专利名称：全集成电路双积分型开方比例积算器的制作方法
技术领域：
1.本实用新型是一种新型的开方比例积算器，它适用于对电流、电压进行开平方，比例及其它单变量函数形式的积算。
2.现有技术水平我国现行普遍采用的开方积算器是DDZ－Ⅱ型或Ⅲ型仪表是七十年代设计的用分立晶体管元件及模拟集成电路的产品，这就存在着一些不可克服的缺点，比如电路设计比较复杂，存在着由于电容器放电时间引起的误差精度较低、元件失效率较高、调试维修困难，所用元器件多、成本较高等。
本装置采用了数字集成电路、克服了现有产品的一些缺点，和现在生产使用的同类仪表相比，有以下几条优点1.可靠性高，因全部采用了集成电路无分立晶体三极管且主要是数字集成电路可以使整机可靠性大为提高。
2.所用元件少和同类仪表相比元器件用量减少了70％左右，DDZ－Ⅱ型Ⅲ型表元器件用量150只左右。本装置所用50只左右。
3.体积小重量轻耗电省，同DDZ－Ⅱ型表相比体积可以减小2／3以上重量能减轻3／4以上耗电量减少了3／4，每台年可节电100度以上。
4.提高了整机精度由于采用了8位数字电路，分辨率是0.4％理论上没有积算误差整机精度能超过DDZ－Ⅱ型及Ⅲ型表。
5.生产调试简单适合流水线大批量生产，能使组装工作量减少80％，调试工作量减少90％以上(几乎不用调试)。
6.所用元器件通用性强、互换性好、维修方便。
7.还可以进行其他函数形式的积算，如指数函数，对数函数，三角函数及其他单变量函数的积算，这是模拟电路不能实现的。而且还可以很方便的进行各种函数形式之间的转换。
8.可以降低成本，本人在业余条件下制造一台所用元器件的成本约160元，现在购买一台DDZ－Ⅱ型表约800－900元。
9.有扩展功能，本装置再加上一部分时序逻辑控制电路就可以用一套A／D转换器，一套存贮器同时进行最多8路的开方比例积算或其他函数形式的积算。
10.加上接口电路就可以和现在普遍应用的8位微机接口。
附图简介
图1是现有的DDZ－Ⅱ型表的方框图。
图2是现有的DDZ－Ⅲ型表的方框图。
图3是本装置的方框图。
图4是本装置的详细电路图。
图5是用于4－20mA输入电路图。
具体说明参见图4一、开平方部分本装置的开平方电路完全舍弃了以往所用的模拟电信号转换的开平方电路，而是应用只读存贮器ROM每一地址所存贮的数据来完成对8位二进制数字的开平方任务。
输入的0～10mA或4～20mA的直流电流信号通过电阻 R1(4－20mA输入见图5)变成0～5.00V的直流电压信号进入A／D转换器A1的一个输入端26脚，A1的8位数字端就输出对应于输入电压的8位二进制数字信号。A1有8个输入端U0～U7现在只用了其中的一个U0端。这就需要把A1的输入选择译码端 ADDA(25脚)ADDB(24脚)ADDC(23脚)全部接地选中U0端(26脚)作为通路。A1需要一个约为500kHz的A／D转换时钟脉冲，这个脉冲由六反相器A11的其中两个A11－1、A11－2组成的振荡器提供，A1需要的转换启动信号由另一脉冲发生器A11－3、A11－4提供。
A1输出的8位数字信号进入A2的低8位地址线，A2的8位数据线就输出对应的开平方以后的8位数字信号(开平方的程序预先存入A2中)。A2输出的数字信号再进入D／A转换器A3，A3配合一个运算放大器A4，就把A2输出的8位数字信号变成了对应的模拟电压信号，这就完成了对输入电流信号的开平方任务。
二、比例积算部分本装置采用的比例积算电路是一种双积分电路，克服了单积分电路由于电容器放电时间引起的积算误差。
D／A转换器A3输出的电压信号(由运放A4输出)通过电压跟随器A5后进入由运放A6及外围元件组成的积分电路进行积分。运放A3接成电压跟随器电路是为了减小输出阻抗，同时起隔离作用以消除积分电路对前级D／A转换电路的影响，积分电路的时间常数由R(R2＋W)及C2的乘积决定积分速率正比于A5的输出电压，设某一时间内A5的输出电压极性为负(A5的输出电压极性由D／A转换器A3的第8脚参考电压极性决定8脚的电压极性为正则A5的输出为负反之则为正)那么A6就以正比于输入电压的速率进行正向积分，输出电压随着积分时间的增加而逐渐升高当升到A7的上阀值翻转点时(VH≈1.7V)，A7翻转在向后级分频器A9输出一个计数脉冲的同时，输出一个信号给A8通过A8控制A3的第8脚参考电压极性变化，但A3第8脚电压绝对值相等。从而A4、A5输出电压的极性也变化(如果此时输入到A1的电流值不变，那么A5输出的电压绝对值也不变只是输出电压极性发生变化)当A5输出的电压极性变化以后，A6就在此基础上也以正比于输入电压的速率进行负向积分，当A6输出电压下降到A7的下阀值翻转点(VL≈－1.7V)时A7再次翻转完成了一个双向积分过程(无论A6是在正向积分还是在负向积分的过程中输入信号的变化都控制积分速率的变化所以不存在积分电容放电所需时间引起的积算误差)A7在下阀值翻转点翻转时A9不计数，A9是脉冲下降沿计数。这样A7输出的计数脉冲由A9分频以后(64～512分频)输出到A10推动电磁计数器计数。采用分频器是为了去掉一个大电容器，以减小体积及重量有利于集成化。
图中A7和A10是555时基电路。A7接成了斯密特触发器上翻转点为2／3Vcc≈1.7V，下翻转点为1／3Vcc≈－1.7V翻转后输出相对应的高低电平，由3脚及7脚输出。A10接成了一个延时电路大约有20ms的延时以推动电磁计数器计数。A8(4051)是8通道多路传输器它相当于一个单刀8掷开关现在用的是其中的两路用第0＃、第1＃端作为输入端，公共输入／输出端作输出，选通哪一路由9、10、11三个脚编码决定，9、10、11全部为““0”时选中0＃通道，9、10为“0”，11为“1”选中1＃通道，现在0＃通道接一负电压(由R5、R6分压得到)1＃通道接一正电压(由R7、R6分压得到)这正负电压在不同的时间进入A3的第8脚从而实现了双积分(三角波积分)A9是二进制计数／分频器它可以进行21～212次分频现用的是26～29次分频用小开关K2和K5控制，用来调整积算速度。图中W是一多圈电位器用于调整积分时间常数实际上就是调整积算速度，通过W和K2～K5的配合可以使在输入满量程时的积算速度在400～12000字／小时之间任意选择。
三、时序控制、显示器及译码电路A1进行A／D转换时需要的约为500KHZ的方波脉冲由A11－1、A11－2及外围元件组成的方波发生器提供。
A11－3、A11－4及外围元件组成了一个频率为几十HZ的低频方波发生器用于时序及锁存脉冲控制它的振荡频率就是D／A转换器的采样频率(A／D转换器属于连续采样)A2在每一个时钟周期内接收一个地址信号要输出两种不同的数字信号(在不同的时冲电平控制下)一种数字信号是标准的二进制信号供给D／A转换电路形成积分电路所需的控制电压，另一种是BCD代码供给译码器以推动 LED进行瞬时流量的数字显示，这两种数字信号的输出是根据A2第9位地址线接不同的电平信号而产生的，也就是说这两种数字信号有贮在ROM内不同的地址中随着选中地址的不同输出的信号也不同，现在要求这两种信号只能一路进入D／A转换器另一路进入译码器不能混淆及相互干扰这个时序靠A11－3及A11－4产生的低频方波控制。当脉冲信号为“0”时A2的数据线输出的是译码器所需的BCD代码，这时译码器A12、A13(4511)导通译码后推动 LED显示瞬时流量的百分比，(当然也可以把所要积算的流量系数直接存入A2中，以直接显示瞬时流量)。同时A3的19脚(选通／锁存控制端)也为“0”A3对A2的输出封锁BCD代码不进入D／A转换器，当脉冲信号为“1”时A2的第9位地址线为“1”选通了A2的另一地址。A2输出的是对输入A2的数字信号开平方后的二进制数据信号，这时A3导通数字信号进入D／A转换器形成积分电路所需的电压，这时A12、A13的第5脚(选通／锁存控制端)为“1”A12A13对A2输出的信号封锁，数字信号不进入译码器LED显示的是A12、A13锁存以前留下的数据。
其时序控制工作过程概括起来就是时冲为“0”(低电平)A2输出BCD代码A3锁存A12、A13导通。时冲为“1”(高电平)A2输出二进制数据A3导通A12、A13锁存。A2的第9位地址线串接了2个反相器是为了使A2的地址变化相对于A3、A12、A13的选通／锁存控制有一个微小的延时(几百毫微秒左右)以便使A3、A12、A13锁存在A2的地址变化之前。
LED显示器是两个七段显示的共阴极数码管，由两个译码电路(4511)推动，低位显示的译码器的输入端接A2的低4位数据线(D0～D3)高位显示的译码器输入端接A2的高4位数据线 (D4～D7)上如果全量程显示是0～99就是瞬时流量的百分比显示当然也可以把流量系数预先存入A2中，以从显示器中直接读取瞬时流量值。
四、对EPROM的编程在本装置中对输入信号的开平方工作是由EPROM实现的，首先要对EPROM进行编程，把开平方变换数据事先存入其中，编程可以在单板机上进行，也可以手动编程，这在单板机使用手册及无线电杂志上均有介绍，数据计算工作可以在计算机上进行，这能减轻很大的计算工作量。
设输入地址信号为A，输出数据信号为B，输出显示用的BCD代码为C、A的取值范围是0～255，B的取值范围也是0～255C的取值范围是0～99，其开平方的数值计算程序是10FORA＝1TO255(对A确定取值范围)20B＝SQR(A／2.56)＊25.6\1＊.1(对B值保留小数点1位)30C＝B／2.56(确定C值范围)40IMRGE4A，4D，3A，3D。D，7A，2D.D，5A(确定打印格式)50PRINTUSING40；“………”，A，“＝”，B，“………”，C，“………”、(确定打印内容)60NEXTA70END(结束)(此程序在Hp85型计算机上使用)如果用于其他函数形式的积算，设输入信号为A，输出信号为B，需要显示的信号为C，则B＝f(A)C＝B／KK为常数。
本装置中的EPROM(2716)只利用了其存贮空间的 1/4 (000～1FF)还有 3/4 的空间可以用于其他三种函数形式的积算。
在计算机上得到计算结果后，要把A、B值分别变成16进制数以后再用单板机进行编程(用单板机编程时C值不变，取前两位)A值是A2的低8位地址，B值存在A2的100～1FF地址中，C值存在000～0FF地址中
5.电源部分220V50Hz交流电源通过一变压器变成2×6V的交流电压(变压器图4中未画出)。通过一3A50V的整流桥整流，通过C10C11组成的滤波电路，变成约±8V的直流电再经过7805正稳压集成电路及7905负稳压集成电路变成正负各5V的直流电源＋5V给A1A2A3A11A12A13、＋5V和－5V串在一起变成10V直流电源供给A4A5A6A7A8A9A10。本装置总消耗电源＜4W。图中C12C13是为了滤掉稳压后的残余交流分量。
6.图中其他元件的说明图中D1是为了防止过高电压进入A／D转换而设置的，K1K＊1及R＊1R＊2是为用于除了开平方以外进行其他函数形式积算而设置的。对K1K＊1进行不同的组合可以得到22＝4种不同形式的函数积算。如果只用于一种形式的积算，可以将K1K＊1R＊1R＊2去掉不用而将A2的22脚的19脚同时接地。J1是876型电磁计数器工作电压为12V，但是在10V电压条件下完全可以正常工作。D2是防止计数器失电释放时产生的反峰电压损坏集成电路A10。
R16R17是LED的限流电阻，改变它们的阻值可以调整LED发光强度。
权利要求1.一种由A/D、D/A变换器、存贮器、运算放大器、振荡器等集成电路构成的开方比例积算器，其特征以及电路连接的具体方式为检测信号由A/D变换器A1输入，A1输出数据线与EPROM存贮器A2地址线相连，A2数据线接D/A变换器A3输入端，A3输出模拟信号经运算放大器A4、A5作用，接至由运放A6构成的积分电路，积分电路电压输出接施密特电路A7输入端，A7输出一方面通过模拟开关A8，控制D/A变换器A3的基准电压输入端，方面又经分频电路A9，延时电路A10，由电磁计数器J进行计数。
2.权利要求1中提到的开方比例积算器，其特征在于开方运算电路是由A／D变换器A1、EPROM存贮器A2、D／A变换器A3构成，其具体电路连接方式为模拟电流输入信号经电阻R1变为电压信号，该信号接入A／D变换器A1，A1输出接EPROM存贮器A2地址线，A2相应地址中所存内容与该地址的平方根成比例关系，A2数据线输出接D／A变换器A3数据输入，经过A3重新变为模拟量输出。
3.权利要求1中提到的开方比例积算器，其特征在于积分电路采用双向积分，其电路连接方式为D／A变换器A3输出的模拟信号，经运放A4、A5输入到积分电路进行积分，积分电路电压输出接施密特触发器A7输入端，触发器输出一路供分频电路A9分频、计数，一路接模拟开关A8控制端，通过A8开关选择使D／A变换器A3的基准电压输入端分别接正电位或负电位。
4.权利要求1中提到的开方比例积算器，其特征在于EPROM A2数据线与D／A变换器A3及锁存译码器A12、A13相连，振荡器输出分别接A2的一条地址线及A3、A12、A13的输入信号锁存端，在锁存译码器A12、A13的输出端，接有两个七段数码管进行数据显示。
5.权利要求1中提到的开方比例积算器，其特征在于施密特电路A7的输出，接入串行计数器A9进行分频，并由选择开关K2、K3、K4、K5选择A9的一路分频信号输出，该信号经延时电路A10，驱动电磁计数器J计数。
6.权利要求1中提到的开方比例积算器，其特征在于EPROM A2的两条地址线分别通过电阻R＊1、R＊2接地、通过开关K1、K＊1接正电位，由开关K1、K＊1选择实现其至四种函数运算，具体函数形式由EPROM相应地址所存内容决定。
专利摘要本实用新型全集成电路双积分型开方比例积算器是采用数字集成电路的双积分型开方比例积算器。有一个可擦可编只读存储器(EPROM)用于8位二进制数字的开平方计算用，有一个D/A转换器和运算放大器配合的双积分型数字/频率转换器(VFC)。它可以配合管道内节流元件及差压变送器、流量变送器等用于管道内流体的计量。
文档编号G06G7/00GK2042613SQ8721394
公开日1989年8月9日 申请日期1987年10月6日 优先权日1987年10月6日
发明者郭欣 申请人:郭欣