专利名称：一种带有自校准功能的数字仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物理部的测量测试仪器类，具休地说涉及一种带有自校准功能的数字仪表。
随着科学技术的发展，数字式测量仪器、仪表的运用日益广泛，例如数字多用表、数字式电子秤、位移计、速度计、压力计等等，它能实现多种电参数或非电量参数测量，并以数字方式显示出来。特别是43/4位以下的中低档数字式测量仪器、仪表使用最多、运用最广。这类数字式测量仪器、仪表在电路设计时，通常都包含转换电路、A/D转换器及显示器三大部分。其中，转换电路主要是利用传感器或常规电路将各种被测量参数转换为A/D转换器所需要的电压信号，A/D转换器则将该电压信号转换为数字信号，最后由显示器显示出来。此类A/D转换器基本上都采用专用的大规模集成电路，其转换方式均为双积分方式，并可直接驱动液晶显示LCD，而各被测量参数的测量准确度，则需在转换电路中设置可调整元件(如电位器)来保证。众所周知，中低档的可调元件稳定性、可靠性均比较差，加上人工调试带来的偏差，造成此类中低档数字式测量仪器、仪表的测量稳定性、可靠性及准确度均不十分理想。
本实用新型的目的就是为了克服上述技术的不足，提供一种在中低档数字式测量仪器、仪表中不设置任何调整元件，能完成对积分器及各种双积分式A/D转换器的数据采集，并对各测量参数准确度进行自动校准的数字仪表。
一种带有自校准功能的数字仪表，包括转换电路1、积分器或A/D转换器2、门限转换电路3、微处理器MCU4、LCD6、E2ROM10、I/O口9和RS-232C接口7，其特征在于还包括带有十进制计数/分配器的功能及量程识另电路5和门限转换电路3；积分器或A/D转换器联接门限转换电路，转换电路联接功能及量程识别电路，门限转换电路和功能及量程识别电路都与微处理器相连。
由于本实用新型出厂前对每个功能及量程，用相应的标准源输入被测参数标准值，MCU将计数值与标准值进行比较，自动计算出该量程的校准系数K，并将其和功能及量程存储到非易失性的E2ROM中。使用时，仪表门限转换电路将积分时间转换为单片机MCU的计数门限，功能及量程识别电路提供功能及量程信号输入MCU,MCU将存储的校准系数K取出，并对当前值进行数据处理，即自动校准后才送LCD显示，从而实现了自动校准，因此本实用新型提供的仪表自动化程度高，而且提高了仪表的准确性、稳定性和可靠性。
图1是本实用新型的电路框图；图2是本实用新型中的功能及量程识别电路图；图3是本实用新型实施例1的门限转换电路；图4是本实用新型实施例2的门限转换电路；图5是本实用新型实施例3的门限转换电路；图6是本实用新型实施例4的门限转换电路。
以下结合附图详细说明。
如图1所示，带有自校准功能的数字仪表，包括转换电路1、积分器或A/D转换器2、门限转换电路3、微处理器MCU4、LCD6、E2ROM10、I/O口9、RS-232C接口7和带有十进制计数/分配器的功能及量程识别电路5；积分器或A/D转换器联接门限转换电路，转换电路联接功能及量程识别电路，门限转换电路和功能及量程识别电路都与微处理器相连。
转换电路1将被测量参数转换为相应的电压信号(其中不含任何可调整元件)；积分器或A/D转换器2根据双积分原理对输入信号进行转换，积分时间的长短反应了输入信号的大小。因此，通过门限转换电路3将积分时间转换为单片机MCU4(如MSC62系列、KS56C220、KS56C820)的计数门限。同时，功能及量程识别电路5为MCU4提供功能及量程信号。
MCU4输出时钟信号给积分器或A/D转换器2作为其工作时钟，同时又兼作本身的计数脉冲，使MCU4与积分器或A/D转换器2达到同步。
MCU4根据功能及量程信号和在计数门限内计数值大小，经过数据处理后，即可直接驱动LCD6，将被测量参数的大小及单位符号显示出来。
如图2所示，MCU的两个I/O口分别接十进制计数/分配器U2(4017)的14、15脚，另外四个I/O口I1～I4分别与拨盘开关11B组结点相接，U2的0～9脚分别接拨盘开关11A组结点。
为了尽可能节省MCU4的I/O口，本电路使用了6个I/O口、一块十进制计数/分配器U2(4017B)和拨盘开关11，采用扫描方式，实现了50个功能及量程的识别。
当数字式测量仪器、仪表初于某一测量功能及量程时，其拨盘开关11的两组节点A和B接通，其余全部断开。也就是说，U2集成块只有一个输出端与MCU4的一个I/O口(即I1、I2、I3、I4之一)相连接。因此，在需要进行功能及量程识别时，MCU4在输出计数脉冲到U2的同时，扫描I1、I2、I3、I4口，当输出到某一计数脉冲时(此时，U2集成块的某一个输出端为高电平)，扫描到II、I2、I3、I4某一口也为高电平时，即可确定某一功能及量程。
由于上述积分器或各种双积分式A/D转换器的数据输出方式各有不同，为实现统一的数据采集方式，需要不同的门限转换电路3，现分别叙述如下。
实例1适用于直接使用积分器U如图3所示，转换电路输出信号经电阻R、电容C接运算放大器U的正向输入端，该运算放大器U的输出分别接运算放大器U1-1和U1-2的正向输入端，U1-1的输出端接U1-3的正向输入端，并经二极管D1接MCU的I/O口；U1-2的输出接U1-4的反向输入端，并经二极管D2接MCU的I/O口。
输入电压转换为积分信号后，经运算放大器U1-I(或U1-2，输入信号为负时)放大，U1-3(或U1-4，输入信号为负时)作过零检测后，由二极管D1、D2相与产生门限控制信号输入到MCU4的I/O口。
实例2适用于没有数据输出口及积分信号输出口的双积分式A/D转换器(如7106、9201、9202、9203、9204、7136、7129)。
A/D的INT端分别接运算放大器U2-1和U2-2的正向输入端，U2-1的输出端接U2-3的正向输入端，并经二极管D3接MCU的I/O口；U2-2的输出接U2-4的反向输入端，并经二极管D4接MCU的I/O口。
对于此类A/D转换器，直接从积分器输出端INT取样，经运算放大器U2-1(或U2-2，输入信号为负时)放大，U2-3(或U2-4，输入信号为负时)作过零检测后，由二极管D3、D4相与产生门限控制信号输入到MCU4的I/O口。
实例3适用于没有数据输出口而有积分信号输出口的双积分式A/D转换器(如7106A、7135)。
A/D输出口INTEN经二极管D5接MCU4的I/O口，DEEN经二极管D6接MCU4的I/O口。
对于此类A/D转换器，则从积分器信号输出口INTEN及DEEN取样，经二极管D5、D6相与产生门限控制信号输入到MCU4的I/O口。
实例4适用于有数据输出口的双积分式A/D转换器(如7108)。
A/D转换器数据输出口SDO及EOC分别接MCU4的两个I/O口。数据从输出口SDO及EOC直接输入到MCU4的两个I/O口。
使用时，由于转换电路1中未设置可调整元件，显示出来的值未必是被测量参数的实际大小，故测量前必须进行校准。校准方式有如下两种计算机辅助方式校准前，将MCU4的RS232接口7与PC机8相连。然后，根据PC机8所提示的内容，用相应的标准源输入被测参数标准值，MCU将计数值与标准值进行比较，自动计算出该量程的校准系数K，并将其和功能及量程存储到非易失性的E2ROM中。某一功能及量程校准完毕后，PC机8上会出现校准完毕提示及被校推表上也会发出蜂鸣声，表示可以进入下一量程校准，直至所有功能及量程校准完毕。
手动方式校准前，将MCU4的某一指定口9接高电平(或低电平)，表示进入校准阶段。然后从规定的首个量程开始进行校准。校准时，先根据要校准的功能及量程，用相应的标准源输入被测参数标准值。MCU4将计算值与标准值进行比较，自动计算出该量程的校准系数K，并将其和功能及量程存储到非易失性的E2ROM10(93C46)中。某一功能及量程校准完毕后，被校准表上会发出蜂鸣声，表示可以进入下一量程校准，直至所有功能及量程校准完毕。
经过校准阶段后，MCU4在每次测量前均会自动根据当前的功能及量程，将存储的校准系数K取出，并对当前值进行数据处理后，即校准后才显示出来。从而实现了自动校准功能。
权利要求1.一种带有自校准功能的数字仪表，包括转换电路1、积分器或A/D转换器2、门限转换电路3、微处理器MCU4、LCD6、E2ROM10、I/O口9和RS-232C接口7，其特征在于还包括带有十进制计数/分配器的功能及量程识别电路5和门限转换电路3；积分器或A/D转换器联接门限转换电路，转换电路联接功能及量程识别电路，门限转换电路和功能及量程识别电路都与微处理器相连。
2.如权利要求1所述的数字仪表，其特征在于功能及量程识别电路5的MCU的两个I/O口分别接十进制计数/分配器U2的14、15脚，另外四个I/O口I1～I4分别与拨盘开关11B组结点相接，U2的0～9脚分别接拨盘开关11A组结点。
3.如权利要求1或2所述的数字仪表，其特征在于门限转换电路3中的转换电路输出信号经电阻R、电容C接运算放大器U的正向输入端，该运算放大器U的输出分别接运算放大器U1-1和U1-2的正向输入端，U1-1的输出端接U1-3的正向输入端，并经二极管D1接MCU的I/O口；U1-2的输出接U1-4的反向输入端，并经二极管D2接MCU的I/O口。
4.如权利要求1或2所述的数字仪表，其特征在于门限转换电路3中A/D的INT端分别接运算放大器U2-1和U2-2的正向输入端，U2-1的输出端接U2-3的正向输入端，并经二极管D3接MCU的I/O口；U2-2的输出接U2-4的反向输入端，并经二极管D4接MCU的I/O口。
5.如权利要求1或2所述的数字仪表，其特征在于门限转换电路3中的A/D输出口INTEN经二极管D5接MCU4的I/O口，DEEN经二极管D6接MCU4的I/O口。
6.如权利要求1或2所述的数字仪表，其特征在于门限转换电路3中的A/D转换器数据输出口SDO及EOC分别接MCU4的两个I/O口。
专利摘要一种带有自校准功能的数字仪表,包括转换电路、积分器或A/D转换器、门限转换电路、微处理器MCU、LCD、E
文档编号G12B13/00GK2347244SQ9724604
公开日1999年11月3日 申请日期1997年11月24日 优先权日1997年11月24日
发明者张国进, 路连峰, 曹国强 申请人:路连峰