数控电阻箱

摘要

本发明提供的是一种数控电阻箱。主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接口模块、键盘模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块；数据处理模块通过采集键盘模块各端口的电位变化，确定设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块通过采集通信接口模块数据信息确定上位机设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块控制显示模块显示所设定电阻值；数据处理模块控制电机驱动模块对分位、个位、十位、百位、千位电阻调节机构进行控制以实现电阻值的调节。本发明解决了常用电阻箱电阻过程繁琐、工作量大等缺点。达到了准确、高效、便捷的效果。

权利要求

1.一种数控电阻箱，主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接口模块、键盘模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块；其特征是：数据处理模块通过采集键盘模块各端口的电位变化，确定设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块通过采集通信接口模块数据信息确定上位机设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块控制显示模块显示所设定电阻值；数据处理模块控制电机驱动模块对分位、个位、十位、百位、千位电阻调节机构进行控制以实现电阻值的调节;分位、个位、十位、百位、千位电阻调节机构的组成相同，分位电阻调节机构的组成为：

分位电阻调节电机（M1）上固定有圆筒形槽（N），圆筒形槽（N）中设置探针（P），探针（P）能在圆筒形槽（N）中纵向运动，分位电阻调节电机（M1）由齿轮机构（O）实现在导轨（I）上的水平运动，探针（P）上有可承受来自弹簧的纵向推力的水平凸起，探针（P）顶端时刻接触绝缘导槽（J），绝缘导槽（J）的凹部底端裸露，每个凹槽间阻值恒定，当探针（P）顶端抵达凹部底端时、其顶端接触电阻，第二电阻区域（La2）与探针（P）顶端间电阻即为第一档阻值（K11），同时探针（P）内纵向贯穿有低阻值导线（H1），低阻值导线（H1）与第一电阻区域（La1）相连，第一电阻区域（La1）与第二电阻区域（La2）间电阻即为第一档阻值（K11），两个铜柱（D、E）间阻值即为各档阻值（K11、K21、K31、K41、K51）之和。

2.根据权利要求1所述的数控电阻箱，其特征是：所述数据处理模块采用STC89C52单片机作为核心芯片，所述显示模块为1602液晶屏，所述存储模块为AT24C02，所述通信接口模块采用MAX232串口通信芯片，所述电机驱动模块通过CPLD EPM7128SLC84-15配合UDN2916LB实现电机控制模块功能，并由按键及CPLD构成键盘模块。

说明书

数控电阻箱

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种电阻箱，特别涉及一种可通过键盘设定预期电阻值的电阻箱。

背景技术

[0002] 电阻箱作为常用的电子仪器，可分为旋钮式手动电阻箱和数字电阻箱两种。其中旋钮式手动电阻箱通过旋转旋钮至相应的位置进行电阻设定，其工作量较大且在一定程度上降低了工作效率；数字电阻箱一般通过运算放大器实现电阻与电流的比例关系，采用控制电路电流以改变支路电阻阻值，该种调解方式属于有源调节，容易引入无关干扰及误差，故调节精度有限且量程较小，不适宜精确的电阻设定。与此同时由于当前电阻箱无法满足批量的阻值设定及阻值定时修改，故使其在某些需要多组电阻值对比实验的场合的应有受到一定的限制。如何准确、高效、便捷的设定电阻箱的阻值成为当前丞待解决的问题之一。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种使用方便，准确度高的数控电阻箱。

[0004] 本发明的目的是这样实现:

[0005] 主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接口模块、键盘模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块；数据处理模块通过采集键盘模块各端口的电位变化，确定设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块通过采集通信接口模块数据信息确定上位机设定电阻值或校准电阻值；数据处理模块控制显示模块显示所设定电阻值；数据处理模块控制电机驱动模块对分位、个位、十位、百位、千位电阻调节机构进行控制以实现电阻值的调节。

[0006] 所述数据处理模块采用STC89C52单片机作为核心芯片，所述显示模块为1602液晶屏，所述存储模块为AT24C02，所述通信接口模块采用MAX232串口通信芯片，所述电机驱动模块通过CPLD EPM7128SLC84-15配合UDN2916LB实现电机控制模块功能，并由按键及CPLD构成键盘模块。

[0007] 分位、个位、十位、百位、千位电阻调节机构的组成相同，分位电阻调节机构的组成为：分位电阻调节电机M1上固定有圆筒形槽N，圆筒形槽N中设置探针P，探针P能在圆筒形槽N中纵向运动，分位电阻调节电机M1由齿轮机构O实现在导轨I上的水平运动，探针P上有可承受来自弹簧的纵向推力的水平凸起，探针P顶端时刻接触绝缘导槽J，绝缘导槽J的凹部底端裸露，每个凹槽间阻值恒定，当探针P顶端抵达凹部底端时、其顶端接触电阻，第二电阻区域La2与探针P顶端间电阻即为第一档阻值K11，同时探针P内纵向贯穿有低阻值导线H1，低阻值导线H1与第一电阻区域La1相连，第一电阻区域La1与第二电阻区域La2间电阻即为第一档阻值K11，两个铜柱D、E间阻值即为各档阻值K11、K12、K13、K14、K15之和。

[0008] 发明克服了常用电阻箱电阻调节过程繁琐、工作量大等缺点。主要包括如下特点:

[0009] 1.通过键盘设定预期电阻值；

[0010] 2.通过液晶显示设定电阻值；

[0011] 3.通过双绕组双极步进电机调节探针接入点以改变电阻值；

[0012] 4.通过与上位机间的数据通信，实现电阻值设定及规定时间间隔的阻值改变。

[0013] 本发明还有这样一些特点：

[0014] 1.该数控电阻箱采用双绕组双极步进电机控制各级电阻接入点；

[0015] 2.该数控电阻箱可与上位机进行数据通信，可通过上位机界面设定电阻值并且支持多阻值的批量设定，使其阻值能在指定的时间间隔下按设定值依次改变。

[0016] 3.该数控电阻箱可通过对精敏电阻的测量进行程序校准，以提高测量精度；

[0017] 4.该数控电阻箱以STC89C52单片机作为数据处理器，配合CPLD EPM7128SLC84-15实现电机精确控制。

附图说明

[0018] 图1数控电阻箱外观图；

[0019] 图2数控电阻箱电路结构图；

[0020] 图3数控电阻箱电路原理图

[0021] 图4数控电阻箱工作原理图；

[0022] 图5数控电阻箱程序流程图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明作进一步说明如下：

[0024] 结合图1，本发明装置的主要组成部分包括：A箱体，B键盘，C液晶显示器，D、E电阻接入铜柱，F数据通信端口、G电源端口。其中B现实的数值区间为0000.0—9999.9，故该电阻箱的量程为0—9999.9欧姆；C键盘按键包括：数字键‘1’、‘2’、‘3’、‘4’、‘5’、‘6’、‘7’、‘8’、‘9’、‘0’，电源开关按键‘X’，电阻设定按键‘Y’、电阻校准按键‘Z’；铜柱D、E间的电阻值即为该电阻箱的设定电阻值；数据通信端口F通过数据线与上位机连接，实现与上位机件的数据通信，其通信形式采用串口232通信协议；电源端口G的输入工作电压为12V。

[0025] 结合图2，该发明装置的控制电路主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接口模块、按键模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块等。其中数据处理芯片的功能包括以下4点：1.通过采集键盘模块各端口的电位变化，确定设定电阻值或校准电阻值；2.通过采集通信接口模块数据信息确定上位机设定电阻值或校准电阻值；3.控制显示模块显示所设定电阻值；4.控制电机驱动模块对电机M1、M2、M3、M4、M5进行控制以实现电阻值的调节。本专利采用STC89C52单片机作为数据处理模块的核心芯片，1602液晶屏作为显示模块，采用AT24C02进行数据存储，采用MAX232串口通信芯片实现数据通信，通过CPLDEPM7128SLC84-15配合UDN2916LB实现电机控制模块功能，并由按键及CPLD构成键盘模块。

[0026] 如图3所示，为该数控电阻箱电路原理图。本专利的总输入电压VIN为12V，由电源接口G引入，G正极引入端接按键开关X，实现电源通断。X另一端接7805(U1)管脚1。U1管脚管脚3输出5V工作电压(Vcc)、管脚4接地，接于1、4管脚间的电容C1、C2与接于
3、4管脚间的电容C4、C5均为降噪电容，电阻R1(1.5kΩ)一端接Vcc(+5V电源)另一端与发光二极管D1端连接，D1另一端接地。本专利所选用的数据处理芯片为STC89C52单片机(U9)，其管脚38接5V工作电压，管脚16接GND，石英晶振11.0592MHz(Y1)的两个2管脚
分别U9的管脚15(XTAL1)、14(XTAL2)连接，电容C10(30pF)、C11(30pF)的一端分别接在Y1(XTAL1、XTAL2)上，另一端接地；电容C8(10uF)与由按键S1与电阻R5(1kΩ)组成的串联支路并联接于U9管脚4(RST)与+5V电源之间，电阻R4(10kΩ)接于RST与GND之间。电
阻R2(10kΩ)接于U9管脚29与+5V电源之间。排阻RP1为9针10kΩ排阻，其管脚1接
Vcc(+5V电源)，管脚2至管脚9分别接U9的管脚37至管脚30。

[0027] 16针接口C为液晶1602的接线端，其接口1、3、16接GND，管脚2、15接+5V电源，接线端C的管脚3接U9管脚1(P15),接线端C的管脚4接U9管脚2(P16)，接线端C的管脚接U9管脚3(P17)，接线端C的管脚7至管脚14依次接U9管脚18至管脚25。

[0028] U11为AT24C02存储器，其管脚1、管脚2、管脚3、管脚4接GND，管脚5接5V工作电压，管脚6接GND，管脚7(SCL)接U9管脚44(P1.4)，管脚8(SDA)接U9管脚43(P1.3)。

[0029] U10为MAX232串口通信芯片，其管脚6接电容C95(0.1uF)后接地，管脚2接电容C95(0.1uF)后接+5V电源，管脚16接+5V电源，管脚15接GND，管脚4与管脚5之间接
C93(0.1uF)，管脚1与管脚3之间接C94(0.1uF)，管脚12(RX)接U9管脚5，管脚11(TX)接U9管脚7，4针接口F为串口通信线端，其管脚1接+5V电源，管脚2接GND，管脚3与U10
管脚14相连，管脚4与U10管脚13相连。

[0030] U2为CPLD EPM7128SLC84-15，其管脚3、13、26、38、43、53、66、78接Vcc(+5V电源)，管脚7、19、32、42、47、59、72、82接源地（GND），电容C17接于Vcc(+5V电源)与GND起降噪功能，U2管脚14（TDI)、71(TDO)、62(TCK)、23(TMS)分别接接口Pu的管脚1至管脚4。接口Pu为CPLD程序下载调试端口，其管脚1至管脚4分别接上拉电阻R9(4.7kΩ)、R8(4.7kΩ)、R7(4.7kΩ)、R6(4.7kΩ)，Pu管脚5接Vcc(+5V电源)，管脚6接GND。U2的BANKE（管脚44至管脚52）依次与U9的P0（管脚30至管脚37）连接。U2的管脚1与U9的管脚11连接，U2的管脚84与U9的管脚12连接，U2的管脚2与U9的管脚13连接，U2的管脚83与U9的
管脚26连接。U2管脚54、55、56分别接上拉电阻R91(5.1kΩ)、R92(5.1kΩ)、R93(5.1kΩ)。
U2管脚56与管脚57间接按键S2，其对应键盘B的按键“0”，U2管脚55与管脚57间接按
键S3，其对应键盘B的按键“1”，U2管脚54与管脚57间接按键S4，其对应键盘B的按键“2”，U2管脚56与管脚58间接按键S5，其对应键盘B的按键“3”，U2管脚55与管脚58间接按键S6，其对应键盘B的按键“4”，U2管脚54与管脚58间接按键S7，其对应键盘B的按键“5”，U2管脚56与管脚60间接按键S8，其对应键盘B的按键“6”，U2管脚55与管脚60间接按键S9，其对应键盘B的按键“7”，U2管脚54与管脚60间接按键S10，其对应键盘B的按键“8”，U2管脚56与管脚61间接按键S11，其对应键盘B的按键“9”，U2管脚55与管脚61间接按键S12，其对应键盘B的按键“Y”，U2管脚54与管脚61间接按键S13，其对应键盘B的按键“Z”。

[0031] 电机控制模块由5个双绕组双极步进电机控制芯片UDN2916LB(U3、U4、U5、U6、U7)组成，U3驱动电机M1、U4驱动电机M2、U5驱动电机M3、U6驱动电机M4、U7驱动电机M5。

[0032] U3管脚11(PH1)与U2管脚4相连、管脚3(PH2)与U2管脚5相连、管脚13(I01)与U2管脚6相连、管脚12(I11)与U2管脚8相连、管脚1(I02)与U2管脚9相连、管脚
2(I12)与U2管脚10相连，U2通过上述端口控制电机M1的转速转向。U3管脚4、管脚6、
管脚7、管脚10、管脚18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin（+12V电源）。电阻R11(56kΩ)与电容C12(470pF)并联并接于U3管脚9与Vcc(+5V电源)之间，
电阻R12(56kΩ)与电容C13(470pF)并联并接于U3管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻
R16(1kΩ)两端分别与U3管脚21、管脚22连接，电阻R15(1.43Ω)与电容C12(4700pF)并联并接于U3管脚22与GND之间,电阻R14(1kΩ)两端分别与U3管脚15、管脚16连接，电
阻R13(1.43Ω)与电容C14(4700pF)并联并接于U3管脚15与GND之间。4针接口P1管脚
1至管脚4分别与U3管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P1管脚1、管脚2分别接电
机M1A线圈两端，P1管脚3、管脚4分别接电机M1B线圈两端。

[0033] U4管脚11(PH1)与U2管脚11相连、管脚3(PH2)与U2管脚12相连、管脚13(I01)与U2管脚15相连、管脚12(I11)与U2管脚16相连、管脚1(I02)与U2管脚17相连、管脚
2(I12)与U2管脚18相连，U2通过上述端口控制电机M2的转速转向。U4管脚4、管脚6、
管脚7、管脚10、管脚18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin（+12V电源）。电阻R21(56kΩ)与电容C22(470pF)并联并接于U4管脚9与Vcc(+5V电源)之间，
电阻R22(56kΩ)与电容C23(470pF)并联并接于U4管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻
R26(1kΩ)两端分别与U4管脚21、管脚22连接，电阻R25(1.43Ω)与电容C22(4700pF)并联并接于U4管脚22与GND之间,电阻R24(1kΩ)两端分别与U4管脚15、管脚16连接，电
阻R23(1.43Ω)与电容C24(4700pF)并联并接于U4管脚15与GND之间。4针接口P2管脚
1至管脚4分别与U4管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P2管脚1、管脚2分别接电
机M2A线圈两端，P2管脚3、管脚4分别接电机M2B线圈两端。

[0034] U5管脚11(PH1)与U2管脚20相连、管脚3(PH2)与U2管脚21相连、管脚13(I01)与U2管脚22相连、管脚12(I11)与U2管脚29相连、管脚1(I02)与U2管脚30相连、管脚
2(I12)与U2管脚31相连，U2通过上述端口控制电机M3的转速转向。U5管脚4、管脚6、
管脚7、管脚10、管脚18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin（+12V电源）。电阻R31(56kΩ)与电容C32(470pF)并联并接于U5管脚9与Vcc(+5V电源)之间，
电阻R32(56kΩ)与电容C33(470pF)并联并接于U5管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻
R36(1kΩ)两端分别与U5管脚21、管脚22连接，电阻R35(1.43Ω)与电容C32(4700pF)并联并接于U5管脚22与GND之间,电阻R34(1kΩ)两端分别与U5管脚15、管脚16连接，电
阻R33(1.43Ω)与电容C34(4700pF)并联并接于U5管脚15与GND之间。4针接口P3管脚
1至管脚4分别与U5管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P3管脚1、管脚2分别接电
机M3A线圈两端，P3管脚3、管脚4分别接电机M3B线圈两端。

[0035] U6管脚11(PH1)与U2管脚40相连、管脚3(PH2)与U2管脚41相连、管脚13(I01)与U2管脚24相连、管脚12(I11)与U2管脚25相连、管脚1(I02)与U2管脚26相连、管脚
2(I12)与U2管脚27相连，U2通过上述端口控制电机M4的转速转向。U6管脚4、管脚6、
管脚7、管脚10、管脚18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin（+12V电源）。电阻R41(56kΩ)与电容C42(470pF)并联并接于U6管脚9与Vcc(+5V电源)之间，
电阻R42(56kΩ)与电容C43(470pF)并联并接于U6管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻
R46(1kΩ)两端分别与U6管脚21、管脚22连接，电阻R45(1.43Ω)与电容C42(4700pF)并联并接于U6管脚22与GND之间,电阻R44(1kΩ)两端分别与U6管脚15、管脚16连接，电
阻R43(1.43Ω)与电容C44(4700pF)并联并接于U6管脚15与GND之间。4针接口P4管脚
1至管脚4分别与U6管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P4管脚1、管脚2分别接电
机M4A线圈两端，P4管脚3、管脚4分别接电机M4B线圈两端。

[0036] U7管脚11(PH1)与U2管脚33相连、管脚3(PH2)与U2管脚34相连、管脚13(I01)与U2管脚35相连、管脚12(I11)与U2管脚36相连、管脚1(I02)与U2管脚37相连、管脚
2(I12)与U2管脚39相连，U2通过上述端口控制电机M5的转速转向。U7管脚4、管脚6、
管脚7、管脚10、管脚18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin（+12V电源）。电阻R51(56kΩ)与电容C52(470pF)并联并接于U7管脚9与Vcc(+5V电源)之间，
电阻R52(56kΩ)与电容C53(470pF)并联并接于U7管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻
R56(1kΩ)两端分别与U7管脚21、管脚22连接，电阻R55(1.43Ω)与电容C52(4700pF)并联并接于U7管脚22与GND之间,电阻R54(1kΩ)两端分别与U7管脚15、管脚16连接，电
阻R53(1.43Ω)与电容C54(4700pF)并联并接于U7管脚15与GND之间。4针接口P5管脚
1至管脚4分别与U7管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P5管脚1、管脚2分别接电
机M5A线圈两端，P5管脚3、管脚4分别接电机M5B线圈两端。

[0037] 结合图4，M1、M2、M3、M4、M5分别为分位、个位、十位、百位、千位阻值调节双绕组双极步进电机；现以M1为例对数控电阻箱工作原理进行阐述。图中M1上固定有圆筒形槽N可使处在其中的探针P进行顺畅的纵向运动。O为齿轮机构，可实现电动机M1在导轨I上的水平运动。探针P顶端具有高硬度、低阻值特性，探针中端有水平凸起可承受来自弹簧的纵向推力，使其顶端时刻接触绝缘导槽J。导槽J的凹部底端裸露，每个凹槽间阻值恒定（根据位置不同分别为0.1欧姆、1欧姆、10欧姆、100欧姆、1000欧姆），当P顶端抵达凹部底端时，其顶端接触电阻。低电阻区域La2与P顶端间电阻即为K11阻值，同时探针P内纵向贯穿有低阻值导线H1，H1与区域La1相连。故La1与La2间电阻即为K11的阻值，同理可知铜柱D、E间阻值即为K11、K21、K31、K41、K51的阻值之和。因此可通过改变M1、M2、M3、M4、M5改变K11、K21、K31、K41、K51长度并最终实现电阻的设定与调节。

[0038] 结合图5，该数控电阻箱的程序流程包括以下步骤：

[0039] 步骤1.系统初始化，读取存储器U11中上一采样过程所存储的电阻值数据Rm，完成后进入步骤2；

[0040] 步骤2.控制U2进行键盘扫描程序，若“Y”电位变化进入步骤3、若“Z”电位变化进入步骤4，否则等待；

[0041] 步骤3.“Y”为电阻设定键，扫描键盘确定设定电阻值Rd，完成后进入步骤5；

[0042] 步骤4.“Z”为电阻校准键，扫描键盘确定校准电阻值Rn，完成后进入步骤6；

[0043] 步骤5.电机控制，根据Rm与Rd数值关系对电机M1、M2、M3、M4、M5进行控制，从而改变D、E间电阻值，当阻值达到设定值时，进入步骤7；

[0044] 步骤6，将数值Rn存入U11中更新当前电阻值，即Rm=Rn，完成后进入步骤8；

[0045] 步骤7，将数值Rd存入U11中更新当前电阻值，即Rm=Rd，完成后进入步骤8；

[0046] 步骤8，接收串口信息，如果接收到来自U10的串口信息，进入步骤9，若无返回步骤1；

[0047] 步骤9，分析接收数据，若包含电阻设定标志位则提取数据位信息，并将数据信息记为Rd，完成后进入步骤5，若包含电阻校准标志位则提取数据位信息，并将数据信息记为Rn，完成后进入步骤6，若不包含上述标志位，则返回步骤1。