专利名称：活体电阻变化的测试和显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于显示和测试活体电阻变化的改进设备。
随着Lafayette R.Hubbard的用于活体变化的测试和显示设备的出现，实现了能够通过机-电测试而识别活体电阻的微小变化。该设备通常包括电阻测试电路，放大电路和显示电路。尽管该设备足以达到测试活体电阻变化的目的，却不能精确显示测试的变化。美国专利No.3,290,589号和美国专利No.4,459,995号阐述并图示了为了解决这个问题而尝试的各种改进。这些设备产生活体电阻小变化量的信号，然后放大为在诸如可视显示等可为人类所察觉的显示器上的可识别和有用的信号。这些设备的一个问题在于信号中干扰特征掩盖或错误地反映了小变化量。这些干扰特征可能是由于无线电频率的干扰和(或)设备自身内部非线性性能的干扰。因此，需要能更精确显示活体电阻变化的设备。
本发明的一般目标是精确显示活体电阻的小变化。
本发明的特殊目标是消除活体电阻信号中的干扰特征。
本发明的一个特征是包括一个有源校正电路，对于给定的测试输入给出通常恒定的幅度响应。
本发明的优点在于该设备的灵敏度维持在恒定的水平。
根据本发明的目标，特征和优点，提供了改进的电阻测试和显示设备，该设备包括具有与活体相连接的输入端子的电阻测试电路，用于产生表征活体电阻的测试信号。放大电路接收测试信号并将其放大至可察觉水平。显示电路接收放大信号并以可察觉的形式提供测试信号。本发明有益地包括了无源和有源设备以消除测试信号的干扰特征。
本发明的特征之一是有源的校正电路。该校正电路的作用是在显示电路给出通常恒定的幅度以响应电阻测试电路所给的电阻变化。校正电路的优选实施方式中，反馈电路部分和控制电路部分相配合而监测设备的运行及预测显示电路中幅度响应的变化。为了预测幅度的变化，还包括一个补偿器用于调节或校正放大电路。
从结合附图的以下详细说明，本发明的目标和优点显而易见。
图1是测试活体电阻的常规设备的功能框图；图2是本发明设备的功能框图；图3是本发明优选的电阻测试电路的功能框图；图4A是本发明优选的放大电路的功能框图；图4B是可变电阻电路和升压电路的功能框图；图4C是反馈和控制电路的功能框图；图5A-5D是主软件程序的流程图；图6是延时程序的流程图；图7是选择仪表程序的流程图；图8是模-数低分辨率程序的流程图；图9是模-数高分辨率程序的流程图；图10是模-数转换程序的流程图；图11是模-数中断程序的流程图；图12是可编程的升压设置程序的流程图；图13是分辨模式设置程序的流程图；图14是查询低电势程序的流程图；图15是选择数字电阻程序的流程图；图16是改变数字电阻程序的流程图。
参照示图，本发明可与任何测试和显示活体电阻变化的常规的三阶段电路联合使用。参见图1，该设备典型地应用了电阻测试电路20以将所测试的活体电阻转换为测试信号的形式。电阻测试电路与放大电路22相连而将测试信号放大至可察觉的水平。与放大电路22相连的显示电路24将测试信号转换为可察觉的形式。电阻测试电路可采用常规式的桥式或分压电路来测试活体电阻。美国专利No.4,702,259号，美国专利No.4,459,995号和美国专利No.3,290,589号公开了具有适于该目的的桥式电路的三阶段电路，这里参阅了这些专利。具有适于该目的的分压电路的三阶段电路包括在“HUBBARDTMPROFESSIONAL MARK SUPER VII”设备中，该设备由加州洛杉矶的Hubbard电子仪表公司生产和销售。
基于上述内容，已知的联合实现方式使得电路需要在高电阻水平时自动增加灵敏度，低电阻水平时能自动调节的装置。本改进为显示电路24中恒定的幅度响应而提供。
本发明的优选实施方式，如图2的功能框图所示，将发明特征融于常规的“HUBBARDTMPROFESSIONAL MARK SUPER VII”电路。该电路另外采用了稳压器26以达到整个电路稳定的直流电压水平。由微处理器(这些常规器件图中未示)控制的数字电路28用于跟踪电阻测试电路20引出的端子31的信号，进行日期和时间的显示及进行各种常规开关的功能。显示端子32向常规的LCD时钟及显示电路24的信号跟踪显示提供信号。数字电路也可以是美国专利No.4,702,259号中公开的形式。端子33从调压电路26，电阻测试电路20及放大电路30引出，并与各种常规的手动控制器(图中未示)按常规的方法连接。这些端子会截取无线电信号而导致无线电频率(RF)的干扰。在本发明的优选实施方式中，电路板包括从手动控制器的滑片端子37引出的电感35。手动控制器包括功能开关，低压电位器，远程低压电位器，微调可变电阻和灵敏度控制器。
根据本发明，放大电路30通常为两级放大。第一级放大电路34接收测试信号，并对其对数放大。与第一级放大电路34的输出端相连的第二级放大电路36调节和放大测试信号的增益。计算机接口40选择性地向电压-电流转换电路38提供所需的信号，用于要求模拟测试信号的情况。与第二级放大电路的输出相连的电压-电流转换电路将测试信号调整为显示电路24可用的形式。电压-电流转换电路38也向第二级放大电路42和计算机接口40提供反馈。可变电阻电路42与第二级放大电路36相连并提供放大器反馈信号，从而放大电阻测试电路20的测量信号。可变电阻电路42包括高和低的可编程增益部分46和44。隔离的升压开关电路48与可变电阻电路42相连用于手动增益调节。校正电路50也与可变电阻电路42相连。校正电路50作为校正装置调节放大电路的输出。在本优选实施方式中，校正电路50包括反馈电路52，控制电路54和补偿电路55。
优选实施例的电阻测试电路(图3)为分压式。分压电路中，高电势56与第一分压电阻58串联。第一电阻可采用可变电阻60调整或补偿第一电阻值。常规仪表检验开关62既可手动选择，也可为数字电路28控制而选择性地在连接活体的外接端子66、端子64和替代活体的作为检验电阻的5K欧姆电阻68之间切换分压电路。意在连接活体的常规电极通过插头(未示)相连。当插头插入，外端子64和66与活体相连。移去插头，另一开关70将高电势端66与5K欧姆的电阻68相连。另外，连于外端子64和66之间的电容72与电感86串联。电感86和电容72的功能是减少信号干扰。第二分压电阻位于仪表检验开关和输出端88之间。第三分压电阻74串联于输出端88和低电势端76之间。
低电势值采用手动调节设备78进行手动调节。手动调节设备78优选地包括电位器82的滑片端子80，该电位器接于连接高、低电压之间。滑片端子80的电路包括电感87，该电感通常通过模拟开关电路90与端子91相连，电容92接地以减少干扰。手动调节设备78一般为内置的电位器82或外部电位器94。外部电位器94也通过高压端子96和低压端子98以及滑片端100与模拟开关电路相连。外部可变电阻94也包括一个REM端或远程信号端102及地端104。常规包括手动控制开关或分压器及锁存器的模拟开关电路90与模拟开关(未示)相连，该模拟开关选择性地驱动内部或外部的电位器。另一状况，电位器的选择是根据REM信号端102的电压状态而决定的。当采用内部电位器82时，信号维持“高”，并通过外部电位器端子106与地104相连。在使用中电位器的滑片端91、高端108及低端100的电压值送入数字电路28(图2)而计算出数字电位器信号值。滑片端子91的信号通过具有电压跟随器的信号缓冲器112发送，这样可避免在低电势76的电流的损失。
参照图4A，B和C所示，一级放大电路34接收来自电阻测试电路信号输出端88的测试信号。一级放大电路34包括运算放大器(op-amp)124，其正输入端126与电阻测试电路20(图1)的输出端88相连。运算放大器124接为电压跟随器，其反馈端128从运算放大器的输出端130接至负输入端132。电容134连接于正输入端126和负输入端132间，有助于减少测试信号中的RF干扰。与反馈回路136并联的运算放大器输出端130向运算放大器138提供负输入，作为一级放大器。电阻140与电压跟随器的输出端130相连。电阻140通过两个并联电阻支路连于预置电位器142及一级放大器的输出端144。第一支路包括连于预置电位器142和第一电阻140间的电阻146。第二支路包括连于电极148的常规用户可调电位器，该电极与电阻150和预置可变电阻142串联。该用户可调电位器(未示)用作灵敏计，灵敏计电极148包括通过电感156连于一级放大器的负输入端154的滑片端152。一级运算放大器的正输入端158接收来自稳压器26的电压参考信号160，稳压器26提供稳定的参考电压5.25伏。电压参考端160也与电阻反馈支路相连，该支路包括第二预置可调电阻162及与一级放大器的输出端166相连的固定电阻164。一级放大器的输出端144也通过固定电阻170与输出端166相连。熟练的技术人员应知道一级放大电路的构造提供了一个衰减加法放大器，经过运算放大器138增益放大的电阻测试电路20的信号输出端88的值与电压参考160的值进行求和。一级放大电路的运算放大器124和138为曼彻斯特Norwood的模拟器件公司生产的OP420型运算放大器。求和，放大信号的输出端166连于二级放大电路36。随着可变电阻142由低向高变化，一级放大电路对数地从1至10改变仪器增益。
二级放大电路36包括了模拟器件公司生产的具有可变电阻反馈支路的OP90型运算放大器。该特殊类型的运算放大器要求偏置补偿，即采用可变电阻174通过其滑片端178与地176相连。适于本目的的其它类型的放大器不要求此电路。一级放大电路34的输出端166与二级运算放大器172的正输入端180相连。可变电阻电路42向二级放大器172的负输入端182提供增益反馈。二级放大器172的正输入端184与锁存器门电路186-187中的门电路186相连。这些门电路选择性地将电压-电流转换器38与二级放大电路36及计算机接口40相连。数字电路28完成开关切换以按常规方式响应操作者的选择。
通过锁存器门电路188和189，计算机接口40与电压-电流转换电路38相连。计算机接口40包括与二级电路相似的放大器190，该二级电路具有来自信号总线的E-IN信号端192，并与放大器的正输入端194相连。第一电容196提供滤波后的反馈，并连于放大器190的负输入端及输出端之间。该负输入端进一步与分压反馈电路相连，该分压反馈电路包括参考电压201，两个正偏电阻202和203，锁存器门电路188及与地相连的第三电阻204。计算机接口E-IN端192接收先前记录部分的再现信号或模拟再现信号，利用计算机接口的放大器190在显示电路上复制该输出。信号端E_OUT206接收来自显示电路24的显示活体电阻变化的信号，并将测试信号传送给计算机接口40。
电压-电流转换电路38包括晶体管208，其发射端210通过偏置电阻202与“高”压201相连，并与门187和188相连，基端212通过正偏电阻214和“高”压相连，两个串联二极管216-217反偏于基端212。二极管216-217通过门186和189分别与二级放大器172的输出及计算机接口放大器输出相连。晶体管集电极为连于显示电路24的输出端221。
可变电阻电路42(图4B)包括可编程增益降低电路44和可编程增益升高电路46。电阻测试电路(图3)的低电势76的变化表示这些可变电阻电路中哪一个被用来提供可变增益，这将在以下阐述。可变电阻电路42通过端子226和228(图4A和图4B)而连于运算放大器的负输入端182，通过门电路187而与电压-电流转换电路38相连，通过电阻202与电压源201相连。正输入端180和负输入端182间的电容223减缓了RF干扰信号。可编程增益升高电路46包括四个电路部分，它们并联于可变电阻电路的226端和228端之间。第一部分包括电容230。第二部分包括锁存器门电路232和电阻234，第三部分包括锁存器门电路236和电阻238，第四部分包括三个串联电阻240-242。锁存器门电路232和236由隔离的升压开关电路48控制。可编程增益降低电路44包括一个独立的锁存器门电路244，该门与以下将详细讨论的校正电路50相连，可编程增益降低电路44还包括三个并联的支路。可编程增益降低电路的每个支路包括分别与电阻252，253和254串联的锁存器门电路246，248和250，根据隔离的升压开关电路48的设置选择性地连接于电路中。
升压开关电路48包括具有滑片端258的开关256，能进行三个独立的低端260，常态端262和高端264的设置。260端，262端和264端通过各自的负偏电阻268，267和266而接地。与这些端相连的门，当检测到地电压时，关闭。滑片端258包括正的或高的电压。当滑片端与高端264，常态端262和低端260之一相连时，连接端升高至高压水平。当检测为高压时，与不同端子相连的锁存器门电路将打开。即使在可编程增益降低模式，可编程增益升高电路总为开。根据升压开关的低，常，高态而进一步放大来自一级放大器的输入信号，升压开关以10为单位线性变化这算放大器的增益。通过升压开关，二级运算放大器提供附加的增益，因而在低升压位置时，增益乘1，常态升压位置时，增益乘10，高升压位置时，增益乘100。另外，在微控单元的控制下，二级运算放大器提供范围为0.7×至50×的增益。因微控增益独立于灵敏度和升压器，可当作第三级。这三级分别为电路总增益的因子，因而输出增益为这三级的乘积。最低可能增益为1.0×1.0×0.7＝0.7，最高可能增益为10×100×50＝50,000。
控制和反馈电路50(图4C)提供放大器的有源校正以响应电阻测试电路20的手动调节设备78的变化或运动。控制和反馈电路50与可变电阻电路连于运算放大器的负输入端182，如端子356所示(图4C)，356端与226端(图4B)及运算放大器172负输入端182串联，控制与反馈电路50连于可编程增益降低/升高锁存器门电路244的控制锁存器端272(图4B，4C)，控制和反馈电路50响应电路的任何变化而提供有源的校正，该变化可能产生测试信号的干扰特征。本优选实施方式中，控制和反馈电路监控和响应手动调节设备78的变化。参照图3可知，手动调节设备78控制分压器的低电势76。熟练的技术人员应知道低电势时的变化反比地改变通过分压器的供给电压。当通过分压器提供的电压变化时，界定测试信号88的最大值的工作范围的变化也反比于低电势端76的值。工作范围的变化影响显示电路24提供的最大值的显示范围。为了维持显示范围为显示电路24中的校正的常态水平，反馈和控制电路调节二级放大电路的反馈增益而补偿测试信号88的工作范围的变化。还可知道的是，当低电势76调节至与高电压水平56接近匹配时，可检测到的电阻差异的电压范围非常小。正因为如此小的范围，因此需要可编程增益升高电路。在整个低电势范围，反馈和控制电路通过调节运算放大器负输入端的增益而调节运算放大器的输出。为了实现运算放大器负输入端增益的调节和在可编程增益升高和降低模式间进行切换，反馈和控制电路包括反馈电路52，控制电路54和补偿电路55。
反馈和控制电路的反馈电路52包括与低电势端76相连的端子，该端子通过电阻306连于与微控单元(MCU)相连的低分辨率的输入端308，还包括与地相连的用于信号滤波的电容。电阻306的输出端与运算放大器314的正输入端312相连。运算放大器负输入端316包括增益电路，该增益电路包括与电位器324串联的电阻反馈支路318和与并联于负输入端316和输出端322之间的电容支路320。电位器324由一对固定电阻326和328及可变电阻330而平衡，以提供要求的放大偏量。高分辨率输入端332通过电阻331与高分辨率运算放大器314的输出相连。
控制电路54包括微控单元(MCU)334，其型号为德州Carrolton的SGS Thompson电子公司生产的ST62TIOB6/SWD。该特例中MCU334也通常被参照为中央处理单元(CPU)，它包一个由软件设置的第一八位端口，通过管脚14和15分别接收反馈电路的输出端子308和332的输出。这些管脚在电路中连于内部的模-数转换器，该模-数转换器包含于MCU中，并能在0-255递增范围内识别输入信号的离散变化。当手动调节设备78在0.5至6.5的范围变化时，低分辨率输入连续变化，这与大约1.4至5.2伏的电压变化范围相对应。高分辨率输入是有源的，但直到手动调节设备78高于约4.8伏时才真正变化。低于该水平时，高分辨率输入保持在0.7伏(高于零点的增压)，随着手动调节设备78达到5.0伏，高分辨率输入范围校正至1.00伏，当手动控制调节设备78升至6.5伏时，电压继续线性升至大约5.2伏。
控制电路54(图4C)也包括一个锁存器触发电路336。当手动调节设备78处于转换期间时才用到控制器54。因为触发是间歇的，控制器54包括节能式静态触发器338。静态触发器338为摩托罗拉生产的4013B型置位-复位触发器。数字电路28(图2)的340端触发通常设置为“高”电压341的触发锁存器门电路。当数字电路28检测到低电势滑片输出端91(图3)的变化时，它由“高”至“低”改变信号，而由端子340送至显示电路24。端子340也连于触发电路336。当340端降至零电势或“低”时，触发器338改变信号输出342，并向MCU发出中断信号而“唤醒”MCU。
控制电路54包括电源和地端344和346，以常规接法连于管脚1，2，5，6和20。MCU复位中断电路348连于MCU管脚7。复位开关定时发出复位信号至管脚7，而使电路功率降低。复位触发开/关设计为4.5伏界限。当电压由零升至4.5伏时，复位为关态。当电压升高至4.5伏时，复位打开，只要电压保持在或超过4.5伏，复位为开。当电压降低至4.5伏以下时，复位关闭，只要电压保持在或低于4.5伏，复位为关。4MHZ的时钟350与管脚3，4相连，该时钟为松下生产的PX400型。
响应反馈电路52并由软件控制的控制器54产生校正信号。校正信号通过356经过MCU管脚18和19送至补偿电路55。
优选实施方式的补偿电路55包括数字控制的可变电阻354或数字电位器。数字电位器354为加州，Milpitas的Xicor生产的X9C103型数字电位器。数字电位计354接收输入电压TA_Ref160，TA_Ref160提供输入信号。可变电阻电路的输出端357，经接地电容滤波消除RF干扰，在如图4A所示的226处与第二运算放大器的负输入端182相连。此端子为图4A和4C中的R+端。数字电位计354的电阻响应微控单元334的校正信号而改变。可变电阻的改变用来抵消被测信号中预计的干扰特征。
参考图4A、B和C，在软件的控制下，微控单元334与反馈52、补偿电路54相配合，自动地监控电路从而实现校正功能，该软件对常规的微控单元334进行设置。软件程序包括一个主程序和十一个子程序。参照与手动调节设备78相对应的流程图中的TA。每个优选的实施方式均说明如下。
主程序400(图5A-B)包括一初始化程序，该初始化程序设置中断地址向量401，并且设置微控单元硬件和端口402。下一步执行一延时循环使微控单元的管脚端子稳定至预值。此循环包括一初始化计数器步骤403和一do-until循环404，它两次调用了延时子程序406。下一步408，设置数字电位器或数字电位计。数字电位计的范围划分为100个增加步长，并且确定了正负极限值。下一步执行数字电位计设置程序(clkdp)410，为数字电阻设置一初始值。在设置程序之后，执行一仪表类型(slemeter)子程序412。执行完仪表类型子程序412，初始化程序完成，开始有源校正模式。
有源校正模式是由微控单元334(图4C)执行的主程序，在微控单元工作时连续地重复。首先，在TA检测使能步骤414，设置休眠的触发器，从而检测TA值的变换。下一步，调用低分辨率下TA电位器测量子程序(a2dlow)416。升压设置子程序(setboost)418将升压器门电路确定和设置为高或低可编程增益。模式设置子程序(setmode)420将分辨率模式内部确定和设置为“高”或“低”分辨率。下一步，在分辨率检验步骤422中检验分辨率模式。如分辨率标志位为高，调用高分辨率下测试TA的子程序(a2dhigh)424。否则，不进行测量。下一步TA求解子程序(TA find)将确定TA的值。下一步，如图5C-1所示，数字电位计设置子程序(dpset)428确定所需校正量。下一步，调用clkdp程序430，将数字电位计重新设置至所需的新的校正位置。在补偿器校正之后，执行TA变化检验步骤432。如TA表发生变化，在步骤434中，清除休眠的触发器，主程序返回至TA使能414步骤。否则，主程序继续重新设置触发器步骤436，以确保触发器的正确设置。
下一步，参照图5C-1，在步骤438对于三个采样的do-loop循环设置计数寄存器。如图5C-2所示高分辨率检验步骤440，如检验结果为高，则调用高分辨率下测量TA的子程序442。否则，调用低分辨率下测量TA的子程序444。下一步446，在内存中存储所测量的采样。如采样数量少于三个，采样计数器减1，检测是否采样结束，然后步骤448返回至分辨率判断步骤。否则，程序开始测试采样数据。测试的目的在于确定操作者是否已将手动调节设备调整至一新的位置。微控单元辨别出操作者已经完成了设备的转动，此时，当三个采样数据中的任何两个相等时，测量结果将稳定。当进行其它步骤或其它采样数据从而确定操作者是否已完成手动调节设备的调节时，优选的实施方式包括三个数据比较步骤450(图5C-2)、452(图5D-1)和454(图5D-1)。在第一个测试步骤450中，第一采样数据和第二采样数据相比。如果第一和第二采样数据相等，测试停止，程序继续TA状态检测步骤456(图5D-1)。否则以第二测试步骤452继续进行测试，将第一采样数据和第三采样数据相比。如第一和第三采样相等，测试停止，程序继续TA状态检查步骤456。否则以第三测试步骤454继续进行测试，将第二和第三采样数据相比。如第二和第三采样数据相等，程序继续TA状况检查步骤456。否则，仍调整TA，程序返回至TA使能步骤414校正程序的开始(图5B)。
如果当前采样数据中的任何两个相等显示手动调节已完成，并且数据有效，则执行TA状态检查步骤456，通过检验TA触发器确定开始采样以来手动调节设备是否已调节。如触发器被触发，则触发器在步骤458(图5D-1)被清除和复位，程序返回至TA使能步骤414。否则，补偿器按下列顺序重新校正a2dlow416(图5B)、setboost子程序460(图5D-1)、tafind子程序462(图5D-1)、dpset子程序464(图5D-2)和clkdp子程序466(图5D-2)。下一步，重新检查TA触发器是否调节468(图5D-2)。如果调节了，TA触发器被清除470，程序返回至TA使能步骤414。否则，程序进入休眠模式472，保存能量，抑制噪音。MCU硬件的工作部分监控来自TA转换器的输入信号。如接收到一个中断信号，MCU在步骤474唤醒，返回至TA变化检验步骤468。这样，主程序保持放大电路的校正。
检测休眠模式是有用的，否则MCU334将连续校正放大电路。这在显示电路输出时造成了和电阻测量电路无关的周期性的跳跃。在稳定期间，休眠模式通过将控制器置于休眠状态，消除了随机的跳跃，稳定了补偿电路。
正如上面关于主程序的讨论，子程序在主程序中完成具体的任务。这些子程序将按它们在主程序中的调用顺序被逐一说明。
延时(dly 1)子程序480包括do-loop循环的计数器常数输入步骤482，计数器减少步骤484和循环结束检验步骤486。在完成所要求次数的loop循环以后，子程序返回至程序调用处。
仪表选择(selmeter)440子程序在主程序的初始化部分调用。本发明的反馈和控制电路可以在任何一种先前已有的采用较早说明和参照的类型的分压器或电阻桥的电子仪表上执行。本发明的电路和软件可以经过设置，使之和如图说明的优选的实施方式中的电压分压电路或电阻桥电路一起工作。仪表选择子程序检查MCU上的一个端口管脚。依据所采用的电阻测量电路的类型，这个管脚被设置为“高”或“低”电压。仪表选择子程序490包括管脚检验步骤492。如管脚为“高”，执行分压电路的初始化步骤494。否则，执行电阻桥电路的初始化步骤496。完成任何一个初始化步骤以后，程序返回至主程序。
a2dlow子程序500在低分辨率模式下测量TA值。此子程序包括初始化步骤502，设置低分辨率模式的MCU内部模拟数字转换器。下一步，调用模拟数字转换器(a2d)子程序步骤504。返回后，模拟数字转换器复位(步骤506)，子程序返回至程序调用处。
a2dhigh子程序510在高分辨率模式下测量TA值。此子程序包括初始化步骤512，设置高分辨率模式的MCU内部模拟数字转换器。下一步，a2d子程序被调用514。返回后，模拟数字转换器复位516，子程序返回至程序调用处。
高分辨率和低分辨率模式的运用，使得8位内部模拟数字转换器的使用可以起到12位模拟数字转换器的效果，12位模拟数字转换器的整个电压范围要求为0-5.2伏特，其中低分辨率在1-4.8伏特范围，高分辨率在4.8-5.2伏特范围。低分辨率模式下AD转换器直接检测TA上的滑片电压，这样1.4伏特至5.2伏特的电压范围对应十进制值大约为67至255。高分辨率模式下AD转换器可以检测1.0至5.2伏特的输入范围，对应TA滑片器上的电压范围大约为4.8至5.2伏特，对应十进制值大约为49至255。
被测模拟信号步骤522的a2d子程序520在被a2dlow子程序(步骤500)调用时，将MCU管脚14上测量到的模拟信号转换为数字信号；在被a2dhigh(步骤510)子程序调用时，将MCU管脚15上测量到的模拟信号转换为数字信号。然后a2d子程序520进入等待模式522，使MCU的模拟数字转换器完成转换。完成转换后，MCU产生一中断524，该中断包括一指向a2dint子程序528的地址向量。a2dint子程序528恢复，保存模拟数字转换数据，终止相关硬件530。a2dint子程序返回至a2d子程序，a2d子程序也依次返回至调用它的子程序。
升压设置子程序540在可变电阻器电路的可编程的高和低增益之间转换可变电阻器电路的升压电阻。升压设置子程序包含电势测试，对TA模拟数字转换设置是高分辨率模式还是低分辨率模式进行判定。如果设置了高分辨率模式(步骤542)，程序将跳至可编程增益升高有效步骤544。否则将进行另外的测试。这种情况下，如果TA值高于可编程增益最低值，TA值和可编程最低值的比较步骤546跳至可编程增益升高有效步骤544。否则将进行另外的测试。这种情况下，如果TA值低于可编程增益最高值，TA值和可编程最高值的比较步骤548跳至可编程增益降低有效步骤554。否则，程序运行至可编程增益升高有效步骤544。对于可编程增益升高有效步骤544或可编程增益降低有效步骤550，子程序均根据高的或低的设置值设置可编程增益锁存器端子552。然后setboost子程序返回至程序调用处。
在本优选的实施方式中，可编程增益最低值要小于可编程增益最高值。熟练的技术人员知道所述的流程图将不要采在这种情况下和可编程增益的高值进行比较，因为这个测试所得的TA值总是要小于可编程增益最高值。然而，在另一个可替换的实施方式中，可编程增益的最高值要小于可编程增益的最低值。这个设置使得在变换设置时引起滞后现象。这在显示电路的数据读出中对于防止不希望的跳跃是有用的。
模式设置子程序560将模拟数字转换器模式设置为高分辨率模式或低分辨率模式。此子程序包括一TA值和高分辨率模式极限值的比较562。如TA值大于高分辨率模式的极限值，此程序将高分辨率标志位设置为高或逻辑真564。否则，程序将高分辨率位设置为低或假566。设置完高分辨率标志位后，程序返回至程序调用处。
tafind子程序570采用TA值来确定所要求的校正，从而消除电阻测量电路的信号输出中任何干扰特征。在本优选的实施方式中，有源校正检测TA值，检测TA设置中的变化。就分压器来说，电阻变化可测量的程序电压范围的减小与TA缓冲区内电压值的增加有直接的关系。当TA值大于或超过了优选的范围为5K至12.5K欧姆的TA电阻时，代表活体电阻变化的信号的幅度相应地不希望地减小。tafind子程序克服了这个问题，通过确定可变电阻电路的调整值而补偿这些变化，即采用查表相应地调整放大电路的反馈而补偿TA电压的变化并进行被测信号的校正。tafind子程序570包括设置步骤572，该步骤确定分压器类型或电阻桥类型电阻测量电路的正确的查找表。下一步，高分辨率模式的检验步骤574对设备处于高分辨率还是低分辨率模式进行检查。如处于高分辨率模式，则将高分辨率模式的查找表部分置于内存中(步骤576)。下一步，在准备步骤578，MCU将TA值和查表值装入内存。在TA检查步骤580，对照TA的索引值测试TA的值。表值按最低或最高顺序由MCU读入。如果TA值小于索引值，下一步输入TA索引值582，程序返回至测试步骤580。否则，相应的数字电位计的值将输入查找表(步骤584)。然后数字电位计设置改变步骤586输入所需值从而改变数字电位计的电阻。然后子程序返回至程序调用处。
dpset子程序590对MCU进行设置从而调整数字电位器。子程序590包括寄存器输入步骤592，新位置计算步骤594和检查步骤596，以确认新值高还是低了。如值变高，执行方向标志设置步骤598，使之上调，否则执行方向标志设置步骤600，使之下调。下一步，输入值，开始数字电位计的校正602。然后子程序返回至程序调用处。
clkdp子程序610响应从TA电位器中测得的电压值对数字电位器进行校正。此子程序包括一方向位检查步骤612。如此位为高，数字电位计被指示向上计数614。如此位为低，数字电位计被指示向下计数616。下一步进行无变化检查618。如变化为零，此子程序返回至程序调用处。否则，数字电位计进行初始化620，开始改变可变电阻。在方向检查步骤，数字电位计被指示在所确定的方向上增加一个单位。采用优选的数字电位计，增量变化为100欧姆。下一步调用延时子程序624，使得数字电位计接收和处理信号。然后计数器减少并被检查626。计数器大于零，程序返回至指示步骤622，将数字电位计再推进一单位。计数器为零时，程序终止，返回至程序调用步骤。
从上面的公开内容可知，本发明可用来有源地校正放大器以消除任何已知的预定干扰特征。一旦特征被确定并且此特征符合可测的内部信号的变化，这就可实现。微处理器包括一存储在内存中的增益补偿因子的“查找表”，它是通过测量整个输入电阻上的每个所选点的所给定的电阻变化幅度，凭经验得到的。根据这些补偿因子，可以计算所需增益和相应的反馈电阻，由此建立了低电势(76)与可变电阻42的增益电阻的表。
在操作中，设备通过调整微调控制60(图3)、升压变换电路48(图4B)和灵敏度控制(图中未示)进行初始化，使得低电势76(图3)和5K欧姆仪表检测电阻相平衡。这样活体和电阻测量电路的外部端64和66相连。为了使电路依据活体的总电阻达到平衡，调节手动调节设备78直到低电势76和活体的总电阻达到平衡。在改变低电势76使之和活体总电阻达到平衡的过程中，反馈电路52(图2和4C)对控制电路54提供了低电势76的变化。通常处于休眠模式的控制电路54，当数字电路28发出信号时为手动控制设备78的运动所唤醒。控制电路54监控手动控制设备78的运动，直到调整完成。调整完成后，控制电路54采用查找表确定增益调整值，向补偿器电路56发出信号而调整放大电路的增益。增益经过调整，消除了响应低压势能76增高而产生的灵敏度降低这一干扰特征。增益自动调节，使得灵敏度保持一恒定的值，而不依赖于低电势76的变化。
在校正电路的另一可替换的实施方式中，放大电路(未示)中包含一电压控制运算放大器。在此实施方式中，低电势76和放大器的控制电压输入相连。放大器可以以负的输入和输出端串联置于与电压跟随器的端子130(图4A)相对应的输出端处。正输入端将和一恒定高压源相连。此运算放大器与低电势的变化成比例地对放大器增益进行校正。适合此目的的运算放大器是亚利桑那州Burr Brown of Tucson生产的VCA610型号。
在校正电路的第二个可替换的实施方式中，手动调节设备78可包含一常规的双联电位计，其中可将第二电阻非线性增大调节至和可变电阻器82电阻值(图3)反比的电阻。第二电位计将在参考电压(图4C)和第二运算放大电路(图4C)的负端输入端之间连接。
本发明的另一实施方式是在外壳的内表面包含一无线电频率隔离油漆涂层，该实施方式中，无线电频率干扰可以进一步减少。适合此目的油漆由IL，Port Byron的Sandstrom Procclucts公司制造，以Sanpro A405型号出售，这种油漆亦被称作镀银EMI/RFI防护涂层油漆。
虽然本发明是基于最实用和优选实施方式方面的考虑进行说明的，应认识到本发明并不仅仅局限于这些公开的实施方式，相反，其意在覆盖本发明主旨内的各种修改和同等的设置，这将在所附的权利要求书中陈述，其范围与最广泛的说明相一致，以致包括了所有的这些改进和同等的设置。
权利要求
1.用于显示活体电阻变化的设备包括具有外部端子的电阻测试电路；与电阻测试电路相连的放大电路；与所述放大电路相连的显示电路；与所述放大电路、所述显示电路相连的灵敏度调节电路，并且能够对于所述电阻测试电路中的高可变电阻设置自动增大所述显示电路灵敏度。
2.权利要求1中的显示活体电阻变化的设备包括对于所述电阻测试电路中的低可变电阻设置自动调节所述显示电路灵敏度的方式。
3.权利要求1中的显示活体电阻变化的设备，其中所述用于自动增大灵敏度的装置包括一控制电路。
4.权利要求1中的显示活体电阻变化的设备，其中所述用于自动增大灵敏度的装置包括一双联电位器。
5.权利要求1中的显示活体电阻变化的设备，其中所述用于自动增大灵敏度的装置包括一电压控制运算放大器。
6.用于显示活体电阻变化的设备包括具有外部端子的电阻测试电路；与电阻测试电路相连的放大电路；与所述放大电路相连的显示电路；所述放大电路包含一个校正电路，该校正电路工作以自动调节所述放大器的增益。
7.权利要求6的显示活体电阻变化的设备，其中所述校正电路包括与所述电阻测试电路相连，接收代表测试输入的信号的反馈电路；与所述反馈电路相连，采用所述的测试输入信号来确定补偿值的控制电路；对所述控制电路作出反应，通过所述补偿值来调整所述放大电路增益，保持通常恒定幅度响应的补偿电路。
8.权利要求7的测试和显示活体电阻变化的设备，其中所述反馈电路接收代表活体整个电阻的信号。
9.权利要求8的测试和显示活体电阻变化的设备，其中所述控制电路响应所述反馈电路，确定相应于放大电路增益变化的补偿信号。
10.权利要求9的测试和显示活体电阻变化的设备，其中所述补偿电路接收所述补偿信号，调整所述放大电路，从而保持通常恒定的幅度响应。
11.用在显示活体电阻变化的设备中的反馈和控制电路，所述的反馈和控制电路包括和所述设备相连的反馈电路监控已知状态；和所述反馈电路相连，以接收代表所述已知状态的信号，并从中得出一合适的校正响应的控制电路；和所述控制电路相连，以对所述已知状态进行调节的补偿电路。
12.权利要求11的反馈和控制电路包括由所述控制电路执行的软件程序，所述程序包括从所述反馈电路中读入所述已知状态的信号的方法；采用代表所述已知状态的信号来预测和确定对干扰特征的响应的方法；产生对所述干扰特征的响应的方法；以及调整所述补偿电路从而消除所述干扰特征的方法。
13.权利要求12的反馈和控制电路，其中所述预测和确定方法包括一休眠模式。
14.权利要求12的反馈和控制电路，其中所述预测和确定方法包括检测所述已知状态的稳定性。
15.权利要求12的反馈和控制电路，其中所述控制电路包括一模拟数字转换器；所述预测和确定方法包括读入所述模拟数字转换器产生的数据。
16.显示活体电阻变化的设备包括电阻测试电路；放大电路；显示电路；多个手动控制设备；所述电阻测试电路所包含的电感；所述放大电路及与其相连的所述多个手动控制设备；因此减小了经由所述手动控制设备传导的无线电干扰。
17.显示活体电阻变化的设备包括电阻测试电路；放大电路；显示电路；环绕所述电阻测试电路、所述放大电路和所述显示电路的外壳；覆盖所述外壳而隔离无线电频率的油漆。
18.在含有电阻测试电路、放大电路和显示电路的活体电阻变化测试设备中，对给定的测试输入保持一通常恒定的幅度响应的方法包括以下步骤初始化所述电阻测试电路和所述放大电路；将活体和所述电阻测试电路相连；确定活体总电阻；根据预定的比率调整所述放大电路的增益，从而对被测的电阻变化产生一通常恒定的幅度响应。
全文摘要
一个活体电阻变化测试系统包括一个电阻测试电路(20)、放大电路(30)和显示电路(24),其中放大电路(30)包括校正电路(50),对于给定的测试输入它给出通常恒定的幅度响应。
文档编号H04H1/00GK1190339SQ97190467
公开日1998年8月12日 申请日期1997年3月24日 优先权日1996年5月9日
发明者拉斐特·罗纳德·哈伯德, 约翰·麦考密克, 詹姆斯·斯塔夫罗波勒斯, 理查德·斯廷尼特 申请人:天灵技术公司