DZ172鎮(zhèn)流器生產(chǎn)自動檢測系統(tǒng)開發(fā)

DZ172鎮(zhèn)流器生產(chǎn)自動檢測系統(tǒng)開發(fā),dz172,鎮(zhèn)流器,生產(chǎn),出產(chǎn),自動檢測,系統(tǒng),開發(fā) XXXX大學本科畢業(yè)設計(論文)(2008 屆)論文題目 整 流 器 生 產(chǎn) 自 動 檢 測 系 統(tǒng) 開 發(fā) （英文) Rectifier production automatic detection system development所在學院 電子信息工程 專業(yè)班級 學生姓名 張宏宇 學號 040901140428 指導教師 職稱 完成日期 2008 年 月 日1整流器生產(chǎn)自動檢測系統(tǒng)開發(fā)（電子信息工程學院）目 錄摘要：.........................................................................................................................2關鍵字： ...................................................................................................................2Abstract ....................................................................................................................21 引 言 ...................................................................................................................31.1 整流器的發(fā)展現(xiàn)狀 ...........................................................................................31.2 整流器監(jiān)測儀發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................41.3 本課題的主要研究內(nèi)容及意義 ......................................................................42 系統(tǒng)方案 .........................................................................................................52.1 控制器方案選擇 ...........................................................................................52.2 電源方案選擇 ..................................................................................................52.3 顯示器方案選擇 ...........................................................................................52.4 監(jiān)測部分方案選擇 ...........................................................................................62.5 系統(tǒng)方案整體描述 ...........................................................................................63 電子整流器監(jiān)測儀系統(tǒng)硬件設計 ......................................................................73.1 微控制器部分電路 ...........................................................................................73.2 監(jiān)測部分電路 ..................................................................................................143.3 電源部分電路 ..................................................................................................183.4 顯示部分電路....................................................................................................193.5 RS232 部分電路 ...............................................................................................233.6 報警電路 ..........................................................................................................244 電子整流器監(jiān)測儀系統(tǒng)軟件設計 ......................................................................254.1 RS232 通訊協(xié)議 ...........................................................................................254.2 keil c51 單片機程序開發(fā)平臺簡介 ...............................................................294.3 程序清單 ..........................................................................................................295 系統(tǒng)設計調(diào)試總結 .............................................................................................405.1 設計部分總結 ..................................................................................................405.2 調(diào)試總結 ..........................................................................................................406 結束語 ................................................................................................................42致謝 .......................................................................................................................43參考文獻 ................................................................................................................44附錄 ...........................................................................................................................452008 年 6 月2摘要：本次設計采用 ATMEL 公司的 AT89S52 為微控制器，實現(xiàn)對了電子整流器生產(chǎn)中的對整流器的老化測試中的溫度、電壓、電流的自動檢測。系統(tǒng)中控制器部分程序采用 keil c51 平臺下的單片機 C 語言開發(fā)，系統(tǒng)經(jīng)實際測試驗證，性能達到要求。關鍵詞： 微控制器、電子整流器、自動檢測 Abstract: The design uses ATMEL's AT89S52 for microcontrollers, to achieve the production of electronic rectifier on the rectifier aging test the temperature, voltage, current automatic detection. Part of the process control system used keil c51 platform under the SCM C language development, system test and certify the actual performance meet the requirement. Key words: micro-controllers, electronic rectifier, automatic detection31 引 言整流器是一個整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC ）的裝置。它有兩個主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時又起到一個充電器的作用。 本次設計主要是設計一種用于整流器生產(chǎn)過程中用于監(jiān)測整流器各項性能指標的監(jiān)測儀器。1.1 整流器的發(fā)展現(xiàn)狀1.1 整流器原理 在以大功率二極管或晶閘管為基礎的兩種基本類型的整流器中，電網(wǎng)的高壓交流功率通過變壓器變換為直流功率。提到未來（不久的或遙遠的）的其它類型整流器: 以不可控二極管前沿產(chǎn)品為基礎的斬波器、斬波直流 /直流變換器或電流源逆變型有源整流器。顯然，這種最新型的整流器在技術上包含較多要開發(fā)的內(nèi)容，但是它能顯示出優(yōu)點，例如它以非常小的諧波干擾和 1 的功率因數(shù)加載于電網(wǎng)。 二極管整流器 所有整流器類別中最簡單的是二極管整流器。在最簡單的型式中，二極管整流器不提供任何一種控制輸出電流和電壓數(shù)值的手段。為了適用于工業(yè)過程，輸出值必須在一定范圍內(nèi)可以控制。通過應用機械的所謂有載抽頭變換器可以完成這種控制。作為典型情況，有載抽頭變換器在整流變壓器的原邊控制輸入的交流電壓，因此也就能夠在一定范圍內(nèi)控制輸出的直流值。通常有載抽頭變換器與串聯(lián)在整流器輸出電路中的飽和電抗器結合使用。通過在電抗器中引入直流電流，使線路中產(chǎn)生一個可變的阻抗。因此，通過控制電抗器兩端的電壓降，輸出值可以在比較窄的范圍內(nèi)控制。 晶閘管整流器 在設計上非常接近二極管整流器的是晶閘管整流器。因為晶閘管整流器的電參數(shù)是可控的，所以不需要有載抽頭變換器和飽和電抗器。 因為晶閘管整流器不包含運動部件，所以晶閘管整流器系統(tǒng)的維修減少了。注意到的一個優(yōu)點是晶閘管整流器的調(diào)節(jié)速度較二極管整流器快。在過程特性的階躍期間，晶閘管整流器常常調(diào)節(jié)很快，以致能夠避免過電流。其結果是晶閘4管系統(tǒng)的過載能力能夠設計得比二極管系統(tǒng)小。1.2 整流器發(fā)展現(xiàn)狀和展望電子整流器是各種日光燈支架、吸頂燈、節(jié)能燈、燈盤之類產(chǎn)品的心臟。中國與廣大發(fā)展中國家有著極巨大的節(jié)能燈及日光燈支架市場，僅中國年產(chǎn)就在數(shù)十億只以上。電子整流器在中國及象中國這樣的發(fā)展中國家非常普及，真正徹底取代了老式的電感整流器。但是電感整流器的優(yōu)點是長壽，不容易壞，價格便宜，易維修，一般換個啟動器就能修好，維修很方便。電子整流器則沒有這么方便，也因此，電子整流器雖然面市了二十多年，始終不能取代電感整流器，連菲利蒲公司也還在生產(chǎn)使用電感整流器的燈具。由于一般電子整流器在損環(huán)時，只是壞掉 2-4 個發(fā)熱嚴重的零件：開關三極管，其它部份的零件一般很少有發(fā)生損壞。這也是廣大廠家努力解決的問題，例如采用更大電流和功率的三極管?？墒沁@還不能根本解決問題，三極管依然會被燒毀，加散熱片也無多大作用，特別是在節(jié)能燈和大功率節(jié)能燈中，由于本身密封和燈管自身的高溫，散熱片可說是毫無作用。因此解決好此類問題是電子整流器目前急需解決的問題。另一個需要考慮的問題是效率問題，當今世界能源已經(jīng)是越來越被關注的一個問題，因此有必要開發(fā)更高效率的整流器。1.2 整流器監(jiān)測儀發(fā)展現(xiàn)狀在直流系統(tǒng)中，整流器(有時也稱充電機)是整個直流系統(tǒng)的核心，它的性能變化直接影響相應蓄電池組的壽命及整套直流系統(tǒng)的安全運行。因此，電力部門每年都要對整流器進行例行檢查，以便及早發(fā)現(xiàn)整流器缺陷，特別是檢查整流器的穩(wěn)壓性能、穩(wěn)流性能、紋波系數(shù)等。目前各電力部門普通采用外接可變電阻法進行人工測試，這種方式費工、費時、安全性差。1.3 本課題的主要研究內(nèi)容及意義考慮到目前市場上的監(jiān)測儀器現(xiàn)狀，有必要開發(fā)一款可對整流器自動進行穩(wěn)壓性能，穩(wěn)流性能及紋波系數(shù)的測試，自動計算整流器的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等，并把測試記錄的整組數(shù)據(jù)包括穩(wěn)壓性能測試數(shù)據(jù)。穩(wěn)流測5試數(shù)據(jù)自動記錄下來，可把數(shù)據(jù)傳送給上位機記錄下來，由計算機把整個穩(wěn)壓狀態(tài)下測試的數(shù)據(jù)和穩(wěn)流狀態(tài)下測試的數(shù)據(jù)存儲并顯示。本次設計著眼于解決這方面的問題。2 系統(tǒng)方案本次設計采用上位機和下位機分離的方式進行檢測，用 RS232 口連接上位機和下位機。下位是以 8 位單片機為微控制器，采樣整流器輸入輸出端電壓電流的方法實現(xiàn)對整流器的參數(shù)檢測，并將參數(shù)通過 RS232 發(fā)送給上位機處理。2.1 控制器方案選擇目前市場上可供選擇的微控制器零零總總，各家公司的產(chǎn)品都有其自身特點。目前比較流行 51 系列單片機和凌陽單片機。 AT89C51 單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件的調(diào)試，較為繁瑣； AT89S52 八位單片機除具有 AT89C51 單片機所有的優(yōu)點外，具有更大的程序存儲空間，可在線仿真的功能，方便調(diào)試。凌陽十六位單片機雖然可以更好的完成控制功能，但較 AT89S52 八位單片機價格昂貴，而且編程以及外圍功能電路的設計都不及 AT89S52 成熟。因此，選用AT89S52 八位單片機作為本次設計的微控制器。2.2 電源方案選擇方案一、采用電池供電，此方案簡單，需要的器件比較少，并可以有效防止來自電網(wǎng)的干擾。缺點是電池屬于易耗品，需要經(jīng)常更換，對系統(tǒng)的維護不方便，且容易污染環(huán)境。方案二、從電網(wǎng)直接取電，用傳統(tǒng)的變壓器加穩(wěn)壓器的方式實現(xiàn)系統(tǒng)供電，此方法投資比方案一高，但是系統(tǒng)工作可靠，維護方便環(huán)保，缺點是容易受到干擾。方案三、采用外接開關穩(wěn)壓電源的方法給系統(tǒng)供電，此方法性價比比較高，并且安全系數(shù)比較高。并且可以隔離被測量，減少測試過程中的干擾因素。綜上所述，考慮到整流器的監(jiān)測需要，本次設計采用方案三。2.3 顯示器方案選擇方案一、用液晶顯示器，此方案優(yōu)點是顯示參數(shù)豐富，同一時刻可以同時6顯示電壓和電流等信息，缺點是價格較高，并且由于液晶的特點，顯示內(nèi)容需要近距離觀察。方案二、用數(shù)碼管作為顯示設備，優(yōu)點是價格便宜，僅為液晶顯示器的1/4 左右并且顯示的亮度很高，適合遠距離觀察。缺點是顯示內(nèi)容有限。考慮到整流器監(jiān)測儀的實際需要，決定采用方案二的數(shù)碼管方案。2.4 監(jiān)測部分方案選擇方案一：采用美國 Cirrus Logic 公司最新推出的帶有串行接口的電壓、電流采集集成電路芯片 CS5460A。它主要應用在電力電子數(shù)據(jù)采集的應用中。不同于以前流行的 CS5460 芯片，該芯片特有的自動引腳模式功能，能使芯片獨立工作，得電時自動初始化，由外部的 E2PROM 引導開始工作，并從中讀取數(shù)據(jù)，如果用于高容量或用在家庭，為了降低成本，此模式下，該型芯片可以不用微控制器獨立工作。除此之外，該芯片的性能優(yōu)于其他計量芯片，主要表現(xiàn)在：(1)轉(zhuǎn)換精度高，測量功能強自身轉(zhuǎn)換精度達到 0．1 級，可以實現(xiàn) 0．2 級的測量儀表?？蓽y量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值和電能計量，這在電力系統(tǒng)的測量芯片中是不多見的。(2)外圍器件少，具有片內(nèi)看門狗定時器(WatchDog Timer)與內(nèi)部電源監(jiān)視器該芯片只用很少的外圍器件即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，確保了儀表的轉(zhuǎn)換精度及穩(wěn)定性。(3)接口方便器件本身形成雙向串行接口，雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接，并有功能很強的內(nèi)部寄存器數(shù)組，僅用 5～6 根連線即可方便地與單片機接口。方案二、采用電壓互感器，電流互感器方案，該方案監(jiān)測精度不及方案一高，造價和外圍電路跟方案一相比并無特別的優(yōu)勢?；谝陨蠈Ρ?，本次設計選用方案二。2.5 系統(tǒng)方案整體描述本次設計采用 ATMEL 公司的 8 位單片機 AT89S52 作為系統(tǒng)的微控制器，7配合美國 Cirrus Logic 公司最新推出的帶有串行接口的電壓、電流采集集成電路芯片 CS5460A。參數(shù)采集完畢之后微控制器將采集到的參數(shù)處理后顯示在數(shù)碼管上，并通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換接口電路發(fā)送給上位機處理。3 電子整流器監(jiān)測儀系統(tǒng)硬件設計本次設計的系統(tǒng)框圖見圖 3.1。單片機系統(tǒng)電源模塊電壓電流采集數(shù)碼管顯示模塊RS232 通信模塊時鐘、復位報警模塊 程序控制圖 3.1 系統(tǒng)框圖3.1 微控制器部分電路方案采用 AT89S52 單片機作為控制器，完成所有的控制功能，包括：? 電壓電流計量芯片的初始化和數(shù)據(jù)讀取? 數(shù)碼管驅(qū)動顯示? 報警模塊驅(qū)動? 和 PC 機的串口通信3.1.1 單片機最小系統(tǒng)單片機系統(tǒng)的電路如圖 3-1。時鐘是時序的基礎，8051 片內(nèi)由一個反向放大器構成振蕩器門可以由它產(chǎn)生時鐘，本次設計內(nèi)部方式在 XTAL1 和 XTAL28上外接石英晶體做定時元件，內(nèi)部反向放大震蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即石英頻率 fosc＝6MHz，則視頻頻率＝3Mhz，因此時鐘是一個雙向信號，由 P1 相和 P2 相構成。Fosc 可在 1.2MHz～12MHz 之間選擇，本次設計采用常規(guī)的 11.0592MHz。單片的復位電路有上電自復位和手動復位 2 種，本次設計將這 2 種復位方式都加入了，具體見圖 3.2。圖 3.2 單片機最小系統(tǒng)3.1.2 單片機的串行接口串行通信僅與在物理上的2 個數(shù)據(jù)緩沖器SBUF 打交道：發(fā)送器和接收器。2個特殊功能寄存器：SCON ，PCON。MCS -51 片內(nèi)有一個全雙工串行接口通用的可編程的異步接收/發(fā)送器USART （Universal Synchronous A synchronous Receiver Transmitter），由接收器和發(fā)送器2 部分組成。發(fā)送器能接收與寄存由CPU 并行輸出的數(shù)據(jù)，通過移位寄存器變?yōu)榇校⑻砩弦粋€起始位、奇偶校驗位和規(guī)定的停止位，由一條數(shù)據(jù)線發(fā)送出去。接收器是把收到的數(shù)據(jù)，去掉起始位、停止位，檢查有無奇偶錯誤、幀錯誤。然后把接收的字符經(jīng)過移位寄存器變?yōu)椴⑿泻螅椭两邮諗?shù)據(jù)寄存器、以便由CPU 用輸入指令取字符。串行口控制寄存器SCON 包含串行口的方式選擇位、接收發(fā)送控制位及串行口的狀態(tài)標志位。格式、功能如圖所示。9圖3.3 串行口控制寄存器串行口工作方式如表1 所示。表3.4 串行口工作方式RI：接收中斷標志，由硬件置位，軟件清0。T I：發(fā)送中斷標志，由硬件置位，軟件清0。RB8：接收數(shù)據(jù)位8，方式2 或3 中第9 位數(shù)據(jù)可能是奇偶位或是地址/數(shù)據(jù)校驗位。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8，方式2 或3 中第9 位數(shù)據(jù)，在單機通信中是奇偶位，多機通信中是地址幀/數(shù)據(jù)幀。REN：接收允許位, 由軟件置位允許，清0 禁止接收。SM2：方式2，3 中多機通信控制位。3.1.3 AT89S52芯片功能特性描述AT89S52 引腳框圖：10圖3.5 AT89S52芯片引腳圖AT89S52 主要性能：1、 與 MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容2、8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器3、1000 次擦寫周期4、全靜態(tài)操作：0Hz ～33Hz 5、 三級加密程序存儲器6、32 個可編程 I/O 口線7、三個 16 位定時器/計數(shù)器8、八個中斷源9、全雙工 UART 串行通道10、低功耗空閑和掉電模式l 1、掉電后中斷可喚醒l2、 看門狗定時器13、雙數(shù)據(jù)指針l 4、掉電標識符方框圖：11圖3.6 AT89S52內(nèi)部框圖功能特性描述：AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/ 計數(shù)器，一個 6 向量2 級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬12件復位為止。VCC : 電源GND: 地P0 口 ：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時器/ 計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX ），具體如下表所示。在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。表3.1 P1口的第二功能P2 口 ：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。13P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。表3.2 P3口的第二功能RST: 復位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標志位（地址為 8EH 的 SFR 的第140 位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN 將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應該接 VCC。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。Flash 編程― 并行模式：AT89S52 帶有用作編程的片上 Flash 存儲器陣列。編程接口需要一個高電壓（12V）編程使能信號，并且兼容常規(guī)的第三方 Flash 或 EPROM 編程器。AT89S52 程序存儲陣列采用字節(jié)式編程。編程方法：對 AT89S52 編程之前，需根據(jù) Flash 編程模式表和圖 13、圖 14 對地址、數(shù)據(jù)和控制信號設置?？刹捎孟铝胁襟E對 AT89S52 編程：1．在地址線上輸入編程單元地址信號2．在數(shù)據(jù)線上輸入正確的數(shù)據(jù)3．激活相應的控制信號4．把 EA/Vpp 升至 12V 5．每給 Flash 寫入一個字節(jié)或程序加密位時，都要給 ALE/PROG 一次脈沖。字節(jié)寫周期時自身定制的，典型值僅僅 50us。改變地址、數(shù)據(jù)重復第 1 步到第 5 步‘知道全部文件結束。3.2 監(jiān)測部分電路CS5460A 提供 SPI 串行通信接口和一系列寄存器，MCU 可以通過 SPI 接口讀寫這些寄存器，以實現(xiàn)對 CS5460A 的控制和從 CS5460A 讀取指定的數(shù)據(jù)。CS5460A 的寄存器主要分為三類：控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和校準寄存器，這些寄存器的說明請參見 CS5460A 的數(shù)據(jù)手冊。以下將說明怎樣讀寫這些寄存器15來完成對 CS5460A 的控制和讀寫操作。電路見圖 3.7。圖 3.7 電能計量芯片 CS5460A 計量系統(tǒng)圖3.2.1 芯片管腳的功能1 腳 XOUT：晶體振蕩器輸出?！　? 腳 CPUCLK：CPU 時鐘輸出 CPUCLK---片上振蕩器的輸出，可以驅(qū)動一個標難的 CMOS 負荷?！　? 腳 VD＋：數(shù)字電路電源正極。以 DGND 為參考，一般為＋5 V±10％。4 腳 DGND：數(shù)字地。數(shù)字接地，與 VA－具有相同的電平。5 腳 SCLK：串行時鐘輸入。該腳確定 SDI 和 SDO 引腳的輸入和輸出速率。此輸入具有一個允許使用邊沿緩慢的信號的施密特觸發(fā)器。只有當 CS 低時，SCLK 引腳才識別時鐘。6 腳 SDO：串行數(shù)據(jù)輸出。SDO 是串行數(shù)據(jù)端口的輸出引腳，當 CS 高時，其輸出將處于高阻抗狀態(tài)?！　? 腳 CS：片選。當處于低電平時，端口可以識別 SCLK。該腳高電平狀態(tài)使SDO 引腳處于高阻抗狀態(tài)。CS 應在 SCLK 處于低電平時改變狀態(tài)。8 腳 MODE：模式選擇。當處于高電平時 CS5460A 開始執(zhí)行自導入序列，從外接 E2PROM 讀取命令和設置。當處于低電平時 CS5460 運行在常規(guī)命令模式。引腳不連接時下拉為邏輯低電平。9 腳 VIN＋：差分電壓正輸入端。10 腳 VIN－：差分電壓負輸入端。VIN＋，VIN－為電壓通道的差分模擬輸入引腳。1611 腳 VREFOUT：參考電壓輸出。芯片上的參考電壓由該引腳輸出，參考電壓的標稱值為 2．5 V(以 VA－引腳為參考)。12 腳 VREFIN：參考電壓輸入。該引腳輸入的電壓給芯片上的調(diào)制器提供參考電壓。13 腳 VA－：模擬地負極。負模擬電源引腳，必須具有最低的電壓。14 腳 VA＋：模擬電源正極。以 VA－為參考，通常為＋5 V±10％。15 腳 HN－：差分電流負輸入端。16 腳 HN＋：差分電流正輸入端。HN－，HN＋為電流通道的差分模擬輸入引腳。17 腳 PFMON：電源掉電監(jiān)視輸出。PFMON掉電監(jiān)視器，用來監(jiān)視模擬電源，相對于 VA－引腳的典型閥值電平為 2．5 V，具有±50 mV 的滯環(huán)。如果 PFMON 的電壓低于閥值，則狀態(tài)寄存器的 LSD(低電源檢測)位將被置位。18 腳 NC：空腳。該引腳保持懸浮態(tài)。19 腳 RESET：復位輸入。RESET 當復位引腳為低電平時，所有內(nèi)部寄存器都被設置為缺省值?！　?0 腳 INT：中斷輸出。當 INT 變低時，表明一個允許的事件已發(fā)生。可以通過向 CS5460A 寫入適當命令來使 INT 清除(邏輯 1)。21 腳 EOUT：電能脈沖輸出。EOUT 電量輸出引腳，輸出一個脈沖寬固定、頻率(可編程)和電能成比例的脈沖串。22 腳 EDIR：能量方向指示輸出。如果測量到的電能是負值，電能方向指示器發(fā)出指示。23 腳 SDI：串行數(shù)據(jù)輸入。SDI 是串行數(shù)據(jù)接口的輸入引腳。數(shù)據(jù)的輸入速率由 SCLK 決定。24 腳 XIN：晶體振蕩器輸入。XOUT，XIN芯片內(nèi)的一個門電路與這些引腳相連，可連接晶體為芯片提供系統(tǒng)時鐘。另外，也可以有外部時鐘(與 CMOS 時鐘兼容)驅(qū)動引腳 XIN，為芯片提供系統(tǒng)時鐘。3.2.2 控制命令字CS5460A 包含一系列控制命令，對 CS5460A 寫入指定的控制字，即可完成相應的操作。這些控制命令包括：17（1）、啟動轉(zhuǎn)換命令（Oxe8）只要對 CS5460A 寫 OXE8 控制命令，CS5460A 即開始進行 AD 轉(zhuǎn)換，并輸出計算結果，這個命令一般在 CS5460A 復位操作完成后輸入，以使 CS5460A 進入正常工作狀態(tài)。（2）、同步命令 0（OXFE）及同步命令 1（OXFF）這兩個命令主要用在一連串的讀寫命令之前，復位串行通信接口。（3）Power_up/Halt Control(OXAO)這個命令主要用在系統(tǒng)校準之前，以中斷 CS5460A 正在執(zhí)行的操作，而執(zhí)行系統(tǒng)校準命令。（4）系統(tǒng)校準命令字這個命令完成指定的某項系統(tǒng)校準。V、I、R、G、O 的說明如下：VI : 00-不允許出現(xiàn) 0001- 電流通道選擇10-電壓通道選擇11-電壓電流通道同時選擇R: 0-DC 校準1-AC 校準G: 0-正常操作1-執(zhí)行增益校準O: 0-正常操作1-執(zhí)行偏置校準3.2.2 CS5460A 的校準（一）、校準概述CS5460A 提供數(shù)字校準功能，用戶通過寫指定的值到 CS5460A 校準命令寄存器即可實現(xiàn)不同的校準功能。CS5460A 有兩類基本類型的校準：系統(tǒng)偏置校準與系統(tǒng)增益校準。當執(zhí)行某種校準命令時，必須輸入相應的校準信號到電壓電流通道的輸入端。18（二）、校準寄存器CS5460A 有一系列校準寄存器，當某一校準命令執(zhí)行后，相應的寄存器會保留校準產(chǎn)生的修正值，用戶可以讀取這些校準寄存器，并將其保存在外部非易失性存儲器。在系統(tǒng)重新上電啟動時，將存儲器保存的值寫入相應的校準寄予存器，不必重新執(zhí)行校準步驟.這些校準寄存器包括：1、直流電壓偏置寄存器(0x03);2、直流電流偏置寄存器(0x01);3、電壓增益寄存器(0x04);4、電流增益寄存器(0x02);5、交流電壓偏置寄存器(0x11);6、交流電流偏置寄存器(0x10);3.2.3 CS5460A 的讀寫控制CS5460A 和單片機的通訊采用 SPI 總線通訊，讀寫時序圖見圖 3.8。圖 3.8CS5460A 讀寫時序3.3 電源部分電路由于本次設計被檢測對象是電子整流器的輸入輸出電壓和電流，所以方案選擇階段，我們決定采用外接直流穩(wěn)壓電源的方式，市面上此類產(chǎn)品種類繁多，我們選用常規(guī)的 9V 直流電壓輸出，接入系統(tǒng)后經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 7805 后 9V 直流電轉(zhuǎn)成 5V 供整個電路使用。E7,E8 和 C16，C17 是電源部分的濾波電容，他19們也有一些儲能方面的應用。見圖 3.9.圖 3.9 系統(tǒng)電源部分電路3.4 顯示部分電路本次設計使用 6 位 0.5 寸共陰極數(shù)碼管電路，采用掃描方式顯示，單片機IO 口接數(shù)碼管段碼，數(shù)碼管需要 15 到 20MA/每段的電流，單片機 IO 口完全可以滿足這一使用要求。數(shù)碼管顯示相對于其他顯示器有更好的可視化條件，市場上的 0.5 寸數(shù)碼管也是比較常規(guī)的器件，購買方便。P0 口加上拉排阻 RP1。電路見圖 3.10。圖 3.10 數(shù)碼管顯示部分電路數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨使用，也可以20組裝成分段式或點陣式 LED 顯示器件(半導體顯示器 )。 分段式顯示器(LED 數(shù)碼管)由 7 條線段圍成 8 字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖 3-3 是共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖和其表示符號。把這些 LED 發(fā)光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個 8 字加一個小數(shù)點）而作為一個引腳，就叫共陽的，見圖 3-4。使用時，公共陰極接地，7 個陽極 a~g 由相應的 BCD 七段譯碼器來驅(qū)動(控制 )，如圖 3-4 所示。在本次設計中，采用共陽極數(shù)接法，驅(qū)動電壓是10V。由于球賽的特殊性百位數(shù)字僅用了 2 段，來顯示 “1”。【數(shù)碼管的分類】數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示） ；按能顯示多少個“8”可分為 1 位、2 位、4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。 。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮?！緮?shù)碼管的驅(qū)動方式】數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。(1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二- 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5×8＝40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個呢：） ，實際應用時必須增加21譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 (2) 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低?！緮?shù)碼管參數(shù)】8 字高度：8 字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為 0.25-20 英寸。長*寬*高：長——數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬——數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高——數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，第二位 8 與第三位 8 字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒?！緮?shù)碼管應用】數(shù)碼管使用的電流與電壓電流：靜態(tài)時，推薦使用 10-15mA；動態(tài)時，16/1 動態(tài)掃描時，平均電流為 4-5mA，峰值電流 50-60mA。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色時，使用1.9V 乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使用 2.1V 乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。恒流驅(qū)動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響(1)、顯示效果：22由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅(qū)動芯片還要能夠自動調(diào)節(jié)輸出電流 的大小以實現(xiàn)色差平衡溫度補償。(2)、安全性：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯(lián)延時開關特性，可防止反向尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。超大規(guī)模集成電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動關斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。數(shù)碼管引腳共陰和共陽的區(qū)分方法找公共共陰和公共共陽首先，我們找個電源（3 到 5 伏）和 1 個 1K（幾百的也歐的也行）的電阻，　VCC 串接個電阻后和 GND 接在任意 2 個腳上，組合有很多，但總有一個 LED 會發(fā)光的找到一個就夠了， ，然后用 GND 不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一般是 8 個） ，那它就是共陰的了。相反用 VCC 不動， GND 逐個碰剩下的腳，如果有多個 LED（一般是 8 個） ，那它就是共陽的。也可以直接用數(shù)字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。 圖 3.11 共 LED 數(shù)碼管的原理圖和其表示符號23圖 3.12 共陽式 LED 數(shù)碼管的原理圖和其表示符號關于亮度一致性的問題是一個行業(yè)內(nèi)的常見問題。有二個大的因素影響到亮度一致性。一是使用原材料芯片的選取，一是使用數(shù)碼管時采取的控制方式。(1)、原材料--芯片的 VF 和亮度和波長是一個正態(tài)分布，即使篩選過芯片，VF 和亮度和波長已在一個很小的范圍了，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品還是在一個范圍內(nèi),結果就是亮度不一致。(2)、要保證數(shù)碼管亮度一樣，在控制方式選取上也有差別最好的辦法是恒流控制，流過每一個發(fā)光二極管的電流都是相同的，這樣發(fā)光二極管看起來亮度就是一樣的了。如恒壓控制，則導致 VF 不相同的發(fā)光二極管分到的電流不相同，所以亮度也不同。3.5 RS232 部分電路RS-232C 標準（協(xié)議）的全稱是 EIA-RS-232C 標準，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會， RS（recommended standard）代表推薦標準，232 是標識號，C 代表 RS232 的最新一次修改，在這之前，有RS232B、RS232A，它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。RS-232C 適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0～20000b/s 范圍內(nèi)的通信。PC 機常用 DB-9 連接器作為提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 兩個串行接口的連接器，它只提供異步通信的 9 個信號，9 針串口功能見表 10，24并且對電纜長度也有要求： RS-232C 標準規(guī)定，若不使用 MODEM，在碼元畸變小于 4%的情況下，DTE 和 DCE 之間最大傳輸距離為 15m（50 英尺） 。可見這個最大的距離是在碼元畸變小于 4%的前提下給出的，為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應小于 2500pF。 模塊電路見圖 3.13。圖 3.13 串口通訊部分電路3.6 報警電路考慮到設計需要和整流器檢測儀的，本次設計加入了發(fā)聲電路，他的作用分以下幾點：（1） 、檢測到不合格產(chǎn)品時報警；（2） 、系統(tǒng)自檢信息提示，系統(tǒng)上電自檢成功后會發(fā)出“嘀”一聲長音，如果自檢失敗，將不停發(fā)出“嘀～嘀～～～嘀～～～”一短兩長的報警提示。這部分模塊采用普通 5V 蜂鳴器和三極管以及電阻組成，當需要發(fā)聲時單片機 IO 口輸出高電平驅(qū)動三極管導通，從而接通整個發(fā)聲模塊的電路，使蜂鳴器發(fā)出響聲，電路見圖 3.14。25圖 3.14 報警模塊電路4 電子整流器監(jiān)測儀系統(tǒng)軟件設計本次設計重點在下位機的設計，因為對上位機軟件不做詳細介紹，本次的設計下位機程序是基于 keil c51 平臺的單片機 C 語言編寫。4.1 RS232 通訊協(xié)議為確保通訊成功，通訊雙方必須在軟件上有一系列的約定，通常稱為軟件協(xié)議。本設計規(guī)定雙機異步通訊的軟件協(xié)議如下：（1）通訊波特率為2400 波特，定時器T1 工作在模式2，對于6MHz 時鐘頻率，計數(shù)常數(shù)為F3H，SMOD=1。（2）采用串行口方式3。（3）欲發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)塊首地址放在64H、63H，其中64H 為首地址高字節(jié)暫存單元，63H 為首地址低字節(jié)暫存單元；數(shù)據(jù)塊長度存放62H、61H 中，其中62H 為數(shù)據(jù)長度高字節(jié)暫存單元，61H 為數(shù)據(jù)長度低字節(jié)暫存單元。（4）發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)格式為：雙字節(jié)地址：低地址字節(jié)在前，高地址字節(jié)在后；雙字節(jié)數(shù)據(jù)個數(shù)：數(shù)據(jù)個數(shù)的低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；數(shù)據(jù)1~數(shù)據(jù)n：所通訊的n 字節(jié)數(shù)據(jù)；累加校驗和：為雙字節(jié)地址，雙字節(jié)數(shù)據(jù)個數(shù)n，數(shù)據(jù)1，…數(shù)據(jù)n 這n+4 個字節(jié)26的算術累加和，用作校驗和。（5）接收方接收到校驗和后，判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確。若接收正確，向發(fā)送方回發(fā)0FH 信號，否則，回發(fā)F0H 信號。（6）采用串行口中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。4.1.1 程序流程圖圖4.1 發(fā)送子程序框圖27圖4.2 接收子程序框圖28圖4.3 串行中斷服務子程序框圖294.2 keil c51 單片機程序開發(fā)平臺簡介Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil C51 單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 C51 工具包的整體結構，如圖(1)所示，其中 uVision 與 Ishell 分別是 C51 forWindows 和 for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標文件 (.ABS)。ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標準的 Hex 文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試。4.3 程序清單#include "reg52.h"#include "includes.h"#include "DrvCfg.h"#include "CS5460a.h"#define ADCSA P31 //P0.31 #define ADCSB P24 //P1.24#define ADCSC P26 //P1.26#define ADRST P25 //p1.25#define ADINT P330#define IsAdcIntValid() (!(pgsPort0->regPinVal & P3))#define IsSpi0SendFinish() (pgsSpi->regStatus & 0x80)//寄存器地址#define CONFR 0#define IDCOFF 1#define IGN 2#define VDCOFF 3#define VGN 4#define CYCCONT 5#define PULRATE 6#define IR 7#define VR 8#define PR 9#define ER 10#define IRMSR 11#define VRMSR 12#define TBCR 13#define POFFR 14#define STATUSR 15#define IACOFFR 16#define VACOFFR 17#define MASKR 26#define CTRLR 28 //命令#define STARTC 0XE8 // continus computation cycle command#define STARTS 0XE0 // single computation cycle command#define SYNC0 0XFE //#define SYNC1 0XFF //#define POWERUP 0XA0 31#define