專利名稱：多功能數(shù)字庫侖計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及計算機(jī)控制應(yīng)用領(lǐng)域。
目前庫侖測量儀器對電量的測量大致上有以下幾種1、利用銀析出法，即將銀鹽電解槽串入被測回路中，根據(jù)整個通電時間內(nèi)銀析出量來計算電量，這種方法既費時間、又費材料，不能適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要；2、恒流計時法測量電量，這種儀器測量時需限定回路電流恒定，根據(jù)通電時間計算電量，故使用范圍受到較大限制；3、測量回路電流可變，但允許通過的電流范圍小，且沒有電量、時間預(yù)置功能。當(dāng)在大電流使用時，或需預(yù)置電量使用時就覺得不方便。
通過對上述三種電量測量儀器的分析比較，本實用新型的目的是提供一種新型的量程范圍大的多功能電量測量和控制儀器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的以8031單片機(jī)為核心設(shè)計電量測控系統(tǒng)，測量范圍大、能即時顯示電量以及電量、時間能夠預(yù)置。本儀器全部采用大、中規(guī)模集成電路，用精密電阻作為電流－電壓轉(zhuǎn)換元件，把電量運(yùn)算中電流對時間的積分轉(zhuǎn)換為電壓對時間的積分。
由于采用上述方案檢測電量和時間預(yù)置十分方便，而且電量測量范圍大。本儀器技術(shù)指標(biāo)如下檢測電流量程5檔2安、200毫安、20毫安、2毫安、200微安；電量測量范圍5×10－8～9.9999×105庫侖；電量測量分辨率5×10－8庫侖，電量測量基本誤差≤1％。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
附

圖1是本庫侖計的外觀圖，儀器為長28厘米、高12厘米、寬23厘米的標(biāo)準(zhǔn)儀器箱。在其前面板上，1是8位LED數(shù)碼管，其中左邊6位是尾數(shù)部分，右邊2位是指數(shù)部分；2是5個量程互鎖按鍵開關(guān)，從左到右分別為200微安、2毫安、20毫安、200毫安、2安；3～11是由6只功能鍵，2只預(yù)置鍵和1只復(fù)位鍵組成的按鍵組，其中3為通電時間顯示(及預(yù)置時間)鍵，4為電流顯示鍵，5為電量代數(shù)和(及預(yù)置鍵)顯示鍵，6為正電量(及預(yù)置)顯示鍵；7為負(fù)電量(及預(yù)置)顯示鍵，8為“開始／停止”測量電量鍵，9為預(yù)置改數(shù)鍵，10為預(yù)置位移位鍵，11為復(fù)位鍵，12、13為電流輸入、輸出接線端子，14為電源開關(guān)。
當(dāng)14處于ON位置時，儀器加電運(yùn)行，即顯示提示符“READY”，處于待命狀態(tài)(以后不管在何種狀態(tài)，只要按下復(fù)位鍵，均能回到“READY”待命狀態(tài))。當(dāng)按下8后即執(zhí)行電量測量功能，在電量測量時，可根據(jù)需要任意地按3～7號鍵以即時顯示相應(yīng)的物理量，例如按6號鍵，即可觀察在任一時刻儀器所通過的正電量。如在電量測量時再次按下8號鍵，則儀器中的控制繼電器斷開，結(jié)束電量測量。電量測量停止后，各有關(guān)物理量仍被保持不丟失，可再按相應(yīng)功能鍵進(jìn)行觀察。若在電量測量前事先進(jìn)行預(yù)置(例如對正電量進(jìn)行預(yù)置只要按6號鍵2次，即可看到8位LED數(shù)碼管中的某一位在閃亮，此時按9號鍵，即可把閃亮數(shù)字增1，若按10號鍵，即可把閃亮位右移1位，其它各位數(shù)據(jù)改動方法相同)，此時再按8號鍵進(jìn)行電量測量時，當(dāng)任一測量量達(dá)到預(yù)置值時，控制繼電器自動斷開，結(jié)束測量。
附圖2是詳細(xì)的電原理圖。圖中8031，74S373，27128是具有16K程序存儲器的MCS－51單片機(jī)基本系統(tǒng)，晶振頻率為6MHZ。擴(kuò)充的8155(U4)接口芯片，其256字節(jié)的內(nèi)部RAM作為8031的外部數(shù)據(jù)存儲器，存貯各預(yù)置值及任一時刻的測量值。8155的A口、B口負(fù)責(zé)8位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。C口根據(jù)K12～K52的狀態(tài)檢測電流量處在哪一檔；另外8155的A口和8031的P3.0，P3.1一起構(gòu)成動態(tài)掃描鍵盤矩陣(共九個鍵)。R1～R5為不同量程的精密采樣電阻(依據(jù)電流量程分別為2A～200μA，相應(yīng)的精密電阻分別為0.1Ω－1000Ω，電阻溫度系數(shù)小于0.4×10－4Ω／℃，電阻實際值相對標(biāo)稱值偏差小于0.5％)，被檢測的電流通過精密電阻轉(zhuǎn)換成電壓。圖2在精密電阻上下的＋、－兩端是串在電量檢測回路的電流輸入和輸出端(即圖1中的12、13)。U5為MC14433，3位半A／D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換一次約需0.2秒)，將由精密電阻R1～R5采得的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給8031的P1口，U6為MC1403精密電壓源，給MC14433提供0.2V的基準(zhǔn)電壓。另外K10～K50，K11～K51，K12～K52三組開關(guān)是聯(lián)動的。例如當(dāng)量程開關(guān)打到“200μA”檔時，實際上是這三組開關(guān)中的K10、K11、K12接通，這樣一方面被檢測電流通過K11流過R5(1000Ω)，另一方面K10接通使MC14433采得的電壓是R5上的電壓。并且同時K12接通，程序可以通過讀取U4(8155)有C口知道當(dāng)前量程是在那一檔。三極管BG(9014)及繼電器J組成檢測回路的通斷控制器，一開機(jī)程序設(shè)定P3.5為低電平、KJ斷開。當(dāng)使用者在本庫侖計顯示“READY”狀態(tài)下按下8號鍵(開始／停止)后，程序使P3.5置為高電平，BG導(dǎo)通，J吸合，KJ閉合，進(jìn)行正常測量。當(dāng)使用者第二次按下8號鍵(開始／停止)或者任一測量量達(dá)到預(yù)置值時，程序結(jié)束測量，使P3.5置低電平，BG截止，KJ斷開。電量的測量是根據(jù)通過精密電阻上的電流對時間的累加積分而得，原理如下8031片內(nèi)定時器T。構(gòu)成16位定時器，每計滿100mS產(chǎn)生一次中斷，在定時器中斷服務(wù)子程序中又設(shè)置了一軟件計數(shù)器，當(dāng)經(jīng)過5次定時中斷即執(zhí)行了5次定時器中斷服務(wù)子程序后，該軟件計數(shù)器計數(shù)值為5(共0.5秒)，此時才通過程序開外部中斷INTO，也即此時才允許響應(yīng)MC14433在某次模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時通過其EOC腳向8031的3.2腳(即INTO腳)提出外部中斷申請。在外部中斷INTO服務(wù)子程序中首先通過軟件關(guān)掉INTO中斷，這樣就可以使得8031不再響應(yīng)MC14433提出的中斷申請(除非等到定時器中斷服務(wù)子程序中的軟件計數(shù)器再一次計滿數(shù)值5，也即再過0.5秒后，又重開INTO中斷)。這樣就可以保證0.5秒采集一次數(shù)據(jù)。然后8031從P1口讀取數(shù)據(jù)，將此反映電流大小的數(shù)據(jù)乘上0.5秒后再累加，即得當(dāng)前電量值。然后再差別各計量值與預(yù)置值之差，當(dāng)計量值與預(yù)置值相等或第二次按下8號鍵(開始／停止)時，結(jié)束測量。由于以上功能都是在中斷服務(wù)子程序中完成，所以對當(dāng)前處于顯示某個物理量的狀態(tài)沒有影響。
本裝置的主要目的是電量測量，至于預(yù)置、定時、控制及數(shù)據(jù)的顯示都可以通過不同軟件來實現(xiàn)。該程序由匯編語言編制在27128內(nèi)，此處從略。附圖3為儀器的供電部分，系統(tǒng)供電為正、負(fù)5伏兩部分，交流電經(jīng)橋式整流后，7805提供5伏電壓，7905提供負(fù)5伏電壓。
該儀器可以有如下幾種使用方法一、直接測量電量。儀器接通電源后顯示“READY”提示符，按“開始／停止”鍵，則開始測量，根據(jù)具體反應(yīng)情況，再按“開始／停止”鍵停止測量。
二、電量測控。先推算估計電化學(xué)反應(yīng)中所需的電量，事先預(yù)置好，按“開始／停止”鍵開始測量，當(dāng)測量值達(dá)到預(yù)置值時，儀器自動切斷檢測回路，停止測量。
三、時間測控。先推算電化學(xué)反應(yīng)所需時間，事先預(yù)置好，按“開始／停止”鍵開始測量，當(dāng)測量時間到達(dá)預(yù)定值時，儀器自動切斷檢測回路，停止測量。
權(quán)利要求1.一種由8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)、8155可編程接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、檢測回路、LED數(shù)碼管和供電部分組成的數(shù)字庫侖計，其特征是由MC14433和阻值誤差小于0.5%，溫度系數(shù)小于0.4×10-4Ω/℃的精密電阻R1～R5組成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用MC1403精密電源給MC14433提供基準(zhǔn)電壓。
專利摘要本實用新型為一種由8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)、8155可編程接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、檢測回路組成的多功能數(shù)字庫侖計。由單片機(jī)控制進(jìn)行電量檢測，能即時以數(shù)字顯示電量，并能對電量、時間進(jìn)行預(yù)置測量。電流檢測范圍2微安～2安，電量檢測范圍5×10
文檔編號G01R29/24GK2166462SQ92237920
公開日1994年5月25日 申請日期1992年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月16日
發(fā)明者徐寅林, 金昌祚 申請人:南京師范大學(xué)