CN103294090A - 直流信号发生器 - Google Patents

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郭凯志
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Abstract

本发明涉及一种直流信号发生器,是基于单片机的数字控制技术的低成本高精度信号发生器,能够精确实现0-5V直流电压和4-20mA直流电流的输出。其特征在于,包括键盘、控制器、显示器电路、D/A转换器、第一放大器、第二放大器、电源,其中键盘、控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器依次串联电连接,显示器和控制器电连接,电源分别和控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器电连接。本发明体积小、成本低、操作方便等特点,可作为现场安装调试及维护的标准信号源。

Description

直流信号发生器
技术领域
本发明涉及一种直流信号发生器,具体地讲就是对自动化、计算机控制技术、仪表等行业的企业职工和学校学生对相关仪表和系统进行校验、维护、投运和整定的标准设备。
背景技术
在当今工业控制系统中,随着自动化水平的不断提高,经常采用标准的4至20mA直流电流信号作为计算机采集和现场控制信号,因此在安装调试与维护自动化仪器、仪表等设备时要经常用到毫安信号发生器,但传统的万用表(包括数字式和指针式)都不具备毫安信号输出功能,而一个成品毫安信号发生器动辄几千甚至上万元,其价格让人难以承受,且由于其体积大不便携带,这给安装调试自动化设备时带来了很多不便。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种利用单片机和数字控制技术、带数字显示的信号发生器,具有同时输出0-5V直流电压和4-20mA直流电流、体积小、成本低、操作方便等特点,可作为现场安装调试及维护的标准信号源。
为达到上述目的,本发明是通过以下的技术方案来实现的:
直流信号发生器,其特征在于,包括键盘、控制器、显示器电路、D/A转换器、第一放大器、第二放大器、电源,其中键盘、控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器依次串联电连接,显示器和控制器电连接,电源分别和控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器电连接。
进一步,所述的控制器中,单片机IC1的型号为AT89C2051。
进一步,所述的键盘,包括按键S1、按键S2,按键S1和按键S2的一端电连接后接地,按键S1的另一端和单片机IC1的7脚电连接,按键S2的另一端和所述控制器中的单片机IC1的8脚电连接。
进一步,所述的第一放大器中,电位器R8并接在放大器A1的1脚和放大器A1的2脚之间,放大器A1的型号为LM324。
进一步,所述的第二放大器中,电位器R13并接在三极管T的发射极和放大器A2的9脚之间,放大器A2的型号为LM324。
进一步,所述的显示器电路中,驱动电路由四块型号为CD4094的寄存器组成。
本发明的有益效果是:可以同时输出0-5V直流电压和4-20mA直流电流、具有信号调节方便,精度高,体积小、成本低、便于携带等特点,特别适合现场使用。
附图说明
图1为本发明直流信号发生器的电路方框图;
图2为本发明直流信号发生器的电路原理图;
图3为本发明直流信号发生器的电源原理图。
附图中主要标记含义如下:
1、键盘           2、控制器           3、显示器电路  4、D/A转换器
5、第一放大器     6、第二放大器       7、电源        8、驱动电路
9、四位数码管     10、变压器          11、整流桥     12、滤波电路
13、一级稳压电路  14、二级稳压电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示,本发明直流信号发生器,包括键盘1、控制器2、显示器电路3、D/A转换器4、第一放大器5、第二放大器6、电源7。其中键盘1、控制器2、D/A转换器4、第一放大器5、第二放大器6依次串联电连接,显示器3和控制器2电连接,电源7分别和控制器2、D/A转换器4、第一放大器5、第二放大器6电连接。键盘1用于调整输出电压和输出电流的大小,控制器2根据键盘1的指令输出八位数字信号(0至256),D/A转换器4将控制器2输出的八位数字信号转换为模拟电压信号,第一放大器5将D/A转换器4输出的模拟电压信号转换为0-5V直流电压输出,第二放大器6将第一放大器5输出的0-5V直流电压信号转换为4-20mA的直流电流输出,显示器电路3用于显示输出电压和电流值,电源7为控制器2、D/A转换器4、第一放大器5、第二放大器6提供+5V、-12V、+12V电压。
如图2所示,本发明直流信号发生器,所述的控制器2,包括单片机IC1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、晶振XTAL,其中电容C2、电容C3和晶振XTAL组成时钟电路,振荡频率为6MHz,具体地,电容C2和电容C3的一端电连接后接地,电容C2的另一端和单片机IC1的4脚电连接,电容C3的另一端和单片机IC1的5脚电连接,晶振XTAL并接在单片机IC1的4脚和5脚之间;电阻R1、电阻R2的一端并接后与+5V电源电连接,电阻R1的另一端和单片机IC1的7脚电连接,电阻R2的另一端和单片机IC1的8脚电连接,电容C1并接在单片机IC1的1脚和20脚之间,电阻R3并接在单片机IC1的1脚和地之间,单片机IC1的20脚连接+5V电源,单片机IC1的型号为AT89C2051,控制器2输出的八位数字信号(00至FFH)通过单片机IC1的P1.0-P1.7端的信号分别对应送入到D/A转换器4中IC2的DI0-DI7端子。
所述的键盘1,包括按键S1、按键S2,用于调整单片机产生变化的八位数字量(00至FFH)送P1口,调整输出电压和输出电流的大小,具体地,按键S1和按键S2的一端电连接后接地,按键S1的另一端和单片机IC1的7脚电连接,用于增加输出信号,按键S2的另一端和单片机IC1的8脚电连接,用于减少输出信号。
所述的D/A转换器4,包括IC2、稳压管DW、电阻R4、电阻R6,其中电阻R4并接在IC2的12脚和11脚,IC2的1脚、2脚、17脚、18脚连接后接地,IC2的19脚和20脚连接后接+12V电源,IC2的型号为DAC0832,稳压管DW并接在IC2的8脚和地之间,稳压管DW的稳压值为8V,电阻R6并接在IC2的8脚和+12V电源之间,D/A转换器4输出的模拟信号由电阻R4送到第一放大器5。
所述的第一放大器5,包括电阻R5、电阻R7、电位器R8、放大器A1,用于输出0-5V直流电压,具体地,电阻R5并接在IC2的12脚和放大器A1的2脚之间,电阻R7的一端和放大器A1的3脚电连接,电阻R7的另一端和IC2的11脚电连接后接地,电位器R8并接在放大器A1的1脚和放大器A1的2脚之间,电位器R8为高精度多圈电位器,用于微调输出电压的大小,放大器A1的型号为LM324,第一放大器5输出的0-5V直流电压由放大器A1的1脚送到第二放大器6。
所述的第二放大器6,包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电位器R13、电阻R14、电容C4、放大器A2、三极管T,具体地,电阻R9并接在放大器A1的1脚和放大器A2的9脚之间,电阻R10并接在放大器A2的10脚和+12V电源之间,电阻R11并接在放大器A2的10端和地之间,电阻R12并接在放大器A2的8脚和放大器A2的9脚之间,电容C4并接在放大器A2的8脚和地之间,三极管T的基极和放大器A2的8脚电连接,电位器R13并接在三极管T的发射极和放大器A2的9脚之间,电位器R13为高精度多圈电位器,用于微调输出电流的大小,放大器A2的型号为LM324,电阻R14并接在三极管T的发射极和+12V电源之间,T的集电极输出4-20mA直流电路。
所述的显示器电路3,包括驱动电路8、四位数码管9,其中驱动电路8由四块型号为CD4094的寄存器组成,驱动电路8和单片机IC1的2脚、3脚电连接,驱动电路8和四位数码管9电连接。
如图3所示,本发明直流信号发生器,所述的电源7,包括依次电连接的变压器10、整流桥11、滤波电路12、一级稳压电路13、二级稳压电路14,具体地,220V交流电压经变压器10降压为18V交流电压后送到整流桥11进行全波整流后送到滤波电路12;所述的滤波电路12,包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、具体地,电容C1并接在整流桥11的2脚和地之间,电容C2并接在整流桥11的4脚和地之间,电容C3和电容C4串接后并接在整流桥11的2脚和整流桥11的4脚;所述的一级稳压电路13,包括电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、三端稳压器7812、三端稳压器7912,其中,电容C5并接在电容C3两端,电容C5并接在三端稳压器7812的1脚和2脚之间,电容C6并接在电容C4两端,电容C6并接在三端稳压器7912的1脚和2脚之间,电容C7并接在三端稳压器7812的2脚和3脚之间,电容C8并接在三端稳压器7912的2脚和3脚之间,三端稳压器7812的3脚输出+12V直流电压,三端稳压器7912的3脚输出-12V直流电压;所述的二级稳压电路14,包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、三端稳压器7805,其中电容C9和电容C7并接,电容C9并接在三端稳压器7805的1脚和2脚之间,电容C10和电容C8并接,电容C11和电容C12并接后并接在三端稳压器7805的3脚和2脚,三端稳压器7805的3脚输出+5V直流电压。
上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.直流信号发生器,其特征在于,包括键盘、控制器、显示器电路、D/A转换器、第一放大器、第二放大器、电源,所述的键盘、控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器依次串联电连接,所述的显示器和控制器电连接,所述的电源分别和控制器、D/A转换器、第一放大器、第二放大器电连接。
2.根据权利要求1所述的直流信号发生器,其特征在于,所述的控制器中,单片机IC1的型号为AT89C2051。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的直流信号发生器,其特征在于,所述的键盘,包括按键S1、按键S2,按键S1和按键S2的一端电连接后接地,按键S1的另一端和单片机IC1的7脚电连接,按键S2的另一端和所述控制器中的单片机IC1的8脚电连接。
4.根据权利要求1所述的直流信号发生器,其特征在于,所述的显示器电路中,驱动电路包括四块型号为CD4094的寄存器。
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