可编程电阻的制作方法

1.本实用新型公开了一种可编程电阻，属于电子信息技术领域。


背景技术：

2.可编程电阻，用于传感器模拟及校准、负载测试、电路增益调试、电压输出负反馈调节和高精度rc频率发生器等领域。传统的可编程电阻包括旋转式电阻箱和指轮开关式电阻箱等类型，优点是用户可以直接旋转旋钮或拨动开关至相应示数以直观地获得所需电阻值。然而缺点同样明显：由于同一开关或旋钮往往需要旋转/拨动多次才能获得所需档位，操作较为耗时；由于开关固有的接触电阻以及在使用中磨损等原因，电阻箱的输出值并不准确且在生产制造端补偿困难；通常由于体积庞大、笨重而不便携带；由于无可程控的动作执行机构，传统的可编程电阻在不做改造情况下无法应用于自动化测试。
3.基于处理器控制的、由电子开关作为电阻网络通道切换的可编程电阻的问世为用户带来了极大方便。2002年，cn02245045.9公开了一种在pc计算机软件控制下进行逻辑控制的可编程标准电阻发生器，以作为xt扩展槽的扩展板卡使用，不过缺点是不能独立携带；在电子开关的选择上，cn201120146372.7优选干簧继电器，此类继电器优点是开关迅速、使用寿命长，不过通常触点内阻较大，因而触点内阻对电阻网络输出精准度的影响不容忽视；为减轻工作过程中发热对输出阻值精度带来的影响，cn201520125129.5采用风扇散热的方案，不过同时增加了系统成本、尺寸和复杂度，而且无法很好应对外部环境气温的变化；为提高精准度，cn201210061609.0公开了一种内置硬件补偿电路的方案，然而增加了控制复杂度。另外，作为人机交互不可或缺的键盘和显示屏，不少专利虽有提及，然而未见有进一步对用户体验深入研究者；此外，通讯模块往往仅用于设定电阻设定值，而忽略其在校准等方面的便捷作用；最后，现有方案的输出范围固定，不能根据外串电阻改变自身量程以及不能对外接导线电阻自动做出补偿，用户使用不便。
4.如本实用新型公开的一种校准生产方便、驱动简单、功耗低、用户界面友好以及可自动温度补偿的可编程电阻应运而生。


技术实现要素：

5.本实用新型公开一系列技术方案，使所述可编程电阻校准生产方便、驱动简单、功耗低、用户界面友好以及可自动温度补偿，为使用者带来良好的用户体验。
6.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种可编程电阻，包括依次连接的信息交互单元、mcu、驱动单元、继电器-电阻网络和输出端子，其中：所述输出端子是所述电阻网络对外引出的接线端，用于输出电阻值；所述信息交互单元用于总线通讯和/或人机交互，使所述mcu获得校准数据和电阻设定值，所述校准数据用于提高所述输出电阻值的精准度；所述驱动单元用于驱动所述继电器-电阻网络中的继电器；所述mcu根据设定值以及特定算法通过所述驱动单元独立控制所述继电器-电阻网络中各个继电器的输出状态，使所述继电器-电阻网络中的电阻有选择地接入
所述电阻网络，从而使所述输出端子输出与所述电阻设定值相等或接近的电阻值。所述信息交互单元用于传输校准数据，提高了生产制造的便捷性和效率。
8.进一步的方案在于，所述的继电器至少为双稳态继电器和光耦继电器其中的一种。这两种继电器驱动功耗低，可在单独使用情况下延长所述可编程电阻续航时间；同时相比需要持续供电的单稳态继电器，这两种继电器发热少，对所述电阻网络影响小。
9.进一步的方案在于，所述驱动单元包含i/o扩展芯片，所述i/o扩展芯片输出端口具备足够驱动能力，可直接驱动所述继电器-电阻网络中的继电器。进一步地，所述i/o扩展芯片为通用译码器、通用移位寄存器和专用i/o扩展芯片其中的一种或多种。该方案简化了继电器驱动电路，节省了成本和pcb空间。
10.进一步的方案在于，所述信息交互单元由键盘和显示屏组成：所述键盘至少含12个独立按键，其中，10个按键为数字按键，分别对应数字0~9，另外1个为小数点按键“.”，还有一个为“enter/ok”按键；所述显示屏用于显示主要数据、误差值、额定功率值、最大耐压值和最大允许电流值其中的一种，所述主要数据包括设定值和实际输出值并显示在同一页。 进一步的方案在于：所述小数点按键兼具“取消/cancel”和/或翻页功能，所述“enter/ok”按键与所述键盘上的其他按键组合成为快捷键。所述快捷键方便用户通过所述键盘实现更加复杂的功能，比如输入校准数据。所述键盘方便用户手动操作，同时用户可实时地通过所述显示屏获得额外的内容信息。
11.进一步的方案在于，所述信息交互单元包括usb转串口通讯电路，其串口与所述mcu相连，usb端口与上位机相连接，用于接收和/或回复上位机发送的数据和指令。所述usb转串口通讯功能方便用户直接通过笔记本电脑或pc机操控所述可编程电阻，相比键盘使用更加灵活；另外usb总线可为所述可编程电阻供电和/或为内部电池充电，此时无需考虑所述可编程电阻续航时间问题。
12.进一步的方案在于，用户可以通过所述信息交互单元设置与所述输出端子外部串联的电阻值r0，该电阻值r0用于修正所述电阻设定值rt，修正后的rt即作为所述输出端子的目标输出值，伪代码方式表述为： rt(修正后) = rt(原始值)
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r0。 此方案可以补偿外接导线电阻和保险丝电阻，以及通过外部串联已知阻值的电阻扩展所述输出值的范围。
13.进一步的方案在于，内部还包含温度传感器，所述温度传感器用于感知环境温度并对所述可编程电阻的温飘（tcr）作出补偿，从而使所述可编程电阻器在使用环境温度变化的情况下自动调整所述继电器网络的状态组合，使输出电阻值保持相对稳定。
14.下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详述，但不应认为本实用新型的实施 方式仅限于这些方案。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例的功能框图示意图。
16.图2是本实用新型实施例的一种使用场景示意图。
17.图3是本实用新型所述继电器驱动单元和所述继电器-电阻网络的实施例原理图。
18.图4是本实用新型所述继电器驱动单元和所述继电器-电阻网络的另一种实施例原理图。
具体实施方式
19.实施例1：
20.如图1所示，实线框模块表示所述可编程电阻方案的必选项，虚线框模块表示所在实线框框架范围内的优选方案或进一步的方案。
21.在校准模式下，操作员或用户通过所示“键盘+显示屏”模块或者所示“usb转串口”模块输送校准数据到所示mcu并储存在mcu的eeprom中，所述校准数据为所示“继电器-电阻网络”中电阻的实际测量值，所示“usb转串口”模块与pc机连接。
22.在使用过程中，操作员或用户通过所示“键盘+显示屏”模块或者所示“usb转串口”模块输送电阻设定值到所示mcu，此后，mcu通过由所述校准数据参与运算的特定算法求得特定时序并控制i/o扩展芯片以驱动所示“继电器-电阻网络”中的继电器，使所示“继电器-电阻网络”中的电阻有选择地接入所述电阻网络，从而使所示“输出端子”输出与所述电阻设定值相等或接近的电阻值。所谓输出“接近的电阻值”是由于所示“继电器-电阻网络”的最小分辨率导致的。
23.此外，所示温度传感器可使所示mcu获取环境温度，从而可以对所述校准数据进行温飘补偿，该温度补偿参数可由前期试验数据获得。比如，先期测量所示“继电器-电阻网络”中每个基准电阻的温度特性并预存入mcu，于是，工作过程中就可根据已知环境温度推算出当前所述每个基准电阻的实际值，mcu利用这些实际值计算出所述继电器的开关组合。所述温度补偿方法可使所述可编程电阻在较宽温度范围内工作而保证输出精准度基本稳定。
24.实施例2：
25.如图2所示，可编程电阻1中包含输出端子10a和10b，显示屏11，以及usb端口13。可编程电阻1内部继电器-电阻网络所能决定的输出范围，即21a与21b之间的电阻输出范围是1-800ω；为了模拟pt1000标准温度传感器在0
°
c~70
°
c的阻值变化，即阻值范围1kω~1.2708kω，所示外接电阻20，阻值选择为500ω并将该设置信息40（第一行）通过计算机4借助usb线缆30传输给可编程电阻1，可编程电阻1应答外部电阻阻值已收到并存储的信息40（第二行）说明设置成功。设置成功后，可编程电阻1新的输出范围，即广义输出端口21a'与21b的输出范围变为501ω~1.3kω，满足所述pt1000的阻值模拟范围。此后，计算机4传输指令40（第三行）将输出值设置为1.234kω，mcu解析该指令后，通过预置算法将该设定值1.234kω减去外接电阻20的阻值500ω得到734ω，以734ω作为输出目标值。此例中，最终21a和21b端输出733.99ω。然而从用户角度来看，21a'和21b端口的输出电阻为733.99ω加外接电阻20的500欧姆，即用户希望的1.234kω（实际值1.23399kω，误差小于0.001%）。在此后的其他阻值模拟中，用户仍旧在新的输出范围中所设即所得，使用便捷。
26.作为一种使用场景，高精度万用表5用于检查显示屏11中实际值是否准确，如果高精度万用表5的分辨率足够且其准确度是可信任的，如果其示值与所述实际值误差在合理范围内则印证可编程电阻1功能及输出精准度正常。
27.实施例3：
28.如图2所示键盘12含有10个按键，在默认状态下，直接根据按键输入“1234.0”，显示屏11同步显示这些数据。最后点击“ok”按键表示输入完成，内部mcu可进一步处理输入数据。若中途输入有误，可双击小数点按键“.”以删除全部已输内容，系统回到默认状态。内部
mcu依此获取到信息“输出电阻值设定为1234.0”，并据此调用相关算法对所述继电器进行控制。为了设置所述“允许输出电阻的最小值”（以下简称“最小值”），用户可在默认状态下同时按下组合键“ok”和按键“1”，使mcu进入最小值设置模式。在最小值设置模式，用户同样直接输入最小值，最后点击“ok”即表示操作完成，mcu程序保存完数值并自动切换回默认状态。同样方法，使用“ok”和按键“2”即可实现外接串联电阻20的阻值设置。
29.实施例4：
30.如图3所示，所述驱动单元6由3-8译码器构成，单个3-8译码器可驱动所述继电器-电阻网络7中多至4路所示双稳态继电器。当所示3-8译码器选通所示u1的y0通道，即a2a1a0设置为llh时（注：l表示低电平；h表示高电平），除y0输出为l外，所示3-8译码器其余端口均输出为h，所示继电器rl1的开关状态即如图所示（公共端与上方触点接通），继电器rl2~rl4不受影响，所示r1被所示继电器rl1触点短路；当所示3-8译码器选通所示u1的y1通道，即a2a1a0设置为lhl时，除y1输出为l外，所述3-8译码器其余端口均输出为h，所示继电器rl1的公共端与下方触点接通，继电器rl2~rl4不受影响，所示r1接入所述电阻网络；因此，采用这种方法可以单独控制单个继电器的状态，进一步地，可以扫描方式控制所示继电器rl1~rl4的组合状态，使所示电阻r1~r4有选择地接入所述电阻网络，最终所述输出端子r_a和r_b输出电阻。由于每次只驱动一个继电器的线圈，因此所需驱动电流较小，减轻了驱动电路6供电端vcc的负荷。此外，选用多个3-8译码器可扩展所述继电器的数量；缺省某一路继电器并在默认状态下选中该缺省继电器，可避免完成继电器网络扫描后最后一路继电器线圈持续耗电。 所示u1选型为nexperia公司生产的74hc138，单输出口输出电流能力为
±
25ma；所示继电器线圈电阻为150ω，置位/复位电压+/-2.25v；所示vcc电压为3.3v。
31.实施例5：
32.如图4所示，所述驱动单元8由移位寄存器构成，单个移位寄存器可驱动所述继电器-电阻网络9中多至8路光耦继电器（图中只给出了四路用来举例）。所示r1阻值为1ω，r2阻值为2ω，r3阻值为4ω，r4阻值为8ω；所示光耦继电器导通电阻为0.01ω，输入端二极管工作电流为1ma。所述mcu获得的输出电阻目标值是5ω，根据算法解析后得到所示移位寄存器u2的输出序列为0x05，即u2端口q7~q0输出为0b00000101。mcu通过时序操控信号线data、clk和rst即可将q7~q0输出设置为0b00000101，从而所述输出端r_a和r_b输出约5ω的电阻。同样，选用多片移位寄存器可扩展所述寄存器的数量。图中所示u2选型为nexperia公司生产的74hc164，单输出端输出电流
±
25ma，单芯片总输出电流50ma，足以驱动8路共计8ma的光耦继电器。此外，一些专用i/o扩展芯片也可代替所示通用寄存器u2，比如ti公司专用于驱动led的i2c转并口芯片pcf8574。
33.本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知常识。