专利名称：通过信号插孔的仪器通信的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过通常用于传递待测的输入信号的接插件插座与仪器进行的通信及由仪器发起的这种通信，更具体说，涉及一台含有微处理器的手持式多用表与一台外部计算机或基于微处理器的仪器或辅助设备之间的这种通信。
与相关申请的交叉引用(无)有关联邦资助的研究和开发的陈述(无)多用表是多功能的电子仪器，它一般测量这样一些电参数如直流电压、交流电压、电流、和电阻，有时还测其它物理参数如温度。大多数多用表是设计成手持式的，因此通常其重量较轻、电池供电，并且设计成在不必借助于大地接地的情况下就能安全使用。
多数多用表使用“香蕉”型接插件和插座供测试笔附件之用。当两个香蕉插头和容纳它们的插座在机械上构成对并以标准间距定位时，就可以方便快捷地连接到成对的相应的输入插孔中，即使操作人员在只用一只手时也能实现。
近年来，出现了一种动向，即趋于使用这样的接插件它们使两个独立的电连接通过共有一个单独的中心轴的插孔和插头来完成。每个这样的接插件有两个在电气上彼此相隔的导电接触区域。“老式电话”和“分裂香蕉”接插件两者都有这种性质。分裂香蕉接插件在数字多用表中得到非常广泛的使用，它们目前至少有两种可供使用的型式。一种型式沿着中心轴线的不同距离处有两个圆周形的径向对称的连接区，这些导电区由绝缘材料制成的径向圈在电气上相互隔离。另一种形式是侧向对称的，有一个纵向的绝缘物把两个纵向的导电区隔开。这些接插件的两种类型都在授权给Wong的“四端欧姆计设备”的美国专利5,508,621中叙述和图示，此处引用以供参考。
为了把它们和同轴电缆以及其它的具有两个导电部分但这些导电部分中的一个部分是专门指定用作接地参考点及电气和/或机械屏蔽用的那种接插件区分开来，我们在此后将把这种类型的接插件称作“双信号单轴线”接插件。
这种双信号单轴线接插件的一个有利的特点是它们可以和它们的单信号单轴线的对应接插件有效地配合和使用，从而提供“反向的兼容性”。此外，当和它们的单信号对应件一起使用时，这些双信号接插件会把它们分开的导电区域通过它们的单信号对应件的导电部分而相互接触在一起。在某些应用中，这可以利用来检测正常情况下两个部分应该相互绝缘却变得短路在一起的情况。这个信息可以被监测并且提供了某一特定的插孔正在使用之中的指示。与仪器的软件所了解的其它信息一起，这个特定的信息有助于了解该仪器当前是怎样被使用的，因此应该使哪些功能或安全性能起作用。
虽然某些较大型的多用表和小型的桌面仪器具有通信端口，使它们能通过通用接口总线(GPIB)或别的类似类型的通信总线被计算机所控制，但是大多数手持型多用表并不提供用于与计算机通信的设施，或通过专用的多插针端口如RS-232、GPIB、PS/2或其它各种串行或并行接口提供这样的通信。但是对于任何用导线连接的通信端口都有严重的安全性问题。由于手持式仪器可能连接到高达1,000伏的输入电压，为了安全起见，通信端口要求有电气隔离，例如通过使用光耦合来实现。光耦合系统增大了尺寸、重量和费用。由于这些因素在手持式仪器中都是很重要的，因此这些仪器在设计中都摒弃了具有多插针的通信端口供校准或由计算机进行控制之用。但是，具有能和计算机进行通信的设施是极其需要的，不论是用于校正数据的通信及操作控制信号和测量结果数据的通信都是这样。
本发明提供了一种方法，通过这种方法，基于微处理器的手持式多用表或其它手持式电子仪器可以通过手持式多用表的测量输入插孔来与计算机或别的基于微处理器的设备进行通信。这样装备的手持式仪表可以从一台主计算机或基于微处理器的附属设备或别的仪器接收控制或校准数据，并向它们提供测试或校准数据。为了实现这种能力，手持式仪表使用了双信号单轴线插孔，例如分裂型香蕉插孔，作为它的一个或多个信号和接地插座。手持式仪表和计算机或该仪表将与之进行通信的别的基于微处理器的仪器或附属设备，都装备有互相兼容的软件和相应的硬件以支持单信号通路的通信。
图1表示本发明的通信方法是怎样可以通过手持式仪器的接地返回插孔而实现的示意形式。
图2表示本发明的通信方法是怎样通过手持式仪器的信号测量插孔而实现的示意形式。
图1表示设计成能支持本发明的手持仪器和计算机或其它基于微处理器的设备。在本优选实施例中，用于通信方式的手持式仪器的双信号单轴线插孔是在正常情况下用于测量的接地返回插孔。在图2的情况下，按照本发明用于通信目的的手持式仪器的双信号单轴线的插孔是一个测量信号插孔，例如是一个正常情况下用于测量交流或直流电压、电流、频率、电阻、或温度的插孔。由于电气设计和安全方面的考虑，使得这样的方式并不是很优选的方案。
首先参阅图1，手持式仪器10包含一个微处理器12。微处理器12至少有一个I/O通信插针15，在这里示出的是将它接到电阻R1，典型的情况下R1的阻值是1K欧。手持式仪器10具有一个双信号单接线的接插件插孔J1，它包括第一导电区18和第二导电区20。它还有一个单信号单轴线接插件插孔J2。虽然在这里示出的是单信号单轴线的，J2也可以是双信号单轴线的插孔，一般情况下J1和J2两个都是香蕉插孔，而且通常也将是相同类型的。
与第一导电区18相连的导电通路是连接到R1的，并通过它再连接到微处理器12的I/O通信插针。与双信号单轴线接插件插孔J1的第二导电区20相连的导电通道是接地的。当插孔J1插入一个常规的单信号单轴线香蕉插头(未示出)时，该插头将同时和插孔J1的第一导电区18和第二导电区20相接触。第二导电区20和仪器地16的直接连接使得J1作为一个常规的对地连接而工作。这个地也通过电阻R1而连接到微处理器14的I/O通信插针15，这时它被解释为“无数据”或“测量方式”。
为了用于通信方式，J1必须插入一个双信号单轴线的插头，如P1。如果这些接插件不是径向对称的，而相反是双侧对称的，那么P1应该用某种形式的物理“键锁(keying)”设计以便限制它们使其对J1有合适的关系。接触点26和28把P1的第一22和第二24导电面积和J1的与它们相对应的区域18和20在电气上相互接触。P1和J1的这种匹配在手持仪器10微处理器12的地13和计算机或其它基于微处理器的设备30的地38、40之间提供一个连接。这种匹配连接还把手持式仪器10的微处理器12的I/O插针15通过R1连接到P1的导电区22。P1的导电区22在计算机或其它基于微处理器的设备30的单独节点31处连接到接收放大器36的输入和发送放大器34的输出。这种连接很可能要包括一根电缆(未示出)一个插孔和该电缆的在计算机或其它基于微处理器的设备30那一端的插头(未示出)。
读者的注意力被引向这样一个事实，即在图1和图2中都有某种对称性。也就是说，在手持式仪器10中的微处理器12是在一个插针15上通过R1和J1通信的，而在计算机、仪器或灵巧型附属设备30中的微处理器32是通过两个插针通信的，一个用于发送Tx，另一个用于接收Rx。在上拉电阻R2底下一侧的节点31即发送放大器34的输出和接收放大器36的输入是双向的，而微处理器32则通过两个单向插针交互作用的。对于本发明的总体概念来说，为了在单信号和单返回地线的电气接口上的通信中建立兼容性而使用哪一种硬件和软件是并不重要的。如果认为有必要使用单独一组放大器(在微处理器之外)，更多的考虑应该是把它们设置在有更大的可用功率和在重量和尺寸方面有较少限制条件的那一侧。如果在图1和2的右侧的计算机或仪器被认为要比左侧的手持式仪器更加大一点，那么像图中所示的那样具有放大器34和36是有意义的，至少如果认为他们确实是有需要时更是如此。
为了有效地通信，微处理器12和32两者都需要装有兼容的通信软件和相应的支持硬件，这是在一个单独的I/O通路和共同地线上实现通信所必需的。这种类型的通信系统的例子是基于UART(通用异步接收/发送机)的系统以及“同级对同级(peer-to-peer)”通信系统，后者是用于个人计算机局域联网所使用的系统。基于UART的系统可以用独立的部件来实现，也可以建立在某些微处理器中，或者还可以完全由软件来实现并只依赖于微处理器的单独一个I/O插针15。
同级对同级的系统就像它们的名称所表示的那样，并不要求事先规定哪台设备在通信过程中有更多的控制权，但以UART为基础的系统一般需要有一台设备作为“主”设备运行，而另一台设备则为“从”设备。对某一特定设备所要起的作用的确定可以作为设计的一部分而事先确定，或者也可以在逐个情况的基础上由局部控制来选择，或者在某些UART实施中甚至可以经过一定时间的争用后动态地确定。
现在参考图2，和图1中一样，手持式仪器10′含有一台微处理器12，它至少有一个通信I/O插针15。和图1中一样，手持式仪器10具有双信号单轴线接插件插孔J1，它含有第一导电区18和第二导电区20。在这一实施中，J1具有主动的测量功能，即除了提供一个接地回路以外的其它功能。这样的测量功能可以包括交流或直流电压、电流、频率、或温度。在这种实施中，提供了S1和S2以控制J1是接到测量电路14还是接到微处理器12的I/O插针。请注意，开关S1和S2一般是用晶体管或其它类型的开关器件构成的，而不是用在图中所示的那种机械式开关来实现的。
当开关S1和S2处于图示的位置时，J1的第一导电区18通过R1而连接到微处理器12的插针15上。而J1的第二导电区20则连接到仪表的地线16。当J1以这样的方式连接时，手持式仪器10′处于通信模式，其功能结果如图1所示的方式相同，并适合于按照本发明的通信方式的操作。
当开关S1和S2处于与图所示不同的另一种位置时，J1的两个导电区18和20都连接到测量电路14的各点。这时根据插入到J1的插头的类型，即它是双信号还是单信号插头，将会有一个或者两个电信号连接到测量电路14以便用于测量方式。
当开关S1处于与图2所示的另一种不同位置而开关S2处于如图所示的位置时，这时如有双信号单轴线插头接到J1，那么就可能把一个待测信号经由开关S2加到测量电路14，而同时把一个相关的接地信号经由J1的导电区、开关S1和接地线16加到地线17上。这种安排提供另外一种方法使得J1可以用在测量的操作方式下，这种方式是本发明的通信方式的另外一种替换方式。这样，在P1的适当的输入情况下，J1至少可以提供三种不同的用法，这是根据S1和S2的位置来决定的。
虽然这里显示并说明了本发明的优选实施例，但对于熟悉本技术的人而言，可以在不背离本发明更广泛的意义上实现许多变化和修改。例如，多用表的微处理器可以是别的许多计算装置中的任何一种，或者分裂香蕉接插件可以是任何一种双信号单轴线接插件，例如老式的电话交换板接插件。因此，下面所列的权利要求是想要覆盖所有这样的变化和修改，该权利要求将按有关国家的专利法而获得批准。
权利要求
1．一种在含有微处理器或其它内部计算装置的手持式多用表与计算机或其它基于微处理器的设备之间进行通信的方法，该手持式多用表具有测量操作方式和通信操作方式，该方法包括的步骤为(a)向手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置提供在一个单独的信号I/O通路和共同的接地通路上实现通信所必需的软件和相应的支持硬件，(b)将单独的信号I/O通路和共同的接地通路按需要提供给微处理器或其它内部计算装置或相应的支持硬件。(c)将单独的信号I/O通路联接到手持式多用表的双信号单轴线插孔的第一导电区上，所述的插孔在手持式多用表处于测量操作方式时是用来支持至少一种测量功能的，(d)将共同接地通路联接到手持式多用表的双信号单轴线插孔的第二导电区上，(e)还向计算机或其它基于微处理器的设备提供在单独的信号I/O导线和共同接地导线上实现通信所需要的软件和相应的支持硬件，上述所需的软件和相应的支持硬件是和手持式多用表所需的软件和相应的支持硬件兼容的，(f)还向计算机或其它基于微处理器的设备或计算机或其它基于微处理器的设备的相应的支持硬件提供单信号I/O导线和共同接地导线，(g)使单信号I/O导线与双信号单轴线插头的第一导电面积相联接，(h)使共同接地导线与双信号单轴线插头的第二导电面积相联接，(i)使步骤(g)和(h)中的双信号单轴线插头与步骤(c)和(d)中的双信号单轴线插孔接插形成匹配的关系，以便使第一导电区与第一导电面积在电气上相接触且第二导电区与第二导电面积相接触，以及(j)利用步骤(e)所需的软件和相应的支持硬件从计算机或其它基于微处理器的设备起动对手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置的通信，或(k)利用步骤(a)所需的软件和相应的支持硬件从手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置起动对计算机或其它基于微处理器的装置的通信。
2．按照权利要求1的通信方法，其特征在于步骤(a)和(e)所需的相互兼容的软件和相应的支持硬件包括适合于支持通用异步接收机/发射机(UART)的软件。
3．按照权利要求1的通信方法，其特征在于步骤(a)和(e)所需的相互兼容的软件和相应的支持硬件包括适合于支持同级对同级的通信软件。
4．按照权利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置是预先确定在UART通信期间工作在“从设备”状态下的。
5．按照权利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置是预先确定在UART通信期间工作于“主设备”状态下的。
6．按照权利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微处理器或其它内部计算装置在UART通信期间是可选择地工作于“主设备”或者工作于“从设备”状态下的。
7．按照权利要求1的通信方法，其特征在于步骤(C)还包括下列步骤(c.1)至少将某些测量电路与双信号单轴线插孔的第一导电区脱离连接。
8．按照权利要求1的通信方法，其特征在于该双信号单轴线插孔和插头是“香蕉”类型的，且其第一和第二导电区和面积是按纵向排列的并借助侧面的绝缘分隔物来防止形成电接触。
9．按照权利要求1的通信方法，其特征在于该双信号单轴线插孔和插头是“香蕉”类型的，且其第一和第二导电区和面积是径向对称的并位于沿着单轴线不同的距离处，并借助圆周形绝缘分隔物来防止形成电接触。
10．按照权利要求1的通信方法，其特征在于该双信号单轴线插孔和插头是“老式电话”类型的，其第一和第二导电区和面积是圆形和同心的并在沿单轴线的不同距离处终止，并由同心的绝缘分隔物来隔开。
全文摘要
一种使基于微处理器的手持式多用表或其它仪器能通过该多用表的测量输入插孔与计算机或其它基于微处理器的设备通信的方法。这样的手持仪表可从主计算机或基于微处理器的附属设备或其它仪器接收控制或校准数据并向它们提供测试或校准数据。为此,手持式仪表使用双信号单轴线插孔作为信号及地线插座。手持仪表与进行通信的计算机或其他基于微处理器的仪器或附属设备都备有相互兼容的软件和相应硬件以支持单信号通路的通信。
文档编号G08C19/00GK1235306SQ9910254
公开日1999年11月17日 申请日期1999年2月26日 优先权日1998年2月26日
发明者T·G·内尔森, J·R·布洛克斯, W·沃 申请人:特克特朗尼克公司