专利名称：精确数字调节变阻器电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动化、电气控制和电子设计领域，具体涉及一种精确数字调节变阻器电路。
背景技术：
变阻器作为可调节电阻，在当前的自动化、电气控制和电子设计领域具有非常重要的作用。通常变阻器可以分为滑动变阻器、电阻箱和电位器。滑动变阻器由电阻丝绕成线圈，通过滑动滑片来改变串接入电路的电阻丝长度，从而改变阻值。滑动变阻器因为有动触头部分，存在机械摩擦和接触电阻，这就导致滑动电阻器不能应用于频繁改变电阻和需要精确知道接入电阻阻值的场合。电阻箱是一种可以调节电阻大小并且能够显示出电阻阻值的变阻器，它与滑动变阻器比较，滑动变阻器不能表示出接入电路的电阻阻值，但它可以连续改变接入电路中的电阻。电阻箱能表示出连入电路中的电阻阻值大小，但阻值变化是不连续的，并且与滑动变阻器同样存在动触头部分。电位器通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电阻。电位器类似于滑动变阻器，也存在同样的触头，并且无法知道接入电路的电阻值的大小。
在当前的自动化、电气控制器和电子设计领域，人们常常需要精确可调电阻，然而当前变阻器存在几个致命的缺点:1)存在动触头，很难适应需要频繁调节电阻的场合，使用寿命有限；2)无法获得连续可变的电阻值；3)都需要手动调节，很难适应于自动电阻调节的场合；4)无法精确控制接入电路的电阻值；5)必须对于某种类型的电阻，对于很多其他类型的电阻无法实现连续调节。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种精确数字调节变阻器电路。本实用新型一种精确数字调节变阻器电路，包括待调电阻r、功率开关器Q、光隔单元、单片机控制单元、电源输入单元、四位数码显示单元、键盘输入单元和串口输入单元;所述的待调电阻r的一端与功率开关器Q的d极连接并接输出端口，另一端与功率开关器Q的s极连接并接输出端口，光隔单元向功率开关器Q件送入触发信号；单片机控制单元向光隔单元送入PWM信号；单片机控制单元向五位数码显示单元送入显示信号；键盘输入单元向单片机控制单元送入输入信号；串口输入单元向单片机控制单元送入输入信号；电源输入单元向单片机控制单元送入电源；所述的单片机控制单元包括单片机U1、开关S、第一电阻R1、第一匹配电容Cl、第二匹配电容C2、第三匹配电容C3和晶振Xl ；所述的单片机Ul的9脚与第三匹配电容C3的一端、开关S的一端和第一电阻Rl的一端连接，第三匹配电容C3的另一端与开关S的另一端连接并接VCC，第一电阻Rl的另一端接地；单片机Ul的20脚接地，18脚与晶振Xl的一端、第二匹配电容C2的一端连接，19脚与晶振Xl的另一端、第一匹配电容Cl的一端连接,第一匹配电容Cl的另一端与第二匹配电容C2的另一端连接并接地；单片机Ul的40脚接VCC ;所述的单片机Ul型号为AT89C51 ；所述的键盘输入单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3 ；所述的第十四电阻R14的一端与单片机Ul的32脚、第三开关K3的一端连接，第十五电阻R15的一端与单片机Ul的33脚、第二开关K2的一端连接,第十六电阻R16的一端与单片机Ul的34脚、第一开关Kl的一端连接，第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16的另一端接VCC，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的另一端接地；所述的四位数码显示单元包括LED数码显示管U2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4 ；所述的第二电阻R2的一端与单片机Ul的39脚连接，第二电阻R2的另一端与第一晶体管Ql的基极连接，第一晶体管Ql的集电极与LED数码显示管U2的SI脚连接，第三电阻R3的一端与单片机Ul的38脚连接，第三电阻R3的另一端与第二晶体管Q2的基极连接，第二晶体管Q2的集电极与LED数码显示管U2的S2脚连接，第四电阻R4的一端与单片机Ul的37脚连接，第四电阻R4的另一端与第三晶体管Q3的基极连接，第三晶体管Q3的集电极与LED数码显示管U2的S3脚连接，第五电阻R5的一端与单片机Ul的36脚连接，第五电阻R5的另一端与第四晶体管Q4的基极连接，第四晶体管Q4的集电极与LED数码显示管U2的S4脚连接，第一晶体 管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的发射极接VCC ；LED数码显示管U2的的a、b、C、d、e、f、g和DP脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端、第十电阻RlO的一端、第^ 电阻Rll的一端、第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端对应连接；第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端、第十电阻RlO的另一端、第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的另一端和第十三电阻R13的另一端分别与单片机Ul的1、2、3、4、5、6、7、8脚——对应连接；单片机Ul的21、22、23、24、25、26、27、28脚与单片机Ul的1、2、3、4、5、6、7、8脚——对应连接；所述的光隔单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四匹配电容C9、负载电容CL和光电耦合元件U4 ； 所述的光电耦合元件U4的I脚与4脚连接，2脚与第十四电阻R14的一端连接，3脚接地，5脚与第四匹配电容C9的一端连接并接地，6脚与第十五电阻R15的一端、负载电容CL的一端并与功率开关器Q的g极连接，7脚、8脚与第四匹配电容C9的另一端、第十五电阻R15的另一端连接并接VCC，第十四电阻R14的另一端与单片机Ul的35脚连接，负载电容CL的另一端与功率开关器Q的s极连接并接地；所述的串口输入单元包括第一极性电容C4、第二极性电容C5、第三极性电容C6、第四极性电容C7、第五极性电容C8、电平转换芯片U3和串行接口 Jl ；所述的电平转换芯片U3的I脚与第一极性电容C4的正极连接，3脚与第一极性电容C4的负极连接，4脚与第二极性电容C5的正极连接，5脚与第二极性电容C5的负极连接，11脚与单片机Ul的11脚连接，7脚、8脚、9脚、10脚架空，12脚与单片机Ul的10脚连接，2脚与第三极性电容C6的正极连接，16脚与第三极性电容C6的负极、第五极性电容C8的正极连接并接+5V电源，6脚与第四极性电容C7的负极连接，13脚与串行接口 Jl的3脚连接，14脚与串行接口 Jl的2脚连接，15脚接地，第五极性电容C8的负极接地，第四极性电容C7的正极接地，串行接口 Jl的I脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚和11脚架空。本实实用新型相对现有技术具有以下优点:省去了变阻器的机械触头，可以提高变阻器使用的寿命，消除因为长期摩擦导致接触电阻的变化。另外该设计方法可以针对所有类型的电阻进行精确可调，完全克服了当前限定可调电阻类型的情况。因为本变阻器采用单片机脉宽调制的方法实现变阻器电阻的调节，因此该调节方法不但可以提高变阻器的使用寿命，同时提高接入电路电阻的精确可控性。键盘输入单元设定需要获得的电阻值，可以在0.00—100.0%之内获得精确到万分之一的精度。同时电阻的设定值可以通过串行口输入单元在线修改串入电路的电阻阻值，并通过四位数码显示单元显示当前接入电路的电阻阻值。
图1为本实用新型系统框图；图2为本实用新型单片机控制单元电路图3为本实用新型键盘输入单元电路图；图4为本实用新型四位数码显示单元电路图；图5为本实用新型光隔单元电路图；图6为本实用新型串口输入单元电路图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型如图1所示，本实用新型一种精确数字调节变阻器电路，包括待调电阻r、功率开关器Q、光隔单元、单片机控制单元、电源输入单元、四位数码显示单元、键盘输入单元和串口输入单元；所述的待调电阻r的一端与功率开关器Q的d极连接并接输出端口，另一端与功率开关器Q的s极连接并接输出端口，光隔单元向功率开关器Q送入触发信号；单片机控制单元向光隔单元送入PWM信号；单片机控制单元向五位数码显示单元送入显示信号；键盘输入单元向单片机控制单元送入输入信号；串口输入单元向单片机控制单元送入输入信号；电源输入单元向单片机控制单元送入电源；如图2所示，所述的单片机控制单元包括单片机U1、开关S、第一电阻R1、第一匹配电容Cl、第二匹配电容C2、第三匹配电容C3和晶振Xl ；所述的单片机Ul的9脚与第三匹配电容C3的一端、开关S的一端和第一电阻Rl的一端连接，第三匹配电容C3的另一端与开关S的另一端连接并接VCC，第一电阻Rl的另一端接地；单片机Ul的20脚接地，18脚与晶振Xl的一端、第二匹配电容C2的一端连接，19脚与晶振Xl的另一端、第一匹配电容Cl的一端连接,第一匹配电容Cl的另一端与第二匹配电容C2的另一端连接并接地；单片机Ul的40脚接VCC ;所述的单片机Ul型号为AT89C51 ；如图3所示，所述的键盘输入单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3 ；所述的第十四电阻R14的一端与单片机Ul的32脚、第三开关K3的一端连接，第十五电阻R15的一端与单片机Ul的33脚、第二开关K2的一端连接,第十六电阻R16的一端与单片机Ul的34脚、第一开关Kl的一端连接，第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16的另一端接VCC，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的另一端接地；如图4所示，所述的四位数码显示单元包括LED数码显示管U2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4 ；所述的第二电阻R2的一端与单片机Ul的39脚连接，第二电阻R2的另一端与第一晶体管Ql的基极连接，第一晶体管Ql的集电极与LED数码显示管U2的SI脚连接，第三电阻R3的一端与单片机Ul的38脚连接，第三电阻R3的另一端与第二晶体管Q2的基极连接，第二晶体管Q2的集电极与LED数码显示管U2的S2脚连接，第四电阻R4的一端与单片机Ul的37脚连接，第四电阻R4的另一端与第三晶体管Q3的基极连接，第三晶体管Q3的集电极与LED数码显示管U2的S3脚连接，第五电阻R5的一端与单片机Ul的36脚连接，第五电阻R5的另一端与第四晶体管Q4的基极连接，第四晶体管Q4的集电极与LED数码显示管U2的S4脚连接，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的发射极接VCC ；LED数码显示管U2的的a、b、C、d、e、f、g和DP脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端、第十电阻RlO的一端、第^ 电阻Rll的一端、第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端对应连接；第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端、第十电阻RlO的另一端、第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的另一端和第十三电阻R13的另一端分别与单片机Ul的1、2、3、`4、5、6、7、8脚——对应连接；单片机Ul的21、22、23、24、25、26、27、28脚与单片机Ul的1、2、3、4、5、6、7、8脚——对应连接；如图5所示，所述的光隔单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四匹配电容C9、负载电容CL和光电耦合元件U4 ； 所述的光电耦合元件U4的I脚与4脚连接，2脚与第十四电阻R14的一端连接，3脚接地，5脚与第四匹配电容C9的一端连接并接地，6脚与第十五电阻R15的一端、负载电容CL的一端并与功率开关器Q的g极连接,7脚、8脚与第四匹配电容C9的另一端、第十五电阻R15的另一端连接并接VCC，第十四电阻R14的另一端与单片机Ul的35脚连接，负载电容CL的另一端与功率开关器Q的s极连接并接地；如图6所示，所述的串口输入单元包括第一极性电容C4、第二极性电容C5、第三极性电容C6、第四极性电容C7、第五极性电容C8、电平转换芯片U3和串行接口 Jl ；所述的电平转换芯片U3的I脚与第一极性电容C4的正极连接，3脚与第一极性电容C4的负极连接，4脚与第二极性电容C5的正极连接，5脚与第二极性电容C5的负极连接，11脚与单片机Ul的11脚连接，7脚、8脚、9脚、10脚架空，12脚与单片机Ul的10脚连接，2脚与第三极性电容C6的正极连接，16脚与第三极性电容C6的负极、第五极性电容C8的正极连接并接+5V电源，6脚与第四极性电容C7的负极连接，13脚与串行接口 Jl的3脚连接，14脚与串行接口 Jl的2脚连接，15脚接地，第五极性电容C8的负极接地，第四极性电容C7的正极接地，串行接口 Jl的I脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚和11脚架空。本实用新型的操作方法为:根据所需电阻阻值的大小计算出PWM波形的占空比。通过图3中的键盘调节图4中数码显示管中数值以得到所需占空比，或者通过上位机软件输入所需占空比数值，并由图6中串口电路将信号传入单片机，单片机根据输入的占空比值执行相应算法输出PWM信号。PWM信号经过图5的光隔元件进行光电耦合，最终给图1中的功率开关元件MOSFET·管送出触发信号以实现对并入电路待调电阻阻值的控制。
权利要求1.精确数字调节变阻器电路，包括待调电阻r、功率开关器Q、光隔单元、单片机控制单元、电源输入单元、四位数码显示单元、键盘输入单元和串口输入单元； 其特征在于:所述的待调电阻r的一端与功率开关器Q的d极连接并接输出端口，另一端与功率开关器Q的s极连接并接输出端口，光隔单元向功率开关器Q件送入触发信号；单片机控制单元向光隔单元送入PWM信号；单片机控制单元向五位数码显示单元送入显示信号；键盘输入单元向单片机控制单元送入输入信号；串口输入单元向单片机控制单元送入输入信号；电源输入单元向单片机控制单元送入电源。
2.根据权利要求1所述的精确数字调节变阻器电路，其特征在于:所述的单片机控制单元包括单片机U1、开关S、第一电阻R1、第一匹配电容Cl、第二匹配电容C2、第三匹配电容C3和晶振Xl ； 所述的单片机Ul的9脚与第三匹配电容C3的一端、开关S的一端和第一电阻Rl的一端连接，第三匹配电容C3的另一端与开关S的另一端连接并接VCC，第一电阻Rl的另一端接地；单片机Ul的20脚接地，18脚与晶振Xl的一端、第二匹配电容C2的一端连接，19脚与晶振Xl的另一端、第一匹配电容Cl的一端连接,第一匹配电容Cl的另一端与第二匹配电容C2的另一端连接并接地；单片机Ul的40脚接VCC ;所述的单片机Ul型号为AT89C51。
3.根据权利要求1所述的精确数字调节变阻器电路，其特征在于:所述的键盘输入单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3 ; 所述的第十四电阻R14的一端与单片机Ul的32脚、第三开关K3的一端连接，第十五电阻R15 的一端与单片机Ul的33脚、第二开关K2的一端连接，第十六电阻R16的一端与单片机Ul的34脚、第一开关Kl的一端连接，第十四电阻R14、第十五电阻R15和第十六电阻R16的另一端接VCC，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的精确数字调节变阻器电路，其特征在于:所述的四位数码显示单元包括LED数码显示管U2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4 ； 所述的第二电阻R2的一端与单片机Ul的39脚连接，第二电阻R2的另一端与第一晶体管Ql的基极连接，第一晶体管Ql的集电极与LED数码显示管U2的SI脚连接，第三电阻R3的一端与单片机Ul的38脚连接，第三电阻R3的另一端与第二晶体管Q2的基极连接，第二晶体管Q2的集电极与LED数码显示管U2的S2脚连接，第四电阻R4的一端与单片机Ul的37脚连接，第四电阻R4的另一端与第三晶体管Q3的基极连接，第三晶体管Q3的集电极与LED数码显示管U2的S3脚连接，第五电阻R5的一端与单片机Ul的36脚连接，第五电阻R5的另一端与第四晶体管Q4的基极连接，第四晶体管Q4的集电极与LED数码显示管U2的S4脚连接，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的发射极接VCC ；LED数码显示管U2的的a、b、C、d、e、f、g和DP脚与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端、第十电阻RlO的一端、第^ 电阻Rll的一端、第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端对应连接；第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的另一端、第九电阻R9的另一端、第十电阻RlO的另一端、第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的另一端和第十三电阻R13的另一端分别与单片机Ul的1、2、3、4、5、6、7、8脚——对应连接;单片机Ul的21、22、23、24、25、26、27、28脚与单片机Ul的1、2、3、4、5、6、7、8脚——对应连接。
5.根据权利要求1所述的精确数字调节变阻器电路，其特征在于:所述的光隔单元包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四匹配电容C9、负载电容CL和光电耦合元件U4 ；所述的光电耦合元件U4的I脚与4脚连接，2脚与第十四电阻R14的一端连接，3脚接地，5脚与第四匹配电容C9的一端连接并接地,6脚与第十五电阻R15的一端、负载电容CL的一端并与功率开关器Q的g极连接，7脚、8脚与第四匹配电容C9的另一端、第十五电阻R15的另一端连接并接VCC，第十四电阻R14的另一端与单片机Ul的35脚连接，负载电容CL的另一端与功率开关器Q的s极连接并接地。
6.根据权利要求1所述的精确数字调节变阻器电路，其特征在于:所述的串口输入单元包括第一极性电容C4、第二极性电容C5、第三极性电容C6、第四极性电容C7、第五极性电容C8、电平转换芯片U3和串行接口 Jl ； 所述的电平转换芯片U3的I脚与第一极性电容C4的正极连接，3脚与第一极性电容C4的负极连接，4脚与第二极性电容C5的正极连接，5脚与第二极性电容C5的负极连接，11脚与单片机Ul的11脚连接，7脚、8脚、9脚、10脚架空，12脚与单片机Ul的10脚连接，2脚与第三极性电容C6的正极连接，16脚与第三极性电容C6的负极、第五极性电容C8的正极连 接并接+5V电源，6脚与第四极性电容C7的负极连接，13脚与串行接口 Jl的3脚连接，14脚与串行接口 Jl的2脚连接，15脚接地，第五极性电容C8的负极接地，第四极性电容C7的正极接地，串行接口 Jl的I脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚和11脚架空。
专利摘要本实用新型公开了一种精确数字调节变阻器电路，现有的技术中无法获得连续可变的电阻值，都需要手动调节，无法精确控制接入电路的电阻值，本实用新型的待调电阻r的一端与功率开关器Q的d极连接并接输出端口，另一端与功率开关器Q的s极连接并接输出端口，光隔单元向功率开关器Q件送入触发信号；单片机控制单元向光隔单元送入PWM信号；单片机控制单元向五位数码显示单元送入显示信号；键盘输入单元向单片机控制单元送入输入信号；串口输入单元向单片机控制单元送入输入信号；电源输入单元向单片机控制单元送入电源；本实用新型不但可以提高变阻器的使用寿命，同时提高接入电路电阻的精确可控性。
文档编号H01C10/14GK203118698SQ201320143680
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者王家军, 宋小川, 俞枭辰 申请人:杭州电子科技大学