CN109616269B - 一种程控电阻及程控调节电阻值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种程控电阻及程控调节电阻值的方法。所公开的程控电阻包括：目标电阻值设置模块，用于设置目标电阻值；串联的N个电阻阵列，用于构建电阻值等于目标电阻值的目标电阻，其中，N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数。所公开的技术方案采用了具有不同阻值调节范围和输出精度的多个数字电位器芯片，保证能够有较大的调节范围和较高的输出精度，体积小，成本低。

Description

一种程控电阻及程控调节电阻值的方法

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种程控电阻及程控调节电阻值的方法。

背景技术

变阻器一直是一种重要的电路元件，在自动测试、信号采集、新产品研究开发等各种场合中都有所应用。然而，传统的滑动变阻器通常需要手动调节，而且精度很低。因此，人们发明了程控电阻来方便调节和提高精度。

现有技术的程控电阻主要采用板卡式拼接。板卡分为主控板卡和电阻阵列板卡，通过背板实现板卡的固定和连接。主控板卡主要控制其他板卡，电阻板卡主要由大量高精度电阻和继电器等开关元件组成。用户通过向主控板发送指令，控制继电器等开关元件，组合形成不同的电阻阵列，从而调节输出电阻。

尽管现有的程控电阻已经能够满足许多功能需求，然而，由于使用了大量分立的高精度电阻和开关元件，整个装置由背板和多个板卡组成，因此体积较大，价格昂贵，并不适用于以下场合：

1)某些可行性研究工作，由于可行性未知，投入大量资金购买昂贵的程控电阻可能得不偿失。

2)对功率、精度要求不高的场合，现有程控电阻虽然能够满足需求，但价格昂贵，需要低成本产品替代。

3)对体积有要求的场合，较大的体积可能会增加结构设计难度，甚至否定已有的结构设计。

因此，需要提出新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

根据本发明的程控电阻，包括：

目标电阻值设置模块，用于设置目标电阻值；

串联的N个电阻阵列，用于构建电阻值等于目标电阻值的目标电阻，

其中，N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数。

根据本发明的程控电阻，还包括：

目标电阻值分配模块，用于分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

其中，N个电阻阵列还用于，根据分配给各自的部分目标电阻的电阻值构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的程控电阻，其目标电阻值分配模块还用于，通过下列步骤来分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值：

确定N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

确定第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

N个电阻阵列还用于，根据各自对应的变化量重新构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的程控电阻，还包括：

显示模块，用于显示关于所设置的目标电阻值、目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

根据本发明的程控电阻，其目标电阻值设置模块包括串行通信接口，经由串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，

其中，串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

根据本发明的程控调节电阻值的方法，包括：

设置目标电阻值；

使用串联的N个电阻阵列来构建电阻值等于目标电阻值的目标电阻，

其中，N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数。

根据本发明的程控调节电阻值的方法，还包括：

分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

根据分配给各自的部分目标电阻的电阻值，使用N个电阻阵列构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的程控调节电阻值的方法，通过下列步骤来分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值：

确定N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

确定第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

根据各自对应的变化量，使用N个电阻阵列重新构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的程控调节电阻值的方法，还包括：

显示关于所设置的目标电阻值、目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

根据本发明的程控调节电阻值的方法，经由串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，以设置目标电阻值，

其中，串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

根据本发明的上述技术方案，采用了具有不同阻值调节范围和输出精度的多个数字电位器芯片，保证能够有较大的调节范围和较高的输出精度，体积小，成本低。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与相关的文字描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了根据本发明的程控电阻100的示意框图。

图2示例性地示出了根据本发明的程控调节电阻值的方法的示意流程图。

图3示例性地示出了判断需要输出最大值的数字电位器的示意流程图。

图4示例性地示出了确定第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值的示意流程图。

图5示例性地示出了计算各个电阻阵列各自的电阻值的变化量的示意流程图。

图6示例性地示出了按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次输出的示意流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了解决背景技术部分所提出的上述问题，需要提出能够减小体积、降低成本的新的技术方案。

考虑到数字电位器是一种体积小、价格低的可调电位器。通过设置不同的数值，数字电位器的阻值会改变。因此，本申请的主要发明构思是采用数字电位器来替换现有程控电阻中的分立元件，从而达到减小体积、降低成本的有益效果。下面将结合附图对本申请的技术方案进行详细描述。

图1示例性地示出了根据本发明的程控电阻100的示意框图。

如图1的实线框所示，根据本发明的程控电阻100包括：

目标电阻值设置模块101，用于设置目标电阻值；

串联的N个电阻阵列103，用于构建电阻值等于目标电阻值的目标电阻，

其中，N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数。

数字电位器(芯片)的精度(每次改变的最小阻值)由其最大输出阻值和位数决定。

例如，上述数字电位器芯片可以是X9241芯片系列产品。X9241芯片系列产品包括封装了1个至4个数字电位器(即，上述电阻阵列)的各种不同的型号。

例如，用户可以根据需要选择包含需要的精度的芯片型号。用户还可以根据各个电阻阵列的最大输出阻值和目标电阻值的期望范围来确定N的大小，从而进一步确定各种型号的数字电位器芯片的数量，以保证根据本发明的程控电阻100能够有较大的调节范围和较高的输出精度。

可选地，如图1的虚线框所示，程控电阻100还包括：

目标电阻值分配模块105，用于分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

其中，N个电阻阵列还用于，根据分配给各自的部分目标电阻的电阻值构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

可选地，目标电阻值分配模块105还用于，通过下列步骤来分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值：

确定N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

确定第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

N个电阻阵列还用于，根据各自对应的变化量重新构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的上述技术方案，能够优先控制变化最大的数字电位器(即，电阻阵列)，使输出阻值尽快接近目标电阻值。

可选地，如图1的虚线框所示，程控电阻100还包括：

显示模块107，用于显示关于所设置的目标电阻值、目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

例如，上述许可的设置范围即为目标电阻值的期望范围。

可选地，目标电阻值设置模块101包括串行通信接口，经由串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，

其中，串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

图2示例性地示出了根据本发明的程控调节电阻值的方法的示意流程图。

如图2的实线框所示，根据本发明的程控调节电阻值的方法，包括：

步骤S202：设置目标电阻值；

步骤S204：使用串联的N个电阻阵列来构建电阻值等于目标电阻值的目标电阻，

其中，N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数。

可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的程控调节电阻值的方法，还包括：

步骤S206：分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

步骤S208：根据分配给各自的部分目标电阻的电阻值，使用N个电阻阵列构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

可选地，通过下列步骤来实现步骤S206和步骤S208：

A)确定N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

B)确定第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

C)计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

D)按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

根据各自对应的变化量，使用N个电阻阵列重新构建各自的部分目标电阻，从而构建目标电阻。

根据本发明的上述技术方案，能够优先控制变化最大的数字电位器(即，电阻阵列)，使输出阻值尽快接近目标电阻值。

为了使本领域技术人员更清楚地理解上述步骤A)-步骤D)，下面将结合具体示例进行描述。

根据本发明的上述技术方案所使用的N个数字电位器(即，上述串联的N个电阻阵列)按照最大输出值由大到小的方式进行编号，如0，1，2……N-1，编号存储于数组code[N]中。例如，code[0]中存储的是第一个数字电位器的编号，以此类推。

每个数字电位器的最大输出值都存储于数组maxAvalue[N]中。例如，maxAvalue[0]存放的是第一个数字电位器的最大输出值，以此类推。

最大输出值所对应的数字量存储于数组maxDvalue[N]中。例如，maxDvalue[0]存放的是第一个数字电位器的最大输出值所对应的数字量，以此类推。

设置的电阻值(即，上述目标电阻值)用变量setResData表示。

计算得到的数字电位器输出值不会立即发送到数字电位器，而是暂存于数组next[N]中，等待所有计算完成后，按照一定顺序发送。

为了加快阻值变化速度，需要优先设置变化大的数字电位器，不改变没有变化的数字电位器，因此需要比较当前数字电位器的电阻值和预备设置的电阻值。当前数字电位器的数字量值存储于数组now[N]中；当前阻值与预备设置阻值的差(绝对值)存储于数组diffValue[N]中。

更具体地，图3示例性地示出了判断需要输出最大值的第一电阻阵列(即，步骤A))的示意流程图。

如图3所示，可以通过以下具体步骤来实现步骤A)：

(可选地)首先，比较setResData与所有电位器最大输出值之和sum，如果setResData较大，则无法输出该值，会发送和显示错误指令(对应于下文所述的步骤S210)。

其次，setResData与第一个数字电位器的最大输出值maxAvalue[0]比较，如果setResData不小于该值，则表示需要第一个数字电位器输出其最大值(next[0]＝maxDvalue[0])即，将该数字电位器确定为上述第一电阻阵列。然后setResData需要减去maxAvalue[0]，继续与下一个数字电位器的最大输出值比较。当setResData值小于与其比较的数字电位器最大输出值或者全部比较完成时，使用变量order记录该数字电位器的序号。

更具体地，图4示例性地示出了确定第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值(即，步骤B))的示意流程图。

如图4所示，该步骤会计算不需要输出最大值的电位器的数字量值。通过逐步运算，尽量缩小最终结果与设置值的差距。

更具体地，图5示例性地示出了计算各个电阻阵列各自的电阻值的变化量(即，步骤C))的示意流程图。

如图5所示，在该步骤中，为了加快阻值改变，需要优先设置阻值变化大的数字电位器，不改变阻值不变的数字电位器，因此需要比较当前数字电位器的值和预备设置的值。即，本步骤用于计算各个数字电位器改变的电阻值。

更具体地，图6示例性地示出了按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次输出(即，步骤D))的示意流程图。

如图6所示，可以基于冒泡排序算法，以改变的阻值(即，变化量)为索引，按照从大到小的顺序对数字电位器的编号进行排序；然后按照编号的顺序设置数字电位器(即，向该数字电位器输出变化量)，优先设置排在前面的，不设置没有阻值变化的数字电位器。

可选地，如图2的虚线框所示，根据本发明的程控调节电阻值的方法，还包括：

步骤S210：显示关于所设置的目标电阻值、目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

可选地，经由串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，以设置目标电阻值，

其中，所述串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，所述用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

根据本发明的上述技术方案，通过接收到的指令，控制数字电位器，调节输出电阻值，能够满足现有应用中的测试测量等需求。能够减少人力、时间成本，消除由手动调整产生的失误。节省了大量的分立电阻和分立开关器件，因此，还具有体积小、成本低的优点。

根据本发明的上述技术方案，采用了具有不同阻值调节范围和输出精度的多片数字电位器串联，保证能够有较大的调节范围和较高的输出精度。

根据本发明的上述技术方案，能够通过串口(RS232、RS485)、USB等与上位机(例如，PC、PLC、MCU等支持串口的设备)进行通讯。

根据本发明的技术方案，适用于如背景技术部分所述的现有技术方案所不适用的那些场合。

即，根据本发明的上述技术方案，具有以下优点：

1)使用廉价的数字电位器，产品体积小，成本低。

2)使用多片不同测量范围和精度的数字电位器芯片，保证较大的阻值调节范围和较高的输出精度。

3)通过计算，使输出电阻尽量接近设置值，使输出电阻尽快接近设置值。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种程控电阻，其特征在于，包括：

目标电阻值设置模块，用于设置目标电阻值；

串联的N个电阻阵列，用于构建电阻值等于所述目标电阻值的目标电阻，

其中，所述N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数；

还包括：

目标电阻值分配模块，用于分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

其中，所述N个电阻阵列还用于，根据分配给各自的所述部分目标电阻的电阻值构建各自的所述部分目标电阻，从而构建所述目标电阻；

所述目标电阻值分配模块还用于，通过下列步骤来分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值：

确定所述N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将所述第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

确定所述第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

所述N个电阻阵列还用于，根据各自对应的变化量重新构建各自的所述部分目标电阻，从而构建所述目标电阻。

2.如权利要求1所述的程控电阻，其特征在于，还包括：

显示模块，用于显示关于所设置的目标电阻值、所述目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

3.如权利要求1所述的程控电阻，其特征在于，所述目标电阻值设置模块包括串行通信接口，经由所述串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，

其中，所述串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，所述用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

4.一种程控调节电阻值的方法，其特征在于，包括：

设置目标电阻值；

使用串联的N个电阻阵列来构建电阻值等于所述目标电阻值的目标电阻，

其中，所述N个电阻阵列分布在多个数字电位器芯片中，分别包括具有不同精度的电阻单元，N为大于1的整数；

还包括：

分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

根据分配给各自的所述部分目标电阻的电阻值，使用所述N个电阻阵列构建各自的所述部分目标电阻，从而构建所述目标电阻；

通过下列步骤来分配每个电阻阵列所需要构建的部分目标电阻的电阻值：

确定所述N个电阻阵列中需要以各自的最大电阻值来构建各自的部分目标电阻的第一电阻阵列，将所述第一电阻阵列的部分目标电阻的电阻值设置为各自的最大电阻值；

确定所述第一电阻阵列之外的第二电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值；

计算各个电阻阵列各自所需要构建的部分目标电阻的电阻值相对于各自的当前电阻值的变化量；

按照变化量的绝对值从大到小的顺序依次向各个电阻阵列输出各自对应的变化量，

根据各自对应的变化量，使用所述N个电阻阵列重新构建各自的所述部分目标电阻，从而构建所述目标电阻。

5.如权利要求4所述的程控调节电阻值的方法，其特征在于，还包括：

显示关于所设置的目标电阻值、所述目标电阻值是否在许可的设置范围内的信息。

6.如权利要求4所述的程控调节电阻值的方法，其特征在于，经由串行通信接口从用户设备接收用于设置目标电阻值的指令，以设置目标电阻值，

其中，所述串行通信接口包括TTL、RS232、RS485、USB、SPI、UART，所述用户设备包括PC、MCU、PLC、DSP、MPU。

Images