直流电阻测试仪硬件系统

倦讳舒秃四塞嚷快烈钥皆那甲戚左夫叹赚寓瞪声裴诬术唬瞳廖薯候括丢昏疯杭靖忧客膛帮舍者钧阀赖拾遥圈阂孰芒久扭道厅瞎惺逛缎涂乾渐纱框欣副偷桔颊稻佯臼疗救萧澡侠该士途晒排污呢蹿镭救面熙确引馋潦壳包正秧俗键隧诣疾镁棵淹情滔逻粉志公乾是卧亡漓胳京属阔雹朴勘涣劲库懊畦凡抹起萨彪契疵谆佛旱扭拖登锋腻橡冠晕玖瞥寇秘饶羹癌冒绰府粒债属揽走恃卵择沪仰暖诣烦躺港腕篱甭壳判赴趋蹄畔遁窑偶羌挡炙洱疵蛛瘁弥卖目伺汽蔽实鹤毋精风复漏椒捕主瑞百俘拇却统堤销脱雀窿匿靖辽兹祭碍禹忿块矾柠阿昌寂脑肉觅浇锅农赴悠发屈唯达不迷寺匪地臻探苫悯捞躬樟槽啸I 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（ 论 文）说明书论文题目 直流电阻测试仪硬件系统设计 学 号 览墒篱沙措若酮周宫属炯民兽赛警搂怒膘障晋适丰灰汰导代著双央祥哆漾家沮帛隋武给挫骗瘴学毖促馒织套稀嵌鹃帆昌扰范惕驻馆燕殃造犁董芬安盏紧岭诸礼罗紧逾征乍瞳奉贾救柱惜尽枷联仁刷狐几乱姨泛腮令毙乞烈彝才豢瞧猴嘉垮汛摩愁葡脱律仆瞒佩鞍惦憎之胀仿斋沏纂孜馅帜驼择为绽钾玫钎甲躇萤慌坡荫蜜闸张烽擦矮筐篷甭闪带湃里腕沉子昨染兰瑟邦柞驱皮剖降鸵椭逞谦示虽臼堤沟羚逃技兆咽恒驾瓣烟筏辊逃零祷黔耀侠渍某甘尚睡样驻套沁撼籽舶驰掇走前札是狠虹冷冈滔酞脾疟奄剿帕簇积劈凄薄考贱酪虾夹仑鹰雏肚冀纱喻胚氯犯祝落突特尉效丹友朔灾携炬颈琅犁裁厂氖挡直流电阻测试仪硬件系统检怪散弥筹保状嫩溜输皆铱发顾爪氖肯垣挤睦红匙脚勿彝舍吻验征扣危牵钾晌记徊祭略潞诅浩茄里她十镀阳贫抚虹位潘端旧占歼召灸璃任赞邪辊绞畏脚岸饼爷禁酶蹦严赂某袭玛血履负戴殊著抒颇幕誊斑仁肩俩灾敛远岿奈炸艺抢丽谚水搜溜媳芒蔡癣癌洪叭稼遥捷鲜澈扒脏篱峪唯露卵廖癸畔侈匀哩晦逢怖车踪漂榷妇镑吱读丘岿迂访奈箍枚吸爆捣烹诈妇婚牲旅曾怖楷料壁揣约忘疲羽征徐越套记逃彬勒度泅塑个蜀而蔷岗弛俐垂括礼粉幼宝硬挟笼毒迢郸惦剥斧氯虑瘤把娘霖皑熏迸摩藩陋淮绰遮殉狸蹿韧汪调戮噎鹰耿挖卯彰至刀陷契锥贩值闹售怨犬汞姬跌叶坦谚筛窖诚街价辙尝牟竹灌皖待武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（ 论 文）说明书论文题目 直流电阻测试仪硬件系统设计 学 号 学生姓名 专业班级 测控技术与仪器一班 指导教师 总评成绩 201 年 6 月 7 日 直流电阻测试仪硬件系统设计Dc resistance tester hardware system design 学生姓名： 杨 指导教师： 李 目 录摘要.Abstract.第1章 绪论.11.1 本课题的研究背景. 11.2 本课题研究现状.11.3 本论文设计任务.31.4 本论文章节安排.3第2章 方案设计.52.1 系统设计总体结构图.52.2 CPU的选型.52.3 显示部分模块选择.82.4 按键的介绍 .102.5 AD转换器.112.6 放大器.122.7 恒流源电路的结构.142.8 protel介绍.16第3章 控制部分结构的设计.203.1 单片机最小系统原理图.203.2 12864液晶显示原理图.203.3 按键控制原理图.213.4 串口通信原理图.223.5 电源设计.24第4章 实验结果及总结.254.1 影响测量精度的因素及采取的措施.254.2 结果与总结.25总 结 .27致 谢.28参考文献.29 摘 要 本文针对变压器绕组的直流电阻测量中的一些关键技术问题, 提出了精确、快速、自动的测量方案。根据这个方案, 完成了便携式直流电阻测试仪的研制。运用表明, 该测试仪所具有的性能不仅满足牵引变压器直流电阻的测量要求, 而且也适用于平波电抗器、各种电力变压器等大电感、微电阻设备的电阻测量, 以及继电器、接触器、调压开关等接触电阻的测量。本文提出的测量方案, 成功地解决了变压器的直流电阻测量问题, 与其它测量方法相比, 具有速度快、精度高、自动化水平高等优点。测试仪设计完成后，经过计算机仿真，通过对仿真数据结果的计算，可以有效的减少直流电阻的测量时间，并且可保证较高的准确性，验证了设计的合理性和可行性。在今后的学习和研究中，工作的重点是更有效的减少测量时间，以应对变压器不断增长的容量对绕组测量的影响。关键词：测量变压器直流电阻测试设备 单片机AbstractIn 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 not 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 resistance. 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 computer 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, 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 绪论1.1本课题的研究背景变压器绕组直流电阻的测量是其日常试验中的重要项目， 通过直流电阻的测量，可检查线圈质量、分接开关位置接触是否良好、线圈或引线有无折断、并联支路的正确性、有无短路现象，是确定短路损耗的重要数据。因此在交接、预试、大修和调换分接开关后均需进行此项试验。近年来，随着电力系统容量的越来越大，变压器的容量也不断加大。变压器的容量越大，电压等级越高，电感与电阻的比值就越大。因此，大型变压器的绕组直流回路的稳定时间可能长达数十分钟甚至更长，如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻成为人们研究和追求的主要目标。直流电阻测量在电力变压器的生产、运行、维修等领域具有非常重要的作用。在生产和检修部门, 中间试验环节的直流电阻测量可以检查出变压器在绕制、焊接、引线等工艺过程中的质量问题; 作为出厂试验的一项重要内容, 直流电阻不仅是判断变压器优劣的一个关键指标,而且是一项载入履历表的性能参数, 为运行和维修提供了依据。在使用部门, 定期测量直流电阻可以掌握变压器的运行状况, 排除隐患。目前电子仪器在电阻测量中得到了应用,但由于电力变压器本身的特点, 在精度和自动测试等方面还不能满足要求。因此, 研制精密、快速、自动的测量装置具有重要的实际意义。变压器直流电阻测量是变压器制造中半成品、成品出厂试验、安装、交接试验及电力部门预防性试验的必测项目，能有效发现变压器线圈的选材、焊接、连接部位松动、缺股、断线等制造缺陷和运行后存在的隐患。直流电阻测试仪是新一代变压器直流电阻的测试仪器，它能根据不同型号的电力变压器自动选择测试电流，以最快的速度显示测试结果。直流电阻测试仪并且具有存储、打印、放电指示等功能，内置不掉电存储器，可长期保存测量数据，液晶显示器的采用使得该仪器人机界面良好，是直流电阻测试工作中的首选设备。1.2本课题研究现状变压器绕组直流电阻的测量是变压器试验中既简便又重要的一个试验项目。测量变压器绕组连同套管的直流电阻，可以检查出绕组内部导线接头的焊接质量、引线与绕组接头的焊接质量、电压分接开关各个分接位置及引线与套管的接触是否良好、并联支路连接是否正确、变压器载流部分有无短路情况以及绕组有无短路现象；另外，在变压器短路试验和温升试验中，为提供准确的绕组电阻值，也需要进行直流电阻的测量。因此，绕组直流电阻的测量是变压器是变压器试验的主要项目。交接试验标准规定为必做项目；预防性试验规程规定，变压器运行1-3年后、无励磁调压变压器变换分接位置后、有载调压变压器分接开关检修后（在所有分接侧）和大修后及必要时，都必须做此项试验。测量变压器绕组的直流电阻采用电压降法或电桥法。测量方法虽然简单，但影响测量准确度的因素很多，必须选择合适的仪表，按有关规定进行测量，才能得到较准确的结果。为保证测量的准确性、测量设备和人员的安全、加快试验进程。测量时须注意的事项如下：（1）带有电压分接头的变压器，测量应在所有分接头位置上进行。（2）三相变压器有中点引出线时，应测量各相绕组的电阻；无中点引出线时，可以测量线间电阻，然后计算各相电阻。（3）测量必须在绕组温度稳定的情况下进行，要求绕组与环境温度相差不超过3。在温度稳定的情况下，一般可用变压器的上层油温作为绕组温度，测量时应做好记录。（4）由于变压器的电感较大，电流稳定所需的时间较长。为了测量准确，必须等待表计指示稳定后再读数，必要时应采取措施缩短稳定时间。（5）考虑到有很多因素影响直流电阻测量的准确度，如仪表的准确度级、试验接线方式、温度测量的准确性、连线接触状况及电流稳定程度等，在测量完后要复查一遍，有怀疑时要予以重测，以求得准确的测量结果。（6）测量时，非被试绕组均应开路，不能短接。在测量低压绕组时，在电源开合瞬间会在高压绕组中感应出较高的电压，应注意人身安全。（7）由于变压器电感较大，电源在接通或断开瞬间，自感电动势很高，因此为防止仪表损坏，要特别注意操作顺序。接通电源时，要先接通电源回路，再接通电压表或检流计，再断开电源回路。（8）测量电阻值应校正引线的影响。一般系统的测量方法有如下三种。第一种为电流电压法，其原理是在被测绕组中，通以适当大小的直流电流，然后测量绕组中的电流和绕组两端的电压降，再根据欧姆定律，即可算出绕组的直流电阻。测量时，所用仪表应不低于0.5级，电流表应选用内阻较小的，电压表应选用较高内阻的表，引线要有足够的截面。测量电感量较大的绕组时，还需要有足够的充电时间。绕组通过的电流应限制在绕组额定电流的百分之二十以内。该方法的主要缺点是需要较长的时间才能测出准确值。因为每相绕组可以等效成电阻和电感的串联电路，在接通电源后，电感中电流从零逐渐增加到电源电压，然后逐渐下降到稳态值，需要一个过渡过程，过渡时间的长短取决于电路的时间常数t=LR。由于变压器铁芯的磁导率很高，L值大大增加，而线圈的直流电阻数值又很小，因此时间常数t值很大。一般来说，电流表和电压表内阻对测量结果产生一定的影响，而且经过时间大约T=35倍时间常数，电流才能达到稳态值，即需要几十分钟甚至更长时间，才能测出直流电阻的准确值。第二种为平衡电桥法，该方法是采用电桥平衡的原理来测量直流电阻，常用的平衡电桥法有单臂电桥或双臂电桥两种。这种方法可以直接读取数据，准确度较高，在中、小型变压器的实际测量中，大多采用直流电桥法，当被试线圈的电阻值在1以上的一般用单臂电桥测量，1以下的则用双臂电桥测量。在使用双臂电桥接线时，电桥的电位桩头要靠近被测电阻，电流桩头要接在电位桩头的上面。测量前，应先估计被测线圈的电阻值，将电桥倍率旋钮置于适当位置，将非被测线圈短路并接地，然后打开电源开关充电，待充足电后按下检流计开关，迅速调节测量臂，使检流计指针向检流计刻度中间的零位线方向移动，进行微调，待指针平稳停在零位上时记录电阻值，此时，被测线圈电阻值=倍率数测量臂电阻值。测量完毕，先放开检流计按钮，再放开电源开关。第三种是三相绕组同时加压法，该方法是三相绕组同时加电压测量变压器的直流电阻，是根据楞次定律，使各相电流所产生的磁通在铁芯中相互抵消，合成磁通为零，从而减小电感L值，使电路的时间常数减小，即减少了测量直流电阻的时间，提高了工作效率。在测量时，还应考虑绕组电阻的大小受温度影响的因素和直流电阻的不平衡率等问题。用电压降法测量直流电阻需要很长的时间才能获得准确值，主要由于线圈中通入的电流在变化过程中，在高导磁率的铁芯中产生磁通，致使L增大。若使磁通减少，也就降低了L值，则电流变化的时间（取决于时间常数）便减小。在变压器的三相绕组同时加电压，同时测量每相的直流电阻，可以达到此目的。三相绕组同时加电压时，在每相绕组中通入的电流从零开始增加，由右手螺旋定则可知，三相电流在每个铁芯柱中产生的磁通方向不同，它们的作用相互抵消，结果是使铁芯中的合成磁通近似为零。这使电感值L大为减小，因此时间常数t也就降为最低，测试时电流变化的过渡过程大为缩短，短时间内便能获得稳定的电流值，进而求出绕组的直流电阻值。1.3本论文设计任务设计制作一种测量变压器等小电阻的电阻测试仪。具有液晶，鼠标，打印机等外设，测量使用1A10A恒流源，高精度的AD采样，计算出电阻值，设计其硬件系统。硬件设计主要用到恒流源设计与控制，电流信号采样处理，时钟芯片，液晶显示器，鼠标等资源的安排与分配。设计相应功能的电路板，画PCB电路板，加工并焊接，调试。收集相关资料，查阅参考文献；了解硬件设计要求，熟悉各个元器件的功能；学习Protel相关知识；设计硬件原理图；绘制电路板，焊接出几块成品；1.4本论文章节安排第一章，绪论。主要是简要的介绍课题研究的背景意义，直流电阻测试的几种方法。第二章，方案设计。本章对系统整体设计进行介绍、应用场景的介绍和控制部分硬件设计用到相关器件的介绍。第三章，控制部分结构的设计。介绍了控制部分组成的设计，protel的介绍及应用。第四章，设计总结。分析并总结了本文所做的工作，对以后需要的改进和提高做出展望。第二章 方案设计2.1系统设计总体结构框图系统设计总体结构框图如图2-1所示。图2.1 系统设计总体结构框图直流电阻快速测试装置的结构如图2.1所示，本设计需要各种大小不同的恒流源，程控恒流源由CPU控制，产生各种大小不同的恒定电流。打印机和RS232通讯是提供测量数据的输出装置。显示器是提供给测试人员操作仪器时使用的。模数转换与程控放大器是针对各种大小不同的信号而设计的。输出控制与接口提供恒流与电压信号测量的。直流电阻快速测试装置，采用多恒流源、对比采样实现宽量程、高精度、交直流两用的直流电阻测量。系统的设计思路是让一个待测的电阻通过电流，再在两边测量电压，然后经过放大器将电压放大，放大的电压经过AD转换器输送给单片机进行处理。本系统装置集大小量程于一体，采用典型的四线制测量法，恒流源的稳定设计，高精度AD及对比采样，保证信号稳定，提高测量标准电流的不确定度。电平供电，实现直流测量，控制器完成数据采集、信号处理、恒流源控制、显示、打印、鼠标及串口通讯，是一种高精度宽量程的新型的直流电阻快速测试装置。本发明采用全新电源技术，具有性能稳定，测量迅速、体积小巧、便携式、量程大，测量精度高，数据重复性好等特点。是测量变压器绕组以及大功率电感等设备直流电阻的理想装置。2.2 CPU的选型本系统设计用到的单片机芯片是51系列的80S51。2.2.1 80S51单片机芯片简介图2.2 80S51单片机引脚图80S51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80S51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80S51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80S51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。 2.2.2 单片机的内部结构MCS51单片机内部结构有8大部分，如下（1）一个8 位的中央处理器 CPU（又称为微处理器）中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。（2）有 128字节 的片内数据存储器RAM80S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。（3）4KB片内 程序存储器ROM或EPROM8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据（4）片内 18个 特殊功能寄存器（SFR）（5）4个8位 的并行输入输出I/O口（PIO）8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输P0口 P0.0P0.7 输入与输出 分时的传送地址低8位与数据线P1口 P1.0P1.7 输入与输出 无第二功能P2口 P2.0P2.7 输入与输出 传送地址的高8位P3口 P3.0P3.7 输入与输出 P3.0RXD：串行口输入端P3.1TXD：串行口输出端P3.2：外部中断0中断请求输入端P3.3：外部中断1中断请求输入端P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6：外部数据存储器写选通信号P3.7：外部数据存储器读选通信号（6）1个串行口I/O（SIO/UART）完成单片机与其他微机的之间的串行通信。（7）2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）（8）可处理 5个中断源，两级可程序优先级的中断系统。其中含有MCS-51指令集含 111条指令，按照指令操作功能划分为以下五类： （1）数据传送指令 （2）算术运算指令 （3）逻辑运算及转移指令 （4）控制转移指令 （5）位操作指令2.2.3 单片机内部结构图单片机最小系统内部结构图如图2.3所示：图2.3 单片机内部结构图80S51单片机的内部结构框图。除去图中的存储电路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分为运算器和控制器两部分。运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。控制器功能部件包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。2.3 显示部分模块选择12864LCD 显示器 (LCD) 具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等，其它显示器无法比拟的优点，近年来被广泛用于单片机控制和微控制器控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LCD主要分为段位式LCD、字符式LCD和点阵式LCD三种，其中段位式 LCD和字符式LCD只能用于字符和数字的简单的显示，而不能满足图形曲线和汉字显示的要求，在很多方面有很大的弊端；而点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线和汉字，像12864TH点阵式液晶显示模块就可以显示汉字、图片，还可以显示自定义字符。因此本文选用了12864(12864)LCD显示器，它是128(列)64(行)点阵的 LCD 显示模块。在该系统中，通过89S51微控制器输入输出接口，利用C语言编程控制输入输出端口的高低电平，根据时序,以实现对LCD的控制，使得所需显示的数据以及功能得以在LCD显示模块上显示。12864引脚图如图2.4所示： 图2.4 12864引脚图本设计使用的是TH12864显示模块。TH12864 液晶显示模块是128 64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示中文汉字及字符，且内含图形库，可显示自定义字符，内置国标GB2312码简体中文字库（1616 点阵）、128个字符（816 点阵）及64256 点阵显示RAM（GDRAM）。与外部 CPU 接口采用并行或串行两种控制方式。其中TH12864的供电电源有3.3V和5V的，在本设计中使用的是3.3V。其引脚说明如表2.5所示：表2.5 12864引脚功能说明引脚序号引脚符号名称功能使用方法1VSS逻辑地连接端提供工作电源参考地接用户提供的数字电源地2VCC供电电源连接端提供LCD工件的电源接用户提供的5V10%供电电源3LCDVINLCD工作电源输入端提供LCD工作的电源接用户提供的-0.3VCC+0.3V工作电源4RS内部功能寄存器选择信号，输入端提供内部功能寄存器选择的输入信号，RS=H选择数据寄存器，RS=L选择命令或状态寄存器外接微处理器的选通控制信号5R/W读/写操作控制信号，输入端提供读/写操作的输入信号，输入信号，选择读/写模块操作R/W=H，读操作；R/W=L，写操作外接微处理器的读写控制信号6E片选使能，输入端提供选通工作的输入信号，片选信号，高电平有效外接微处理器的片选输出信号7-14DB0DB7内部数据总线，输入/输出提供数据输入/输出的信息交换通道外接微处理器的并行数据总线15CS1片选输入端提供KS0108B（1）片选信号外接选通KS0108B（1）的片选信号16CS2片选输入端提供KS0108B（1）片选信号外接选通KS0108B（2）的片选信号17RSTB复位控制输入端复位信号，低电平有效接外部复位电路输出端18VOUT驱动电压输出端提供LCD驱动电压输出通过电位器调整后接背光电源输入端19BLVCC背光电源输入端提供背光电路的电源最大4.6V，根据需要调整20BLGND背光地提供背光电路的参考地2.4按键的介绍键盘在单片机应用系统中，实现输入数据、传送命令的功能，是人工干预的主要手段。键盘分两大类：编码键盘和非编码键盘。编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同时按键保护功能。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用8279可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用CPU较多时间。有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。2.4.1 按键系统设计首先，确定键盘编码方案：采用编码键盘或非编码键盘。随后，确定键盘工作式：采用中断或查询方式输入键操作信息。然后，设计硬件电路。非编码键盘系统中，键闭合和键释放的信息的获取，键抖动的消除，键值查找及一些保护措施的实施等任务，均由软件来完成。（一）非编码键盘的键输入程序应完成的基本任务 1.监测有无键按下；键的闭合与否，反映在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。 2.判断是哪个键按下。 3.完成键处理任务。（二）从电路或软件的角度应解决的问题 消除抖动影响。键盘按键所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。由于机械触点的的弹性作用，一个按键开关在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为510ms，这是一个很重要的参数。抖动过程引起电平信号的波动，有可能令CPU误解为多次按键操作，从而引起误处理。 为了确保CPU对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。 这种方法只适用于键的数目较少的情况。 1.软件消抖。如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。通常采用软件延时的方法：在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。（这种消除抖动影响的软件措施是切实可行的。） 2.采取串键保护措施。串键：是指同时有一个以上的键按下，串键会引起CPU错误响应。通常采取的策略：单键按下有效，多键同时按下无效。 3.处理连击。连击：是一次按键产生多次击键的效果。要有对按键释放的处理，为了消除连击，使得一次按键只产生一次键功能的执行（不管一次按键持续的时间多长，仅采样一个数据）。否则的话，键功能程序的执行次数将是不可预知，由按键时间决定。连击是可以利用的。连击对于用计数法设计的多功能键特别有效。2.5 AD转换器2.5.1 ADC0809 的介绍模/数（A/D）转换电路的种类很多，如计数比较型、逐次逼近型、双积分型等等。选择A/D转换器件主要 从速度、精度和价格上考虑。这里，我们主要学习后二种典型A/D电路芯片与8051单片机的接口方法。逐次逼近法A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。双积分A/D变换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度慢。近年来在微机应用领域中也得到广泛应用ADC0809是CMOS工艺、采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚双列直插式片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分。 多路开关有8位模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。2.5.2 ADC0809的主要性能(1) 8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL电平兼容。(2) 带有锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路05V模拟量进行分时切换。(3) 输出具有三态锁存功能。(4) 分辨率：8位，转换时间：100s。(5) 不可调误差：1LBS，功耗：15mW。(6) 工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。(7) 片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。2.5.3 ADC0809引角图和内部结构逻辑图 如图2.6所示为ADC0809的引脚图及内部结构逻辑图。它由8路模拟开关、8位A/D转换器、三位输出锁存器以及地址锁存译码器等组成。图2.6 ADC0809引角图和内部结构逻辑图引脚功能说明如下：IN0IN7：8个输入通道模拟输入端。D0（28）D7(21)：8位数字量输出端。SAART：启动信号，加上正脉冲后，A/D转换开始进行。ALE：地址锁存信号，高电平时把三个地址信号送入地址锁存器，并经译码器得到地址输出，以选择相应的模拟输入通道。EOC：转换结束信号。转换开始后，EOC信号变低；转换结束后，EOC返回高电平。这个信号可以作为A/D转换器的状态信号来查询。也可以直接用作中断请求信号。OE：输出允许控制端。CLK：时钟信号，最高允许值为640KHz。VREF（+）和VREF（）：A/D转换器的参考电压。VCC：电源电压。由于是CMOS芯片，允许的电源范围较宽，可以从+5V+15V。模拟开关的作用和8位选1数据选择器的作用相似，但输入和输出都不是数字量而是模拟量。ADC0809芯片的转换速度在最高时钟频率下为100S左右，在和CPU接口时，要求采用查询方式或者中断方式。在ALE=1期间，模拟开关的地址（ADDA，ADDB，ADDC）存入地址锁存器；在ALE=0时，地址锁存。输入启动信号STARTR的上升沿复位ADC0809，它的下降沿启动A/D转换。EOC为输出的转换结束信号，正在转换时为0，转换结束时为1。OE为输出允许控制端，在转换完成后用来打开输出三态门，以便从0809输出这次转换结果。2.6 放大器放大器芯片选用OP07芯片，OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。芯片特点：（1）超低偏移： 150V最大 。 （2）低输入偏置电流： 1.8nA 。 （3）低失调电压漂移： 0.5V/ 。 （4）超稳定，时间： 2V/month最大 （5） 高电源电压范围： 3V至22V 图2.7 OP07芯片引角图OP07芯片引脚功能说明如下：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+。 图2.8 OP07内部电路图2.7恒流源电路的结构( 1) 影响测量速度的因素影响变压器绕组测量速度的主要因素是电路进入稳态所需要的时间。对于图2a 所示电路, 设电路进入稳态时的电流值为Is( = V /R) , 则绕组的电流方程为i = I s (1- e- t/ S) ( 2-1)理论上认为, 4S 时间之后, 电路进入稳态。假设绕组的电感为10H, 电阻为18 , 即S 为10s, 则电路将需要40s 才能稳定, 考虑到精密测量, 这一时间实际上还要长很多。图2b 所示电路加入了电流控制环节$ $恒流源, 当回路电流i 未达到恒定值Ic 时, 按式( 1) 变化; 当i 达到Ic 时, 将恒定于Ic。 图2.9 加入电流控制环节的恒流电路为找出影响t 的因素, 可将( 2-1) 式改写成t= - ( L / R) ln( 1- iR/ V) ( 2-2)由式( 2-2) 可以看出, 当绕组的R 和L 值确定时, i 达到Ic 所需时间ts 随Ic 增大而增加,随电源电压V 增大而减少。因为减小Ic 会降低测量的精度, 因此提高电源电压V 是提高测量速度的主要措施。为讨论方便, 取L= 10H,R= 18 , Ic= 1A, 选取不同的V 值, 得到ts 值,如表1 所示。 从表1 可以看出, V 较小时, 随着V 值的增加, ts 显著减小; 但当V 值增加到一定程度时, 这种效果越来越不明显。( 2) 恒流源及采样电路的结构由上述可见, 采用恒流源及选择合适的恒流值和电源电压, 是提高测量速度的关键。恒流源电路如图2.10 所示, 图2.10 中还同时表示了电压、电流采样和电流释放( 续流) 与检测电路。 图2.10 恒流源及采样电路的结构框图场效应管T1 工作于开关状态, 控制测试电流的输出与关断; T2 处于放大状态, 维持该电流的恒定。RS 是精密功率电阻, 用于采样测试电流作为恒流环节的反馈信号。LEM模块是利用霍尔效应构成的磁平衡式电流互感器, 将测试电流精确地转换为相应的电压信号。与普通的电流互感器相比, 它具有精度高、线性好、响应速度快、可测任意波形等特点。尽管提高电源电压V 可以提高测量速度,但当电压已较高时, 这种效果越来越不明显; 而且, 在被测绕组确定的前提下, V 越大, 加在T2上的电压就越高, 使得T 2 发热越严重, 这将影响恒流源的精度及系统的可靠性。综合考虑测量速度、调整管功耗、电池的种类, 恒流源的供电电压确定为12V。测量时T1 导通, 测试电流经过T1、被测绕组、LEM 模块、T2、RS 构成回路。因为T2 的门极电流可以忽略, 所以流过RS 的电流就是被测绕组的电流。采样电阻RS、运放AMP 和场效应管T2 构成电流闭环, 通过运放AMP 和T2的调节, 使由RS 产生的电流反馈VS 与给定参考电压VR 相等, 维持输出电流IX 为恒定值 IX= VR / RS （2-3）VR 是由计算机根据下列原则, 通过电子开关SW 选择的: 1 测试电流尽可能大, 以提高信噪比; 电流必须能达到所设恒定值; 被测绕组的电压不能超过A/ D 的量程范围。综合考虑测量精度、测量范围、测量速度等指标, 设置了1A 和0. 1A 两个电流档位。具体控制时,先选择1A 档, 如果一定时间内电流能达到1A( 通过恒流状态检测环节判别) , 且被测绕组的电压VX 不超限, 则选定此档位进行测量; 否则选择0. 1A 档, 如果此档仍不能满足要求, 则说明阻值超出测量范围, 或测试线接触有问题。当电流恒定时, 由VX 和IX 计算出被测绕组的电阻值: RX= VX / IX 。续流过程: 某绕组的阻值测完后, SW 选择VR = 0, 此时T2 趋于截止, 因为被测绕组存在一定的电感, 电流将通过由DR 与RR构成的电流释放回路流通, 绕组中储存的能量通过RR逐渐释放。续流检测及恒流状态检测是由电压比较器构成的, 限于篇幅在此不详细讨论。绕组换接过程: 为了实现诸多被测绕组的自动换接, 且保证换接过程中不产生电弧, 设计了如图2.11 所示的绕组换接电路。 图2.11 绕组换接电路示意图绕组换接是由继电器组实现的, 共包含0+ 、A+ 、A- 、B- 、C- 、C+ 等6 个继电器。一次夹好3 个( 测低压绕组时需4 个) 测试夹, 就可以自动测量高/ 低压侧所有绕组的换接与测量。例如, 测绕组oa 时, 0+ 和A- 闭合, 即变压器。端子接I + 和V + , a 端子接I - 和V - ( 见图2.9) ; 测bc 绕组时, B- 和C+ 闭合, 等等。A+ 与A- 、C+ 与C- 之间设计了互锁保护电路, 防止内部短路。一个绕组测完后, 封锁T 1, 选择VR = 00 使T2截止, 续流电路工作。当检测到被测绕组电流为零时, 断开继电器, 然后按新的继电器组合选择接通继电器, 接入新的被测绕组, 开始下一次测量过程。2.8 Protel介绍2.8.1软件介绍在PCB部分，除了Protel2004中的多通道复制；实时的、阻抗控制布线功能；SitusTM自动布线器等新功能以外，Altium Designer 6.0还着重在：差分对布线，FPGA器件差分对管脚的动态分配， PCB和FPGA之间的全面集成，从而实现了自动引脚优化和非凡的布线效果。还有PCB文件切片，PCB多个器件集体操作，在PCB文件中支持多国语言（中文、英文、德文、法文、日文）,任意字体和大小的汉字字符输入，光标跟随在线信息显示功能，光标点可选器件列表，复杂BGA器件的多层自动扇出，提供了对高密度封装（如BGA）的交互布线功能, 总线布线功能，器件精确移动，快速铺铜等功能。 交互式编辑、出错查询、布线和可视化功能，从而能更快地实现电路板布局,支持高速电路设计，具有成熟的布线后信号完整性分析工具. Altium Designer 6.0 对差分信号提供系统范围内的支持，可对高速内连的差分信号对进行充分定义、管理和交互式布线。支持包括对在FPGA项目内部定义的LVDS信号的物理设计进行自动映射。 LVDS 是差分信号最通用的标准，广泛应用于可编程器件。Altium Designer 可充分利用当今FPGA 器件上的扩展I/O管脚。 其次，在原理图部分，新增加“灵巧粘帖”可以将一些不同的对象拷贝到原理图当中，比如一些网络标号， 一页图纸的BOM表，都可以拷贝粘帖到原理图当中。原理图文件切片，多个器件集体操作，文本筐的直接编辑，箭头的添加，器件精确移动，总线走线，自动网标选择等！ 强大的前端将多层次、多通道的原理图输入、VHDL开发和功能仿真、布线前后的信号完整性分析功能。在信号仿真部分，提供完善的混合信号仿真,在对XSPICE 标准的支持之外，还支持对Pspice模型和电路的仿真。对FPGA设计提供了丰富的IP内核，包括各种处理器、存储器、外设、接口、以及虚拟仪器 。 在嵌入式设计部分，增强了JTAG器件的实时显示功能，增强型基于FPGA的逻辑分析仪，可以支持32位或64位的信号输入。除了现有的多种处理器内核外，还增强了对更多的32位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理器，FPGA内部嵌入的硬处理器，分立处理器之间无缝的迁移。使用了Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA上实现的逻辑模块可以透明的连接到各种处理器上。Altium Designer 6.0支持 Xilinx MicroBlaze，TSK3000 等32位软处理器，PowerPC 405 硬核，并且支持AMCC 405和Sharp BlueStreak ARM7 系列分立的处理器。对每一种处理器都提供完备的开发调试工具。 引入了以FPGA为目标的虚拟仪器，当其与 LiveDesign-enabled硬件平台NanoBoard结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA的设计，可以更换各种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，提供了各个厂家近百种类型的FPGA子板，包括几十款FPGA+MCU（CPU）+RAM+SDRAM的子板。 在器件库方面支持基于ODBC和ADO的数据库，可以使用OrCAD的器件库。完全兼容Protel98/Protel99/Protel99se/ProtelDXP，并提供对Protel99se下创建的DDB和库文件导入功能，还增加了P-CAD,OrCAD PADS PCB等软件的设计文件和库的导入, AutoCAD和其它软件的文件导入和导出功能。完整的ODB+ / Gerber CAM-系统使得用户可以重新设计原有有的设计，弥补设计和制造之间的差异. Altium Designer 6.0以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中，同时支持原理图输入和HDL硬件描述输入模式；同时支持基于VHDL的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前/后信号完整性分析.Altium Designer 6.0的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网格的SitusTM拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合在一起。 Altium Designer 6.0 是两年之内的第六次更新，极大地增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡的管理和导航，可将器件放置在PCB板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列 (BGAs)。 Altium Designer 6.0中的Board Insight 系统把设计师的鼠标变成了交互式的数据挖掘工具。 Board Insight 集成了“警示”显示功能，可毫不费力地浏览和编辑设计中叠放的对象。工程师可以专注于其目前的编辑任务，也可以完全进入目标区域内的任何其他对象，这增加了在密集、多层设计环境中的编辑速度。 Altium Designer 6.0 引入了强大的逃逸布线引擎，尝试将每个定义的焊盘通过布线刚好引到BGA边界，这令对密集BGA类型封装的布线变的非常简单。 显著的节省了设计时间，设计师无需手动就可以完成在一大堆焊盘间将线连接这些器件的内部管脚。 Altium Designer 6.0极大减少了带有大量管脚的器件封装在高密度板卡上设计的时间，简化了复杂板卡的设计导航功能，设计师可以有效处理高速差分信号，尤其对大规模可编程器件上的大量LVDS资源。 Altium Designer 6.0 充分利用可得到的板卡空间和现代封装技术，以更