CN111007291A - 一种高精度数字电阻卡及使用方法 - Google Patents

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付盛坤
余海
刘施宇
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    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

本发明公开了一种高精度数字电阻卡，包括控制器、通讯接口以及若干个数字电位计，若干个数字电位计并联形成若干数字电位计组，数字电位计组串联，控制器分别与每个数字电位计连接，控制器与通讯接口连接，本发明采用数字电位计设计电阻卡，解决机械式电阻卡体积大，价格贵的问题；本发明对数字电位计进行串联及并联组合，解决数字电位计分辨率不高的问题；本发明对串并联组合数字电位计的电阻卡每一种可出现组合进行重新测量，并根据测量结果进行重新排序，并挑选其中满足精度要求的排序组合，解决基于数字电位计的电阻卡非线性及输出精度不高问题。

Description

一种高精度数字电阻卡及使用方法
技术领域
本发明属于航空检测技术领域，尤其涉及一种高精度数字电阻卡及使用方法。
背景技术
在飞机机载设备的地面试验过程中，很多试验件(如整流罩防冰温度控制试验件)需要试验设备向其提供电阻信号。为了实现自动测试，往往需要提供的电阻信号连续可调，且精度达标。
现试验室普遍采用的做法是，1)采用机械式电阻卡，将继电器和电阻按矩阵按串联或并联方式进行连接，通过控制继电器的通断，达到控制输出电阻的目的；2)采用数字电位计，其可通过编程控制接口改变芯片内部的电阻值。
现有技术存在的问题，针对方法1，采用机械式电阻卡，由于继电器体积较大，且搭建电阻网络需要大量的继电器及电阻，导致设计的电阻卡体积较大，或在体积固定的电阻卡中可设计的路数较少。针对方法2，数字电位计存在两点不足：1)虽然数字电位器将电阻网络集中于一块芯片中，但其分辨率相对于机械式电阻卡较小，无法满足高精度应用场景；2)数字电位计线性度较差，若对其进行串联或并联组合，会出现非线性情况，无法满足使用要求。
发明内容
本发明的目的：提出一种高精度数字电阻卡及使用方法，可以解决机械式电阻卡体积大，价格贵的问题，同时解决仅仅通过编程控制接口改变芯片内部的电阻值，产生的分辨率不高的问题。
本发明的技术方案：
一种高精度数字电阻卡，包括控制器、通讯接口以及若干个数字电位计，所述的若干个数字电位计并联形成若干数字电位计组，所述的数字电位计组串联，所述的控制器分别与每个数字电位计连接，所述的控制器与通讯接口连接。
所述的控制器为FPGA。
所述的数字电位计是可编程且可多等分的电阻。
所述的通讯接口与外部的上位机连接。
所述的通讯接口与外部的上位机通过PCI总线连接。
所述的通讯接口与外部的上位机通过PXI总线连接。
所述的通讯接口与外部的上位机通过RS232总线连接。
一种高精度数字电阻卡，所述的使用方法包括以下步骤：
步骤1：上位机通过电阻卡的通讯接口将命令传输到电阻卡的控制器中，控制器将上位机发送的指令传输至各个数字电位计，使各个数字电位计按上位机要求，输出各自的电阻值；
步骤2：电阻卡根据各个数字电位计的阻值会在输出端口之间会呈现一个固定阻值，采用高精度电阻测量装置记录下此时的实际电阻值，并与上位机发送的指令组成一组数据，待上位机将所有的数字电位计能够输出的阻值进行设置且记录后，形成多组数据；
步骤3：对多组数据中的阻值进行排序筛选，选用阻值满足分辨率需求的数据，将阻值不满足分辨率需求的其他组数据删除；
步骤4：将排序筛选后的多组数据中的阻值对应的上位机指令按顺序写入到控制器的内存中；
步骤5：使用时，上位机向电阻卡发送所需要的电阻值，控制器就会将与电阻值对应的上位机指令发送至各个数字电位计，从而输出所需要的电阻值。
本发明的有益效果：(1)采用数字电位计设计电阻卡，解决机械式电阻卡体积大，价格贵的问题；
(2)对数字电位计进行串联及并联组合，解决数字电位计分辨率不高的问题；
(3)对串并联组合数字电位计的电阻卡每一种可出现组合进行重新测量，并根据测量结果进行重新排序，并挑选其中满足精度要求的排序组合，解决基于数字电位计的电阻卡非线性及输出精度不高问题。
附图说明
图1是本发明原理示意图；
图2是本发明具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的介绍，本发明所述的一种高精度数字电阻卡，包括控制器、通讯接口以及若干个数字电位计，所述的若干个数字电位计并联形成若干数字电位计组，所述的数字电位计组串联，所述的控制器分别与每个数字电位计连接，所述的控制器与通讯接口连接。
所述的控制器为FPGA控制器。
所述的数字电位计是可编程且可多等分的电阻。
所述的通讯接口与外部的上位机连接。
所述的通讯接口与外部的上位机通过PCI总线、PXI总线或RS232总线连接。
一种高精度数字电阻卡，所述的使用方法包括以下步骤：
步骤1：上位机通过电阻卡的通讯接口将命令传输到电阻卡的控制器中，控制器将上位机发送的指令传输至各个数字电位计，使各个数字电位计按上位机要求，输出各自的电阻值；
步骤2：电阻卡根据各个数字电位计的阻值会在输出端口之间会呈现一个固定阻值，采用高精度电阻测量装置记录下此时的实际电阻值，并与上位机发送的指令组成一组数据，待上位机将所有的数字电位计能够输出的阻值进行设置且记录后，形成多组数据；
步骤3：对多组数据中的阻值进行排序筛选，选用阻值满足分辨率需求的数据，将阻值不满足分辨率需求的其他组数据删除；
步骤4：将排序筛选后的多组数据中的阻值对应的上位机指令按顺序写入到控制器的内存中；
步骤5：使用时，上位机向电阻卡发送所需要的电阻值，控制器就会将与电阻值对应的上位机指令发送至各个数字电位计，从而输出所需要的电阻值。
实施例：在某试验件地面试验过程中，现需要最大阻值为10KΩ，电阻输出间隔为1Ω的电阻卡。现市面上有分辨率为8位的1KΩ、10KΩ等几种规格的数字电位计，其中分辨率为8位的1KΩ电阻最小输出电阻间隔为4Ω左右，满足不了电阻输出间隔为1Ω的使用要求。
为了满足使用要求，硬件上我们采用8个1KΩ的数字电位计并联，并联后再与一个10KΩ的数字电位计串联。对9个数字电位计分别编号，8个1KΩ的编号为1－8，10KΩ的数字电位计编号为9。上位机通过通讯接口向FPGA发送9个8位的数据，分别对应9个数字电位计。对于单个数字数字电位计而言，输出电阻为8位二进制数据除以256，然后乘以数字电位计的幅值。上位机对9个数字电位计的所有组合进行设置，通过高精度数字万用表测量并记录每一个设置值对应的电阻卡输出电阻值。将所有测量阻值进行重新排序，并根据使用要求，即输出电阻间隔为1Ω，挑选其中的阻值作为有效数据。如我们测了5个数据，对应的阻值分别为100、100.6、101、101.4、102，我们只挑选其中的100、101和102作为有效的电阻值。将挑选出的有效电阻值对应的9个8位数据和电阻值组成一组数据，写入到FPGA的内存中。在使用过程中，上位机只需要向FPGA发送所需要的电阻值，FPGA便会将与电阻值对应的9个8位数据分别传输至各个数字电位计，从而使电阻卡输出我们所需要的电阻值。

Claims (8)

1.一种高精度数字电阻卡，其特征在于：包括控制器、通讯接口以及若干个数字电位计，所述的若干个数字电位计并联形成若干数字电位计组，所述的数字电位计组串联，所述的控制器分别与每个数字电位计连接，所述的控制器与通讯接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的控制器为FPGA。
3.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的数字电位计是可编程且可多等分的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的通讯接口与外部的上位机连接。
5.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的通讯接口与外部的上位机通过PCI总线连接。
6.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的通讯接口与外部的上位机通过PXI总线连接。
7.根据权利要求1所述的一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的通讯接口与外部的上位机通过RS232总线连接。
8.一种高精度数字电阻卡，其特征在于：所述的使用方法包括以下步骤：
步骤1：上位机通过电阻卡的通讯接口将命令传输到电阻卡的控制器中，控制器将上位机发送的指令传输至各个数字电位计，使各个数字电位计按上位机要求，输出各自的电阻值；
步骤2：电阻卡根据各个数字电位计的阻值会在输出端口之间会呈现一个固定阻值，采用高精度电阻测量装置记录下此时的实际电阻值，并与上位机发送的指令组成一组数据，待上位机将所有的数字电位计能够输出的阻值进行设置且记录后，形成多组数据；
步骤3：对多组数据中的阻值进行排序筛选，选用阻值满足分辨率需求的数据，将阻值不满足分辨率需求的其他组数据删除；
步骤4：将排序筛选后的多组数据中的阻值对应的上位机指令按顺序写入到控制器的内存中；
步骤5：使用时，上位机向电阻卡发送所需要的电阻值，控制器就会将与电阻值对应的上位机指令发送至各个数字电位计，从而输出所需要的电阻值。
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