專利名稱：通過信號插孔的儀器通信的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過通常用于傳遞待測的輸入信號的接插件插座與儀器進行的通信及由儀器發(fā)起的這種通信，更具體說，涉及一臺含有微處理器的手持式多用表與一臺外部計算機或基于微處理器的儀器或輔助設(shè)備之間的這種通信。
與相關(guān)申請的交叉引用(無)有關(guān)聯(lián)邦資助的研究和開發(fā)的陳述(無)多用表是多功能的電子儀器，它一般測量這樣一些電參數(shù)如直流電壓、交流電壓、電流、和電阻，有時還測其它物理參數(shù)如溫度。大多數(shù)多用表是設(shè)計成手持式的，因此通常其重量較輕、電池供電，并且設(shè)計成在不必借助于大地接地的情況下就能安全使用。
多數(shù)多用表使用“香蕉”型接插件和插座供測試筆附件之用。當兩個香蕉插頭和容納它們的插座在機械上構(gòu)成對并以標準間距定位時，就可以方便快捷地連接到成對的相應(yīng)的輸入插孔中，即使操作人員在只用一只手時也能實現(xiàn)。
近年來，出現(xiàn)了一種動向，即趨于使用這樣的接插件它們使兩個獨立的電連接通過共有一個單獨的中心軸的插孔和插頭來完成。每個這樣的接插件有兩個在電氣上彼此相隔的導(dǎo)電接觸區(qū)域?！袄鲜诫娫挕焙汀胺至严憬丁苯硬寮烧叨加羞@種性質(zhì)。分裂香蕉接插件在數(shù)字多用表中得到非常廣泛的使用，它們目前至少有兩種可供使用的型式。一種型式沿著中心軸線的不同距離處有兩個圓周形的徑向?qū)ΨQ的連接區(qū)，這些導(dǎo)電區(qū)由絕緣材料制成的徑向圈在電氣上相互隔離。另一種形式是側(cè)向?qū)ΨQ的，有一個縱向的絕緣物把兩個縱向的導(dǎo)電區(qū)隔開。這些接插件的兩種類型都在授權(quán)給Wong的“四端歐姆計設(shè)備”的美國專利5,508,621中敘述和圖示，此處引用以供參考。
為了把它們和同軸電纜以及其它的具有兩個導(dǎo)電部分但這些導(dǎo)電部分中的一個部分是專門指定用作接地參考點及電氣和/或機械屏蔽用的那種接插件區(qū)分開來，我們在此后將把這種類型的接插件稱作“雙信號單軸線”接插件。
這種雙信號單軸線接插件的一個有利的特點是它們可以和它們的單信號單軸線的對應(yīng)接插件有效地配合和使用，從而提供“反向的兼容性”。此外，當和它們的單信號對應(yīng)件一起使用時，這些雙信號接插件會把它們分開的導(dǎo)電區(qū)域通過它們的單信號對應(yīng)件的導(dǎo)電部分而相互接觸在一起。在某些應(yīng)用中，這可以利用來檢測正常情況下兩個部分應(yīng)該相互絕緣卻變得短路在一起的情況。這個信息可以被監(jiān)測并且提供了某一特定的插孔正在使用之中的指示。與儀器的軟件所了解的其它信息一起，這個特定的信息有助于了解該儀器當前是怎樣被使用的，因此應(yīng)該使哪些功能或安全性能起作用。
雖然某些較大型的多用表和小型的桌面儀器具有通信端口，使它們能通過通用接口總線(GPIB)或別的類似類型的通信總線被計算機所控制，但是大多數(shù)手持型多用表并不提供用于與計算機通信的設(shè)施，或通過專用的多插針端口如RS-232、GPIB、PS/2或其它各種串行或并行接口提供這樣的通信。但是對于任何用導(dǎo)線連接的通信端口都有嚴重的安全性問題。由于手持式儀器可能連接到高達1,000伏的輸入電壓，為了安全起見，通信端口要求有電氣隔離，例如通過使用光耦合來實現(xiàn)。光耦合系統(tǒng)增大了尺寸、重量和費用。由于這些因素在手持式儀器中都是很重要的，因此這些儀器在設(shè)計中都摒棄了具有多插針的通信端口供校準或由計算機進行控制之用。但是，具有能和計算機進行通信的設(shè)施是極其需要的，不論是用于校正數(shù)據(jù)的通信及操作控制信號和測量結(jié)果數(shù)據(jù)的通信都是這樣。
本發(fā)明提供了一種方法，通過這種方法，基于微處理器的手持式多用表或其它手持式電子儀器可以通過手持式多用表的測量輸入插孔來與計算機或別的基于微處理器的設(shè)備進行通信。這樣裝備的手持式儀表可以從一臺主計算機或基于微處理器的附屬設(shè)備或別的儀器接收控制或校準數(shù)據(jù)，并向它們提供測試或校準數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)這種能力，手持式儀表使用了雙信號單軸線插孔，例如分裂型香蕉插孔，作為它的一個或多個信號和接地插座。手持式儀表和計算機或該儀表將與之進行通信的別的基于微處理器的儀器或附屬設(shè)備，都裝備有互相兼容的軟件和相應(yīng)的硬件以支持單信號通路的通信。


圖1表示本發(fā)明的通信方法是怎樣可以通過手持式儀器的接地返回插孔而實現(xiàn)的示意形式。
圖2表示本發(fā)明的通信方法是怎樣通過手持式儀器的信號測量插孔而實現(xiàn)的示意形式。
圖1表示設(shè)計成能支持本發(fā)明的手持儀器和計算機或其它基于微處理器的設(shè)備。在本優(yōu)選實施例中，用于通信方式的手持式儀器的雙信號單軸線插孔是在正常情況下用于測量的接地返回插孔。在圖2的情況下，按照本發(fā)明用于通信目的的手持式儀器的雙信號單軸線的插孔是一個測量信號插孔，例如是一個正常情況下用于測量交流或直流電壓、電流、頻率、電阻、或溫度的插孔。由于電氣設(shè)計和安全方面的考慮，使得這樣的方式并不是很優(yōu)選的方案。
首先參閱圖1，手持式儀器10包含一個微處理器12。微處理器12至少有一個I/O通信插針15，在這里示出的是將它接到電阻R1，典型的情況下R1的阻值是1K歐。手持式儀器10具有一個雙信號單接線的接插件插孔J1，它包括第一導(dǎo)電區(qū)18和第二導(dǎo)電區(qū)20。它還有一個單信號單軸線接插件插孔J2。雖然在這里示出的是單信號單軸線的，J2也可以是雙信號單軸線的插孔，一般情況下J1和J2兩個都是香蕉插孔，而且通常也將是相同類型的。
與第一導(dǎo)電區(qū)18相連的導(dǎo)電通路是連接到R1的，并通過它再連接到微處理器12的I/O通信插針。與雙信號單軸線接插件插孔J1的第二導(dǎo)電區(qū)20相連的導(dǎo)電通道是接地的。當插孔J1插入一個常規(guī)的單信號單軸線香蕉插頭(未示出)時，該插頭將同時和插孔J1的第一導(dǎo)電區(qū)18和第二導(dǎo)電區(qū)20相接觸。第二導(dǎo)電區(qū)20和儀器地16的直接連接使得J1作為一個常規(guī)的對地連接而工作。這個地也通過電阻R1而連接到微處理器14的I/O通信插針15，這時它被解釋為“無數(shù)據(jù)”或“測量方式”。
為了用于通信方式，J1必須插入一個雙信號單軸線的插頭，如P1。如果這些接插件不是徑向?qū)ΨQ的，而相反是雙側(cè)對稱的，那么P1應(yīng)該用某種形式的物理“鍵鎖(keying)”設(shè)計以便限制它們使其對J1有合適的關(guān)系。接觸點26和28把P1的第一22和第二24導(dǎo)電面積和J1的與它們相對應(yīng)的區(qū)域18和20在電氣上相互接觸。P1和J1的這種匹配在手持儀器10微處理器12的地13和計算機或其它基于微處理器的設(shè)備30的地38、40之間提供一個連接。這種匹配連接還把手持式儀器10的微處理器12的I/O插針15通過R1連接到P1的導(dǎo)電區(qū)22。P1的導(dǎo)電區(qū)22在計算機或其它基于微處理器的設(shè)備30的單獨節(jié)點31處連接到接收放大器36的輸入和發(fā)送放大器34的輸出。這種連接很可能要包括一根電纜(未示出)一個插孔和該電纜的在計算機或其它基于微處理器的設(shè)備30那一端的插頭(未示出)。
讀者的注意力被引向這樣一個事實，即在圖1和圖2中都有某種對稱性。也就是說，在手持式儀器10中的微處理器12是在一個插針15上通過R1和J1通信的，而在計算機、儀器或靈巧型附屬設(shè)備30中的微處理器32是通過兩個插針通信的，一個用于發(fā)送Tx，另一個用于接收Rx。在上拉電阻R2底下一側(cè)的節(jié)點31即發(fā)送放大器34的輸出和接收放大器36的輸入是雙向的，而微處理器32則通過兩個單向插針交互作用的。對于本發(fā)明的總體概念來說，為了在單信號和單返回地線的電氣接口上的通信中建立兼容性而使用哪一種硬件和軟件是并不重要的。如果認為有必要使用單獨一組放大器(在微處理器之外)，更多的考慮應(yīng)該是把它們設(shè)置在有更大的可用功率和在重量和尺寸方面有較少限制條件的那一側(cè)。如果在圖1和2的右側(cè)的計算機或儀器被認為要比左側(cè)的手持式儀器更加大一點，那么像圖中所示的那樣具有放大器34和36是有意義的，至少如果認為他們確實是有需要時更是如此。
為了有效地通信，微處理器12和32兩者都需要裝有兼容的通信軟件和相應(yīng)的支持硬件，這是在一個單獨的I/O通路和共同地線上實現(xiàn)通信所必需的。這種類型的通信系統(tǒng)的例子是基于UART(通用異步接收/發(fā)送機)的系統(tǒng)以及“同級對同級(peer-to-peer)”通信系統(tǒng)，后者是用于個人計算機局域聯(lián)網(wǎng)所使用的系統(tǒng)。基于UART的系統(tǒng)可以用獨立的部件來實現(xiàn)，也可以建立在某些微處理器中，或者還可以完全由軟件來實現(xiàn)并只依賴于微處理器的單獨一個I/O插針15。
同級對同級的系統(tǒng)就像它們的名稱所表示的那樣，并不要求事先規(guī)定哪臺設(shè)備在通信過程中有更多的控制權(quán)，但以UART為基礎(chǔ)的系統(tǒng)一般需要有一臺設(shè)備作為“主”設(shè)備運行，而另一臺設(shè)備則為“從”設(shè)備。對某一特定設(shè)備所要起的作用的確定可以作為設(shè)計的一部分而事先確定，或者也可以在逐個情況的基礎(chǔ)上由局部控制來選擇，或者在某些UART實施中甚至可以經(jīng)過一定時間的爭用后動態(tài)地確定。
現(xiàn)在參考圖2，和圖1中一樣，手持式儀器10′含有一臺微處理器12，它至少有一個通信I/O插針15。和圖1中一樣，手持式儀器10具有雙信號單軸線接插件插孔J1，它含有第一導(dǎo)電區(qū)18和第二導(dǎo)電區(qū)20。在這一實施中，J1具有主動的測量功能，即除了提供一個接地回路以外的其它功能。這樣的測量功能可以包括交流或直流電壓、電流、頻率、或溫度。在這種實施中，提供了S1和S2以控制J1是接到測量電路14還是接到微處理器12的I/O插針。請注意，開關(guān)S1和S2一般是用晶體管或其它類型的開關(guān)器件構(gòu)成的，而不是用在圖中所示的那種機械式開關(guān)來實現(xiàn)的。
當開關(guān)S1和S2處于圖示的位置時，J1的第一導(dǎo)電區(qū)18通過R1而連接到微處理器12的插針15上。而J1的第二導(dǎo)電區(qū)20則連接到儀表的地線16。當J1以這樣的方式連接時，手持式儀器10′處于通信模式，其功能結(jié)果如圖1所示的方式相同，并適合于按照本發(fā)明的通信方式的操作。
當開關(guān)S1和S2處于與圖所示不同的另一種位置時，J1的兩個導(dǎo)電區(qū)18和20都連接到測量電路14的各點。這時根據(jù)插入到J1的插頭的類型，即它是雙信號還是單信號插頭，將會有一個或者兩個電信號連接到測量電路14以便用于測量方式。
當開關(guān)S1處于與圖2所示的另一種不同位置而開關(guān)S2處于如圖所示的位置時，這時如有雙信號單軸線插頭接到J1，那么就可能把一個待測信號經(jīng)由開關(guān)S2加到測量電路14，而同時把一個相關(guān)的接地信號經(jīng)由J1的導(dǎo)電區(qū)、開關(guān)S1和接地線16加到地線17上。這種安排提供另外一種方法使得J1可以用在測量的操作方式下，這種方式是本發(fā)明的通信方式的另外一種替換方式。這樣，在P1的適當?shù)妮斎肭闆r下，J1至少可以提供三種不同的用法，這是根據(jù)S1和S2的位置來決定的。
雖然這里顯示并說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但對于熟悉本技術(shù)的人而言，可以在不背離本發(fā)明更廣泛的意義上實現(xiàn)許多變化和修改。例如，多用表的微處理器可以是別的許多計算裝置中的任何一種，或者分裂香蕉接插件可以是任何一種雙信號單軸線接插件，例如老式的電話交換板接插件。因此，下面所列的權(quán)利要求是想要覆蓋所有這樣的變化和修改，該權(quán)利要求將按有關(guān)國家的專利法而獲得批準。
權(quán)利要求
1．一種在含有微處理器或其它內(nèi)部計算裝置的手持式多用表與計算機或其它基于微處理器的設(shè)備之間進行通信的方法，該手持式多用表具有測量操作方式和通信操作方式，該方法包括的步驟為(a)向手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置提供在一個單獨的信號I/O通路和共同的接地通路上實現(xiàn)通信所必需的軟件和相應(yīng)的支持硬件，(b)將單獨的信號I/O通路和共同的接地通路按需要提供給微處理器或其它內(nèi)部計算裝置或相應(yīng)的支持硬件。(c)將單獨的信號I/O通路聯(lián)接到手持式多用表的雙信號單軸線插孔的第一導(dǎo)電區(qū)上，所述的插孔在手持式多用表處于測量操作方式時是用來支持至少一種測量功能的，(d)將共同接地通路聯(lián)接到手持式多用表的雙信號單軸線插孔的第二導(dǎo)電區(qū)上，(e)還向計算機或其它基于微處理器的設(shè)備提供在單獨的信號I/O導(dǎo)線和共同接地導(dǎo)線上實現(xiàn)通信所需要的軟件和相應(yīng)的支持硬件，上述所需的軟件和相應(yīng)的支持硬件是和手持式多用表所需的軟件和相應(yīng)的支持硬件兼容的，(f)還向計算機或其它基于微處理器的設(shè)備或計算機或其它基于微處理器的設(shè)備的相應(yīng)的支持硬件提供單信號I/O導(dǎo)線和共同接地導(dǎo)線，(g)使單信號I/O導(dǎo)線與雙信號單軸線插頭的第一導(dǎo)電面積相聯(lián)接，(h)使共同接地導(dǎo)線與雙信號單軸線插頭的第二導(dǎo)電面積相聯(lián)接，(i)使步驟(g)和(h)中的雙信號單軸線插頭與步驟(c)和(d)中的雙信號單軸線插孔接插形成匹配的關(guān)系，以便使第一導(dǎo)電區(qū)與第一導(dǎo)電面積在電氣上相接觸且第二導(dǎo)電區(qū)與第二導(dǎo)電面積相接觸，以及(j)利用步驟(e)所需的軟件和相應(yīng)的支持硬件從計算機或其它基于微處理器的設(shè)備起動對手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置的通信，或(k)利用步驟(a)所需的軟件和相應(yīng)的支持硬件從手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置起動對計算機或其它基于微處理器的裝置的通信。
2．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于步驟(a)和(e)所需的相互兼容的軟件和相應(yīng)的支持硬件包括適合于支持通用異步接收機/發(fā)射機(UART)的軟件。
3．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于步驟(a)和(e)所需的相互兼容的軟件和相應(yīng)的支持硬件包括適合于支持同級對同級的通信軟件。
4．按照權(quán)利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置是預(yù)先確定在UART通信期間工作在“從設(shè)備”狀態(tài)下的。
5．按照權(quán)利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置是預(yù)先確定在UART通信期間工作于“主設(shè)備”狀態(tài)下的。
6．按照權(quán)利要求2的通信方法，其特征在于手持式多用表的微處理器或其它內(nèi)部計算裝置在UART通信期間是可選擇地工作于“主設(shè)備”或者工作于“從設(shè)備”狀態(tài)下的。
7．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于步驟(C)還包括下列步驟(c.1)至少將某些測量電路與雙信號單軸線插孔的第一導(dǎo)電區(qū)脫離連接。
8．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于該雙信號單軸線插孔和插頭是“香蕉”類型的，且其第一和第二導(dǎo)電區(qū)和面積是按縱向排列的并借助側(cè)面的絕緣分隔物來防止形成電接觸。
9．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于該雙信號單軸線插孔和插頭是“香蕉”類型的，且其第一和第二導(dǎo)電區(qū)和面積是徑向?qū)ΨQ的并位于沿著單軸線不同的距離處，并借助圓周形絕緣分隔物來防止形成電接觸。
10．按照權(quán)利要求1的通信方法，其特征在于該雙信號單軸線插孔和插頭是“老式電話”類型的，其第一和第二導(dǎo)電區(qū)和面積是圓形和同心的并在沿單軸線的不同距離處終止，并由同心的絕緣分隔物來隔開。
全文摘要
一種使基于微處理器的手持式多用表或其它儀器能通過該多用表的測量輸入插孔與計算機或其它基于微處理器的設(shè)備通信的方法。這樣的手持儀表可從主計算機或基于微處理器的附屬設(shè)備或其它儀器接收控制或校準數(shù)據(jù)并向它們提供測試或校準數(shù)據(jù)。為此,手持式儀表使用雙信號單軸線插孔作為信號及地線插座。手持儀表與進行通信的計算機或其他基于微處理器的儀器或附屬設(shè)備都備有相互兼容的軟件和相應(yīng)硬件以支持單信號通路的通信。
文檔編號G08C19/00GK1235306SQ9910254
公開日1999年11月17日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月26日
發(fā)明者T·G·內(nèi)爾森, J·R·布洛克斯, W·沃 申請人:特克特朗尼克公司