一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法及系统与流程

1.本发明涉及电子数据测量和转化技术领域，具体涉及一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法及系统。


背景技术：

2.在电阻检测中，大电流测试仪已逐渐广泛应用，如用于测量开关、断路器、变压器等设备的接触电阻、回路电阻测试设备
‑
回路电阻测试仪；用于测量变压器、互感器和电机绕组等感性被测对象的直流电阻的设备
‑
直流电阻快速测量仪，这些仪器的测试电流可以从几安到几百安。对这类仪器的的校准无法用传统的标准电阻来实现，因为实物标准电阻可通过的电流最大只有30a，对大于30a电流的检测，由于受功率、热稳定性等影响，其准确度大大地下降。在此状况下，模拟电阻应运而生，它具有体积小，额定电流大，比实物电阻准确度高，使用方便、操作灵活等特点。
3.目前的模拟电阻测量的精度为1欧姆，低于1欧姆的矩阵电阻选取算法还没完善，如1/2欧,1/4欧,1/8欧。导致了测量时进度不高，误差逐渐变大。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法及系统，将模拟电阻实现数字化，可以广泛用于各种数字控制系统、传感器模拟系统；采用选取并联电阻矩阵方式，实现大功率数字电阻；通过电阻并联方式，降低开关管内阻、线路阻抗带来的误差影响。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法，包括以下步骤：
6.步骤一：构建模拟矩阵电阻，所述模拟矩阵电阻包括若干按顺序依次并联的模拟电阻，所述模拟电阻分别为r0、r1、r2、r3……
r
n
，且所述模拟电阻r0、r1、r2、r3……
r
n
对应的阻值分别为20、21、22、23……2n
；
7.步骤二：为模拟矩阵电阻中的每个模拟电阻分别配置一个电子开关，并使得所述模拟电阻与电子开关之间的编号相互对应和关联；
8.步骤三：计算等效电阻，通过等效电阻计算公式：1/r＝1/r1+1/r2+1/r3+
…
+1/r
n
，得到公式：1/r＝1/20+1/21+1/22+
…
+1/2
n
；其中r为等效电阻，n为大于等于零的整数；
9.步骤四：将步骤三中的等效电阻计算公式进行变换得到2
n
/r＝2
n
+2
n
‑1+2
n
‑2+
…
+1＝a，a为常数；
10.步骤五：通过如下方式依次进行计算，其中0≤m≤n，且m为整数；
11.当a≥2
m
时，那么将r
(n
‑
m)
对应的电子开关导通；
12.当a
‑2m
≥2
m
‑1时，那么将r
(n
‑
m+1)
对应的电子开关导通；
13.当a
‑2m
‑2m
‑1≥2
m
‑2时，那么将r
(n
‑
m+2)
对应的电子开关导通；
14.当a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2≥2
m
‑3时，那么将r
(n
‑
m+3)
对应的电子开关导通；
15.当a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2‑2m
‑3≥2
m
‑4时，那么将r
(n
‑
m+4)
对应的电子开关导通；
16.……
17.直至a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2‑2m
‑3‑2m
‑4‑…‑2n
‑
m
＜1时，退出循环；
18.即，当等效电阻r＝2
n
/a时，等效电阻r等效为由步骤五中导通的电子开关连通后构成的并联矩阵电阻构成；该等效电阻r作为输出的数字电阻。
19.在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
20.可选的，所述电子开关为cmos晶体管。
21.可选的，所述数字电阻输出的电阻值范围为1～2
n
。
22.可选的，所述数字电阻的最低功率由单个电阻r0、r1、r2、r3……
r
n
中最低功率决定。
23.可选的，还包括步骤六：在每次数字电阻输出后至数字电阻再次输出前，设置上电自动将显示数据调零。
24.根据本发明的第二方面，提供了一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的系统，采用包括上述任一项所述的采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法。
25.本发明的有益效果是：本发明提供的一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法及系统，将模拟电阻实现数字化，可以广泛用于各种数字控制系统、传感器模拟系统；采用选取并联电阻矩阵方式，实现大功率数字电阻；通过电阻并联方式，降低开关管内阻、线路阻抗带来的误差影响。可以进一步扩大数字电阻的显示范围，同时具备自动调零功能可以避免时间长了，各矩阵电阻有漂移误差。
附图说明
26.图1为本发明提供的一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法流程图；
27.图2为实施例的电路原理示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
29.图1为本发明提供的一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法流程图，如图1所示，方法包括：
30.步骤一：构建模拟矩阵电阻，所述模拟矩阵电阻包括若干按顺序依次并联的模拟电阻，所述模拟电阻分别为r0、r1、r2、r3……
r
n
，且所述模拟电阻r0、r1、r2、r3……
r
n
对应的阻值分别为20、21、22、23……2n
；
31.步骤二：为模拟矩阵电阻中的每个模拟电阻分别配置一个电子开关，并使得所述模拟电阻与电子开关之间的编号相互对应和关联；
32.步骤三：计算等效电阻，通过等效电阻计算公式：1/r＝1/r1+1/r2+1/r3+
…
+1/r
n
，得到公式：1/r＝1/20+1/21+1/22+
…
+1/2
n
；其中r为等效电阻，n为大于等于零的整数；
33.步骤四：将步骤三中的等效电阻计算公式进行变换得到2
n
/r＝2
n
+2
n
‑1+2
n
‑2+
…
+1＝a，a为常数；
34.步骤五：通过如下方式依次进行计算，其中0≤m≤n，且m为整数；
35.当a≥2
m
时，那么将r
(n
‑
m)
对应的电子开关导通；
36.当a
‑2m
≥2
m
‑1时，那么将r
(n
‑
m+1)
对应的电子开关导通；
37.当a
‑2m
‑2m
‑1≥2
m
‑2时，那么将r
(n
‑
m+2)
对应的电子开关导通；
38.当a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2≥2
m
‑3时，那么将r
(n
‑
m+3)
对应的电子开关导通；
39.当a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2‑2m
‑3≥2
m
‑4时，那么将r
(n
‑
m+4)
对应的电子开关导通；
40.……
41.直至a
‑2m
‑2m
‑1‑2m
‑2‑2m
‑3‑2m
‑4‑…‑2n
‑
m
＜1时，退出循环；
42.即，当等效电阻r＝2
n
/a时，等效电阻r等效为由步骤五中导通的电子开关连通后构成的并联矩阵电阻构成；该等效电阻r作为输出的数字电阻。
43.可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法，通过构建新的矩阵电阻来对等效电阻进行表示，其中，构建的矩阵电阻包括了若干个阻值为2的次幂的模拟电阻，并为每个模拟电阻配置一个用于控制对应的模拟电阻的导通状态的电子开关；通过等效电阻阻值反推应该导通的电子开关，将等效电阻更为精确的通过数字电阻显示出来，同时，能够满足大范围的数字电阻显示。
44.在一种可能的实施例方式中，所述电子开关为cmos晶体管。
45.可以理解的是，所述电子开关作为控制所述电子开关对应的电阻的接通状态，从而改变矩阵电阻中并联的模拟电阻的个数，因此，在一个实施例中，该电子开关可以选择用cmos晶体管进行代替。除此之外，能够用于本实施例实施的其他电子器件也能够用于代替本实施例所采用的cmos晶体管。
46.在一种可能的实施例方式中，所述数字电阻输出的电阻值范围为1～2
n
。
47.可以理解的是，通过本实施例中构建的矩阵电阻可以看出，当仅有r0时，即电阻阻值为20，则最小输出的数字电阻的阻值为1，而最大输出范围则为2
n
。
48.在一种可能的实施例方式中，所述数字电阻的最低功率由单个模拟电阻r0、r1、r2、r3……
r
n
中最低功率决定。
49.可以理解的是，根据本实施例的设定，模拟电阻的最低功率决定了其并联后的等效电阻的最低功率，因而，根据等效电阻输出的数字电阻的最低功率也应当由单个模拟电阻r0、r1、r2、r3……
r
n
中最低功率决定。
50.在一种可能的实施例方式中，还包括步骤六：在每次数字电阻输出后至数字电阻再次输出前，设置上电自动将显示数据调零。
51.可以理解的是，所述步骤六中增加了自动调零功能，即，每次检测完毕后，自动对上次检测结果进行清零，以便于下次输出时，直接输出数字电阻的阻值。同时，还能够避免时间长了，各矩阵电阻有漂移误差。
52.本发明还提供了一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的系统，采用包括上述任一项所述的采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法。
53.可以理解的是，本实施例所提供的一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的系统，基于前述实施例中提供的采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法进行应用，使得其能够应用于汽车仪表与油量传感器产品技术等领域，通过数字电阻的阻值输出的变化反应相关数据的变化。
54.除此之外，基于以上实施例提供的一种采用矩阵电阻并联实现电阻数字化的方法及系统，能够基于实施例公开的相关的技术方案进行进一步的扩展，其一，可以通过扩展2
的次幂电阻，扩大数字电阻的范围，如2
32
甚至更大；其二，本方法同样适用并联计算的模拟量，如电感的数字化输出；其三，可以增加系统上电时自动调零功能、扩展2的负次幂来提高数字电阻精度，将此方法应用到精度更高的系统。
55.基于上述实施例的内容，现进行举例说明：
56.如图2所示，图2为以16路矩阵电阻并联构成的模拟矩阵电阻进行举例说明(即n＝15)，其中，q为cmos管，r为等效电阻的阻值。
57.由于并联电阻的电阻计算方法为：1/r＝1/r1+1/r2+1/r3+
…
+1/r
n
58.则依据设定，1/r＝1/20+1/21+1/22+
…
+1/2
n
‑1；
59.两边同时乘以2
15
则得到：
[0060]215
/r＝2
15
/20+2
15
/21+2
15
/22+
…
+2
15
/2
15
；(n＝0
…
15)
[0061]
即：
[0062]215
/r＝2
15
+2
14
+2
13
+
…
+1。
[0063]
这时可以采用任意一个数可以用2的次幂表示的算法：
[0064]
比如：2
15
/r＝a＝2
15
/r＝2
15
+2
14
+2
13
+
…
+1；通过以下方式循环：
[0065]
第1次n取15
…
0，当a≥2
n
时，记下此时的n,比如是m1，那么选取导通q(15
‑
m1)；
[0066]
第2次n取15
…
0，当a
‑2m
≥2
n
时，记下此时的n,比如是m2，那么选取导通q(15
‑
m2)；
[0067]
……
[0068]
n取15
…
0，当a
‑2m1
‑2m2
‑2m3
…
<1时，退出循环；
[0069]
举一个具体的例子：
[0070]
如：2
15
/r＝6；
[0071]
第1次n取15
…
0，当6≥22时，记下此时的n,是2，那么选取导通q13(15
‑
2＝13)coms管将该路电阻并入；
[0072]
第2次n取15
…
0，当6
‑22
≥21时，记下此时的n,是1，那么选取导通q14(15
‑
1＝14)coms管将该路电阻并入；
[0073]
第3次n取15
…
0，当6
‑22
‑
21＝0<1时，退出循环；
[0074]
即当电阻为r＝2
15
/6＝5461.3欧时，通过电阻阻值为2
13
与电阻阻值为2
14
的电阻并联就可以得到：
[0075]
1/r＝1/2
13
+1/2
14
[0076]
r＝2
13
*2
14
/(2
13
+2
14
)＝8192*16384/(8192+16384)＝5461.3欧。
[0077]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0078]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0079]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指
令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0080]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0081]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0082]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0083]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。