专利名称：一种线性化及数字显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量和显示技术领域。
非电量的数字化测量最重要的问题是线性化。由于许多传感器的非线性造成传感器不能应用或显示困难，所以长期以来人们在线性化方面作了大量的工作，获得了多种线性化的方法。目前使用最多的是分段线性化。这种方法是由线性化网络和若干折线电路构成的折点函数发生器，采用折线逼近法，折线数目越多，测量精度就越高。但是这种方法采用非线性元件容易造成工作不稳定。折线段的增加造成仪器结构的复杂。目前我国生产的DY型数字温度计采用折线进行线性化，但它所需要5～7个折线段，增加了近10个运算放大器和大量的二极管，使得线路复杂、体积大、性能低、技术落后。
本实用新型克服了折线逼近法线路复杂、技术落后、通用性差等缺点，设计一种结构简单、通用性强、调试方便，采用大规模集成电路的线性化及数字显示装置。
这种线性化及数字显示装置主要技术特征是大规模集成电路A／D转换器的输出控制可变增益放大器增益和模拟电压发生器产生的模拟电压。
本装置的线性化是由若干条折线段近似模拟一条曲线，每段折线可以由下式表达Y＝aix＋bix可变增益放大器的输入电压Y加法器的输出电压ai在折线i段可变增益放大器增益
bi在折线i段产生的模拟电压(i＞1)从上式可以看出在不同的折线段转换不同的电压增益ai和不同的模拟电压bi并进行相应的加法运算，就可以模拟一条曲线。
图1是一种线性化及数字显示装置的方框图。
图2是一种线性化及数字显示装置的电路原理图。
本实用新型是这样实现的如图1所示。输入信号经放大器〔1〕放大一定倍数后送可变增益放大器〔2〕放大ai倍和模拟电压发生器〔3〕产生的模拟电压bi在加法器〔4〕中相加完成aix＋bi的运算。运算结果送大规模集成电路A／D转换器〔5〕转换成数字量。转换成的数字量一路经数字逻辑控制器〔7〕译码后控制可变增益放大器在不同折线段的增益和模拟电压发生器在不同的折线段产生的模拟电压；另一路送到显示器〔6〕进行显示。
本实用新型实施情况参考图2说明如下输入的信号经放大器Ai放大后送到由电阻R5、R6、Rf1、Rf2……Rf1、开关K1、K2……Ki、运算放大器A2组成的可变增益放大器，放大一定倍数后，送由运算放大器A4和电阻R7、R8、R9、R10组成的加法器和模拟电压相加后，送大规模集成电路A／D转换器进行A／D转换。A／D转换器的输出一路送到显示器〔6〕显示，另一路经逻辑电路组成的数字逻辑控制器译码控制可变增益放大器的增益，控制模拟电压发生器产生的模拟电压。当输入信号小于第一个折点电压时，大规模集成电路A／D转换器输出经数字逻辑控制器译码控制开关K1、Ka1并分别由K1、Ka1接通Rf1和Ra1。由于Rf1和Ra1的接通，变增益放大器的增益为a1倍。不平衡电桥产生了不平衡电压经差动放大器放大后为b1，此电压和可变增益放大器的输出电压在加法器中相加后送A／D转换器转换成数字量进行显示。当输入信号增大到第一个转折点电压时，A／D转换器的输出又经数字逻辑控制器译码控制开关K2、Ka2，由开关K2、Ka2接通Rf2和Ra2，使可变增益放大器增益由a1转换成a2，使模拟电压发生器产生的电压也由b1转换成b2。二电压在加法器中相加后送A／D转换器转换成数字量进行显示和控制。以此类推，随着输入信号的增加或减小，开关在A／D转换器的控制下相应地转换可变增益放大器的反馈电阻Rf1和不平衡电桥的电阻Ra1，完成输入信号在整个工作区域的非线性转换和显示。大规模集成电路A／D转换器〔5〕是三位半大规模CNOS集成电路A／D转换器。数字逻辑控制器〔7〕是根据所选用的A／D转换器的不同芯片和选用折线段段数、折点等参数而设计成的逻辑线路。例如采用ICL7107芯片，数字逻辑控制器就由字段／BCD译码器，二－十进制译码器以及门电路组成。采用5G14433芯片，数字逻辑控制器就由锁存器，二－十进制译码器以及门电路组成。
综上所述，本装置线性化和A／D转换器是不可分的整体，可以采用增加折线段的方法提高精度和线性度。每增加一个折线段只增加了几个模拟开关，几个电阻和少量的逻辑电路。因此，本装置的可靠性、精度都有提高，而成本却有所下降。本装置的线性化是通过改变电阻网络的电阻值而实现的。改变了电阻值就改变了线性化曲线。本装置可以方便地应用到温度、压力、流量和其它一些非线性的测量和显示方面。
权利要求1.一种线性化及数字显示装置主要包括放大器[1]、可变增益放大器[2]、模拟电压发生器[3]、加法器[4]、大规模集成电路A/D转换器[5]、显示器[6]、数字逻辑控制器[7]，其主要技术特征是大规模集成电路A/D转换器[5]的输出和数字逻辑控制器[7]连接，数字逻辑控制器[7]的输出和控制可变增益放大器[2]增益的开关控制端连接，数字逻辑控制器[7]输出端还和模拟电压发生器[3]中控制产生不平衡电压的桥路开关控制端连接。
2.根据权利要求1所述线性化及数字显示装置，其特征在于可变增益放大器有若干个控制开关，所述每个控制开关的一端分别和运算放大器的反馈电阻网络的若干个电阻连接，每个控制开关的另一端并联后和运算放大器的输出连接，每个控制开关的控制端分别和数字逻辑控制器的输出连接。
3.根据权利要求1所述线性化及数字显示装置，其特征在于模拟电压发生器有若干个控制开关，所述每个控制开关的一端分别和不平衡电桥的若干个桥路电阻连接，每个控制开关的另一端并联后和桥路的电源端连接，每个控制开关的控制端分别和数字逻辑控制器的输出连接。
专利摘要一种采用分段线性化方法，使用大规模集成电路A/O转换器构成线性化及数字显示装置。其特点是线性化是由大规模集成电路A/O转换器的输出控制可变增益放大器的增益和模拟电压发生器产生的模拟电压。在A/O转换时完成线性化。本装置结构简单，校正精度高，调试方便。可以和各种模拟量输出的传感器配接，作为线性化及显示装置。适用于温度、压力、流量等测量和显示。
文档编号G01D13/00GK2060875SQ8922162
公开日1990年8月22日 申请日期1989年12月28日 优先权日1989年12月28日
发明者吴建国 申请人:吴建国