CN101696981A - 检测仪表输出极性程控转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检测仪表输出极性程控转换器。本发明包括电源模块、程控极性转换模块和输出电极。程控极性转换模块中D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块分别与微处理器连接，D/A转换子模块通过H桥开关子模块与A/D转换子模块连接。H桥开关子模块由4个N型场效应管、一个采样电阻和输出电极接头组成，采样电阻两端与A/D转换子模块的程控放大电路相连，输出电极接头分别连接输出电极。本发明采用由场效应管组成的H桥开关电路进行输出极性变换，实现了一种具有速度快、寿命长的可程控输出极性转换器，而且结构简单、工作可靠、制造成本低。
Description
技术领域
本发明属于电子检测技术领域，涉及一种检测仪表输出极性程控转换器，主要用于LED芯片和器件的光电特性检测。
背景技术
各种电参数检测仪表多数具有电流方向自动识别电路，识别结果通过显示界面告知操作者，但较少具有输出电极自动换向功能，既使具有类似功能，也多采用各类继电器实现。对大批量生产的LED芯片及器件制造企业而言，若每颗LED芯片或器件的正、反向电特性均需检测，其在线的光/电参数检测仪表每完成一次检测，输出极性至少变换一次，继电器的开关寿命难以满足要求，因而目前很多企业仅采用实验室抽检或正向特性全检、反向特性抽检的方式进行测试。
发明内容
本发明的目的就是提供一种检测仪表输出极性程控转换器。
本发明包括电源模块、程控极性转换模块和输出电极。
所述的电源模块通过一片LM338提供+24V、通过MC7815T提供+15V、通过LM7915CT提供-15V、通过另一片LM338提供+5V、通过MC7905T提供-5V、通过SPX1117M-3.3提供+3.3V电源，分别为程控极性转换模块的各子模块供电。
程控极性转换模块包括微处理器、D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块。
微处理器采用PHILIP公司的LPC2214芯片，与电源模块的+3.3V的输出连接。串口通讯子模块包括两片RS232芯片SP3232EEY，形成两个串口信号通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连。
D/A转换子模块包括D/A转换芯片MAX541AEPA、信号放大电路和功率放大电路。信号放大电路包括顺序串联的跟随电路、一级放大电路和二级放大电路。跟随电路采用一个运算放大器OP-77E、一级放大电路采用运算放大器OP-27E、二级放大电路采用运算放大器OP-37E，功率放大电路采用串联的三极管2N3725和2N3055。D/A转换子模块的输出电压传送到H桥开关子模块，作为H桥路的工作电压V+。D/A转换芯片MAX541AEPA与电源模块1的+5V的输出连接，一个运算放大器OP-77E、运算放大器OP-27E和运算放大器OP-37E均与电源模块的+24V和-5V的输出连接，功率放大电路与电源模块的+24V的输出连接。
A/D转换子模块包括A/D转换芯片LTC1606AIG和程控放大器PGA204BP。程控放大器PGA204BP的输出通过另一个运算放大器OP-77E放大后，与A/D转换芯片的1脚连接。微处理器的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130脚分别与A/D转换芯片LTC1606AIG的6～22脚连接。A/D转换芯片LTC1606AIG与电源模块的+5V的输出连接，程控放大器PGA204BP与电源模块的+15V和-15V的输出连接，另一个运算放大器OP-77E与电源模块的+15V和-15V的输出连接。
H桥开关子模块包括4个N型场效应管、一个采样电阻RS和输出电极接头，采样电阻RS两端分别与A/D转换子模块的程控放大器PGA204BP的4脚和5脚连接，输出电极接头连接输出电极的两极。第一N型场效应管Q1的漏极和第三N型场效应管Q3的漏极均与D/A转换子模块的输出端连接，第一N型场效应管Q1的源极与第二N型场效应管Q2的漏极连接作为一个输出电极接头，第三N型场效应管Q3的源极与第四N型场效应管Q4的漏极均与采样电阻RS的一端连接，采样电阻RS的另一端作为另一个输出电极接头，第二N型场效应管Q2的源极和第四N型场效应管Q4的源极接地。4个N型场效应管的栅极作为各自的控制端。
微处理器通过60脚、59脚和68脚经反向器74HC14两级反向驱动后，分别与D/A转换子模块中的D/A转换芯片的4脚、5脚和6脚连接，产生D/A转换所需的片选、时钟和输入数据信号。反向器74HC14与电源模块的+5V的输出连接。
微处理器的8脚、6脚、5脚和4脚与一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输入脚连接，一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输出脚与H桥开关子模块中的4个N型场效应管对应的四个控制端分别相连，控制桥路的开启。
微处理器的74脚、73脚、72脚、30脚、29脚和90脚与另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的六个输入脚连接，另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的两个输出脚分别与A/D转换子模块中的A/D转换芯片LTC1606AIG的24脚和25脚相连，形成A/D转换所需的读/转换控制信号和片选信号。微处理器的100脚与A/D转换芯片LTC1606AIG的26脚连接，两片GAL芯片ATF16V8B15PI均与电源模块的+5V的输出连接。
微处理器的42脚、49脚、75脚和76脚经双通道光偶HCPL2630产生两组串口信号，分别与串口通讯子模块的两个RS232串口芯片SP3232EEY的11脚和12脚连接。光偶HCPL2630以及两片RS232芯片SP3232EEY均与电源模块的+5V的输出连接。
本发明的工作原理：接通工作电源，电源模块为程控极性转换模块的各子模块供电。程控极性转换模块中的微处理器完成硬件初始化工作，设置极性判断电压，发出桥路开启命令。极性判断电压经D/A转换子模块输出到H桥开关子模块，H桥开关子模块根据微处理器发出的桥路开启命令，打开相应桥路使极性判断电压加载到输出电极，此时流经采样电阻的电流由A/D转换子模块采样、放大并传送到微处理器，微处理器根据电流大小判断输出极性是否符合要求，若不符合要求则变更桥路开启命令，重复上述工作过程，实现输出电极极性的程控转换。串口通讯子模块具有两个串口通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连，当极性判断电压需要手动设置或在线修改时，既可以通过PC机也可以通过人机界面实现。
本发明利用场效应管响应速度快、稳定性好、功耗小、噪声低、寿命长的特点，采用由场效应管组成的H桥开关电路进行输出极性变换，实现了一种具有速度快、寿命长的可程控输出极性转换器，而且结构简单、工作可靠、制造成本低。
附图说明
图1为本发明原理结构示意图；
图2为图1中程控极性转换模块原理结构示意图；
图3为图2中H桥开关子模块原理结构示意图；
具体实施方式
如图1所示，检测仪表输出极性程控转换器包括电源模块1、程控极性转换模块2和输出电极3。
所述的电源模块1通过一片LM338提供+24V、通过MC7815T提供+15V、通过LM7915CT提供-15V、通过另一片LM338提供+5V、通过MC7905T提供-5V、通过SPX1117M-3.3提供+3.3V电源，分别为程控极性转换模块1的各子模块供电。
如图2所示，程控极性转换模块2包括微处理器2-1、D/A转换子模块2-2、H桥开关子模块2-3、A/D转换子模块2-4和串口通讯子模块2-5。
微处理器2-1采用PHILIP公司的LPC2214芯片，与电源模块1的+3.3V的输出连接，工作主频为11.0592MHz。串口通讯子模块2-5包括两片RS232芯片SP3232EEY，串口通讯子模块2-5形成两个串口信号通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连。
D/A转换子模块2-2包括D/A转换芯片MAX541AEPA、信号放大电路和功率放大电路。信号放大电路包括顺序串联的跟随电路、一级放大电路和二级放大电路。跟随电路采用一个运算放大器OP-77E、一级放大电路采用运算放大器OP-27E、二级放大电路采用运算放大器OP-37E，功率放大电路采用串联的三极管2N3725和2N3055。D/A转换子模块2-2的输出电压传送到H桥开关子模块2-3，作为H桥路的工作电压V+。D/A转换芯片MAX541AEPA与电源模块1的+5V的输出连接，一个运算放大器OP-77E、运算放大器OP-27E和运算放大器OP-37E均与电源模块1的+24V和-5V的输出连接，功率放大电路与电源模块1的+24V的输出连接。
A/D转换子模块2-4包括A/D转换芯片LTC1606AIG和程控放大器PGA204BP。程控放大器PGA204BP的输出通过另一个运算放大器OP-77E放大后，与A/D转换芯片的1脚(Vin)连接。微处理器2-1的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130脚(P2.0/D0～P2.15/D15)分别与A/D转换芯片LTC1606AIG的6～22脚(D15～D0)连接，接收转换结果。A/D转换芯片LTC1606AIG与电源模块1的+5V的输出连接，程控放大器PGA204BP与电源模块1的+15V和-15V的输出连接，另一个运算放大器OP-77E与电源模块1的+15V和-15V的输出连接。
如图3所示，H桥开关子模块2-3包括4个N型场效应管Q1～Q4、一个采样电阻RS和输出电极接头a、b，采样电阻RS两端分别与A/D转换子模块2-4的程控放大器PGA204BP的4脚(V-in)和5脚(V+in)连接，输出电极接头a、b连接输出电极3的两极。第一N型场效应管Q1的漏极和第三N型场效应管Q3的漏极均与D/A转换子模块2-2的输出端连接，第一N型场效应管Q1的源极与第二N型场效应管Q2的漏极连接作为一个输出电极接头b，第三N型场效应管Q3的源极与第四N型场效应管Q4的漏极均与采样电阻RS的一端连接，采样电阻RS的另一端作为另一个输出电极接头a，第二N型场效应管Q2的源极和第四N型场效应管Q4的源极接地。4个N型场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极作为各自的控制端CTR1、CTR2、CTR3和CTR4。
微处理器2-1通过60脚(P1.25/EXTI0)、59脚(P0.4/SCK0/CAP0.1)和68脚(P0.6/MOSI0/CAP0.2)经反向器74HC14两级反向驱动后，分别与D/A转换子模块2-1中的D/A转换芯片(MAX541AEPA)的4脚(/CS)、5脚(SCLK)和6脚(DIN)连接，产生D/A转换所需的片选、时钟和输入数据信号。其中，反向器74HC14与电源模块1的+5V的输出连接。
微处理器2-1的8脚(P0.24/TD2)、6脚(P0.23/RD2)、5脚(P0.22/TD3/CAP0.0/MAT0.0)和4脚(P0.21/PWM5/RD3/CAP1.3)与一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输入脚连接，一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输出脚与图3所示的H桥开关子模块2-3中的4个N型场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的控制端CTR1、CTR2、CTR3和CTR4分别相连，控制桥路的开启。
微处理器2-1的74脚(P3.5/A5)、73脚(P3.6/A6)、72脚(P3.7/A7)、30脚(P3.26/CS1)、29脚(P3.27/WE)和90脚(P1.1/OE)与另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的六个输入脚连接，另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的两个输出脚分别与A/D转换子模块2-4中的A/D转换芯片LTC1606AIG的24脚(R//C)和25脚(/CS)相连，形成A/D转换所需的读/转换控制信号和片选信号。微处理器2-1的100脚(P0.16/EINT0/MAT0.2/CAP0.2)与A/D转换芯片LTC1606AIG的26脚(/BUSY)连接，接收A/D转换芯片LTC1606AIG的信号。两片GAL芯片ATF16V8B15PI均与电源模块1的+5V的输出连接。
微处理器2-1的42脚(P0.0/TXD0/PWM1)、49脚(P0.1/RXD0/PWM3/EINT0)、75脚(P0.8/TXD1/PWM4)和76脚(P0.9/RXD1/PWM6/EINT3)经双通道光偶HCPL2630产生两组串口信号，分别与串口通讯子模块2-5的两个RS232串口芯片SP3232EEY的11脚(T1IN)和12脚(T10UT)连接。光偶HCPL2630以及两片RS232芯片SP3232EEY均与电源模块1的+5V的输出连接。
本发明实施过程如下。
接通工作电源后，微处理器2-1完成硬件初始化工作，设置极性判断电压，发出桥路开启命令：首先，微处理器通过60脚(P1.25/EXTI0)、59脚(P0.4/SCK0/CAP0.1)和68脚(P0.6/MOSI0/CAP0.2)经74HC14两级反向驱动后，分别输出到D/A转换子模块2-1中的D/A转换芯片MAX541AEPA的4脚(/CS)、5脚(SCLK)和6脚(DIN)，产生D/A转换所需的片选、时钟和输入数据信号；同时，微处理器通过8脚(P0.24/TD2)、6脚(P0.23/RD2)、5脚(P0.22/TD3/CAP0.0/MAT0.0)和4脚(P0.21/PWM5/RD3/CAP1.3)经一片GAL芯片ATF16V8B15PI组合后，控制图3所示的H桥开关子模块2-3中的4个N型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4的控制端CTR1、CTR2、CTR3和CTR4，使CTR1和CTR4为高，CTR2和CTR3为低。
D/A转换子模块2-2的D/A转换芯片MAX541AEPA收到微处理器2-1的转换命令和待转换数据后完成D/A转换，转换结果从MAX541AEPA的1脚(OUT)输出，信号经一个OP-77E一级跟随、OP-27E和OP-37E两级放大、三极管2N3725和2N3055功率放大，输出电压传送到H桥开关子模块2-3的工作电压V+端，因CTR1和CTR4为高，故Q1和Q4开启，电流方向为V+→Q1→b→a→RS→Q4→GND，输出极性b+、a-。
H桥开关子模块2-3中的采样电阻RS两端的电压输出到A/D转换子模块2-4的程控放大器PGA204BP的4脚(V-in)和5脚(V+in)，程控放大器根据微处理器2-1设置的放大比放大该采样电压，再经另一个运算放大器OP-77E放大并输出到A/D转换芯片的1脚(Vin)，微处理器2-1查询其100脚(P0.16/EINT0/MAT0.2/CAP0.2)，当该引脚为低电平时，转换完成，微处理器2-1通过98、105、106、108、109、114～118、120、124、125、127、129、130脚(P2.0/D0～P2.15/D15)，经数据缓冲器SN74LVC4245DW，读取A/D转换芯片的6～22脚(D15～D0)上的A/D转换结果，即为采样电阻RS两端的电压，除以采样电阻值后，得到流经输出电极a、b的电流，该电流绝对值和设定阈值比较，如果小于设定阈值，则说明输出电极极性不是期望极性，因此改变图3所示的H桥开关子模块2-3的开关方向，即使4个N型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4的控制端CTR1和CTR4为低，CTR2和CTR3为高，由图中可见，因CTR2和CTR3为高，故Q2和Q3开启，电流方向为Q2和Q3开启，电流方向为V+→Q3→RS→a→b→Q2→GND，输出极性a+、b-，实现输出极性换向。
另外，由于程控极性转换模块2包含串口通讯子模块，该具有两个串口通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连，因此极性判断电压既可以由程序预置，也可以实现手动设置或在线修改，即可以通过PC机或人机界面实现设置或修改。
Claims (1)
1.检测仪表输出极性程控转换器，包括电源模块、程控极性转换模块和输出电极，其特征在于：
所述的电源模块通过一片LM338提供+24V、通过MC7815T提供+15V、通过LM7915CT提供-15V、通过另一片LM338提供+5V、通过MC7905T提供-5V、通过SPX1117M-3.3提供+3.3V电源，分别为程控极性转换模块的各子模块供电；
程控极性转换模块包括微处理器、D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块；
微处理器采用PHILIP公司的LPC2214芯片，与电源模块的+3.3V的输出连接；串口通讯子模块包括两片RS232芯片SP3232EEY，形成两个串口信号通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连；
D/A转换子模块包括D/A转换芯片MAX541AEPA、信号放大电路和功率放大电路；信号放大电路包括顺序串联的跟随电路、一级放大电路和二级放大电路；跟随电路采用一个运算放大器OP-77E、一级放大电路采用运算放大器OP-27E、二级放大电路采用运算放大器OP-37E，功率放大电路采用串联的三极管2N3725和2N3055；D/A转换子模块的输出电压传送到H桥开关子模块，作为H桥路的工作电压V+；D/A转换芯片MAX541AEPA与电源模块1的+5V的输出连接，一个运算放大器OP-77E、运算放大器OP-27E和运算放大器OP-37E均与电源模块的+24V和-5V的输出连接，功率放大电路与电源模块的+24V的输出连接；
A/D转换子模块包括A/D转换芯片LTC1606AIG和程控放大器PGA204BP；程控放大器PGA204BP的输出通过另一个运算放大器OP-77E放大后，与A/D转换芯片的1脚连接；微处理器的98、105、106、108、109、114、115、116、117、118、120、124、125、127、129、130脚分别与A/D转换芯片LTC1606AIG的6～22脚连接；A/D转换芯片LTC1606AIG与电源模块的+5V的输出连接，程控放大器PGA204BP与电源模块的+15V和-15V的输出连接，另一个运算放大器OP-77E与电源模块的+15V和-15V的输出连接；
H桥开关子模块包括4个N型场效应管、一个采样电阻RS和输出电极接头，采样电阻RS两端分别与A/D转换子模块的程控放大器PGA204BP的4脚和5脚连接，输出电极接头连接输出电极的两极；第一N型场效应管Q1的漏极和第三N型场效应管Q3的漏极均与D/A转换子模块的输出端连接，第一N型场效应管Q1的源极与第二N型场效应管Q2的漏极连接作为一个输出电极接头，第三N型场效应管Q3的源极与第四N型场效应管Q4的漏极均与采样电阻RS的一端连接，采样电阻RS的另一端作为另一个输出电极接头，第二N型场效应管Q2的源极和第四N型场效应管Q4的源极接地；4个N型场效应管的栅极作为各自的控制端；
微处理器通过60脚、59脚和68脚经反向器74HC14两级反向驱动后，分别与D/A转换子模块中的D/A转换芯片的4脚、5脚和6脚连接，产生D/A转换所需的片选、时钟和输入数据信号；反向器74HC14与电源模块的+5V的输出连接；
微处理器的8脚、6脚、5脚和4脚与一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输入脚连接，一片GAL芯片ATF16V8B15PI的四个输出脚与H桥开关子模块中的4个N型场效应管对应的四个控制端分别相连，控制桥路的开启；
微处理器的74脚、73脚、72脚、30脚、29脚和90脚与另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的六个输入脚连接，另一片GAL芯片ATF16V8B15PI的两个输出脚分别与A/D转换子模块中的A/D转换芯片LTC1606AIG的24脚和25脚相连，形成A/D转换所需的读/转换控制信号和片选信号；微处理器的100脚与A/D转换芯片LTC1606AIG的26脚连接，两片GAL芯片ATF16V8B15PI均与电源模块的+5V的输出连接；
微处理器的42脚、49脚、75脚和76脚经双通道光偶HCPL2630产生两组串口信号，分别与串口通讯子模块的两个RS232串口芯片SP3232EEY的11脚和12脚连接；光偶HCPL2630以及两片RS232芯片SP3232EEY均与电源模块的+5V的输出连接。
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