT1、电容C2、C3组成，晶振XTl的两端并接集成电路Ul的20 脚和21脚，电容C2、C3串接晶振XTl的两端，电容C2、C3的连接点接地；矩阵按键电路E由电阻R6-R10，按键K2-K6组成，集成电路Ul的29、31、33、35、37、 39脚分别串电阻Rll开关K7 ；电阻RlO开关K6 ；电阻R9开关K5 ；电阻R8开关K4 ；电阻R3 开关K3 ；电阻R6开关K2接地；
数码管显示电路F由电阻R12-R15、集成电路U3和U5组成，其中集成电路U3的 12-19脚分别连接集成电路U5的3、510、1、2、4、7和11脚，集成电路U5的12、9、8、6脚分别串电阻1 12、1 13、1 14、1 15接地，集成电路仍的11脚接电源+5V;D/A转换及运放电路G由集成电路U2、集成电路U4A和U4B、电阻R16-R23、二极管 D2-D5、三极管Q3和插接件Jl组成，其中集成电路U2的7脚接集成电路U4B的12脚，集成电路U2的6脚和8脚分别连接+2. 1V、+5V电源，集成电路U2的5脚接地，集成电路U2的4 脚串电阻R16接集成电路U4A的3脚，集成电路况么的3脚串电阻1 19、1 21、1 22、1 17串接地，集成电路U4A的2脚接电阻R22、R17的连接点，4脚接电源+10V，11脚接地，I脚串电阻 R20接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接电源+10V，三极管Q3的发射极接电阻R21、 R22的连接点，二极管D2接在集成电路U4A的I脚与三极管Q3的发射极之间，电阻R23并接集成电路U4B的13脚与14脚之间，集成电路U4B的13脚还串接电阻R18接地；电源和电流保护及输出电路H由自恢复保险丝Fl和F2、TVS过压保护管D3和D4、 二极管D5、接插件Jl组成，接插件Jl的I脚串二极管D5熔断丝Fl接电阻R21，2脚接地， 3脚串熔断丝接集成电力U4B的14脚，TVS过压保护管D4与接插件Jl的2、3脚并接，TVS 过压保护管D3串熔断丝Fl 二极管D5接接插件Jl的I脚。信号发生方法如下根据D/A转换器公式计算出转换的模拟量电流或电压值，经D/A转换器两路输出管脚传送给变送器。变送器是以集成电路U4A和U4B为核心组成的运放电路，根据虚短虚断的规律，将电压信号最终转化为电流信号或将电压信号进行运放，经输出电路即接插件 Jl输出4-20mA电流或0-10V电压。电流电压保护电路由TVS保护管D3、D4、二极管D5、自恢复保险丝F1、F2、F3组成，使智能手持式信号发生器在使用过程中得到更佳的防护。本发明的优点是精度高、体积小、性能稳定可靠，用于工业仪表和自动控制系统的现场调试、校验和检测维护，也可用于实验室仪器仪表的校准。电压输出0-10V，精度误差< ±0. 1%、电流输出0-20mA，精度误差< ±0. 1%。操作简单、一机两用、体积小巧、结构合理、携带方便，适合单手操作，抽插式自备锂电池，易更换，，并带有数码显示，在光线暗淡的地方也可清晰读数等特点，同时完善了信号发生器在过压过流情况下的保护能力，便于满足实验室及工业各种现场仪表的调试、检测维护及校验要求。
图I是智能手持式信号发生器的电路原理框图；图2是智能手持式信号发生器的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的智能手持式信号发生器装置作以下详细说明。如附图1、2所示，本发明是由轻触开关电路A、中央处理器单元B、复位电路C、晶振电路D、矩阵按键电路E、数码管显示电路F、D/A转换及运放电路G、电源和电流保护及输出电路H组成，中央处理器单元B、D/A转换及运放电路F、电源和电流保护及输出电路H组成主电路，数码管显示电路G提供数显功能，复位电路C、晶振电路D为单片机处理单元F工作提供必要支持其中轻触开关电路A由电阻R2-R5、电容C4和C5、按键K1、二极管Dl、三极管Ql和Q2 组成，三极管Ql的发射极接电源+5V，电阻R2并接三极管Ql的发射极与基极之间，Ql的基极串电阻R3接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接地，电容C5并接三极管Q2的基极与集电极，开关Kl电容C4串接在三极管Q2的基极与集电极之间，二极管Dl电阻R5并接在三极管Q2的发射极与开关Kl电容C4的连接点，电阻R4的两端分别接三极管Ql的集电极和三极管Q2的基极；中央处理器单元B由集成电路Ul构成，集成电路Ul的44脚接三极管Ql的集电极，集成电路Ul的22脚接地，Ul的7、8、9、6、11-17脚分别接集成电路U3的2-10脚，Ul的 18、2、28脚分别接集成电路U2的1-3脚，Ul的10脚接电容Cl电阻Rl的连接点；复位电路C由电容Cl和电阻Rl组成，电容Cl和电阻Rl串接5V电源与地线之间；晶振电路D由晶振XT1、电容C2、C3组成，晶振XTl的两端并接集成电路Ul的20 脚和21脚，电容C2、C3串接晶振XTl的两端，电容C2、C3的连接点接地；矩阵按键电路E由电阻R6-R10，按键K2-K6组成，集成电路Ul的29、31、33、35、37、 39脚分别串电阻Rll开关K7 ；电阻RlO开关K6 ；电阻R9开关K5 ；电阻R8开关K4 ；电阻R3 开关K3 ；电阻R6开关K2接地；数码管显示电路F由电阻R12-R15、集成电路U3和U5组成，其中集成电路U3的 12-19脚分别连接集成电路U5的3、5 10、1、2、4、7和11脚，集成电路U5的12、9、8、6脚分别串电阻R12、R13、R14、R15接地，集成电路U3的11脚接电源+5V ；D/A转换及运放电路G由集成电路U2、集成电路U4A和U4B、电阻R16-R23、二极管 D2-D5、三极管Q3和插接件Jl组成，其中集成电路U2的7脚接集成电路U4B的12脚，集成电路U2的6脚和8脚分别连接+2. 1V、+5V电源，集成电路U2的5脚接地，集成电路U2的4 脚串电阻R16接集成电路U4A的3脚，集成电路U4A的3脚串电阻R19、R21、R22、R17串接地，集成电路U4A的2脚接电阻R22、R17的连接点，4脚接电源+10V，11脚接地，I脚串电阻 R20接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接电源+10V，三极管Q3的发射极接电阻R21、 R22的连接点，二极管D2接在集成电路U4A的I脚与三极管Q3的发射极之间，电阻R23并接集成电路U4B的13脚与14脚之间，集成电路U4B的13脚还串接电阻R18接地；电源和电流保护及输出电路H由自恢复保险丝Fl和F2、TVS过压保护管D3和D4、 二极管D5、接插件Jl组成，接插件Jl的I脚串二极管D5熔断丝Fl接电阻R21，2脚接地， 3脚串熔断丝接集成电力U4B的14脚，TVS过压保护管D4与接插件Jl的2、3脚并接，TVS 过压保护管D3串熔断丝Fl 二极管D5接接插件Jl的I脚。信号发生方法如下根据D/A转换器公式计算出转换的模拟量电流或电压值，经D/A转换器两路输出管脚传送给变送器。变送器是以集成电路U4A和U4B为核心组成的运放电路，根据虚短虚断的规律，将电压信号最终转化为电流信号或将电压信号进行运放，经输出电路即接插件 Jl输出4-20mA电流或0-10V电压。电流电压保护电路由TVS保护管D3、D4、二极管D5、自恢复保险丝FI、F2、F3组成，使智能手持式信号发生器在使用过程中得到更佳的防护。采用锂电池供电，电压输出0_10V，电流输出0-20mA，电路结构如原理框I 所示。采用轻触开关电路，为整个电路提供直流电源，其利用三极管的特性，通过按键Kl控制电容C4充电和放电过程，控制三极管Ql和Q2的基极的电压状态，从而达到打开或关闭设备的目的。智能信号发生器是以中央处理器即集成电路Ul为核心，基于中央处理器对数字信号的高敏感和可控性，通过接收矩形按键K2-K7的数字信号，在数码管即集成电路U5显示所要输出的电流或电压值，中央处理器通过数据的分析和处理，进行运算输出数字信号到D/A转换器即集成电路U2。辅助单元电路为复位电路和晶振电路，为其正常工作提供可靠的复位和时钟。D/A转换电路即以集成电路U2为核心，集成电路U2是一种带有缓冲基准输入的可编程双路12位数模转换芯片，输出电压范围为基准电压的两倍，D/A转换器接收用于编程的16位字产生模拟输出，输出电压公式为2 (VREFIN) C0DE/4096。
权利要求
1. 一种手持式智能信号发生器，其特征在于，包括轻触开关电路A、中央处理器单元B、 复位电路C、晶振电路D、矩阵按键电路E、数码管显示电路F、D/A转换及运放电路G、电源和电流保护及输出电路H，其中轻触开关电路A由电阻R2-R5、电容C4和C5、按键K1、二极管Dl、三极管Ql和Q2组成， 三极管Ql的发射极接电源+5V，电阻R2并接三极管Ql的发射极与基极之间，Ql的基极串电阻R3接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接地，电容C5并接三极管Q2的基极与集电极，开关Kl电容C4串接在三极管Q2的基极与集电极之间，二极管Dl电阻R5并接在三极管Q2的发射极与开关Kl电容C4的连接点，电阻R4的两端分别接三极管Ql的集电极和二极管Q2的基极；中央处理器单元B由集成电路Ul构成，集成电路Ul的44脚接三极管Ql的集电极，集成电路Ul的22脚接地，Ul的7、8、9、6、11-17脚分别接集成电路U3的2-10脚，Ul的18、。2、28脚分别接集成电路U2的1-3脚，Ul的10脚接电容Cl电阻Rl的连接点；复位电路C由电容Cl和电阻Rl组成，电容Cl和电阻Rl串接5V电源与地线之间；晶振电路D由晶振XT1、电容C2、C3组成，晶振XTl的两端并接集成电路Ul的20脚和 21脚，电容C2、C3串接晶振XTl的两端，电容C2、C3的连接点接地；矩阵按键电路E由电阻R6-R10，按键K2-K6组成，集成电路Ul的29、31、33、35、37、39 脚分别串电阻Rll开关K7 ；电阻RlO开关K6 ；电阻R9开关K5 ；电阻R8开关K4 ；电阻R3开关K3 ;电阻R6开关K2接地；数码管显示电路F由电阻R12-R15、集成电路U3和U5组成，其中集成电路U3的12-19 脚分别连接集成电路U5的3、5 10、1、2、4、7和11脚，集成电路U5的12、9、8、6脚分别串电阻尺12、1 13、1 14、1 15接地，集成电路诎的11脚接电源+5V ；D/A转换及运放电路G由集成电路U2、集成电路U4A和U4B、电阻R16-R23、二极管 D2-D5、三极管Q3和插接件Jl组成，其中集成电路U2的7脚接集成电路U4B的12脚，集成电路U2的6脚和8脚分别连接+2. IV、+5V电源，集成电路U2的5脚接地，集成电路U2的 4脚串电阻R16接集成电路U4A的3脚，集成电路U4A的3脚串电阻R19、R21、R22、R17串接地，集成电路U4A的2脚接电阻R22、R17的连接点，4脚接电源+10V，11脚接地，I脚串电阻R20接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接电源+10V，三极管Q3的发射极接电阻 R21R22的连接点，二极管D2接在集成电路U4A的I脚与三极管Q3的发射极之间，电阻R23 并接集成电路U4B的13脚与14脚之间，集成电路U4B的13脚还串接电阻R18接地； 电源和电流保护及输出电路H由自恢复保险丝Fl和F2、TVS过压保护管D3和D4、二极管D5、接插件Jl组成，接插件Jl的I脚串二极管D5熔断丝Fl接电阻R21，2脚接地，3脚串熔断丝接集成电力U4B的14脚，TVS过压保护管D4与接插件Jl的2、3脚并接，TVS过压保护管D3串熔断丝Fl 二极管D5接接插件Jl的I脚；信号发声方法如下根据D/A转换器公式计算出转换的模拟量电流或电压值，经D/A转换器两路输出管脚传送给变送器。变送器是以集成电路U4A和U4B为核心组成的运放电路，根据虚短虚断的规律，将电压信号最终转化为电流信号或将电压信号进行运放，经输出电路即接插件Jl输出4-20mA电流或0-10V电压。电流电压保护电路由TVS保护管D3、D4、二极管D5、自恢复保险丝F1、F2、F3组成，使智能手持式信号发生器在使用过程中得到更佳的防护；采用锂电池供电，电压输出0-10V，电流输出0-20mA，电路结构如原理框I所示。 采用轻触开关电路，为整个电路提供直流电源，其利用三极管的特性，通过按键Kl控制电容C4充电和放电过程，控制三极管Ql和Q2的基极的电压状态，从而达到打开或关闭设备的目的；智能信号发生器是以中央处理器即集成电路Ul为核心，基于中央处理器对数字信号的高敏感和可控性，通过接收矩形按键K2-K7的数字信号，在数码管即集成电路U5显示所要输出的电流或电压值，中央处理器通过数据的分析和处理，进行运算输出数字信号到D/A 转换器即集成电路U2。辅助单元电路为复位电路和晶振电路，为其正常工作提供可靠的复位和时钟；D/A转换电路即以集成电路U2为核心，集成电路U2是一种带有缓冲基准输入的可编程双路12位数模转换芯片，输出电压范围为基准电压的两倍，D/A转换器接收用于编程的16 位字产生模拟输出，输出电压公式为2(VREFIN)C0DE/4096。
全文摘要
一种手持式智能信号发生器，其结构是由轻触开关电路A、中央处理器单元B、复位电路C、晶振电路D、矩阵按键电路E、数码管显示电路F、D/A转换及运放电路G、电源和电流保护及输出电路H组成，中央处理器单元B、D/A转换及运放电路F、电源和电流保护及输出电路H组成主电路，数码管显示电路G提供数显功能，复位电路C、晶振电路D为单片机处理单元F工作提供必要支持，优点是操作简单、一机两用、体积小巧、结构合理、携带方便，适合单手操作，能够满足实验室及工业各种现场仪表的调试、检测维护及校验要求。
文档编号G01R35/00GK102590776SQ20121002288
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者高鹤 申请人:高鹤