壓敏電阻漏電流測量論文

1、 XXXXXXX畢業(yè)論文摘要本設(shè)計是基于51系列的單片機的低壓壓敏電阻實時在線檢測系統(tǒng)設(shè)計，可以顯示出壓敏電阻漏電流，采用儀表放大器放大微弱信號，精度高，具有顯示壓敏電阻漏電流及顯示漏電流是否在合格范圍內(nèi)的功能。在設(shè)計的同時對單片機的理論基礎(chǔ)和外圍擴展知識進行了比較全面準(zhǔn)備?；谖⑷跣盘枡z測技術(shù)的低壓壓敏電阻實時在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計過程在硬件與軟件方面進行同步設(shè)計。硬件部分主要由STC15F204EA增強型51單片機，LED顯示電路，以及按鍵報警，繼電器驅(qū)動電路等組成，系統(tǒng)通過LED顯示數(shù)據(jù)，所以具有人性化的操作和直觀的顯示效果。軟件方面主要包括鍵盤程序，顯示程序，計算方法，控制程序等。本系統(tǒng)以

2、單片機的C語言進行軟件設(shè)計，為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，以便更簡單地實現(xiàn)壓敏電阻漏電流檢測功能。所有程序編寫完成后，在Keil4軟件中進行調(diào)試，確定沒有問題后，在開發(fā)板上進行驗證。關(guān)鍵詞：STC15F204EA；數(shù)碼管；LED；微電流檢測34AbstractThis design is the low voltage varistor real-time online detection system is designed based on the 51 series microcontroller, can show the varist

3、or leakage current, the instrumentation amplifier amplification of weak signal, high precision, can display the varistor leakage currentand display whether the leakage current in an acceptable range function. In the design of the single chip microcomputer and the theory foundation and peripheral exp

4、ansion compared to comprehensive knowledge.The design process of low voltage varistor real-time online detection system of weak signal detection technology of synchronization in the hardware and software design based on. The hardware part consists of STC15F204EA enhanced 51 MCU, LED display circuit,

5、 and the alarm button, the relay drive circuit, the system through the LED display data, so the humanizedoperation and intuitive display effect. The software includes keyboard program, display program,calculation method, control program etc. The system software is designed with MCU C language, in or

6、der to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relation of program design more concise, in order to more simply realize the varistor function of leakage current detection. All programming is complete,the Keil4 software debugging, make s

7、ure there is no problem, verify the development board.Key Words：STC15F204EA; digital control; LED; micro current detection目錄1概述52設(shè)計方案論證62.1功能要求72.2方案確定72.2.1單片機芯片的選擇方案和論證72.2.2顯示模塊選擇方案和論證82.2.3電流采集放大的選擇方案和論證82.2.4電路設(shè)計最終方案確定93主控制器和外圍器件93.1 STC15F204EA單片機93.2數(shù)碼管114硬件設(shè)計124.1電路設(shè)計框圖124.2系統(tǒng)概述124.3電源設(shè)計124.

8、4電流采集部分144.5放大部分154.5 cpu電路174.6顯示電路174.7按鍵電路174.8報警電路185軟件設(shè)計185.1初始化外設(shè)215.2按鍵識別215.3獲取漏電流225.4報警程序235.5數(shù)碼管顯示程序245.6閃爍時控程序255.7相關(guān)的參數(shù)定義266硬件調(diào)試266.1調(diào)試步驟277軟件調(diào)試297結(jié)論31致謝32參考文獻33附錄34附錄硬件電路圖34附錄主程序源代碼351概述“壓敏電阻"是中國大陸的名詞，意思是在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變，或者是說"電阻值對電壓敏感"的阻器。英文名稱叫“Voltage Dependent Resist

9、or”簡寫為“VDR”, 或者叫做“Varistor"。壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"（ZnO）壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素（Zn）和六價元素氧（O）所構(gòu)成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“-族氧化物半導(dǎo)體”。 在中國臺灣，壓敏電阻器稱為"突波吸收器",有時也稱為“電沖擊（浪涌）抑制器（吸收器）”。壓敏電阻有什么用？壓敏電阻的最大特點是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閾值"UN"時，流過它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過UN時，它的阻值變小，

10、這樣就使得流過它的電流激增而對其他電路的影響變化不大從而減小過電壓對后續(xù)敏感電路的影響。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害。例如：我們家用的彩電的電源電路中就使用了氧化鋅壓敏電阻，這里使用的壓敏電阻壓敏電壓為470V，當(dāng)瞬態(tài)的浪涌電壓最大值（非有效值）超過470V時，壓敏電阻就是體現(xiàn)他的鉗位特性，把過高的電壓拉低，讓后級電路工作在一個安全的范圍內(nèi)。 壓敏電阻在通過規(guī)定波形的大電流時其兩端出現(xiàn)的最高峰值電壓。 按規(guī)定時間間隔與次數(shù)在壓敏電阻上施加規(guī)定波形電流后，壓敏電阻參考電壓的變化率仍在規(guī)定范圍內(nèi)所能通過的最大電流幅值。 在參考電壓的作用下，壓敏電阻中流

11、過的電流。 允許長期連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的工頻電壓的有效值。而壓敏電阻在吸收暫態(tài)過電壓能量后自身溫度升高，在此電壓下能正常冷卻，不會發(fā)熱損壞。過高的電壓拉低，讓后級電路工作在一個安全的范圍內(nèi)。1 壓敏電阻漏電流大，會縮短壓敏電阻使用壽命，嚴重的可以直接因發(fā)熱過大而燒毀壓敏電阻。2 會消耗額外增加電路系統(tǒng)的功耗。 漏電流做為壓敏電阻影響電路系統(tǒng)性能的重要參數(shù)，準(zhǔn)確測量漏電流，對于設(shè)計者合理選擇性能優(yōu)良的壓敏電阻，設(shè)計出優(yōu)秀的電路，有重要幫助。本文設(shè)計的壓敏電阻實時在線檢測系廣泛用量產(chǎn)時的壓敏電阻性能判定，可實現(xiàn)壓敏電阻的在線漏電流檢測，可以用于工廠原件篩選，工程師判定壓敏電阻質(zhì)量等。因而，此設(shè)

12、計具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義和實用價值。2設(shè)計方案論證壓敏電阻標(biāo)準(zhǔn)定義的漏電流是指在0.75E1電壓施加下的回路電流，一般是A級。數(shù)值在15A以下為合格。但是，對于小規(guī)格低電壓的壓敏電阻，如5mm尺寸以下，壓敏電壓在100v以下的，標(biāo)準(zhǔn)定義的漏電流是指在0.85 E0.1電壓施加下的回路電流，一般也是A級，數(shù)值在30A以下為合格。 在這里我的測量方法選擇最后一種，由于大部分壓敏電阻都用作浪涌保護，短路保護等，工作于市電電壓下，所以我們選擇的市電電壓作為壓敏電阻漏電流的源。 上面是指常規(guī)壓敏電阻的漏電流，常規(guī)壓敏是突變型的。那么對于緩變型的壓敏電阻，漏電流的數(shù)值會在20mA以下，是毫安級。 還有一個

13、是評價工作電壓下的漏電流，一樣，就是在壓敏電阻裝在的電路的正常工作電壓施加在壓敏電阻時的壓敏電阻回路電流。突變型的數(shù)值在微安級，緩變型的漏電流的數(shù)值會在毫安級。 因此我們的測量電路應(yīng)能適應(yīng)ua到幾十ma的電流。2.1功能要求1、以兩個電流互感器(CT)監(jiān)測電壓電源系統(tǒng)的負載電流，壓敏電阻前后的負載電流差即為壓敏電阻的漏電流，對漏電流信號進行放大和整流濾波，得到壓敏電阻的漏電流的模擬值； 2、能顯示壓敏電阻漏電流的大?。?3、具有自動判斷功能，判斷壓敏電阻漏電流大小，提示其優(yōu)劣；4、當(dāng)壓敏電阻漏電流過大時，能報警提示；5、離線功能，壓敏電阻漏電流過大時，斷開壓敏電阻供電；6、可以手動控制；2.2

14、方案確定2.2.1單片機芯片的選擇方案和論證方案一: 采用NXP的P89LPC9251芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設(shè)計中相關(guān)的參考資料較少，不利于快速短時間開發(fā)。方案二:采用STC15F204EA,片內(nèi)ROM全都采用Flash ROM；自帶8通道10位ADC，IO驅(qū)動電流可達20ma，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，能以5V的超底壓工作；同時也與MCS-51系列單片機完全該芯片內(nèi)部存儲器為4KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進行調(diào)試時

15、，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。所以選擇采用STC15F204EA作為主控制系統(tǒng).2.2.2顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格昂貴,需要的接口線多,所以在此設(shè)計中不采用LED液晶顯示屏。方案二：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。方案三：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格適中,對于顯示數(shù)字最合適,而且采用動態(tài)

16、掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。所以采用了LED數(shù)碼管作為顯示。2.2.3電流采集放大的選擇方案和論證方案一：直接采用串聯(lián)電阻測電流方法，用的材料少節(jié)約成本，但是可靠性不高，而且運放的輸入端電壓容易過高，造成運放損壞。所以不采用此方案。方案二：采用電流互感器，電流互感器是一種全隔離的電流測量器件，無需直接接觸，通過電磁耦合即可測量出被測電流的大小，而且精度高,抗干擾能力強.2.2.4電路設(shè)計最終方案確定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 以單片機STC15F204EA為主控制器，電流數(shù)據(jù)是通過兩個電流互感器采集到的電壓進儀表放大器進行差分放大，ADC采集被放大的電壓，計算出壓敏電

17、阻漏電流的大小，并通過LED數(shù)碼管顯示出來，并用鍵盤來完成測試的啟動。3主控制器和外圍器件3.1 STC15F204EA單片機加密性強,很難解密或破解,解密費用很高、國內(nèi)能解密的人少,一般的仿制者望而退步. 超強抗干擾: 1 、高抗靜電(ESD保護) 2 、輕松過 2KV/4KV快速脈沖干擾(EFT 測試) 3 、寬電壓,不怕電源抖動 4 、寬溫度范圍,-4085 5 、I/O 口經(jīng)過特殊處理 6 、單片機內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理 7 、單片機內(nèi)部的時鐘電路經(jīng)過特殊處理 8 、單片機內(nèi)部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理 9 、單片機內(nèi)部的看門狗電路經(jīng)過特殊處理 三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措

18、施: 穩(wěn)定性: 1 、禁止ALE輸出; 2 、如選 6 時鐘/機器周期,外部時鐘頻率可降一半; 3 、單片機時鐘振蕩器增益可設(shè)為 1/2Gain. 超低功耗: 1 、掉電模式:典型功耗<0.1 A 2 、空閑模式:典型功耗2mA 3 、正常工作模式:典型功耗4mA-7mA 4 、掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于電池 供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設(shè)備等. 在系統(tǒng)可編程,無需編程器,可遠程升級 可送 STC-ISP 下載編程器,1 萬片/人/天 可供應(yīng)內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路的單片機, 只有 D 版本才有內(nèi)部集成專用復(fù)位電路,原復(fù)位電路可以保留,也可以不用,不用時 RESET 腳

19、直接短到地功能: STC15F204EA系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期( T)的單片機,是高速/高可靠/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機,采用宏晶第八代加密技術(shù)，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快6-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時鐘,±1%溫飄，常溫下溫飄5,5MHz35MHz寬范圍可設(shè)置,可徹底省掉外部昂貴的晶振。8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(30萬次/秒)，針對電機控制,強干擾場合。· 增強型 8051CPU,1T,單時鐘/機器周期,速度比普通8051快6-12倍·工作電壓:STC15F204EA 系列工作電壓:5.5V - 3

20、.8V(5V 單片機)STC15L204EA 系列工作電壓:3.6V - 2.4V(3V 單片機)·工作頻率范圍:5MHz 35MHz,相當(dāng)于普通8051的60MHz420MHz·低功耗設(shè)計:低速模式,空閑模式,掉電模式(可由外部中斷喚醒) . 低功耗設(shè)計·1K/2K/3K/4K/5K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器, 擦寫次數(shù)10萬次以上·片上集成256 字節(jié) RAM·有EEPROM 功能,擦寫次數(shù)10萬次以上·ST11.ISP/IAP,在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無需編程器/仿真器·2個16位可重裝載定時器,兼容普通?051

21、的定時器T0/T1,并可實現(xiàn)時鐘輸出和PWM功能或D/A使用·可編程時鐘輸出功能,T0在P3.5輸出時鐘,T1在P3.4輸出時鐘?在P0.0口輸出內(nèi)部高精度R/C時鐘IRC_CLK(也可2分頻輸出IRC_CLK/2)。·先進的指令集結(jié)構(gòu),兼容普通8051指令集,有硬件乘法/除法指令·封裝: .封裝:SOP-28, SKDIP-28這里選用stc15f204ea sop-20單片機，外圍電路及其簡單，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，大大節(jié)省了設(shè)計時使用的器件。3.2數(shù)碼管采用動態(tài)掃描的方式顯示，難度主要在于軟件。3.2.1 數(shù)碼管介紹數(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)

22、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(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)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(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，

23、相應(yīng)字段就不亮。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。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)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(dāng)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

24、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?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，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。4硬件設(shè)計4.1電路設(shè)計框圖4.2系統(tǒng)概述本電路是由STC15F204EA單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在5V低壓工作；電流電流檢測由電流互感器實現(xiàn)，它是一種高性能、低功耗、高隔離的獲取采樣電流的方式。

25、顯示部份由3個數(shù)碼管限流電阻構(gòu)成，使用動態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。按鍵部分由單個觸發(fā)式按鍵構(gòu)成。報警部分使用一個三極管驅(qū)動高亮LED實現(xiàn)。硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。4.3電源設(shè)計 電源部分為這個電路的力量源頭，一個優(yōu)秀的電源可以延長電路壽命，是電路工作于穩(wěn)定狀態(tài)。在直流電源供電系統(tǒng)中，有一個重要的組成部分，就是為穩(wěn)壓電路，幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源供電才能正常工作，所以我們應(yīng)當(dāng)了解ELGAR直流電源穩(wěn)壓電路的組成。下面就跟著上海太琴的專業(yè)人士一起了解一下穩(wěn)壓電路對直流電源的重要性吧！直流電與交流電不一樣，交流電是持續(xù)不斷

26、的脈沖來提供電能的，但是直流電源供電一般都是穩(wěn)壓供電，這對電子設(shè)備有著重要的作用，穩(wěn)壓電路也就是提供更加穩(wěn)定的直流電能，考慮到整流濾波店里中的電壓與理想中的直流電供電電壓有一定的差距，簡單的說就是現(xiàn)實生活中直流電壓是不能達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，主要有兩個原因。一、就是電源負載的情況，當(dāng)直流電源負載的時候，整個電路中的負載電流就會發(fā)生變化，因為整流濾波電路沒有理想的那么完美，存在一定的內(nèi)阻，這樣也就影響了電路中電壓，電壓發(fā)生改變一定會影響電子設(shè)備的正常運行。所以穩(wěn)壓電路是非常重要的。二、在直流電路中，由于電網(wǎng)中的淡雅也不是很穩(wěn)定，每當(dāng)電網(wǎng)中電壓發(fā)生改變的時候，整個電路中的輸出電壓也就會發(fā)生改變，因為

27、在直流電電路，穩(wěn)定的輸出電壓是必須的，因此設(shè)計人員為了直流電源能夠輸出穩(wěn)定的電壓，就采用三端集成穩(wěn)壓器來實現(xiàn)穩(wěn)定電壓功能。當(dāng)電網(wǎng)中電壓和負載電流發(fā)生辯護的時候，只有調(diào)整自身的輸出電壓才能保證其輸出電壓的穩(wěn)定，而采用串聯(lián)的直流電路的輸出電壓和電壓成反比，也就是說電路中的電流也是能夠改變電壓的。綜上所述，直流電源想要在電路中提供穩(wěn)定的電壓，就只有在一個穩(wěn)壓電路中工作，也可以理解為穩(wěn)壓電路對直流電源的重要性非常大。設(shè)計的電源如下圖：4.3.1 78L05芯片介紹78L05是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器,其適用于很多應(yīng)用場合.象牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在-卡調(diào)節(jié).此外它們還

28、可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓 器. 其卓越的內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況.當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管-電阻組的時候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少. 78L05特性 * 三-端穩(wěn)壓器 * 輸出電流可達到100mA * 無需外接元件 * 內(nèi)部熱過載保護 * 內(nèi)部短路電流限制 * 從2004年底開始，提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。 78L05應(yīng)用須知 * 如果穩(wěn)壓器離電源濾波器有一段距離,Cin是必需的 * Co對穩(wěn)定性而言是可有可無的,但的確能夠改善瞬態(tài)響應(yīng) 注；（1）為確定輸出電壓值,請選擇電壓值

29、后綴（xx) (2) 為獲得最佳的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng),建議使用旁邊電容并盡量可能挨著電路安裝。4.4電流采集部分電流采集部分的目的是低噪聲，低失真，高靈敏度。4.4.1 電流互感器原理在電力系統(tǒng)中被廣泛采用的是電磁式電流互感器，其工作原理和變壓器非常相似。下面我們談一下電流互感器的特點：(1)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。(2) 一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流而與二次電流無關(guān)；電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：kn=I1n/I2n因為一次線圈

30、額定電流I1n己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即knkN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。電流互感器的作用就是用于測量比較大的電流。這里電流互感器主要起到隔離大電流獲得微弱的差模電流，選擇1:1這個檔的電流互感器，放大倍數(shù)為1倍。4.5放大部分這里采用高輸入阻抗高抗干擾的典型儀表放大電路。4.5.1 儀表放大器特點高共模抑制比共模抑制比(CMRR) 則是差模增益( A d) 與共模增益( Ac) 之比,即:CMRR = 20lg | Ad/ Ac | dB ;儀表放大器具

31、有很高的共模抑制比,CMRR 典型值為70100 dB 以上。高輸入阻抗要求儀表放大器必須具有極高的輸入阻抗,儀表放大器的同相和反相輸入端的阻抗都很高而且相互十分平衡,其典型值為1091012.低噪聲由于儀表放大器必須能夠處理非常低的輸入電壓,因此儀表放大器不能把自身的噪聲加到信號上,在1 kHz 條件下,折合到輸入端的輸入噪聲要求小于10 nV/ Hz.低線性誤差輸入失調(diào)和比例系數(shù)誤差能通過外部的調(diào)整來修正,但是線性誤差是器件固有缺陷,它不能由外部調(diào)整來消除。一個高質(zhì)量的儀表放大器典型的線性誤差為0. 01 % ,有的甚至低于0. 0001 %.低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移儀表放大器的失調(diào)漂移也

32、由輸入和輸出兩部分組成,輸入和輸出失調(diào)電壓典型值分別為100V 和2 mV.低輸入偏置電流和失調(diào)電流誤差雙極型輸入運算放大器的基極電流,FET 型輸入運算放大器的柵極電流,這個偏置電流流過不平衡的信號源電阻將產(chǎn)生一個失調(diào)誤差。雙極型輸入儀表放大器的偏置電流典型值為1 nA50 pA ;而FET輸入的儀表放大器在常溫下的偏置電流典型值為50 pA.充裕的帶寬儀表放大器為特定的應(yīng)用提供了足夠的帶寬,典型的單位增益小信號帶寬在 500 kHz4 MHz 之間。具有“檢測”端和“參考”端儀表放大器的獨特之處還在于帶有“檢測”端和“參考”端,允許遠距離檢測輸出電壓而內(nèi)部電阻壓降和地線壓降( IR) 的影

33、響可減至最小。這里設(shè)計電路如下：設(shè)計成1倍的差分跟隨式儀表放大器，后級在做放大處理。C10,C11，C12 可以有效的抑制電路中的高頻雜波，提高電源的耦合度（增加電源高頻內(nèi)阻）4.5 cpu電路這里選用stc15f204ea增強型51單片機作為主控芯片。電路如下圖：4.6顯示電路這里選擇共陽的數(shù)碼管，單片機直接驅(qū)動，外圍電路少成本低，容易買到。4.7按鍵電路這里的單獨按鍵，作用是按鍵以后電路系統(tǒng)才開始測試壓敏電阻的漏電流。采用簡單的觸發(fā)按鍵直接接到單片機一個io引腳上，由于單片內(nèi)部自帶上拉，所以外圍不需上拉電阻，按鍵按下產(chǎn)生的抖動直接用軟件濾波處理，使最簡單的按鍵可以可靠地被識別。按鍵電路如下

34、：由s1組成。4.8報警電路報警電路起到的是指示作用，這里用了一個亮度較高的發(fā)光二極管作為報警指示燈，通過單片機的io口控制一個三極管驅(qū)動高亮led，實現(xiàn)led的閃爍，達到報警的目的。三極管采用8050，貝塔在100到300之間，根據(jù)發(fā)光二極管的電流可以估算出基極電電阻50k足夠，為了穩(wěn)定可靠，這里基極選擇1000歐，既不會對三極管產(chǎn)生不良影響又能使電路可靠工作。5軟件設(shè)計主程序才用模塊化設(shè)計，流程圖如圖5-1所示。從上面主程序看出，主程序的組成是通過分別調(diào)用各子程序組成總體系統(tǒng)功能，能很直觀的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模塊，之后調(diào)用鍵盤開始一次測試，調(diào)用電流讀取函數(shù)完成電流電流

35、采集，調(diào)用顯示子程序顯示數(shù)據(jù)，最后又轉(zhuǎn)到鍵盤程序來回循環(huán)。初始化部分主要有初始化定時器部分和和一些寄存器、標(biāo)志位、IO口等。根據(jù)測量方法和測量電路，設(shè)計的軟件流程圖5-1如下： 按鍵未按下時，進行系統(tǒng)初始化，既讀取未接入壓敏電阻時的靜態(tài)adc電壓，按鍵key按鍵后開始測試，根據(jù)壓敏電阻漏電流測試規(guī)范進行測試流程，打開繼電器，壓敏電阻上電，此時讀取adc端口的電壓，根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換為壓敏電阻漏電流的電流值判斷壓敏電阻漏電流是否在合格的范圍內(nèi)，如果在正常范圍內(nèi)則測試合格，并顯示測試結(jié)果，led亮起。如果測試結(jié)果超出了正常范圍，則顯示顯示測試結(jié)果的同時閃爍屏幕和led。圖5-15.1初始化外設(shè)由于在使用

36、中設(shè)計到單片機的io口和單片的adc功能，這兩項外設(shè)需要編寫初始化程序初始化程序如下/*-IO口初始-*/void IO_initial() P0M0=0xff; P0M1=0x00; P1M0=0x1b; P1M1=0xe4; P3M0=0xff; P3M1=0x00; /*-STC15F204的AD初始化程ADC_CONTR=ADC_POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1CHS0ADC_DATA 高8位 ADC_LOW2 /低2位-*/void ADC_initial() P1ASF=0XE4;/設(shè)置采樣端口位模擬輸入 ADC_RE

37、S = 0; /清除結(jié)果寄存器 ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL;5.2按鍵識別/*-按鍵識別 ,檢測有無按鍵按下-*/void key_recognise() if(KEY=0) delay(1); if(KEY=0) key_flag=1; 使用一個delay()延時函數(shù)去抖。5.3獲取漏電流/*-測量結(jié)果-*/float test_result()float temp=0; key_recognise();if(key_flag=1)key_flag_clr();current_static=Get_a_ma();/繼電器吸合前電流relay_on(

38、);/delay(1000);/延時1scurrent_load=Get_a_ma();/繼電器吸合后電流result=current_load-current_static;if(result < max_current)TEST=1; elseTEST=2; return temp;在硬件電路部分已經(jīng)介紹完漏電流的計算方法，這里包含了所有的漏電流獲取過程和狀態(tài)輸出。 未按鍵時，系統(tǒng)線計算空載時的系統(tǒng)誤差電流(輸入為零時噪聲或者VOs引起的ADC采樣電壓不為零)。按鍵按下后，繼電器吸合，壓敏電阻有電流流過，采集電流值，前后取差值，得到精確的漏電流值。5.3.1 檢測壓敏電阻漏電流特點在

39、主函數(shù)中實現(xiàn)/*-主函數(shù)-*/void main()IO_initial();ADC_initial();while(1)float result;result=test_result();/獲取測試結(jié)果if(result<5) TEST=test_ok; else TEST=test_error; sys_display();/系統(tǒng)顯示，之所以分開是因為動態(tài)顯示，可以再系統(tǒng)中隨意穿插，增加系統(tǒng)顯示的可靠度if(TEST=test_ok)/測試成功，報警燈亮起，不報警led_on(); else if(TEST=test_error)/測試失敗，報警燈閃爍報警led_flash(); e

40、lseled_off(); sys_display(); 5.4報警程序/*-繼電器關(guān)-*/void relay_off()RELAY=0;/*-指示閃爍-*/void led_flash()if(led_flash_flag=1) led_off(); else led_on(); /*-檢測到大于2ma的漏電流時報錯閃爍-*/void display_flash(uint num) if(Display_flash_flag=1) seg(0xff);/清顯示delay(6); else display_num(num); 檢測到漏電流較大時，屏幕和LED同時閃爍報警。5.5數(shù)碼管顯示程序

41、/*-數(shù)碼管段-*/void seg(uchar seg_num) SEG1=(seg_num&0x01)>>0; SEG2=(seg_num&0x02)>>1; SEG3=(seg_num&0x04)>>2; SEG4=(seg_num&0x08)>>3; SEG5=(seg_num&0x10)>>4; SEG6=(seg_num&0x20)>>5; SEG7=(seg_num&0x40)>>6;SEG8=(seg_num&0x80)>&g

42、t;7;/*-數(shù)碼管位-*/void disp_num(unsigned char number,unsigned char com_slect)seg(number); COM1=(com_slect&0X01)>>0; COM2=(com_slect&0X02)>>1; COM3=(com_slect&0X04)>>2;/顯示個位 delay(2);/*-測量成功時數(shù)碼管顯示電流-*/void display_num(uint num) disp_num(seg_numnum%10,0x04);/顯示個位disp_num(seg_

43、numnum%100/10,0x02);/顯十位disp_num(seg_numnum%1000/100,0x01);/顯百位 seg(0xff);/清顯示數(shù)碼管采用動態(tài)掃描的方式顯示，由于用了3位數(shù)碼管，顯示精度可以達到0.1ma。5.6閃爍時控程序這里作者別出芯材，采用定時器做閃爍時序控制，可以節(jié)省cpu的時間資源，穩(wěn)定可靠工作。/*-定時器1中斷處理函數(shù)-*/void Timer1_ISR(void) interrupt 3 using 1 Display_flash_time+; if(Display_flash_time>=display_flash_set_time) Dis

44、play_flash_flag=Display_flash_flag; Display_flash_time=0; led_flash_num+; if(led_flash_num>=led_flash_time) led_flash_flag=led_flash_flag; led_flash_num=0; 5.7相關(guān)的參數(shù)定義/*宏定義*/#define ADC_POWER 0x80 /電源開#define ADC_FLAG 0x10 /標(biāo)志位#define ADC_START 0x08 /轉(zhuǎn)換開始位#define ADC_SPEEDHH 0x60 /90Tosc=0#define

45、ADC_SPEEDHL 0x40 /180Tosc#define ADC_SPEEDLH 0x20 /360Tosc#define ADC_SPEEDLL 0x00 /540Tosc#define display_flash_set_time 200 /閃爍顯示時交替間隔時間#define test_ok 1 /測試結(jié)果符合要求#define test_error 2 /測試結(jié)果不符合要求#define max_current 130/(13ma)#define led_flash_time 200/led閃爍時間/*端口定義*/sbit KEY = P12; /按鍵sbit LED = P1

46、3; /led指示燈sbit AD = P15; /電壓采集sbit RELAY = P00; /控制繼電器端口sbit COM1 = P14; /顯示位s1sbit SEG2 = P30; /顯示段bsbit SEG7 = P31; /顯示段gsbit COM3 = P32; /顯示位s2sbit SEG3 = P33; /顯示段csbit COM2 = P34; /顯示位s1sbit SEG8 = P35; /顯示段dpsbit SEG6 = P36 ;/顯示段fsbit SEG4 = P37; /顯示段dsbit SEG1 = P10; /顯示段asbit SEG5 = P11; /顯示

47、段e6硬件調(diào)試在調(diào)試過程中遵照如下標(biāo)準(zhǔn)進行調(diào)試:（1）靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對元器件型號、規(guī)格、極性、集成芯片插接方向否正確用邏輯筆、萬用表等工具檢查硬件電路連線否與電路圖致有無短路、虛焊等現(xiàn)象嚴防電源短路和極性接反檢查數(shù)據(jù)總線、地址線和控制總線否存短路故障.（2）通電檢查通電檢查時模擬各種輸入信號分別送入電路各有關(guān)部分觀察i/o口動作情況查看電路板上有無元件過熱、冒煙、異味等現(xiàn)象各相關(guān)設(shè)備動作否符合要求整系統(tǒng)功能否符合要求.單片機應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試步驟和方法硬件和軟件調(diào)試完成之應(yīng)進行系統(tǒng)調(diào)試.6.1調(diào)試步驟 6.1.1電源的設(shè)計、調(diào)試及故障排查。（1）對于采用電池供電的手持設(shè)備，系統(tǒng)的電源芯片一

48、般采用效率較高、電壓轉(zhuǎn)換靈活的DC-DC（直流-直流）開關(guān)電源IC來實現(xiàn)，但是DC-DC開關(guān)電源的IC往往存在調(diào)試麻煩的問題，這些問題的可以歸結(jié)為以下幾類：1）輸出電壓近似為0；2）輸出電壓近似等于輸入電壓；3）輸出電壓與設(shè)計中預(yù)設(shè)值偏離較大，這個針對輸出可調(diào)的DC-DC芯片而言的；4）輸出電壓正常，但是片子（含除電源外的其他IC）發(fā)熱嚴重。針對上述問題，本人總結(jié)出以下的可能原因。對于1）中的問題，首先要檢查該電源IC的使能是否接該電源IC邏輯中給定的高電平，可以用萬用表測一下該引腳的電壓，若高于邏輯上認為的高電平的最小值（ViH（min），則片子的使能是有效的，否則要檢查走線是否有誤。其次要

49、保證電源IC輸入電壓引腳（VIN）的輸入電壓在芯片手冊規(guī)定的范圍之內(nèi)，否則過低和過高都有可能造成芯片工作的異常，當(dāng)輸入電壓過低，有可能會造成低壓鎖定（很多芯片都具備這一功能）。當(dāng)輸入電壓過高，一方面很有可能造成芯片發(fā)熱及燒毀；另一方面會造成芯片輸出電壓的異常。對于2）中的問題，可能存在如下原因：第一，電阻分壓器的接法及阻值可能有誤，實際中遇到過一次降壓(Buck型)DC-DC輸出電壓近似等于輸入電壓的情況，檢測的過程中發(fā)現(xiàn)反饋輸入引腳的電壓等于輸出電壓，即分壓電阻的下邊的電阻沒有起到作用，用萬用表測量發(fā)現(xiàn)電阻沒有焊接可靠，重新焊接后發(fā)現(xiàn)輸出正常了。當(dāng)分壓器的阻值焊接錯誤時也會總成上述故障，這個

50、很容易理解，反饋電壓抬高了，Vout=V（Feedback）*（1+R（上）/R（下）,所以輸出電壓變大了，最大的情況是放大器飽和，即為輸入電壓。第二，電源IC損壞，調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)有個降壓型DC-DC，反饋電壓略高于手冊中給定的典型值（手冊中給的典型值是0.6V，實測發(fā)現(xiàn)改電壓為0.75V），結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸出高于設(shè)定的值，檢查了其他的引腳后，發(fā)現(xiàn)不存在問題，在替換IC之后，問題解決。對于3）中的問題，可能存在如下原因：第一，分壓電阻不對或者與計算值的偏差較大，但是這樣的造成輸出的電壓一般比計算的大0.3V甚至更小，解決辦法是重新計算分壓電阻的取值，選定其中一個，計算另外一個，并將計算出的值與電阻

51、的標(biāo)準(zhǔn)阻值表對照，找出最接近的一個，如果相差較多，可以考慮重新選取第一個電阻的取值，直到計算出的第二個電阻值與標(biāo)準(zhǔn)電阻表上存在的阻值接近即可，一般的誤差在5K以下，當(dāng)然越小越好，此外電阻的精度最好選擇百分之一的（目前市場是有精度為千分之一的電阻），當(dāng)然精度越高，成本也越高，一般1%精度的電阻是精度為10%精度電阻的2-4倍。對于4）中的問題，可能存在如下原因：第一、檢查輸入電壓是否正常。第二、測量該電源IC的輸出電流。輸出電流過大是芯片發(fā)熱最常見的原因，當(dāng)負載出現(xiàn)接線錯誤或者對地短接的情況，多會出現(xiàn)此類問題。此類問題可以通過測量負載電流發(fā)現(xiàn)并解決。第三、檢查處理器的總線與外圍電路有無方向上的沖

52、突。這一點是是一般設(shè)計者很少遇到的。當(dāng)處理器的總線和外部的元器件的I/O引腳存在輸入輸出方向上的沖突時，會造成電源電壓的不正常及處理器的發(fā)熱，這在本人的一個手持設(shè)備中得到了很好的印證，當(dāng)不裝上核心板（帶ARM9微處理器的）時，各路的輸出電壓均正常（在預(yù)設(shè)值的范圍之內(nèi)），當(dāng)裝上核心板，核心板僅僅工作了不到2秒的時間便停止工作，此時測量核心板所需要的電壓則由5V降為4.2V左右，用手觸摸微處理器芯片發(fā)現(xiàn)，微處理器迅速的發(fā)熱，后來通過與單位比較有經(jīng)驗的工程師交流，他說出現(xiàn)這一問題要往總線沖突方面考慮，他查看了一下我的原理圖，也沒有發(fā)現(xiàn)有明顯總線沖突的地方，但是我比他更了解我自己的電路，原因是一個系統(tǒng)中未用到的處理器的LCD控制器數(shù)據(jù)總線引腳（原來連微處理器LCD控制器的數(shù)據(jù)總線的）連接了電源的使能引腳，這個使能引腳為了方便調(diào)試接了一個10K歐的上拉電阻，調(diào)試中10K的電阻無法使電源IC的使能有效，換了一個0歐姆的電阻，所以插上核心板后，電源IC的輸入通過0歐姆的電阻直接對處理器的引腳輸入，處理器的lCD控制器的數(shù)據(jù)引腳也是輸出，該電源iC的引腳輸入了比核心板IO引腳電源更高的電壓，造成總線的沖突，電源IC的輸入電壓比處理器的輸出引腳電壓高，因而電流往處理器里邊灌，所以導(dǎo)致了微處理器的發(fā)熱。6.2 對設(shè)計和調(diào)試的一些思考首先，做設(shè)計需要考慮