基于單片機控制的隔離型積分電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機控制的隔離型積分電路，它包括積分電路，積分電路的輸入端口經由線性光電隔離電路、D/A轉換電路與單片機電路的信號傳輸端口連接，鍵盤顯示電路的信號端口與單片機電路的鍵盤信號端口連接。本實用新型實現了一種具有隔離功能，且斜率和方向都可連續調節的積分電路，其可將學校中的電子技術課程的積分電路實驗與單片機課程的單片機實驗有效地結合起來，大大提高實驗設備的利用率，使學生們通過實驗來鞏固前后所學的知識，滿足培養學生綜合設計能力的需求。
【專利說明】
基于單片機控制的隔離型積分電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種具有隔離功能、斜率和方向可調節的積分電路，屬于積分電 路設計技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前在電子測量技術領域，一些信號變換器如積分電路，在波形轉換、噪聲抑制以 及抗干擾方面有著廣泛的用途。在實際設計時，要想實現正反向連續可調的積分電路，可以 通過單片機編程來實現，但帶來的問題是單片機的負擔過重，這是因為單片機要處理鍵盤 信息，還要顯示過程數據，因此單片機的實時性很難保證，且會影響到其轉換器的性能。目 前比較好的辦法是積分電路由硬件實現，單片機處理鍵盤、顯示以及其它信息。但常規的積 分電路不能實現單片機電路與積分電路的隔離，在實際應用中可以看到，積分電路經常與 某個被控對象連在一起使用，也就是說單片機電路還要控制很多其它被控對象，這便會造 成一旦某一被控對象出現問題，單片機電路便會受到損害，最終導致整個系統無法正常工 作。
[0003] 如今高校的實驗室建設蓬勃發展，實驗設備品種繁多，但實驗設備之間沒有相關 性，相互彼此獨立。例如當前大學里的電氣專業，前期設置了電子技術課程，為同學們安排 了積分電路實驗，后期則設置了單片機課程。單片機課程的實驗設備的被控對象通常是數 字電路，而積分電路是電子技術課程所需的實驗設備，這兩種實驗設備分布在不同的實驗 室，可見電子技術課程與單片機課程沒有很好地進行銜接設置，這會大大降低設備的利用 率，造成嚴重的資源浪費，使學生們不能通過實驗來鞏固前后所學的知識，不能滿足培養學 生綜合設計能力的需求，教學效果無法通過實驗來得到改善與提高。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種基于單片機控制實現的，具有隔離功能且斜率和 方向可連續可調的隔離型積分電路。
[0005] 為了實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：
[0006] -種基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于:它包括積分電路，積分電路 的輸入端口經由線性光電隔離電路、D/A轉換電路與單片機電路的信號傳輸端口連接，鍵盤 顯示電路的信號端口與單片機電路的鍵盤信號端口連接。
[0007] 本實用新型的優點是：
[0008] 本實用新型實現了一種具有隔離功能，且斜率和方向都可連續調節的積分電路， 其可將學校中的電子技術課程的積分電路實驗與單片機課程的單片機實驗有效地結合起 來，大大提高實驗設備的利用率，使學生們通過實驗來鞏固前后所學的知識，利用積分電路 來提高學生們的單片機編程水平和單片機電路的設計能力，滿足培養學生綜合設計能力的 需求。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型的組成示意圖。
[0010] 圖2是線性光電隔離電路的電路示意圖。
[0011] 圖3是積分電路的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，本實用新型基于單片機控制的隔離型積分電路包括接收電壓信號VI、 輸出電壓信號V0的積分電路50，積分電路50的輸入端口經由線性光電隔離電路40、D/A轉換 電路30與單片機電路10的信號傳輸端口連接，鍵盤顯示電路20的信號端口與單片機電路10 的鍵盤信號端口連接。
[0013] 在實際設計中，鍵盤顯示電路20可包括鍵盤、顯示器。鍵盤顯示電路20中的鍵盤用 來設定積分電路50的斜率和方向，另外，鍵盤顯示電路20還可設有啟動鍵、停止鍵。
[0014] 在實際設計中，單片機電路10包括單片機。單片機可選用型號為MEGA8的單片機芯 片。單片機用來接收鍵盤發送來的設定信息，進行相關運算和處理，輸出控制信號來調節電 壓信號VX，從而來改變積分電路50的斜率和方向，單片機的電源地線與GND1共地，另外，單 片機還用來通過顯示器輸出積分電路50此時的斜率和方向等信息。
[0015] 在實際設計中，D/A轉換電路30用來完成數字量到模擬量的轉換，其受單片機的控 制完成轉換輸出。當設定積分電路50為正向積分時，D/A轉換電路30輸出的電壓信號VX在0 ~5V范圍之間，當設定積分電路50為反向積分時，D/A轉換電路30輸出的電壓信號VX在0~ 5V范圍之間。
[0016] 如圖2所示，線性光電隔離電路40可包括正、負電壓傳輸電路，正、負電壓傳輸電路 的輸入端均與D/A轉換電路30的輸出端連接，接收電壓信號VX，正電壓傳輸電路的輸出端與 第一線性光電耦合器U22的輸入側信號端連接，第一線性光電耦合器U22的輸出側信號端與 輸出電路的正負輸入端連接，同樣，負電壓傳輸電路的輸出端與第二線性光電親合器U 2 3的 輸入側信號端連接，第二線性光電耦合器U23的輸出側信號端與輸出電路的正負輸入端連 接，輸出電路的輸出端與積分電路50的輸入端連接，其中：輸入正、負電壓傳輸電路的電壓 信號等于輸出電路輸出的電壓信號。
[0017] 具體來說，線性光電隔離電路40的電路原理圖如圖2所示，其具有兩個功能，一個 功能是實現輸入等于輸出，即令V1=VX，實現的條件是R20 = R24 = R21，另一個功能是實現 光電隔離。如圖2,線性光電隔離電路40中的正電壓傳輸電路包括運算放大器U20,負電壓傳 輸電路包括運算放大器U21，輸出電路包括運算放大器U24,運算放大器U20、U21和U24可選 用LM324芯片，采用雙電源供電，第一、第二線性光電耦合器U22和U23可選用HCNR201芯片。 運算放大器U20和U21的電源地線與GND1共地，運算放大器U24的電源地線與GND2共地。 [00 18]當輸入的電壓信號VX為正電壓(正向積分)時，通過運算放大器U20、第一線性光電 耦合器U22和運算放大器U24形成的通道來實現輸入等于輸出（V1 = VX)。當輸入的電壓信號 VX為負電壓(反向積分)時，通過運算放大器U21、第二線性光電耦合器U23和運算放大器U24 形成的通道來實現輸入等于輸出(VI =VX)。
[0019] 如圖3,積分電路50可包括運算放大器U3,其可選用LM324芯片，采用雙電源供電， 電源地線與GND2共地，如圖3所示，在此積分電路50中，運算放大器U3的正、負相輸入電阻相 等，即令電阻R2 = R1。
[0020] 由圖3可推出：
[0022] 又由于VX = V1，因此可知：
[0023]單片機通過D/A轉換電路30調節電壓信號VX的大小和正負，即可實現對線性光電 隔離電路40輸出的電壓信號VI的大小和正負的調節，從而可實現對積分電路50的斜率和方 向的調節，且具有隔離效果。
[0024]實驗時，通過鍵盤輸入對積分電路50預定實現的斜率和方向，然后通過編程好的 單片機接收鍵盤傳送來的設定信息后進行相關運算和處理，使D/A轉換電路30輸出合適大 小和正負值的電壓信號VX，從而基于具有隔離功能的線性光電隔離電路40,令最終輸出的 電壓信號V0使積分電路50實現預定的斜率和方向。
[0025]在實驗的過程中，單片機會通過顯示器實時顯示設定信息以及積分電路50的相關 信息(如電壓信號V0、積分電路50實現的斜率、方向信息等）。
[0026]本實用新型實現了一種具有隔離功能，且斜率和方向都可連續調節的積分電路， 其可將學校中的電子技術課程的積分電路實驗與單片機課程的單片機實驗有效地結合起 來，大大提高實驗設備的利用率，使學生們通過實驗來鞏固前后所學的知識，利用積分電路 來提高學生們的單片機編程水平和單片機電路的設計能力，滿足培養學生綜合設計能力的 需求。
[0027]以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術 人員來說，在不背離本實用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實用新型技術方案基 礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實用新型保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于:它包括積分電路，積分電路的 輸入端口經由線性光電隔離電路、D/A轉換電路與單片機電路的信號傳輸端口連接，鍵盤顯 示電路的信號端口與單片機電路的鍵盤信號端口連接。2. 如權利要求1所述的基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于： 所述鍵盤顯示電路包括鍵盤、顯示器。3. 如權利要求1所述的基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于： 所述單片機電路包括單片機。4. 如權利要求1所述的基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于： 所述線性光電隔離電路包括正、負電壓傳輸電路，正電壓傳輸電路的輸出端與第一線 性光電耦合器的輸入側信號端連接，第一線性光電耦合器的輸出側信號端與輸出電路的正 負輸入端連接，負電壓傳輸電路的輸出端與第二線性光電耦合器的輸入側信號端連接，第 二線性光電耦合器的輸出側信號端與輸出電路的正負輸入端連接，其中：輸入正、負電壓傳 輸電路的電壓信號等于輸出電路輸出的電壓信號。5. 如權利要求1或4所述的基于單片機控制的隔離型積分電路，其特征在于： 所述積分電路包括運算放大器，其中:運算放大器的正、負相輸入電阻相等。
【文檔編號】G09B19/00GK205594935SQ201620135941
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月23日
【發明人】田文杰
【申請人】北京聯合大學