泄漏电流安全性能测试设计

摘要随着当代科学技术的迅速发展，各种电器、电子设备全面进入社会生活各个领域，成为社会文明进步的重要标志。在我国，人民生活水平不断提高，对家用电器的需求量越来越大。各类电器、电子设备在全国城乡和到迅速普及，给生产带来极大方便。但各类电器、电子设备的广泛使用，由此带来的人身事故也大为增加。给生命财产带来危害，触电伤亡和电气火灾是常见例子。因此，电器、电子设备的使用安全性这一重要问题，成为决定产品质量的各要素中跃居首要地位，安全标准成为最重要的技术标准之一。电气安全性能试验仪器技术指标完全取决于安全标准的要求和规定，测试对象除各类电子产品外，遍及一切电网供电或由指定的额定交直流供电的低压电器设备，这是电气安全性能试验仪器区别于其他各类电子测量仪器的特点。因此，仪器的发展依赖于安全标准的发展。本测试装置结构合理，工作可靠，性能稳定。本测试装置特别加强了计算机的抗干扰措施，并且设置了自诊断、自恢复功能。因此排除了在线测试的严重现场干扰，能确保测试装置可靠连续工作。在工控、家电、仪器仪表、机电控制单元等领域，单片机已成为电子系统智能化的最好工具。十余年来，我国已培养出一大批单片机技术骨干队伍，全国工科大专校已普遍开设了单片机相关的专业课程。单片机技术已逐渐成为电类专业学生的基本技能要求，并表现在相应的课程设计、毕业设计、科学研究、各类电子技术竞赛中。由于该装置是应用于工厂生产流水线和试验室使用，因此，对其测量精度及整机性能有很高的要求，为了确保研制工作的有序进行，我们在确定以单片机应用系统作为开发的核心的前提下，首先应做好对有关国家国家标准的研读、理解和可行性调研。因为我做的是泄漏电流测试，所以我做的测试应符合GB4706.1家用和类似用途电器的安全通用要求系列中的要求。关键词： 泄漏电流 抗干扰 单片机 国家标准ABSTRACTAlong with contemporary science technical quick development, various electric appliances,the electronics equipments enters the social activities each realm completely, becoming the important marking that the social civilization progress.At the our country, the people live level to raise continuously, is more and more big to the demand of the home appliances.Each kind of electric appliances,the electronics equipments is in the national city country and arrive to make widely available quickly, bring production biggest convenient.Therefore, the usage safety of the electric appliances,the electronics equipments this important problem, become jumping to stand first the important position in each main factor that decides the product quality, the safe standard becomes one of the most important technique standards.The home appliances product safety standard, is for the sake of assurance Human body safety and usage the environment be free from any endanger but establishment, being a domestic expenses electricity the machine product at design,manufacturing have to act according to performance of standard document, strict performance various provision within standard, home appliances of safety have dependable assurance.Control in the work,appliance,instrument appearance,the machine electricity control unit etc. realm, single slice the machine have become the electronics system intelligence to turn of best tool.For more than ten years, the our country has already developped one large quantity single slice the machine technique framework troops, the national engineering university school is widespread to have already set up a single slice a professional course with related machine.Single slice the machine technique has already become the basic technical ability request that gives or get an electric shock a type of professional student gradually, and express in correspond of the course design,graduation design,science research,each kind of electronics technique contest.Electricity the safe function experiment the request and provision that the instrument technique index sign is decided by the safety standard completely, the test object in addition to each kind of electronics product, spread over the whole charged barbed wire net power supplies or from appointed of the sum certainly hands over the low-pressure electric appliances equipments of the direct current power supply, this is electricity the safe function experiment the instrument distinguish all each kind of electronicses to measure instrument of characteristics.Therefore, the development of the instrument depend on standard in the safety of development.The origin tests device the structure reasonable, work dependable, function stable, support convenience.This test equiped to strengthen the anti- interference measure of the calculator specially, and establish from the diagnosis,from recover function.Therefore expeled an on-line test completely of serious the spot interference, can insure test to equip credibility a consecution a work.Because that device applies to produce the flowing water line and laboratory usage in the factory, therefore, as to its measure the accuracy and the whole machine function contain very high request, for insuring to develop to work of have a preface to carry on, we at certain the single slice is apply by machine the system Be the premise of the core of the development under, should work well standard to the concerning the nation nation first of study,the comprehension and the possibility investigation.The What I do insulates electric resistance and leaks electric current, the so I do of the test should match the the GB 4706.1 domestic expenses the with the the safe and the in general the use request the of the the similar use the electric appliances the request in the series.In the diagram paper in this design all of me am to adopt this software of PROTEL, for this system I also want to do a simple elucidation, although I also learned this system before, mainly is drew electric circuit diagram and editted the spare parts database and born network form document.The usage of this design PROTEL this software lets me get again a good promote.Keyword：Leak the electric Interference rejection Only flat machine National standard 目录摘要ABSTRACT第1章 概述.11.1 主要性能指标.21.2 使用条件.2第2章 电性能测试装置图.3第3章 测试电路的设计及工作原理.53.1 国家标准GB4706.1有关泄漏电流的测试要求.53.2 比例运算放大器.73.3 精密整流放大电路.73.4 泄漏电流测量电路的设计.83.5 泄漏电流的计算和检定.93.6 单片机及接口电路.10 3.6.1 单片机的接口电路.10 3.6.2 单片机的组成.103.7 A/D转换电路.13第4章 抗干扰设计.154.1 干扰的产生.154.2 干扰的抑制.164.3 该装置的抗干扰措施.17第5章 小结.19第6章 致谢.19参考文献.20附录.21第1章 概 述电气安全性能试验仪器技术指标完全取决于安全标准的要求和规定，测试对象除各类电子产品外，遍及一切电网供电或由指定的额定交直流供电的低压电器设备，这是电气安全性能试验仪器区别其他各类电子测量仪器的特点。因此，仪器的发展依赖于安全标准的发展。电性能测试装置是用于流水线上快速测试电冰箱、空调器、电风扇、洗衣机等家用电器而设计的测试装置。它可以部分取代进口的在线测试设备（如意大利梅诺尼公司生产的测试台）。该装置是由计算机控制的，智能化的综合测试仪器。该装置能根据打入键盘的指令，自动快速切换好符合有关国家标准规定的测试线路并对被测电器的各项电性能指标进行测试，测试结果由计算机处理，判别被测电器合格与否，并由数字显示，亦可将数据打印出来。在测试过程中伴有音响提示操作者，并可根据用户要求，配备通讯输出口可直接和主机通讯联网。（RS-485C通讯口）。因为RS-485的远距离、多节点（128个）以及传输线成本低的特性，使得EIA RS-485已成为工业应用中数据传输的首选标准。本测试装置结构合理，工作可靠，性能稳定，维护方便。本测试装置特别加强了计算机的抗干扰措施，并且设置了自诊断、自恢复功能。因此完全排除了在线测试的严重现场干扰，能确保测试装置可靠连续工作。电气安全性能试验仪器的发展是贯彻国际国内安全标准的必然结果。自IEC65号公告电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求于1952年首次颁布并经五版、七次修订以来，全球范围内已形成IEC安全标准和美国UL安全标准两大体系。我国自70年代末期开始制订各类安全标准。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全标准的国家标准体系。电气安全性能试验在电子测量仪器、广播收音机、电视机、各种音频、视频设备及家电产品、低压电器等电子、电器产品设计、制造、检验、定型、质量认证、创优及进出口等各项工作中，首先成为必须、大量、经常进行的重要项目，随之产生的专用测试仪器的需求，使得电气安全性能试验仪器具有深厚的发展基础和广阔的市场前景。1.1主要技术性能 本测试装置所提供的测试线路符合GB4706.192和GB4706.1-98及GB4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全通用要求，GB4706.24706.1686，GB595686家用和类似用途电器的安全特殊要求及各家用电器的国家标准。本测试装置能测试下列电性能指标及范围：2）泄漏电流：50500uA 精度2%(FS) 5005000uA 精度2%以上测试结果显示位数为四位十进制，数字直接显示。外形：立柜式长宽高5804001200mm重量：约118Kg1.2 使用条件环境温度：535相对湿度：80%供电电源：单相 220V 50HZ 无严重震动，周围无强电磁场干扰。周围空气中不应含有足以引起腐蚀的气体及有害物质。使用时间：连续工作。自然通风良好，散热孔板不被遮蔽。第2章 电性能测试装置图电性能测试装置基本方框图如下2-1：控制电路接口电路测试电路A/D转换51 系列单片机音响、显示、打印、通讯键盘图2-1电性能测试装置电气原理图如下2-2：图2-2第3章 各测试电路的设计及工作原理3.1国家标准GB4706.1有关泄漏电流的测试要求如下：1)在工作温度下，器具的泄漏电流不应过大，而且它的电气强度应是虚构的。2)电热器具以1.15倍的额定输入电压工作。电动器具和联合型器具以1.06倍的额定电压供电。按制造厂说明书也适用于单相电源的三相器具，可按带有三个并联电路的单相器具进行试验。保护阻抗和无线电干扰滤波器在进行该试验前断开。3)泄漏电流通过用附录G所描述电路制出的装置进行测量，测量在电源的任一极和连接金属箔的易触及金属不见之间进行。被连接的金属箔面积不超过20cm10cm，它与绝缘材料的易触及表面相接触。将选择开关分别拨到1、2的每一个位置来测量泄漏电流。泄漏电流应不超过下述值：对0类、0类和类器具 0.5mA对类便携式器具 0.75mA对类驻立式电动器具 3.5mA对类驻立式电热器具 0.75mA 或0.75mA/千瓦(器具额定输入功率),两者中选较大值最大为5mA对类器具 0.25mA对联合型器具,其总泄漏电流可在对电热器具或电动器具规定的限值内,二者中取最大的,但不能将二个限值相加。如果器具装有电容器,并带有一个单极开关,则应在此开关处于断开位置的情况下重复测试。如果器具装有一个在试验期间动作的热控制器,则要在控制器断开电路之前的瞬间测量泄漏电流。注:开关处于断开位置来进行试验,是为了验证连接在一个单极开关后面的电容器不产生过高的泄漏电流。推荐器具通过一个隔离变压器供电,否则器具应与地绝缘。在被测表面上,金属箔要有尽可能大的面积,但不超过规定的尺寸,如果金属箔面积小于被测表面,则将其位移测量到该表面的所有部分,器具的散热不应受此金属箔的影响。家用电器的泄漏电流是家用电器在外加电压作用下，流经绝缘部分的电流，上述测量的摇表，实际上测量的是泄漏电流，只不过以电阻形式表现出来。摇表的额定电压，如500V摇表，是指摇表空转时的端电压为500V，在测量过程中，摇表的输出电压随被测绝缘电阻 不同变化很大，远低于其额定电压。 因此，不能发现绝缘物硬伤、脆裂和高电阻接地等缺陷。家用电器泄漏电流测试要采 用专用泄漏电流仪，如用NL 454型泄漏电流仪测试电冰箱的泄漏电流。对于各类家用电器，国家标准都规定了泄漏电流不应超过的上限值，产品出厂前都要进行测 试。测试时施加电压为家用电器额定电压106倍，在电压施加5s内进行测量，施加试验 电压的部位是家用电器带电部件和仅用基本绝缘与带电部件隔离的壳体之间，以及带电部件 和用加强绝缘与带电部件隔离的壳体之间。如果带电部件和金属壳或金属盖之间距离小于GB 4706 1 1998家用和类似用途电器的安全通用要求第29 1条所规定的适当间隙时， 施 加试验电压的部位是用绝缘材料做衬里的金属壳或金属盖与贴在衬里内表面的金属箔之间。 1982年10月IEC335 1第三次修正时才确定泄漏电流测试线路，并被我国国家标准采纳。安全标准规定电热器具要测热和潮湿状态下泄漏电流，电动器具要测工作温度状态下泄漏电流 。附录G1一个测量泄漏电流的适合电路在图G1中给出。该电路由一个带锗二极管的整流器D和一个动线圈仪表M、用来调节电路特性的一些电阻R和电容C、以及一个用来调节仪表的电流范围的“先通后断”的开关S组成。此测量电路具有1750250的总电阻，并且用一个电容器并联，以使得电路的时间常数为225s15s。整个仪表的最敏感范围不超过1.0mA,较高的测量范围可通过仪表线圈并联无感电阻Rs获得，并同时调节串联电阻Rv使电路的总电阻R1+Rr+RV保持在规定值。其基本校验点在50HZ或60HZ频率的正弦波下，为0.25mA、0.5mA、0.75mA。注：1) 电路可以有过电流保护，但所选用的方法不能影响电路的特性。2) 整流器设置在0.5mA,通过跨越该整流器测得的电压降计算出电阻Rm，然后，调节电阻Rv，以给出对每个范围的电路总电阻。3) 由于锗二极管比其他类型的二极管具有更低的电压降，所以使用锗二极管以造成一个更为线性的刻度，必须选择二极管的额定值以适合这个仪器所要求的最大范围，然后，由于适合于较高电流的二极管具有一个高的压降，所以这个范围不准超过25mA。4) 建议开关的设置，要使得它能自动地转回到给出最高电流范围的位置上，以防止仪器的非故意损坏。 5) 可通过选择具有优先选用值的一些电容，并且使用串联/并联排列来构成该电容器。 图G1 3.2比例运算放大器比例运算放大器：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。该比例运算放大器可分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。在下面的泄漏电流测量电路和绝缘电阻测量电路我们用到了同相比例电路。同相比例电路是输入信号加入同相输入端,电路如图3-1所示:输出特性：因为：（虚短但不是虚地）； 所以： 改变Rf/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同其特点： 1)输入电阻高； 2)由于(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高。图3-13.3精密整流检波电路检波电路工作原理：一般检波电路由于二极管的正向特性的非线性,并存在死区电压，使输出电压波形严重失真，带来很大的变换误差，在小信号下，问题尤其严重，以至无法工作。图3-2成一个精密检波电路。分析如下：经过整流后的直流还是脉动直流,如果想得到大小上等于交流平均值的稳定直流电压，只要再增加一个低通滤波器就行了。得到的直流电压，它等于变换器输出电压UO的直流分量，对全值检波电路来说，这个直流分量就是交流平均值。式中：0 当UI0-2U1 当UI0A2组成反相求和电路，因此：UO =-（UI+UO1） -（UI+0）=-UI 当UI0=-（UI-2UI）=UI =UI精密整流电路的功能：将微弱的交流电压转换成直流电压。整流电路的输出保留输入电压的形状，而仅仅改变输入电压的相位。当输入电压为正弦波时，半波整流和全波整流输出电压波形精密整流电路可分为全波精密整流电路、半波精密整流电路。因为我所设计的原理图都是用到了全波精密整流电路，因此我简单的介绍一下全波精密整流电路。全波精密电路如图3-2所示图3-2分析由A2所组成的反相求和运算电路可知，输出电压当uI0时，uO1=-2uI，uO=-(-2uI+uI)=uI；当uI0时，uO1=0，uO=-uI；所以3.4泄漏电流测量电路的设计测量范围：505000A，精度2%采用隔离变压器1B供电，由X01，X06输出232V电压供电。由于被测电流较小，为保证测试精度，采用精密整流电路和运算放大器见3.2和3.3，由IC1， IC2及相关外围电路组成。一般的电源电路或采用两个二极管或四个二极管整流，优点是接法很简单，缺点是要损失0.7或1.4伏的二极管压降。但当你想把一个要测量的信号由交流变为直流，那么这压降会使你的测量变为毫无意义。或者你想把一个要测量的小信号（小于0.3伏）由交流变为直流，即使你使用锗二极管，你都将得不到信号。这时候，就可以采用运放进行精密整流。如图3-3。图 3-3泄漏电流工作原理：测试时计算机接口PA0、PA1输出高电平， 令J1工作。CA1、KM2吸合，使泄漏绿色指示灯亮，隔离变压器1B X01，X06输出232V电压送到被测电器。被测电器的泄漏电流值送至图3-3 101、102 。经过R1、R2分压。当J8吸合时，信号经精密检波电路和运算放大器放大，经VFC送入计算机计数口T1。这个作为被测电路第一个泄漏电流值。接着计算机PA7令J8吸合 ，然后计算机PA3令J4吸合，1CN吸合，使LH、LN换相。这个作为被测电路第二个泄漏电流值。计算机选择较大的泄漏电流值作为被测电路泄漏电流值。IC13为运算放大器OP07，其中IC12构成一个精密整流电路，IC3为同相比例运算放大器。3.5泄漏电流的计算和检定计算图3-3中： R4=R5R6=1010(10+10)=5KU0/U1=(R5+R6)/ R6 =(10+10)/10 =2同相Uo=U1+Uo1U1+0=U1，U10；U1-2U1=-U1，U10；R1+R2=1750 时间常数=1750C1=213.5s此测量电路时间常数符合国标GB4706.1规定1750250的总电阻，电路的时间常数为225s15s的要求。检定方法和步骤：1)将机器内部接线板上101端钮与102端钮之间的短路线拆除.2)将高阻箱和0.5级的毫安交流电流表串接在101端子与N端子(或H端子)之间.3)接通测试台电源后,在键盘上按D键后,然后键入指令,测试台自动接通泄漏电流项目.4)高阻箱上每选择一阻值(在0.05M-5M之间)后,测试台显示值减去1000后所得到的值与0.5级的毫安交流电流表按微安所读得的读数相比较,误差应符合设计要求. 5)测试完毕后,要将机器内部接线板上101端钮与102端钮之间的短路线仍连接好。3.6 单片计算机及接口电路在单片机电路中加入了自复位电路，以及单片机中源加了交流滤波器。可以有效的提高本装置的可靠性及抗干扰性。自复位电路的设计思路就是（如单片机原理图）当计算机处于正常工作状态时，PC7发脉冲使得U12B处于稳定状态，U12B的输出高电平，使得U12A处于稳定状态，U12A的也处于稳定状态，计算机得不到复位信号。当某种原因计算机死机停止工作，PC7停止脉冲输出，约2-3秒后，U12B就产生一个复位脉冲，强迫计算机复位。重新回到正常工作状态。自诊断功能就是指（如单片机原理图）计算机处于初始化后，首先开始整机系统自检，合格后，PC5发出高电平脉冲，使得可控硅导通，计算机的PC2输出高电平，这就是计算机的自诊断功能。如自检有问题，则发出提示报警信号。3.6.1单片机接口电路，见图3-4单片机 P10芯片8255由PA0PA7，PB0PB2，PB7，PC4输出控制信号经74LS244缓冲驱动器。使输出信号的驱动能力加大。目的是提高整机的抗干扰性，（有关原理在第四章叙述）。当计算机PA0输出低电平，经74LS244，使所接负载U3（光耦器的发光管）导通。R1为发光管的限流电阻，U3（4N25）的光敏三极管导通，R14与D1的连结点电压接近0V，R1截止，J0处于不工作状态。D1的作用是隔离光敏三极管导通时的压降，防止Q1截止不充分。其余接口在计算机初始化时均如此，这样，有利用于提高整机的抗干扰性。当计算机PA0输出高电平，U3截止，+24V电压经R14（20K），D1至Q1基极，使Q1导通，J0得电吸合，余接口控制电路类推。3.6.2单片机电路的组成单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、存储器最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。因此，单片机具有以下特点：1)：片内存储容量小。受集成度限制，片内存储器容量较小，但可在芯片外部扩展。2)：可靠性好。芯片通常是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰的能力优于一般通用的CPU。3)：易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。4)：控制功能强。为了满足工业控制要求，单片机的指令系统中均有极丰富的条件分支转移指令、较强的I/O逻辑操作以及位处理功能。5)：系统内无监控或系统管理程序。单片机系统内部一般无监控或系统管理程序，只有用户设计，调试好的应用程序。图3-4单片机由于体积小，集成度高、成本低、抗干扰能力和控制能力强等特点，广泛应用于仪器仪表、家用电器和专用设备的智能化以及过程控制等方面。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前采用电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。*单片机原理流程图见附录图1*单片机原理图见附录图23.7 A/D转换电路 A/D转换电路的概述：利用过采样原理可实现高精度的A/D转换。对此文中提出了一种新的并行高阶过采样A/D转换器方案，用该方案实现的A/D转换器具有物理概念清晰、结构稳定、易于实现等特点。文中还研究了该方法的实现过程，给出了三阶调制器积分器输出波形及总输出信号频谱图。它可用于声信号的数据采集中。模数转换器（A/D转换器、简称DC）是将模拟量转换成数字量。将模拟信号转换为数字信号，这个编码过程最重要的两个参数就是取样频率和取样深度，它们决定了编码的精度。取样频率就是模拟信号转数字信号时每秒对声波取样的次数，显然取样频率越高，越接近原始的模拟信号。尽管难以对所有误差来源进行可视化，不过我们可通过芯片级设计技术或数据处理技术来解决这些误差来源。在我们详细了解如何补偿误差源之前，不妨先来了解一下a/d架构。在分辨率大于16位时，我们广泛采用 - 架构。- 架构采用重复采样技术来实现高分辨率数字输出。图 1 给出了简化的 -a/d 转换器结构图。a/d 的主要组件是调制器和滤波器。调制器作为反馈环路环路工作，其目标是将差动信号误差驱动为零。我们通过微差测量模拟输入信号和反馈dac信号来实现这一目的。- 架构中的(delta) 因此得名。上述二者之差或信号误差结合或合计到下一级。- 架构中的西格玛由此而来。将总误差与参照信号相比较，从而相应地设置比较器的输出。如果误差项为正值，则反馈 dac 输出升高，以尝试减小差动误差项。如果误差项为负值，那么反馈dac 输出则降低，以尝试减小差动误差项。比较器 1 和 0 的密度与模拟输入电压成正比。A/D转换器与微机的接口技术主要解决以下四个方面的问题:1）数据输出线的连接方式。2）选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法。3）电源和地线的处理。4）与微机信息传递的方法。我设计的A/D转换电路，通过调研分析比较，决定采用VFC模块转换，原因及原理如下：VFC的主要功能是在规定的精度和频率要求范围内，将模拟信号（电压或电流）转换成具有一定逻辑电平的数字脉冲输出。数字脉冲的重复频率与模拟电压成正比。此类元件有良好的精度、线形和积分输入特点，它的应用电路简单，外围器件要求不高，对环境适应能力强，转换精度不低于一般的A/D转换器，适合非快速A/D 转换，且价格低廉。该方法为将模拟信号转换成数字信号提供了一种简单而廉价的途径，同时也为其他A/D转换技术提供了一种重要的替代手段。VFC的基本工作原理可结合图3-5简要分析如下：图3-5Al和RC构成一个积分器，A2 是零电压比较器。恒流源和模拟开关S，构成积分器反充电回路。当单稳定时器产生一个tos 的脉冲时，反充电回路对CINT反充电。当模拟开关S处在2位置即与运放A1输出端接通时，积分器处于充电过 程，积分器输出电压不断下降，当积分器输出电压下降到零伏时，A2 发生跳变触发单稳定时器，使其产生一个脉宽为tOS的脉冲，此脉冲使模拟开关S与1位置运放Al的反相输入端通tos时间， 对CINT进行反充电，反充电使VOLTS上升，至tos结束时，又使模拟开关S处于2位置，CINT再次进人充电阶段，VOLTS下降，当VOLTS下降至零伏又使单；稳定时器产生一个tos脉冲，如此反复形成频率输出，波形如图3-6。图3-6输出频率为：f=VIN/IRRIN*tos 本机VFC是采用了青岛晶体管实验所出品的QD450 VFC。该产品是参照美国AnalogDevices公司同类产品外型与特性研制而成，可将模拟电压或电流变换为相应频率脉冲。其输出脉冲频率与输入模拟信号成比例，连续跟踪于输入信号，直接响应于输入信号的电平，而不需要外加同步脉冲。用V/F转换器实现 A/D转换需要与频率计数器配合使用，电路框图如图3-7所示。图3-7原理如下：同时启动频率计数器和定时器，频率计数器用V/F转换器输出的频率信号作为计数脉冲，定时器采用基准频率作为定时脉冲，当定时结束时，定时器产生输出信号使频率计数器停止计数， 这样计数器的计数值与频率之间的关系是：f=D/T D是计数值；T是计数时间 而 T=DS/fs DS是定时计数器计数初值；fs基准频率 因此 f=(D/DS)fS可见只要知道了D值就可计算求出vF转换器的输出频率，这样就实了现了A/D转换。如图3-8所示：图3-13 用V/F实现A/D结构框图 图3-8VFC电路的调试如图3-9所示：图3-9给VFC电路加上+15V的电源电压，预热10分钟。首先在Vin端输入10mv电压，调节RP1，使U1（QD450）输出为10HZ（即LED最后两位显示为10）。然后，在Vin端输入+10V电压，调节R3，使U1（QD450）输出为10KHZ（即LED显示为10000）。反复调试12次，以达到调试要求。在此情况下，当输入端Vin电压异常，如出现负电压，则LED显示屏显示为0，与输入端电压为0时的显示相同。为了加以区分零和负电压，在U1的Iin端输入一电流。此电流由+15V经R1（750）、R2（110K）、R4（25K）和U1的内电阻约33K分压叠加至U1内运放输入端，使VIN输入为0时，调R4，使LED显示为1000HZ。结果当Vin端电压为0V10V时，LED显示屏显示为 1000-11000HZ。第4章 抗干扰设计4.1 干扰的产生在科学技术和工业生产高度发展的今天，人类在破坏生态环境的同时，也制造了新的环境污染“电磁污染”。各种各样的电子设备，微机系统对周围电磁环境的变化都十分敏感。也就是说，空间电磁场的变化对各种应用用电子设备都会造成不同程度的干扰。电子设备或通讯设备是以传输信息进行的。通过电路传输的信息以电压或电流进行模拟。但是，电子设备或通讯设备的电路在传递有用信息的同时，往往要伴随产生有害影响的信息（电压或电流）如继电器动作时按点产生的电弧也是极大的干扰信号，这是形成了电子设备或通讯设备中的干扰（或称噪声）。干扰是是电子设备或通讯设备工作中出现的主要问题之一，它影响电子设备或通讯设备工作性能的良好、可靠和稳定程度。当干扰电平达到或超过有用信号电平时。电子设备或通讯设备就根本不能正常工作。因此，每个设备的干扰电平都需要消除或抑制到标准规定的电平。4.2 干扰的抑制抑制干扰或噪声是电子设备或通讯设备在设计、制造时需要解决的主要问题。要使一个电子设备或通讯设备有抑制干扰或噪声的良好性能，就需要在电路设计、结构设计以及从元件选择、制造、装配工艺等方面采取抗干扰措施。新产品从设计开始时就应进行抗干扰设计，采取抗干扰措施。如果等到设备制成之后，才去解决干扰问题，就比较麻烦了。即使通过改装电路结构、装配工艺等措施使出现的干扰问题得以解决，也往往使设备趋于复杂化。而且不可避免地造成时间、人力和物力的浪费。由于电子技术的迅速发展和各种电子设备、电子设备的广泛应用，人类所处的电磁环境日益恶化。面对这种情况，对电子、电气设备的抗干扰能力的要求也越来越高。随着世界经济全球化进程的加快，为了促进各种电子产品的交流与发展，对产品的EMC性能的要求和检测方法的标准化工作显得更为迫切与重要。电子产品抑制干扰措施的有效性和成本随产品进展阶段而不同。如图4-1所示。随着设计、试制、投产阶段的进展，技术难度和造价都将不断增加。图4-1经验证明，如果在设计开始时把抑制干扰问题在设备的每一级中或分系统中加以考虑并解决，则在设备实验之前，就可把可能出现的干扰消除8090%。而且在这个阶段消除干扰的措施也是比较简单易行的。必须注意到，一个电子设备可能受干扰，也可能产生干扰而干扰其他电子设备。在同一个电子设备中的各部分电路之间也存在着这样的问题，即一个电路可能受其他电路的干扰，也可能干扰周围其它电路。电磁干扰是电子设备或通讯设备中的最主要的干扰形式。电磁兼容性就是指电子设备在电磁场环境中的适应能力。电磁兼容设计的要求，就是使所设计的电子设备与在同一环境中工作的其它电子设备，既不产生也不受到电磁干扰的影响。所以电子设备的抗干扰设计也就是电磁兼容设计。电磁兼容设计问题在国外已日益为从事电子设备实际及制造的人员所重视，成为重要的研究课题。干扰（或噪声）形成的三要素：干扰（或噪声）源；耦合通道；受感器（接收器或被干扰电路），如图4-2 ：图4-2抑制干扰的方法有：1）抑制干扰源。2）提高受感器（被干扰电路）的抗干扰能力。3）抑制传输干扰的耦合通道。在某些情况下，需要同时采用以上的两种或三种。通常把抑制干扰源的措施称为积极防干扰措施，而把抑制耦合通道或受感器（被干扰电路）的措施称为消极防干扰措施。4.3 该装置的抗干扰措施除了前面第三章第十一节所述，在单片机电源中加入了自复位电路，采用软件硬件结合的方法干扰措施以外，我们在接口电路及信号放大传输通道中较多采用了光电耦合器来抑制信号干扰。1).光耦合器光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光电耦合器是70年代发展起来的新型电子元件，是以光为媒介传输信号的器件。其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。开光量输入电路接入光电耦合器之后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。因此在DZ-8E的单片机接口电路中也采用了此元件。光耦合器的技术参数主要有发光二极管正向压降VF、正向电流IF、电流传输比CTR、输入级与输出级之间的绝缘电阻、集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)。此外，在传输数字信号时还需考虑上升时间、下降时间、延迟时间和存储时间等参数。 最重要的参数是电流放大系数传输比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。当接收管的电流放大系数hFE为常数时，它等于输出电流IC之比，通常用百分数来表示。有公式如（4-1）：CTR=IC/ IF100% （4-1） 采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%30%（如4N25），而PC817则为80%160%，达林顿型光耦合器（如4N30）可达100%500%。这表明欲获得同样的输出电流，后者只需较小的输入电流。因此，CTR参数与晶体管的hFE有某种相似之处。如图4-3。图4-3（a）输入特性 (b)输出特性由图可见，它与普通晶体二极管的伏安特性基本上一样，仅有两点不同：一是正向死区较大，可达0.9-1.1V,只有当外加电压大于这个数值时,二极管才发光;二是反向击穿电压很小,只有6V左右,比普通二极管的反向击穿电压要小得多。而其输出端是光敏三极管,因此,光敏三极管的伏安特性是它的输出特性,如图4-2 (b)所示.由图可见,它与普通晶体三极管的伏安特性是相似的,也分饱和线性和截止三个区域。不同之处就是它以发光二极管的注入电流IF为参变量。另外,光电耦合器的电流传输比和晶体三极管的电流放大倍数在计算公式上都用输出与输入电流之比来表示,但是三极管的电流放大倍数总是大于1,而光电耦合器的电流传输比总是小于1。2).光耦合器在装置中的应用（1）计算机所有输入、出接口均用光耦合器隔离，使计算机同继电器控制等电路之间无电气连接。达到隔离现场干扰的目的，使两者之间既保持控制信号联系，又隔绝电气方面的联系，具有较高的电气隔离和抗干扰能力。（2）VFC输出的脉冲频率信号与单位计算机计数输入口用光电耦合器隔离，使两部分电源相互独立，减少系统所受的干扰，从而大大提高了系统的稳定性3).设备器件及安装工艺上的抗干扰措施（1）所有电源变压器初、次级之间均有隔离层，并可靠接地。（2）合理安排器件，主要是电源变压器，继电器，接触器的合理位置。（3）计算机、放大线路板均安装在用铁皮制作的半封闭盒中，使与安装继电器的机柜部分有效电磁隔离。（4）系统接地点工艺上采用一