直流電阻測試儀硬件系統(tǒng)設(shè)計說明

1、工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論 文）說明書論文題目 直流電阻測試儀硬件系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 號 學(xué)生 專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器一班指導(dǎo)教師 總評成績201 年 6 月 7 日- 27 - / 34直流電阻測試儀硬件系統(tǒng)設(shè)計Dc resistance tester hardware system design 學(xué)生： 指導(dǎo)教師：目 錄摘要.Abstract.第1章 緒論.11.1 本課題的研究背景. 11.2 本課題研究現(xiàn)狀.11.3 本論文設(shè)計任務(wù).31.4 本論文章節(jié)安排.3第2章 方案設(shè)計.52.1 系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)圖.52.2 CPU的選型.52.3 顯示部分模塊選擇.82.4 按鍵的介

2、紹 .102.5 AD轉(zhuǎn)換器.112.6 放大器.122.7 恒流源電路的結(jié)構(gòu).142.8 protel介紹.16第3章 控制部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計.203.1 單片機最小系統(tǒng)原理圖.203.2 12864液晶顯示原理圖.203.3 按鍵控制原理圖.213.4 串口通信原理圖.223.5 電源設(shè)計.24第4章 實驗結(jié)果與總結(jié).254.1 影響測量精度的因素與采取的措施.254.2 結(jié)果與總結(jié).25總 結(jié) .27致 .28參考文獻.29摘 要本文針對變壓器繞組的直流電阻測量中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題, 提出了精確、快速、自動的測量方案。根據(jù)這個方案, 完成了便攜式直流電阻測試儀的研制。運用表明, 該測試儀所具

3、有的性能不僅滿足牽引變壓器直流電阻的測量要求, 而且也適用于平波電抗器、各種電力變壓器等大電感、微電阻設(shè)備的電阻測量, 以與繼電器、接觸器、調(diào)壓開關(guān)等接觸電阻的測量。本文提出的測量方案, 成功地解決了變壓器的直流電阻測量問題, 與其它測量方法相比, 具有速度快、精度高、自動化水平高等優(yōu)點。測試儀設(shè)計完成后，經(jīng)過計算機仿真，通過對仿真數(shù)據(jù)結(jié)果的計算，可以有效的減少直流電阻的測量時間，并且可保證較高的準(zhǔn)確性，驗證了設(shè)計的合理性和可行性。在今后的學(xué)習(xí)和研究中，工作的重點是更有效的減少測量時間，以應(yīng)對變壓器不斷增長的容量對繞組測量的影響。關(guān)鍵詞：測量變壓器直流電阻測試設(shè)備 單片機AbstractIn

4、view of some key technical problems of traction transformer winding DC resistance measurement in the proposed scheme, measuring accurate, rapid, automatic. According to this scheme, completed the development of portable DC resistance tester. Application shows that, the performance with the tester no

5、t only meet the measurement requirements of traction transformer DC resistance, resistance measurement and is also suitable for the smoothing reactor, various types of power transformers, inductors, micro resistance equipment, as well as measuring relays, contactor, pressure switch contact resistanc

6、e. The measurement scheme is proposed in this paper, successfully resolved the problem of DC resistance measurement of transformer, compared with other measurement methods, has the advantages of fast speed, high precision, high automation level. Testing instrument design is completed, through comput

7、er simulation, the simulation results of the data, can effectively reduce the measurement time DC resistance, and can ensure higher accuracy, verify the rationality and feasibility of the design. In the future study and research, the focus of the work is more effective to reduce the measurement time

8、, in response to the growing influence of transformer capacity of winding measurement.Keywords：Measurement The transformer Dc resistance The device under test第一章 緒論1.1本課題的研究背景變壓器繞組直流電阻的測量是其日常試驗中的重要項目， 通過直流電阻的測量，可檢查線圈質(zhì)量、分接開關(guān)位置接觸是否良好、線圈或引線有無折斷、并聯(lián)支路的正確性、有無短路現(xiàn)象，是確定短路損耗的重要數(shù)據(jù)。因此在交接、預(yù)試、大修和調(diào)換分接開關(guān)后均需進行此項試驗。近

9、年來，隨著電力系統(tǒng)容量的越來越大，變壓器的容量也不斷加大。變壓器的容量越大，電壓等級越高，電感與電阻的比值就越大。因此，大型變壓器的繞組直流回路的穩(wěn)定時間可能長達數(shù)十分鐘甚至更長，如何快速準(zhǔn)確測量電力變壓器繞組的直流電阻成為人們研究和追求的主要目標(biāo)。直流電阻測量在電力變壓器的生產(chǎn)、運行、維修等領(lǐng)域具有非常重要的作用。在生產(chǎn)和檢修部門, 中間試驗環(huán)節(jié)的直流電阻測量可以檢查出變壓器在繞制、焊接、引線等工藝過程中的質(zhì)量問題; 作為出廠試驗的一項重要容, 直流電阻不僅是判斷變壓器優(yōu)劣的一個關(guān)鍵指標(biāo),而且是一項載入履歷表的性能參數(shù), 為運行和維修提供了依據(jù)。在使用部門, 定期測量直流電阻可以掌握變壓器的

10、運行狀況, 排除隱患。目前電子儀器在電阻測量中得到了應(yīng)用,但由于電力變壓器本身的特點, 在精度和自動測試等方面還不能滿足要求。因此, 研制精密、快速、自動的測量裝置具有重要的實際意義。變壓器直流電阻測量是變壓器制造中半成品、成品出廠試驗、安裝、交接試驗與電力部門預(yù)防性試驗的必測項目，能有效發(fā)現(xiàn)變壓器線圈的選材、焊接、連接部位松動、缺股、斷線等制造缺陷和運行后存在的隱患。直流電阻測試儀是新一代變壓器直流電阻的測試儀器，它能根據(jù)不同型號的電力變壓器自動選擇測試電流，以最快的速度顯示測試結(jié)果。直流電阻測試儀并且具有存儲、打印、放電指示等功能，置不掉電存儲器，可長期保存測量數(shù)據(jù)，液晶顯示器的采用使得該

11、儀器人機界面良好，是直流電阻測試工作中的首選設(shè)備。1.2本課題研究現(xiàn)狀變壓器繞組直流電阻的測量是變壓器試驗中既簡便又重要的一個試驗項目。測量變壓器繞組連同套管的直流電阻，可以檢查出繞組部導(dǎo)線接頭的焊接質(zhì)量、引線與繞組接頭的焊接質(zhì)量、電壓分接開關(guān)各個分接位置與引線與套管的接觸是否良好、并聯(lián)支路連接是否正確、變壓器載流部分有無短路情況以與繞組有無短路現(xiàn)象；另外，在變壓器短路試驗和溫升試驗中，為提供準(zhǔn)確的繞組電阻值，也需要進行直流電阻的測量。因此，繞組直流電阻的測量是變壓器是變壓器試驗的主要項目。交接試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為必做項目；預(yù)防性試驗規(guī)程規(guī)定，變壓器運行1-3年后、無勵磁調(diào)壓變壓器變換分接位置后、有

12、載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檢修后（在所有分接側(cè)）和大修后與必要時，都必須做此項試驗。測量變壓器繞組的直流電阻采用電壓降法或電橋法。測量方法雖然簡單，但影響測量準(zhǔn)確度的因素很多，必須選擇合適的儀表，按有關(guān)規(guī)定進行測量，才能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。為保證測量的準(zhǔn)確性、測量設(shè)備和人員的安全、加快試驗進程。測量時須注意的事項如下：（1）帶有電壓分接頭的變壓器，測量應(yīng)在所有分接頭位置上進行。（2）三相變壓器有中點引出線時，應(yīng)測量各相繞組的電阻；無中點引出線時，可以測量線間電阻，然后計算各相電阻。（3）測量必須在繞組溫度穩(wěn)定的情況下進行，要求繞組與環(huán)境溫度相差不超過3。在溫度穩(wěn)定的情況下，一般可用變壓器的上層油溫作為

13、繞組溫度，測量時應(yīng)做好記錄。（4）由于變壓器的電感較大，電流穩(wěn)定所需的時間較長。為了測量準(zhǔn)確，必須等待表計指示穩(wěn)定后再讀數(shù)，必要時應(yīng)采取措施縮短穩(wěn)定時間。（5）考慮到有很多因素影響直流電阻測量的準(zhǔn)確度，如儀表的準(zhǔn)確度級、試驗接線方式、溫度測量的準(zhǔn)確性、連線接觸狀況與電流穩(wěn)定程度等，在測量完后要復(fù)查一遍，有懷疑時要予以重測，以求得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。（6）測量時，非被試?yán)@組均應(yīng)開路，不能短接。在測量低壓繞組時，在電源開合瞬間會在高壓繞組中感應(yīng)出較高的電壓，應(yīng)注意人身安全。（7）由于變壓器電感較大，電源在接通或斷開瞬間，自感電動勢很高，因此為防止儀表損壞，要特別注意操作順序。接通電源時，要先接通電源回

14、路，再接通電壓表或檢流計，再斷開電源回路。（8）測量電阻值應(yīng)校正引線的影響。一般系統(tǒng)的測量方法有如下三種。第一種為電流電壓法，其原理是在被測繞組中，通以適當(dāng)大小的直流電流，然后測量繞組中的電流和繞組兩端的電壓降，再根據(jù)歐姆定律，即可算出繞組的直流電阻。測量時，所用儀表應(yīng)不低于0.5級，電流表應(yīng)選用阻較小的，電壓表應(yīng)選用較高阻的表，引線要有足夠的截面。測量電感量較大的繞組時，還需要有足夠的充電時間。繞組通過的電流應(yīng)限制在繞組額定電流的百分之二十以。該方法的主要缺點是需要較長的時間才能測出準(zhǔn)確值。因為每相繞組可以等效成電阻和電感的串聯(lián)電路，在接通電源后，電感中電流從零逐漸增加到電源電壓，然后逐漸下

15、降到穩(wěn)態(tài)值，需要一個過渡過程，過渡時間的長短取決于電路的時間常數(shù)t=LR。由于變壓器鐵芯的磁導(dǎo)率很高，L值大大增加，而線圈的直流電阻數(shù)值又很小，因此時間常數(shù)t值很大。一般來說，電流表和電壓表阻對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，而且經(jīng)過時間大約T=35倍時間常數(shù)，電流才能達到穩(wěn)態(tài)值，即需要幾十分鐘甚至更長時間，才能測出直流電阻的準(zhǔn)確值。第二種為平衡電橋法，該方法是采用電橋平衡的原理來測量直流電阻，常用的平衡電橋法有單臂電橋或雙臂電橋兩種。這種方法可以直接讀取數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度較高，在中、小型變壓器的實際測量中，大多采用直流電橋法，當(dāng)被試線圈的電阻值在1以上的一般用單臂電橋測量，1以下的則用雙臂電橋測量。在使用

16、雙臂電橋接線時，電橋的電位樁頭要靠近被測電阻，電流樁頭要接在電位樁頭的上面。測量前，應(yīng)先估計被測線圈的電阻值，將電橋倍率旋鈕置于適當(dāng)位置，將非被測線圈短路并接地，然后打開電源開關(guān)充電，待充足電后按下檢流計開關(guān)，迅速調(diào)節(jié)測量臂，使檢流計指針向檢流計刻度中間的零位線方向移動，進行微調(diào)，待指針平穩(wěn)停在零位上時記錄電阻值，此時，被測線圈電阻值=倍率數(shù)測量臂電阻值。測量完畢，先放開檢流計按鈕，再放開電源開關(guān)。第三種是三相繞組同時加壓法，該方法是三相繞組同時加電壓測量變壓器的直流電阻，是根據(jù)楞次定律，使各相電流所產(chǎn)生的磁通在鐵芯中相互抵消，合成磁通為零，從而減小電感L值，使電路的時間常數(shù)減小，即減少了測量

17、直流電阻的時間，提高了工作效率。在測量時，還應(yīng)考慮繞組電阻的大小受溫度影響的因素和直流電阻的不平衡率等問題。用電壓降法測量直流電阻需要很長的時間才能獲得準(zhǔn)確值，主要由于線圈入的電流在變化過程中，在高導(dǎo)磁率的鐵芯中產(chǎn)生磁通，致使L增大。若使磁通減少，也就降低了L值，則電流變化的時間（取決于時間常數(shù)）便減小。在變壓器的三相繞組同時加電壓，同時測量每相的直流電阻，可以達到此目的。三相繞組同時加電壓時，在每相繞組入的電流從零開始增加，由右手螺旋定則可知，三相電流在每個鐵芯柱中產(chǎn)生的磁通方向不同，它們的作用相互抵消，結(jié)果是使鐵芯中的合成磁通近似為零。這使電感值L大為減小，因此時間常數(shù)t也就降為最低，測試

18、時電流變化的過渡過程大為縮短，短時間便能獲得穩(wěn)定的電流值，進而求出繞組的直流電阻值。1.3本論文設(shè)計任務(wù)設(shè)計制作一種測量變壓器等小電阻的電阻測試儀。具有液晶，鼠標(biāo)，打印機等外設(shè)，測量使用1A10A恒流源，高精度的AD采樣，計算出電阻值，設(shè)計其硬件系統(tǒng)。硬件設(shè)計主要用到恒流源設(shè)計與控制，電流信號采樣處理，時鐘芯片，液晶顯示器，鼠標(biāo)等資源的安排與分配。設(shè)計相應(yīng)功能的電路板，畫PCB電路板，加工并焊接，調(diào)試。收集相關(guān)資料，查閱參考文獻；了解硬件設(shè)計要求，熟悉各個元器件的功能；學(xué)習(xí)Protel相關(guān)知識；設(shè)計硬件原理圖；繪制電路板，焊接出幾塊成品；1.4本論文章節(jié)安排第一章，緒論。主要是簡要的介紹課題研

19、究的背景意義，直流電阻測試的幾種方法。第二章，方案設(shè)計。本章對系統(tǒng)整體設(shè)計進行介紹、應(yīng)用場景的介紹和控制部分硬件設(shè)計用到相關(guān)器件的介紹。第三章，控制部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計。介紹了控制部分組成的設(shè)計，protel的介紹與應(yīng)用。第四章，設(shè)計總結(jié)。分析并總結(jié)了本文所做的工作，對以后需要的改進和提高做出展望。第二章 方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖直流電阻快速測試裝置的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，本設(shè)計需要各種大小不同的恒流源，程控恒流源由CPU控制，產(chǎn)生各種大小不同的恒定電流。打印機和RS232通訊是提供測量數(shù)據(jù)的輸出裝置。顯示器是提供給測試人員操

20、作儀器時使用的。模數(shù)轉(zhuǎn)換與程控放大器是針對各種大小不同的信號而設(shè)計的。輸出控制與接口提供恒流與電壓信號測量的。直流電阻快速測試裝置，采用多恒流源、對比采樣實現(xiàn)寬量程、高精度、交直流兩用的直流電阻測量。系統(tǒng)的設(shè)計思路是讓一個待測的電阻通過電流，再在兩邊測量電壓，然后經(jīng)過放大器將電壓放大，放大的電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器輸送給單片機進行處理。本系統(tǒng)裝置集大小量程于一體，采用典型的四線制測量法，恒流源的穩(wěn)定設(shè)計，高精度AD與對比采樣，保證信號穩(wěn)定，提高測量標(biāo)準(zhǔn)電流的不確定度。電平供電，實現(xiàn)直流測量，控制器完成數(shù)據(jù)采集、信號處理、恒流源控制、顯示、打印、鼠標(biāo)與串口通訊，是一種高精度寬量程的新型的直流電阻快速測

21、試裝置。本發(fā)明采用全新電源技術(shù)，具有性能穩(wěn)定，測量迅速、體積小巧、便攜式、量程大，測量精度高，數(shù)據(jù)重復(fù)性好等特點。是測量變壓器繞組以與大功率電感等設(shè)備直流電阻的理想裝置。2.2 CPU的選型本系統(tǒng)設(shè)計用到的單片機芯片是51系列的80S51。2.2.1 80S51單片機芯片簡介圖2.2 80S51單片機引腳圖80S51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)與CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。80S

22、51置中央處理單元、128字節(jié)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片時鐘振蕩電路。此外，80S51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片其它功能。80S51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。2.2.2 單片機的部結(jié)構(gòu)MCS51單片機部結(jié)構(gòu)有8大部分，如下（1）一個8 位的中央處理器 CPU（又稱為微處理器）中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，

23、是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。（2）有 128字節(jié) 的片數(shù)據(jù)存儲器RAM80S51部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。（3）4KB片 程序存儲器ROM或EPROM8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)（4）片 18個 特殊功能寄存器（SFR）（5）4個8位 的并行

24、輸入輸出I/O口（PIO）8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸P0口 P0.0P0.7 輸入與輸出 分時的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線P1口 P1.0P1.7 輸入與輸出 無第二功能P2口 P2.0P2.7 輸入與輸出 傳送地址的高8位P3口 P3.0P3.7 輸入與輸出 P3.0RXD：串行口輸入端P3.1TXD：串行口輸出端P3.2：外部中斷0中斷請求輸入端P3.3：外部中斷1中斷請求輸入端P3.4T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.6：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號P3.7：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號（6）1個串行口I

25、/O（SIO/UART）完成單片機與其他微機的之間的串行通信。（7）2/3個16位 定時器/計數(shù)器（TIMER/COUNTER）（8）可處理 5個中斷源，兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)。其中含有MCS-51指令集含 111條指令，按照指令操作功能劃分為以下五類： （1）數(shù)據(jù)傳送指令 （2）算術(shù)運算指令 （3）邏輯運算與轉(zhuǎn)移指令 （4）控制轉(zhuǎn)移指令 （5）位操作指令2.2.3 單片機部結(jié)構(gòu)圖單片機最小系統(tǒng)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.3所示：圖2.3 單片機部結(jié)構(gòu)圖80S51單片機的部結(jié)構(gòu)框圖。除去圖中的存儲電路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術(shù)邏輯運算單元ALU

26、、累加器ACC、寄存器B、暫存寄存器TMP1、TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW等。控制器功能部件包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時控制邏輯電路CU、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、堆棧指針SP與時鐘電路等。2.3 顯示部分模塊選擇12864LCD 顯示器 (LCD) 具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等，其它顯示器無法比擬的優(yōu)點，近年來被廣泛用于單片機控制和微控制器控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD主要分為段位式LCD、字符式LCD和點陣式LCD三種，其中段位式 LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡單的顯示，而不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求，在很多方面有很大的弊

27、端；而點陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字，像12864TH點陣式液晶顯示模塊就可以顯示漢字、圖片，還可以顯示自定義字符。因此本文選用了12864(12864)LCD顯示器，它是128(列)64(行)點陣的 LCD 顯示模塊。在該系統(tǒng)中，通過89S51微控制器輸入輸出接口，利用C語言編程控制輸入輸出端口的高低電平，根據(jù)時序,以實現(xiàn)對LCD的控制，使得所需顯示的數(shù)據(jù)以與功能得以在LCD顯示模塊上顯示。12864引腳圖如圖2.4所示：圖2.4 12864引腳圖本設(shè)計使用的是TH12864顯示模塊。TH12864 液晶顯示模塊是12864點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可

28、顯示中文漢字與字符，且含圖形庫，可顯示自定義字符，置國標(biāo)GB2312碼簡體中文字庫（1616 點陣）、128個字符（816 點陣）與64256 點陣顯示RAM（GDRAM）。與外部 CPU 接口采用并行或串行兩種控制方式。其中TH12864的供電電源有3.3V和5V的，在本設(shè)計中使用的是3.3V。其引腳說明如表2.5所示：表2.5 12864引腳功能說明引腳序號引腳符號名稱功能使用方法1VSS邏輯地連接端提供工作電源參考地接用戶提供的數(shù)字電源地2VCC供電電源連接端提供LCD工件的電源接用戶提供的5V10%供電電源3LCDVINLCD工作電源輸入端提供LCD工作的電源接用戶提供的-0.3VCC

29、+0.3V工作電源4RS部功能寄存器選擇信號，輸入端提供部功能寄存器選擇的輸入信號，RS=H選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=L選擇命令或狀態(tài)寄存器外接微處理器的選通控制信號5R/W讀/寫操作控制信號，輸入端提供讀/寫操作的輸入信號，輸入信號，選擇讀/寫模塊操作R/W=H，讀操作；R/W=L，寫操作外接微處理器的讀寫控制信號6E片選使能，輸入端提供選通工作的輸入信號，片選信號，高電平有效外接微處理器的片選輸出信號7-14DB0DB7部數(shù)據(jù)總線，輸入/輸出提供數(shù)據(jù)輸入/輸出的信息交換通道外接微處理器的并行數(shù)據(jù)總線15CS1片選輸入端提供KS0108B（1）片選信號外接選通KS0108B（1）的片選信號16C

30、S2片選輸入端提供KS0108B（1）片選信號外接選通KS0108B（2）的片選信號17RSTB復(fù)位控制輸入端復(fù)位信號，低電平有效接外部復(fù)位電路輸出端18VOUT驅(qū)動電壓輸出端提供LCD驅(qū)動電壓輸出通過電位器調(diào)整后接背光電源輸入端19BLVCC背光電源輸入端提供背光電路的電源最大4.6V，根據(jù)需要調(diào)整20BLGND背光地提供背光電路的參考地2.4按鍵的介紹鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時產(chǎn)生一選通脈沖通知微處理器，一

31、般還具有反彈跳和同時按鍵保護功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對于主機任務(wù)繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用CPU較多時間。有：獨立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。2.4.1 按鍵系統(tǒng)設(shè)計首先，確定鍵盤編碼方案：采用編碼鍵盤或非編碼鍵盤。隨后，確定鍵盤工作式：采用中斷或查詢方式輸入鍵操作信息。然后，設(shè)計硬件電路。非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動的消除，鍵值查找與一些保護措施的實施等任務(wù)，均由軟件來完成。（一）非編碼

32、鍵盤的鍵輸入程序應(yīng)完成的基本任務(wù) 1.監(jiān)測有無鍵按下；鍵的閉合與否，反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，所以通過電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。 2.判斷是哪個鍵按下。 3.完成鍵處理任務(wù)。（二）從電路或軟件的角度應(yīng)解決的問題 消除抖動影響。鍵盤按鍵所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。由于機械觸點的的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合和斷開的瞬間均有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為510ms，這是一個很重要的參數(shù)。抖動過程引起電平信號的波動，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。 為了確保CPU對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖

33、動的影響。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。 這種方法只適用于鍵的數(shù)目較少的情況。 1.軟件消抖。如果按鍵較多，硬件消抖將無法勝任，常采用軟件消抖。通常采用軟件延時的方法：在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進行相應(yīng)處理工作，消除了抖動的影響。（這種消除抖動影響的軟件措施是切實可行的。） 2.采取串鍵保護措施。串鍵：是指同時有一個以上的鍵按下，串鍵會引起CPU錯誤響應(yīng)。通常采取的策略：單鍵按下有效，多鍵同時按下無效。 3.處理連擊。連擊：是一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果。要有對按鍵釋放的處理，

34、為了消除連擊，使得一次按鍵只產(chǎn)生一次鍵功能的執(zhí)行（不管一次按鍵持續(xù)的時間多長，僅采樣一個數(shù)據(jù)）。否則的話，鍵功能程序的執(zhí)行次數(shù)將是不可預(yù)知，由按鍵時間決定。連擊是可以利用的。連擊對于用計數(shù)法設(shè)計的多功能鍵特別有效。2.5 AD轉(zhuǎn)換器2.5.1 ADC0809 的介紹模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路的種類很多，如計數(shù)比較型、逐次逼近型、雙積分型等等。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要 從速度、精度和價格上考慮。這里，我們主要學(xué)習(xí)后二種典型A/D電路芯片與8051單片機的接口方法。逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。雙積分A/D變換器，具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，

35、但轉(zhuǎn)換速度慢。近年來在微機應(yīng)用領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用ADC0809是CMOS工藝、采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳雙列直插式片除A/D轉(zhuǎn)換部分外還有多路模擬開關(guān)部分。 多路開關(guān)有8位模擬量輸入端，最多允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。2.5.2 ADC0809的主要性能(1) 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL電平兼容。(2) 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路05V模擬量進行分時切換。(3) 輸出具有三態(tài)鎖存功能。(4) 分辨率：8位，轉(zhuǎn)換時間：100s。(5) 不可調(diào)誤差：1LBS，功耗：15mW。(6) 工作電壓：+5V，參考電壓

36、標(biāo)準(zhǔn)值+5V。(7) 片無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。2.5.3 ADC0809引角圖和部結(jié)構(gòu)邏輯圖 如圖2.6所示為ADC0809的引腳圖與部結(jié)構(gòu)邏輯圖。它由8路模擬開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)換器、三位輸出鎖存器以與地址鎖存譯碼器等組成。圖2.6 ADC0809引角圖和部結(jié)構(gòu)邏輯圖引腳功能說明如下：IN0IN7：8個輸入通道模擬輸入端。D0（28）D7(21)：8位數(shù)字量輸出端。SAART：啟動信號，加上正脈沖后，A/D轉(zhuǎn)換開始進行。ALE：地址鎖存信號，高電平時把三個地址信號送入地址鎖存器，并經(jīng)譯碼器得到地址輸出，以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。

37、轉(zhuǎn)換開始后，EOC信號變低；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC返回高電平。這個信號可以作為A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號來查詢。也可以直接用作中斷請求信號。OE：輸出允許控制端。CLK：時鐘信號，最高允許值為640KHz。VREF（+）和VREF（）：A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓。VCC：電源電壓。由于是CMOS芯片，允許的電源圍較寬，可以從+5V+15V。模擬開關(guān)的作用和8位選1數(shù)據(jù)選擇器的作用相似，但輸入和輸出都不是數(shù)字量而是模擬量。ADC0809芯片的轉(zhuǎn)換速度在最高時鐘頻率下為100S左右，在和CPU接口時，要求采用查詢方式或者中斷方式。在ALE=1期間，模擬開關(guān)的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址鎖存器；

38、在ALE=0時，地址鎖存。輸入啟動信號STARTR的上升沿復(fù)位ADC0809，它的下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換。EOC為輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，正在轉(zhuǎn)換時為0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時為1。OE為輸出允許控制端，在轉(zhuǎn)換完成后用來打開輸出三態(tài)門，以便從0809輸出這次轉(zhuǎn)換結(jié)果。2.6 放大器放大器芯片選用OP07芯片，OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益

39、的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。芯片特點：（1）超低偏移： 150V最大 。 （2）低輸入偏置電流： 1.8nA 。 （3）低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 （4）超穩(wěn)定，時間： 2V/month最大 （5） 高電源電壓圍： 3V至22V 圖2.7 OP07芯片引角圖OP07芯片引腳功能說明如下：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+。圖2.8 OP07部電路圖2.7恒流源電路的結(jié)構(gòu)( 1) 影響測量速度的因素影響變壓器繞組測量速度的主要因素是電路進入穩(wěn)態(tài)所需要的時間。對于圖2a 所示電路, 設(shè)

40、電路進入穩(wěn)態(tài)時的電流值為Is( = V /R) , 則繞組的電流方程為i = I s (1- e- t/ S) ( 2-1)理論上認(rèn)為, 4S 時間之后, 電路進入穩(wěn)態(tài)。假設(shè)繞組的電感為10H, 電阻為18 , 即S 為10s, 則電路將需要40s 才能穩(wěn)定, 考慮到精密測量, 這一時間實際上還要長很多。圖2b 所示電路加入了電流控制環(huán)節(jié)$ $恒流源, 當(dāng)回路電流i 未達到恒定值Ic 時, 按式( 1) 變化; 當(dāng)i 達到Ic 時, 將恒定于Ic。圖2.9 加入電流控制環(huán)節(jié)的恒流電路為找出影響t 的因素, 可將( 2-1) 式改寫成t= - ( L / R) ln( 1- iR/ V)( 2-

41、2)由式( 2-2) 可以看出, 當(dāng)繞組的R 和L 值確定時, i 達到Ic 所需時間ts 隨Ic 增大而增加,隨電源電壓V 增大而減少。因為減小Ic 會降低測量的精度, 因此提高電源電壓V 是提高測量速度的主要措施。為討論方便, 取L= 10H,R= 18 , Ic= 1A, 選取不同的V 值, 得到ts 值,如表1 所示。從表1 可以看出, V 較小時, 隨著V 值的增加, ts 顯著減小; 但當(dāng)V 值增加到一定程度時, 這種效果越來越不明顯。( 2) 恒流源與采樣電路的結(jié)構(gòu)由上述可見, 采用恒流源與選擇合適的恒流值和電源電壓, 是提高測量速度的關(guān)鍵。恒流源電路如圖2.10 所示, 圖2.

42、10 中還同時表示了電壓、電流采樣和電流釋放( 續(xù)流) 與檢測電路。圖2.10 恒流源與采樣電路的結(jié)構(gòu)框圖場效應(yīng)管T1 工作于開關(guān)狀態(tài), 控制測試電流的輸出與關(guān)斷; T2 處于放大狀態(tài), 維持該電流的恒定。RS 是精密功率電阻, 用于采樣測試電流作為恒流環(huán)節(jié)的反饋信號。LEM模塊是利用霍爾效應(yīng)構(gòu)成的磁平衡式電流互感器, 將測試電流精確地轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號。與普通的電流互感器相比, 它具有精度高、線性好、響應(yīng)速度快、可測任意波形等特點。盡管提高電源電壓V 可以提高測量速度,但當(dāng)電壓已較高時, 這種效果越來越不明顯; 而且, 在被測繞組確定的前提下, V 越大, 加在T2上的電壓就越高, 使得T

43、 2 發(fā)熱越嚴(yán)重, 這將影響恒流源的精度與系統(tǒng)的可靠性。綜合考慮測量速度、調(diào)整管功耗、電池的種類, 恒流源的供電電壓確定為12V。測量時T1 導(dǎo)通, 測試電流經(jīng)過T1、被測繞組、LEM 模塊、T2、RS 構(gòu)成回路。因為T2 的門極電流可以忽略, 所以流過RS 的電流就是被測繞組的電流。采樣電阻RS、運放AMP 和場效應(yīng)管T2 構(gòu)成電流閉環(huán), 通過運放AMP 和T2的調(diào)節(jié), 使由RS 產(chǎn)生的電流反饋VS 與給定參考電壓VR 相等, 維持輸出電流IX 為恒定值 IX= VR / RS （2-3）VR 是由計算機根據(jù)下列原則, 通過電子開關(guān)SW 選擇的: 1 測試電流盡可能大, 以提高信噪比; 電流

44、必須能達到所設(shè)恒定值; 被測繞組的電壓不能超過A/ D 的量程圍。綜合考慮測量精度、測量圍、測量速度等指標(biāo), 設(shè)置了1A 和0. 1A 兩個電流檔位。具體控制時,先選擇1A 檔, 如果一定時間電流能達到1A( 通過恒流狀態(tài)檢測環(huán)節(jié)判別) , 且被測繞組的電壓VX 不超限, 則選定此檔位進行測量; 否則選擇0. 1A 檔, 如果此檔仍不能滿足要求, 則說明阻值超出測量圍, 或測試線接觸有問題。當(dāng)電流恒定時, 由VX 和IX 計算出被測繞組的電阻值: RX= VX / IX 。續(xù)流過程: 某繞組的阻值測完后, SW 選擇VR = 0, 此時T2 趨于截止, 因為被測繞組存在一定的電感, 電流將通過

45、由DR 與RR構(gòu)成的電流釋放回路流通, 繞組中儲存的能量通過RR逐漸釋放。續(xù)流檢測與恒流狀態(tài)檢測是由電壓比較器構(gòu)成的, 限于篇幅在此不詳細討論。繞組換接過程: 為了實現(xiàn)諸多被測繞組的自動換接, 且保證換接過程中不產(chǎn)生電弧, 設(shè)計了如圖2.11 所示的繞組換接電路。 圖2.11 繞組換接電路示意圖繞組換接是由繼電器組實現(xiàn)的, 共包含0+ 、A+ 、A- 、B- 、C- 、C+ 等6 個繼電器。一次夾好3 個( 測低壓繞組時需4 個) 測試夾, 就可以自動測量高/ 低壓側(cè)所有繞組的換接與測量。例如, 測繞組oa 時, 0+ 和A- 閉合, 即變壓器。端子接I + 和V + , a 端子接I - 和

46、V - ( 見圖2.9) ; 測bc 繞組時, B- 和C+ 閉合, 等等。A+ 與A- 、C+ 與C- 之間設(shè)計了互鎖保護電路, 防止部短路。一個繞組測完后, 封鎖T 1, 選擇VR = 00 使T2截止, 續(xù)流電路工作。當(dāng)檢測到被測繞組電流為零時, 斷開繼電器, 然后按新的繼電器組合選擇接通繼電器, 接入新的被測繞組, 開始下一次測量過程。2.8 Protel介紹2.8.1軟件介紹在PCB部分，除了Protel2004中的多通道復(fù)制；實時的、阻抗控制布線功能；SitusTM自動布線器等新功能以外，Altium Designer 6.0還著重在：差分對布線，F(xiàn)PGA器件差分對管腳的動態(tài)分配，

47、 PCB和FPGA之間的全面集成，從而實現(xiàn)了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有PCB文件切片，PCB多個器件集體操作，在PCB文件中支持多國語言（中文、英文、德文、法文、日文）,任意字體和大小的漢字字符輸入，光標(biāo)跟隨在線信息顯示功能，光標(biāo)點可選器件列表，復(fù)雜BGA器件的多層自動扇出，提供了對高密度封裝（如BGA）的交互布線功能, 總線布線功能，器件精確移動，快速鋪銅等功能。 交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路板布局,支持高速電路設(shè)計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具. Altium Designer 6.0 對差分信號提供系統(tǒng)圍的支持，可對高速連的差分信號對進行充分

48、定義、管理和交互式布線。支持包括對在FPGA項目部定義的LVDS信號的物理設(shè)計進行自動映射。 LVDS 是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于可編程器件。Altium Designer 可充分利用當(dāng)今FPGA 器件上的擴展I/O管腳。 其次，在原理圖部分，新增加“靈巧粘帖”可以將一些不同的對象拷貝到原理圖當(dāng)中，比如一些網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號， 一頁圖紙的BOM表，都可以拷貝粘帖到原理圖當(dāng)中。原理圖文件切片，多個器件集體操作，文本筐的直接編輯，箭頭的添加，器件精確移動，總線走線，自動網(wǎng)標(biāo)選擇等！ 強大的前端將多層次、多通道的原理圖輸入、VHDL開發(fā)和功能仿真、布線前后的信號完整性分析功能。在信號仿真部分，提供完善

49、的混合信號仿真,在對XSPICE 標(biāo)準(zhǔn)的支持之外，還支持對Pspice模型和電路的仿真。對FPGA設(shè)計提供了豐富的IP核，包括各種處理器、存儲器、外設(shè)、接口、以與虛擬儀器 。 在嵌入式設(shè)計部分，增強了JTAG器件的實時顯示功能，增強型基于FPGA的邏輯分析儀，可以支持32位或64位的信號輸入。除了現(xiàn)有的多種處理器核外，還增強了對更多的32位微處理器的支持，可以使嵌入式軟件設(shè)計在軟處理器，F(xiàn)PGA部嵌入的硬處理器，分立處理器之間無縫的遷移。使用了Wishbone 開放總線連接器允許在FPGA上實現(xiàn)的邏輯模塊可以透明的連接到各種處理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx M

50、icroBlaze，TSK3000 等32位軟處理器，PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的處理器。對每一種處理器都提供完備的開發(fā)調(diào)試工具。 引入了以FPGA為目標(biāo)的虛擬儀器，當(dāng)其與 LiveDesign-enabled硬件平臺NanoBoard結(jié)合時，用戶可以快速、交互地實現(xiàn)和調(diào)試基于FPGA的設(shè)計，可以更換各種FPGA子板,支持更多的FPGA器件，例如 Cyclone II,Stratix II , ProASIC3,Virtex-4,MAX II等系列器件，提供了各個廠家近百種類型的FPGA子板，包括幾十款FPGA+

51、MCU（CPU）+RAM+SDRAM的子板。 在器件庫方面支持基于ODBC和ADO的數(shù)據(jù)庫，可以使用OrCAD的器件庫。完全兼容Protel98/Protel99/Protel99se/ProtelDXP，并提供對Protel99se下創(chuàng)建的DDB和庫文件導(dǎo)入功能，還增加了P-CAD,OrCAD PADS PCB等軟件的設(shè)計文件和庫的導(dǎo)入, AutoCAD和其它軟件的文件導(dǎo)入和導(dǎo)出功能。完整的ODB+ / Gerber CAM-系統(tǒng)使得用戶可以重新設(shè)計原有有的設(shè)計，彌補設(shè)計和制造之間的差異. Altium Designer 6.0以強大的設(shè)計輸入功能為特點，在FPGA和板級設(shè)計中，同時支持原理圖輸入和HDL硬件描述輸入模式；同時支持基于VHDL的設(shè)計仿真，混合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析.Altium Designer 6.0的布局布線采用完全規(guī)則驅(qū)動模式，并且在PCB布線中采用了無網(wǎng)格的SitusTM拓?fù)溥壿嬜詣硬季€功能；同時，將完整的CAM輸出功能的編輯結(jié)合在一起。 Altium Designer 6.0 是兩年之的第六次更新，極增強了對高密板設(shè)計的支持，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改進，改善了對復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放置在PCB板