专利名称：通用电子电位器模块的制作方法
技术领域：
本发明全部用电子元器件组成完整的通用电子电位器单元，可作为多功能的精密电位器 直接用于各种电子领域，实现和扩展传统的机械电位器、多圈电位器、拨码开关等机械器件 和数字电位器集成芯片的功能。
背景技术：
机械电位器使用至今已近百年，机械电位器存在机械磨损、怕震动、频繁动作很容易损 坏，拨码开关和电阻网络也能构成电位器，但存在机械断点，在很多对电阻的改变有连续要 求的情况下不能使用。
有一种数字电位器集成芯片，但需要大量的外围电路和二次设计才能实现完整的电位器 使用功能，由于输出电阻网络集成在一起，功能扩展有很大的局限性。
发明内容
本发明是用两个按键和一些电子元器件组合一起，构成封闭的电子电位器模块电路，只 需接上供电电源，即可实现普通电位器的功能以及扩展功能，电位器输出端是无源的，可以 和各种外有源电路直接接口。本发明具有很强的通用性，例如可根据需要任意改变输出网 络电阻的电阻值；三极管阵用高反压管能在很高的电压下使用；可根据需要改变输出网络电 阻的功率等。本发明具有两种输出模式电阻输出模式和电压输出模式(后节结合附图详细 说明)。本发明还具有正向调节和反向调节功能，即按加键输出值增大，按减键输出值减小(正 向调节)和按加键输出值减小，按减键输出值增大(反向调节)。
本发明的技术原理构造实现方法有
1) 用分立元件和小规模集成电路；
2) 用AT89C2051等单片机为核心；
3) 将可集成的功能元器件集成化。
下面用方法l)描述具体的技术实施方案(参见附图1 ):设置两个按键(1)，分别作为 加键和减键，当有一个按键按下，即启动方波发生器(2)振荡，输出的方波送到可预置数的 可逆计数器(5)计数，同时按键辨别电路(4)可控制计数器作相应的加或减计数，计数器 的位数可根琚所需要的精度决定，计数器每一个输出端接NPN型三极管阵(6)的基极，三极 管阵的发射极全部互联，集电极开路接电阻网络(7)，网络电阻另一端全部并联，网络电阻 的并联端和三极管阵的发射极是电子电位器可变电阻的两个端点。计数器输出为8-4-2-1编 码，使网络电阻的数量最少。当连续按键时间约2秒，启动加速电路(3)，网络电阻的电阻 值将快速变化。
由于输出的网络电阻全部并联，按加键时，计数器计数值增大，网络电阻的电阻值减小， 按减键时，计数器计数值减小，网络电阻的电阻值增大，这是反向调节方案(参见附图6)。
另一种方案是通电给计数器预置到设定值，将加键和减键掉换即可实现正向调节，即按 加键输出的网络电阻值增大，按减键输出的网络电阻值减小(参见附图7)。
将电子电位器网络电阻的两个端点和可调式精密并联稳压器TL431连接，可构成电压输 出模式，实现输出电压高精度调整。网络电阻能接在TL431的Vref端和A端之间(参见附图2)，也可以接在TL431的Vref端和K端之间(参见附图3 )，根据应用的不同需要，这两种 连接方法和网络电阻的正向调节和反向调节方案组合，可构成四种不同的输出电压调整方式。
TL431最大工作电压为36V，如果要求其承受的电压超过此值，可采用附图五所示方案， 用两只(或多只)TL431串联。
本发明的特点和有益效果是
1. 除两个按键外，无其它机械元器件，电位器的使用寿命将大大提高；
2. 在现今电子技术高速发展的情况下，'机械电位器越来越显得功能单调，作为使用面很 大的电子元器件，满足不了很多电子产品的功能需要；而本发明除电位器基本功能外，还具 有很多其它电位器原来没有的实用功能。
3. 本发明是一个完整的通用电子电位器功能模块，接口采用标准并具有宽范围的适应性， 且输出是无源的，能方便地和其它外有源电路接口，在绝夭多数情况下可以直接使用，简化 了其它电子产品的设计，提高了电子产品的研发效率；
4. 电位器的电阻值可以方便地记忆、设置、保存；
5. 电位器精度仅由计数器位数决定，精度可以做到很高；
6. 可以方便地实现远程控制、自动控制和程序控制。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的基本原理框图，主要用于说明本发明的技术结构特征。 图2和图3是本发明电压输出模式的两种控制方式，因为TL431的Vref端和A端之间的 电压固定为2. 5V，可变电阻分别接在Vref端和A端或Vref端和K端都能对TL431的输出电 压进行调整。虚线框内为外接被控器件，可以是晶体管、固定或可调三端稳压器和多端稳压 器、或其它器件。
图4是电阻输出模式的一般典型用法，虚线框内为外接被控器件，可以是三端或多端稳 压器、线性或开关电源模块的输出电压调整端、以及其它一些需要电阻作精确改变的器件或 电路。用正向调节方式或用反向调节方式可满足对电阻的改变方向的不同要求。
图5.是在电压输出模式中，对输出电压超出单个TL431所能承受的电压的解决方案，光 电耦合器最好采用线性光耦，理论上，根据需要，用本图方法TL431可以无限增加。
图:6和图7是本发明由分立元件和集成电路构成的具体电路原理图。图:6为反向调节方 式，图7为正向调节方式，图-7和图6的不同之处在于通电将设置的最大值送到计数器的 输出端，使输出的网络电阻值最小，按键S1和S2互换，即可实现前节正向调节方式所描述 的结果。
图8是本发明以单片机AT89C2051为核心构成的典型电路原理图，实际应用还需增添一 些辅助功能电路。
具体实施例方式
在图2所示的电压输出模式方案中，设电子电位器采角图六所示的反向调节方式，因为 电阻网络全部并联，当计数值增大时，输出电阻减小，根据TL431工作原理，在正常工作范 围内(2. 5V—36V)，当Vref和A之间的电阻值减小时，K和A之间的电压增大，当Vref和A 之间的电阻值增大时，K和A之间的电压减小，当电阻网络按8-4-2-1编码安排合适电阻值， 即可实现输出电压和计数值精确对应的线性关系。
同理在图3所示的电压输出模式方案中，设电子电位器采用图7所示的正向调节方式，当计数值增大时，输出电阻增大，当计数值减小时，输出电阻减小，根据TL431工作原理， 在正常工作范围内(2.5V—36V),当Vref和K之间的电阻谭减小时，K和A之间的电压减小， 当Vref和K之间的电阻值增大，K和A之间的电压增大，从而实现对输出电压的精确调整。 应注意的是，这里TL431的A端需要提供一个大于2. 5V的负电源。
图5中，两个或多个TL431的输出电压可以在各自允许工作电压范围内根据需要任意搭 配。下面举例说明图五所示的两个TL431串联输出方案实施原理(为方便说明，忽略TL431的 VKA起始电压2. 5V):
设一直流稳压电源输出最大电压50. 0V，先接通TL431-1电阻网络，当计数值从0加到 299， TL431-1的Vka从0V升到29. 9V，这时再加1，便接通光电耦合器，使TL431-2的Vka升 到固定值30. 0V，同时TL431-1的Vka降到0V，此后再加数，TL431-2的Vka保持30. 0V不变， TL431-1的Vka再次从0V开始增加，直到加到总数500，两个TL431分别承担20. 0V和30. 0V， 输出电压为其串联之和，即50.0V。
图6是本发明由分立元件和集成电路构成的电阻输出模式、反向调节方式完整的电路原 理图。从图中可以看到，接口只需V+、 V-、 W+、 W-四根线即可工作，实现功能，V-和W-可以 共用一根线，从按键S1、 S2引出线和外电路连接，可以实现远程控制、自动控制和程序控制。 下面简述本实施例工作原理Sl和S2分别是加键和减键，当有一个键按下，即启动由IC3B 等元件组成的方波发生器，计数器(IC)对脉冲计数，其输出使三极管阵(BG)相应的三极 管导通，从而使相应的网络电阻(RW)并联输出。当连续按键约2秒，由IC3A等元件组成的 加速电路开始工作，使方波发生器的振荡频率提高约十倍。IC1A， IC1B， IC1C， IC1D和IC2A， IC2B等元件组成按键辩别和按键互锁电路，可分辨是加键或是减键，从而提供计数器U/D引 脚相应的工作电平。当两键都按下时，后按键无效。BG1等元件组成加禁止电路，当计数值 达到设定的最大值时，按加键无效。二极管阵(D)是减禁止电路，当计数值为零时，按减键 无效。
在图3的具体实施例中，以单片机AT89C2051为核心构成简洁型电子电位器模块，除具 有图六所述的一般功能外，还有输出值记忆功能，以满足机械电位器使用习惯，输出最大值 为11位8-4-2-l码，十进制数为799，分辨率为1/1000，若需要更高精度可用二一4线或三 —8线译码器扩展输出位数。 '
权利要求
1. 通用电子电位器模块是全部由电子元件组成的电子电位器，其特征是将调整输出的按键开关和方波发生器、按键辨别电路联接、按键辨别电路的输出端接计数器的加减控制端，方波发生器的输出端接计数器的计数端，计数器的各输出端和集电极开路的NPN型三极管阵的基极分别相连接、三极管阵的集电极分别和电阻网络对应的电阻连接，组成完整的、输出无源的电子电位器器件。
2. 根据权利要求l所述的电子电位器模块，其特征是用可调式精密并联稳压器TL431和输 出的电阻网络直接连接可构成模块的电压输出模式，电阻网络可以接在TL431的Vref端和A 端，也可以接在TL431的Vref端和K端。
3. 根据权利要求l所述的电子电位器模块，其特征是TL431可以两只(或多只)串联，串 联中高电位的TL431的电压用光电耦合器隔离调整。
4. 根据权利要求l所述的电子电位器模块，其特征是输出的网络电阻值能够正向调节也能 反向调节，即按加键电阻值增大，按减键电阻值减小(正向调节)和按加键电阻值减小，按 减键电阻值增大(反向调节)。
5. 根据权利要求l所述的电子电位器模块，其特征是用AT89C2051等单片机代替方波发生 器、按键辨别电路、计数器等电路单元。
全文摘要
通用电子电位器模块是将按键开关、方波发生器、加速电路、按键辨别电路、计数器、集电极开路的NPN型三极管阵、电阻网络等功能电路电连接一起，构成完整的、输出无源的电子电位器器件，实现普通电位器的功能和扩展新的功能。本发明具有电阻输出模式和电压输出模式，还能使输出值正向调节或反向调节，这些模式和功能使本模块很容易和其它各种外有源电路直接接口，广泛应用到各种电子领域。本发明的技术原理构造实现方法有1)用分立元件和小规模集成电路；2)用AT89C2051等单片机为核心；3)将可集成的功能元器件集成化。
文档编号H03H11/02GK101447776SQ200810047919
公开日2009年6月3日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者程杰保 申请人:程杰保