開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā)

1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā)姓名：賴應(yīng)杰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器指導(dǎo)教師：駱德漢;程紹玉20090527摘要摘要開關(guān)電源應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，為設(shè)備提供個(gè)穩(wěn)定可靠的工作保障。作為電源，它具有體積小、重量輕、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行測(cè)試是開關(guān)電源出廠前的必經(jīng)程序。目前企業(yè)所使用的大多是需要人監(jiān)控的測(cè)試設(shè)備，效率低，不適應(yīng)大規(guī)模大批量的生產(chǎn)要求。對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行一定的技術(shù)改造，使其成為一套自動(dòng)化的測(cè)試控制系統(tǒng)是十分必要的。不帶自動(dòng)控制系統(tǒng)的開關(guān)電源老化測(cè)試架與具備該系統(tǒng)的價(jià)格差別相當(dāng)大，因此如果能夠掌握這類測(cè)控系統(tǒng)的技術(shù)，并且能夠完善功能、降低成

2、本的話將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、使用方便的開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)顯得非常必要。本文設(shè)計(jì)開發(fā)的開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)由兩部分組成，分別為上位機(jī)監(jiān)控中心和下位機(jī)電參數(shù)檢測(cè)控制器。上位機(jī)監(jiān)控中心通過總線與下位機(jī)通訊，實(shí)時(shí)顯示開關(guān)電源的輸出信息及下位機(jī)控制器當(dāng)前的工作狀態(tài)，并可設(shè)置開關(guān)電源測(cè)試的負(fù)載量參數(shù)，從而達(dá)到智能監(jiān)控的目的。下位機(jī)電參數(shù)檢測(cè)控制器與上位機(jī)一樣采用單片機(jī)作為處理器，利用可編程增益放大器的特點(diǎn)實(shí)時(shí)采集被測(cè)開關(guān)電源的電壓、電流，與預(yù)設(shè)的安全參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且要根據(jù)不同的設(shè)定值來控制繼電器觸點(diǎn)輸出，從而控制電源的負(fù)載量。系統(tǒng)軟件由上

3、位機(jī)監(jiān)控中心軟件和下位機(jī)檢測(cè)控制器軟件組成，用語言進(jìn)行編寫。上位機(jī)通過轉(zhuǎn)換器與通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)連續(xù)可靠地與下位機(jī)之間的通信，并且由觸摸屏及其配套程序?yàn)槭褂谜咛峁┝朔奖愕娜藱C(jī)界面。下位機(jī)用軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)放大器的增益，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源輸出的精確測(cè)量。在測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，最關(guān)鍵的是一總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)，采用專用接口轉(zhuǎn)換芯片為網(wǎng)絡(luò)的硬件與軟件設(shè)計(jì)帶來了方便。另外檢測(cè)電源的電壓、電流精度也是十分重要的，關(guān)系到測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)是否具有實(shí)用性。調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文研制的開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)硬件方案可行、軟件運(yùn)行可靠。檢測(cè)控制器性能良好、精度高、抗干擾能力好、使用方便，達(dá)到了預(yù)期廣

4、東工業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文目的。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源：測(cè)試系統(tǒng)；，：，：，船，：，廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文一，：；一廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，不包含本人或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明，并表示了謝意。本學(xué)位論文成果是本人在廣東工業(yè)大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的，論文成果歸廣東工業(yè)大學(xué)所有。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)

5、責(zé)任，特此聲明。論文作者簽字：指導(dǎo)教師簽棲態(tài)蒞，一。年鄉(xiāng)月日第一章緒論課題背景及意義第一章緒論自從開關(guān)電源出現(xiàn)以來，它具有的體積小、重量輕、生產(chǎn)成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)受到認(rèn)可。因此，現(xiàn)在廣泛用于各種電子設(shè)備的電源，例如充電器、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等。它的作用是用來產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)穩(wěn)定的電壓源或者電流源，為設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的工作保障。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)各種電子設(shè)備的需求量也就隨之快速增長(zhǎng)，然而如果與之相匹配的開關(guān)電源的生產(chǎn)達(dá)不到或者跟不上的話，必將對(duì)工業(yè)發(fā)展的帶來一定的制約。本課題來自于“高效中小功率開關(guān)電源研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”，屬于產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目。該項(xiàng)目由佛山市順德區(qū)瑞德電子實(shí)業(yè)有限公司以及廣東工業(yè)

6、大學(xué)合作共同完成。本論文所研究的開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)化有些密切的關(guān)系。開關(guān)電源的負(fù)載老化測(cè)試是開關(guān)電源出廠的一道必要的流程。目前企業(yè)所使用的大多是需要人監(jiān)控的老化設(shè)備，效率低，不適應(yīng)大規(guī)模大批量的生產(chǎn)要求。對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行一定的技術(shù)改造，使其成為一套自動(dòng)化的測(cè)試控制系統(tǒng)是十分必要的。不帶自動(dòng)控制系統(tǒng)的開關(guān)電源老化架與具備該系統(tǒng)的價(jià)格差別相當(dāng)大，因此如果能夠掌握這類測(cè)控系統(tǒng)的技術(shù)，并且能夠完善功能、降低成本的話將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)開關(guān)電源的測(cè)試技術(shù)與開關(guān)電源自身發(fā)展密切相關(guān)。日本是開關(guān)電源產(chǎn)量最大和自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)水平最高的國(guó)家，采用表面安裝元器件（佃）和厚膜技術(shù)將大多數(shù)電子電

7、路元件組成混合集成電路，生產(chǎn)加工實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，從而提高了開關(guān)電源的可靠度，降低了成本，產(chǎn)品真正做到了輕、小、薄。上世紀(jì)八十年代初我國(guó)開始開關(guān)電源的研究工作，與國(guó)外相比，在設(shè)計(jì)技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模、制造工藝、可靠性程度和產(chǎn)品更新速度等方面，仍然存在較大的差距。目前國(guó)內(nèi)的開關(guān)電源老化測(cè)試設(shè)備主要是老化車。外觀結(jié)構(gòu)上基本與書架相廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)何論文似，一般分為到層，每層可擺放約個(gè)開關(guān)電源，靠調(diào)節(jié)負(fù)載量以達(dá)到老化要求?？梢詣澐譃槭謩?dòng)與自動(dòng)的兩類。參照廠商的出售價(jià)格，手動(dòng)的老化車一臺(tái)約人民幣，相比之下，具有自動(dòng)測(cè)試與控制功能的老化車一臺(tái)約人民幣。價(jià)格差別達(dá)到倍多之大，而且購買自動(dòng)老化車又會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)于一些客戶

8、來說很多功能是沒必要的，所以對(duì)開關(guān)電源老化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行研究與開發(fā)，是十分具有現(xiàn)實(shí)意義并且能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益的。從項(xiàng)目開發(fā)的來源上看，瑞德電子公司開關(guān)電源研發(fā)組對(duì)這項(xiàng)產(chǎn)品有迫切的需要，說明這類產(chǎn)品的智能化升級(jí)是產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。課題的主要研究工作本課題所研究的對(duì)象是開關(guān)電源老化測(cè)試系統(tǒng)，主要工作包括：研究老化測(cè)試系統(tǒng)的工作原理，制定測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，根據(jù)系統(tǒng)方案進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，畫出硬件原理圖、印刷電路板圖紙，編制適合老化測(cè)試系統(tǒng)的控制程序，進(jìn)行控制測(cè)試程序的調(diào)試，總結(jié)出設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行改進(jìn)。最終的目標(biāo)是開發(fā)出一套實(shí)用的開關(guān)電源老化測(cè)試系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產(chǎn)的電源產(chǎn)品的老化測(cè)試需求，從而帶

9、動(dòng)該行業(yè)的生產(chǎn)效率。論文內(nèi)容安排第一章，緒論。主要介紹課題的背景與意義，同時(shí)也簡(jiǎn)單介紹了開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r；第二章，開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行了選擇論證；第三章，測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試，詳細(xì)介紹了由一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)硬件單元模塊的設(shè)計(jì)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)試；第四章，測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，詳細(xì)介紹了各個(gè)軟件單元模塊的設(shè)計(jì)，給出了各個(gè)模塊的流程圖，同時(shí)介紹了上下位機(jī)的程序編寫與調(diào)試；第五章，工作總結(jié)與展望。第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)功能需求分析本設(shè)計(jì)從使用簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、功能完備出發(fā)，通過單片機(jī)控制，具有液晶顯示，蜂鳴器報(bào)警，按鍵輸入，能實(shí)現(xiàn)

10、掉電保護(hù)，故障狀態(tài)顯示。開關(guān)電源老化架內(nèi)用網(wǎng)絡(luò)連接。具體功能如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過路輸出控制開關(guān)電源的負(fù)載切換；開關(guān)電源老化架上的各個(gè)單片機(jī)之間用接口聯(lián)網(wǎng)通訊，可通過上位機(jī)對(duì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)置管理；對(duì)被老化的開關(guān)電源進(jìn)行電參數(shù)監(jiān)測(cè)，防止過流過壓故障：工作狀態(tài)下有燈實(shí)時(shí)反映工作及故障狀態(tài)；上位機(jī)可監(jiān)測(cè)網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作及故障狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障立即通過蜂鳴器報(bào)警，并在液晶顯示故障位置及故障類型；下位機(jī)可單獨(dú)設(shè)定參數(shù)，并擁有掉電保護(hù)功能。系統(tǒng)工作原理開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)主要有交流輸入電壓、直流輸入電壓、輸出直流電壓、輸出直流電流（滿載時(shí)）、電網(wǎng)調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、輸出穩(wěn)定度、效率（滿載時(shí)）、輸出電壓微調(diào)范

11、圍以及輸出紋波。表是一款中小功率開關(guān)電源的相關(guān)參數(shù)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文表開關(guān)電源的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)交流輸入電壓直流輸入電壓輸出直流電壓，輸出直流電流（滿載時(shí)）（），（），（），（）電網(wǎng)調(diào)整率±負(fù)載調(diào)整率輸出穩(wěn)定度效率（滿載時(shí)）輸出電壓微調(diào)范圍±輸出紋波開關(guān)電源測(cè)試中還有重要的一項(xiàng)就是帶負(fù)載老化測(cè)試，開關(guān)電源產(chǎn)品在出廠前必須經(jīng)過這道程序才能夠證明合格出廠。根據(jù)開關(guān)電源設(shè)計(jì)參數(shù)要求的情況，設(shè)置不同的負(fù)載使得被測(cè)的開關(guān)電源處于滿載狀態(tài)，在滿載工作狀態(tài)下持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間，期間檢測(cè)被測(cè)電源的輸出情況，這個(gè)過程稱為開關(guān)電源的老化測(cè)試。如果在老化期間測(cè)出與技術(shù)指標(biāo)不符合，例如超出了表中的

12、參數(shù)，就需要重新檢查產(chǎn)品的問題。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案根據(jù)上述要求，采用單片機(jī)控制負(fù)載大小的形式來實(shí)施對(duì)開關(guān)電源樣品的老化，監(jiān)測(cè)被測(cè)樣品的電流電壓情況，及時(shí)反饋故障、實(shí)施保護(hù)以及報(bào)警，并且通過聯(lián)網(wǎng)對(duì)大規(guī)模老化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理。硬件方案系統(tǒng)組網(wǎng)方案連接。傳輸距離短，一般用于米以內(nèi)的通信。屬于單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題；連接。采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，表示“”，一一表示“”。有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接個(gè)結(jié)點(diǎn)。在通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)

13、。比較之后，采用的組網(wǎng)方案，可實(shí)現(xiàn)一帶多的結(jié)構(gòu)，而且可擺脫傳輸?shù)诙孪到y(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)距離短的局限。電壓監(jiān)測(cè)方案電壓互感器。它與變壓器相近的原理工作。通過副邊線圈上所產(chǎn)生的電流精確反映原邊線圈上的電壓。具有出色的精度、良好的線性度、低溫漂、最佳的反應(yīng)時(shí)間和寬頻帶，抗干擾能力強(qiáng)，有電流過載能力。主要用于測(cè)量直流、交流和脈沖電壓，適合用在開關(guān)電源上；電壓測(cè)量電路。該電路包括由第一和第二電容器組成的電容分壓器，還有用于放大第二電容器兩端電壓的第一和第二放大線路。該放大線路分別連接到由邏輯線路控制的第一和第二可控開關(guān)上，該電路進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生由放大線路提供的信號(hào)之間代數(shù)差的絕對(duì)值的電路，還有比較器電

14、路，該電路提供一個(gè)輸出信號(hào)控制邏輯電路，以便當(dāng)所說的絕對(duì)值超過一定閥值時(shí)是邏輯電路改變狀態(tài)；應(yīng)用可編程增益放大器。此方案可以簡(jiǎn)化方案的設(shè)計(jì)。由于電壓測(cè)量電路與電流測(cè)量電路具有相似性，可公用一個(gè)可編程增益放大器。比較之后，采用可編程增益放大器方案。因?yàn)榉桨傅脑O(shè)計(jì)中可與電流監(jiān)測(cè)共用元器件。電流監(jiān)測(cè)方案開環(huán)器件的電流互感器。它與上述提到的電壓互感器相似。應(yīng)用霍爾效應(yīng)的開環(huán)電流傳感器。耗電省，具有開式結(jié)構(gòu)、安裝方便，原邊與副邊之間高度絕緣，穿孔方式、無插入損耗。用于測(cè)量直流、交流及脈沖電流，用在通信電源、不間斷電源、斬波器、電化學(xué)等之中；閉環(huán)器件的電流互感器。應(yīng)用霍爾效應(yīng)的閉環(huán)（補(bǔ)償）電流傳感器，具有

15、出色的精度和良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時(shí)間，寬頻帶，無插入損耗，抗干擾能力強(qiáng)，有電流過載能力。應(yīng)用于測(cè)量直流、交流、脈沖和混合型電流，用在不間斷電源、開關(guān)電源等；應(yīng)用可編程增益放大器。由于電流測(cè)量電路與電壓測(cè)量電路具有相似性，可公用一個(gè)可編程增益放大器。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文比較之后，選用方案，因?yàn)榭梢耘c電壓監(jiān)測(cè)共用元器件?？刂菩酒桨?jìng)鹘y(tǒng)系列位單片機(jī)。系列單片機(jī)成本低，設(shè)計(jì)應(yīng)用上容易上手，適用于一般控制器的主控芯片。這類單片機(jī)有單片機(jī)、凌陽單片機(jī)、單片機(jī)等：系列單片機(jī)。這類位數(shù)據(jù)處理，流水線式運(yùn)算操作，速度快，適合做大量復(fù)雜的數(shù)字以及邏輯運(yùn)算。主要應(yīng)用于通訊、數(shù)據(jù)處理、消費(fèi)性電子產(chǎn)品

16、等中高端領(lǐng)域。成本相對(duì)較高。比較之后，選用方案，因?yàn)楦鶕?jù)對(duì)系統(tǒng)的功能分析發(fā)現(xiàn)，采用系列單片機(jī)完全滿足系統(tǒng)性能要求，而且現(xiàn)實(shí)習(xí)所在的瑞德電子公司與深圳宏晶科技有良好的合作關(guān)系，因此選用單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主控芯片，在保密性、抗干擾、性價(jià)比方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。顯示選型觸摸屏顯示模塊。它與方案比較，最大的好處在于方便用戶操作，也為日后的擴(kuò)展做好了準(zhǔn)備。這款帶觸摸的液晶顯示模塊自帶中文字庫；不帶觸摸的液晶顯示模塊。它是單純的圖形點(diǎn)陣顯示，沒有觸摸屏輸入；數(shù)碼管顯示。它與液晶顯示相比，顯示的信息簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；燈。燈顯示簡(jiǎn)單的開關(guān)量信息，亮度高。比較之后，上位機(jī)選用方案與方案，下位機(jī)選用方案與方案。上位機(jī)

17、需要顯示的信息量大，并且選用帶觸摸屏有利于用戶輸入與未來擴(kuò)展，重要的狀態(tài)報(bào)警信息用同時(shí)顯示。下位機(jī)顯示的主要是檢測(cè)的電流電壓值以及狀態(tài)信息，選用數(shù)碼管與的組合較為合適。軟件方案實(shí)現(xiàn)具體內(nèi)容下位機(jī)的數(shù)碼管輪流顯示檢測(cè)的電流以及電壓的數(shù)值。個(gè)燈分別代表第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)“電流”、“電壓”、“過流”、。過壓、“掉線”。個(gè)按鍵分別為。增加”、“減少”、“設(shè)置”、“確認(rèn)”、“取消”。上位機(jī)啟動(dòng)后先通過通信讀取下位機(jī)的狀態(tài)信息，定時(shí)刷新顯示所有下位機(jī)的信息。矩陣式按鍵功能如表所示：表矩陣式鍵盤的按鍵功能一一組合鍵（斜杠后的）小數(shù)點(diǎn)在輸入設(shè)置時(shí)也可以通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)快速光標(biāo)定位。個(gè)燈分別表示“系統(tǒng)正常

18、”、“有過流故障”、“有過壓故障”、“有通信故障”、“設(shè)置狀態(tài)”、“顯示信息狀態(tài)”。每次設(shè)置好的電流、電壓門檻，負(fù)載設(shè)置參數(shù)都將通過單片機(jī)的存儲(chǔ)。上位機(jī)與下位機(jī)之間的全雙工通信要做到可靠。預(yù)留有上位機(jī)擴(kuò)展無線通信的功能。如果有任何一個(gè)下位機(jī)出現(xiàn)故障，上位機(jī)的蜂鳴器講進(jìn)行報(bào)警，并于屏幕上顯示故障下位機(jī)的位置、故障類型。本章小結(jié)本章首先分析了開關(guān)電源測(cè)試系統(tǒng)總體需求，描述了系統(tǒng)的工作原理。緊接著進(jìn)行了硬件方案的選擇論證，在此基礎(chǔ)上討論了通過軟件所能實(shí)現(xiàn)的具體功能，為系統(tǒng)開發(fā)工作指明了方向。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試在總體方案設(shè)計(jì)中，電源測(cè)試系統(tǒng)的兩個(gè)部分為：上位機(jī)監(jiān)控中

19、心和下位機(jī)電參數(shù)檢測(cè)控制器。其中監(jiān)控中心是控制系統(tǒng)的核心，由單片機(jī)控制芯片、人機(jī)接口設(shè)備和外圍設(shè)備及軟件設(shè)備組成。它所執(zhí)行的是整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)籌工作，包括設(shè)定測(cè)試負(fù)載量的大小、顯示報(bào)告各個(gè)被測(cè)開關(guān)電源的運(yùn)行狀態(tài)、根據(jù)故障狀態(tài)判斷處理手段等。由于它要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)交換，并且驅(qū)動(dòng)觸摸屏，對(duì)控制芯片的性能要求會(huì)比較高。上位機(jī)硬件設(shè)計(jì)在的選擇上，除了穩(wěn)定可靠、通用化以外，同時(shí)也要考慮到系統(tǒng)的成本?，F(xiàn)在市面上的單片機(jī)種類很多，其價(jià)格也有相當(dāng)大的區(qū)別，在保證系統(tǒng)的可靠性和功能完整性的前提下采用了性價(jià)比高的單片機(jī)，在外圍的元器件選擇上也充分考慮了這一點(diǎn)，選擇的都是性價(jià)比較高的產(chǎn)品。對(duì)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)

20、必須考慮單片機(jī)總線的驅(qū)動(dòng)能力。上位機(jī)部分的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。圖上位機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖第三章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試上位機(jī)主要承擔(dān)系統(tǒng)與人的交互以及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制的任務(wù)，因此硬件上也主要由這兩大部分構(gòu)成。其中圖中的觸摸屏、鍵盤、燈與蜂鳴器屬于人機(jī)界面部分，而通信接口是與下位機(jī)聯(lián)系的必要的組成部分。為了描述方便，本文將根據(jù)構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行剖析。首先我們先來分析上位機(jī)選擇單片機(jī)的必要性。上位機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是宏晶科技推出的一款抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、高速高可靠以及低功耗的單片機(jī)。它的主要特點(diǎn)如下拍：完全兼容普通指令集，有硬件乘法、除法指令；速度快，實(shí)現(xiàn)個(gè)時(shí)鐘機(jī)器周期，速度比

21、普通快倍；個(gè)通用口，比普通多個(gè)；字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，字節(jié)的，；具有硬件看門狗；內(nèi)部集成專用復(fù)位電路；內(nèi)置一個(gè)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行掉電檢測(cè)的掉電檢測(cè)電路，可設(shè)置為中斷或復(fù)位；有個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器，而不必占用定時(shí)器；掉電模式可由內(nèi)部掉電喚醒專用定時(shí)器喚醒。根據(jù)以上的特點(diǎn)描述，我們可以看出，它的性能完全滿足作為系統(tǒng)上位機(jī)的需要。根據(jù)第二章所講的功能分析以及上位機(jī)的原理框圖圖，的分配如表。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)何論文表上位機(jī)的分配情況引腳名稱連接外部的功能作為數(shù)據(jù)總線使用。連接的包括：觸摸屏模塊的位數(shù)據(jù)線，片鎖存器的輸入端，片緩沖驅(qū)動(dòng)器的輸出端的引腳的引腳蜂嗚器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，引出接口，未來擴(kuò)展功能用（例如無線通信）鎖存

22、器的鎖存使能信號(hào)鎖存器的鎖存使能信號(hào)緩沖驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)觸摸屏模塊的片選信號(hào)觸摸屏模塊的指令數(shù)據(jù)選擇信號(hào)的引腳的引腳的引腳觸摸屏模塊的忙碌信號(hào)觸摸屏模塊的中斷信號(hào)觸摸屏模塊的復(fù)位信號(hào)觸摸屏模塊的寫信號(hào)觸摸屏模塊的讀信號(hào)的弓腳通信模塊工作原理與應(yīng)用通信作為系統(tǒng)的其中一個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，它的性能好壞決定了這個(gè)電源老化測(cè)試系統(tǒng)的成敗，因此在這里會(huì)做較為詳細(xì)的介紹說明。串行通信是單片機(jī)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種常用的方式，它能夠有效地解決單個(gè)單片機(jī)性能不夠的局限性。因?yàn)殡S著科技的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的功能需求日趨多元化，這就使得控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來越來高，在很多場(chǎng)合下，需要多個(gè)單片機(jī)相互協(xié)作，共同完成整個(gè)系統(tǒng)的管

23、理工作。在這類系統(tǒng)當(dāng)中，可以使用接口連接多個(gè)單片機(jī)或者與單片機(jī)，但是由于接口標(biāo)準(zhǔn)的推出時(shí)間比較早，其傳輸速度慢、傳送距離短的缺點(diǎn)在很多時(shí)候無法滿足工業(yè)應(yīng)用中多機(jī)系統(tǒng)的通信要求，所以實(shí)際應(yīng)用中往往使用接口標(biāo)準(zhǔn)。在第二章的老化系統(tǒng)組網(wǎng)方案中，我們把與作為候選參考進(jìn)行第三章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試了篩選，接下來可以對(duì)照這兩種協(xié)議以及接口進(jìn)行詳細(xì)的討論，分析出選擇作為聯(lián)網(wǎng)方式的原因。接口的缺點(diǎn)使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通信兩端使用的驅(qū)動(dòng)器和接受器分別負(fù)責(zé)電平到電平和電平到電平的轉(zhuǎn)換。由于這兩類芯片均使用單端電路，因此兩者之間的接地電位的電位差可能相差會(huì)比較大，這在通信距離較遠(yuǎn)時(shí)將尤為明顯，同時(shí)信號(hào)電平也容易受到干擾

24、。規(guī)定最大負(fù)載電容為，這個(gè)電容也限制了傳送距離以及傳送速率，而且電路本身也不具有抗共模干擾的特性，的通信距離和通信速率均受到了限制。綜上所述，接口的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)通信速率低。規(guī)定的最高傳輸速率雖然可以滿足一般的異步通信需要，但是并不能滿足同步傳輸?shù)囊?；通信距離短。使用接口的通信線路在米左右可以達(dá)到正常的通信要求，但無法滿足更長(zhǎng)的通信距離，即使使用極好的線路器件和良好的信號(hào)條件，也無法使電纜長(zhǎng)度超過米；抗干擾能力差。通信兩端的電平轉(zhuǎn)換電路均為單端電路，無法抑制共模干擾，各信號(hào)間也容易受到串?dāng)_干擾。在這種情形下，年制定的一除了保留與一兼容的特點(diǎn)外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離

25、及改進(jìn)電氣特性等方面作了很大努力，并增加了個(gè)控制信號(hào)盯。與同時(shí)推出的還有和，它們是的標(biāo)準(zhǔn)子集。另外，還有。它是的變形。、一是全雙工的，而是半雙工的。因?yàn)榘腚p工的，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸。用于多站互連時(shí)可節(jié)省信號(hào)線，便于高速、遠(yuǎn)距離傳送。在這里有必要注意的是，既然是的變形，“全雙工網(wǎng)絡(luò)”實(shí)際上指的就是網(wǎng)絡(luò)，它需要根線進(jìn)行多機(jī)通信。在很多表述上，都?xì)w類為，作為的增強(qiáng)形式。廣東工大學(xué)碩士學(xué)位論文總線概況使用一對(duì)雙絞線，將其中一根線定義為，另一根線定義為。在通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器、間的正電平在，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在一一，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另外有一個(gè)信號(hào)地，在中還有一“使能”端，用

26、于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“”與“”的第三態(tài)。最大傳輸距離約為米，最大傳輸速率為。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在速率以下，才可以使用規(guī)定中最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能夠獲得最高的傳輸速率。一般米長(zhǎng)的雙絞線的最大傳輸速率僅為。具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備嘲。相比起一，一具有以下優(yōu)點(diǎn)：邏輯“”由表示；邏輯“”由一表示。接口信號(hào)電平比降低了，就不易損壞接口電路芯片，并且該電平與電平兼容，可方便與電路連接；的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為，一接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分

27、接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好；接口的可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，另）接口在總線上只允許連接個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而一接口在總線上是允許連接個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的接口方便地建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榻涌诰哂辛己玫目乖肼暩蓴_性、長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。另外，因?yàn)榻涌诮M成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需兩根連線，所以接口均采用屏蔽雙絞線來傳輸，接口連接器采用一的芯插頭座，與智能終端接口采用孑，與鍵盤連接的鍵盤接口一采用一針兒¨。作為對(duì)比，如表所示為、一、的性能比較制。第三章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試表、一的性能比較一、一、一接口一操作方式單

28、端差動(dòng)方式差動(dòng)方式最大距離（）（）（）最大速率最大驅(qū)動(dòng)器數(shù)目最大接收器數(shù)目接收靈敏度±±±驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗接收器負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗對(duì)公用點(diǎn)電壓范圍±一一總線驅(qū)動(dòng)接口可以連接成半雙工和全雙工兩種通信方式，這兩種方式都有對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)芯片。半雙工通信芯片有、等。全雙工通信芯片有、等。通過通信芯片的性能比較發(fā)現(xiàn)，支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為的全雙工通信芯片比較符合開關(guān)電源老化測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用需求。以下就對(duì)這款驅(qū)動(dòng)芯片做一些簡(jiǎn)單的說明。在表中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)是，然而如果使用作為站的收發(fā)器，由于它的輸入阻抗是標(biāo)準(zhǔn)接收器的倍，所以網(wǎng)絡(luò)上可以掛個(gè)站。是專門為一通信應(yīng)用所設(shè)計(jì)的低功耗收發(fā)器。它能夠

29、很大程度上消除總線上的反射信號(hào)以及電磁干擾。通信速率最大能夠達(dá)至。它由伏電源供電，在工作狀態(tài)下從電源拉動(dòng)的電流，而在它獨(dú)特的“低電流關(guān)機(jī)模式”中僅僅消耗的電流。對(duì)比其他芯片，它的主要特點(diǎn)如下：使用單電源工作；工作電流僅僅需要；限斜率有助于消除電磁干擾與削弱反射；低電流關(guān)機(jī)模式下電流只需要；共模輸入電壓范圍為一；能夠允許的總線上的收發(fā)器總數(shù)可以達(dá)至個(gè)；具有過載保護(hù)功能?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，主要應(yīng)用的場(chǎng)合有：低功耗的一一網(wǎng)絡(luò)；對(duì)電磁干擾非常敏感的場(chǎng)合；工控局域網(wǎng)絡(luò)；大型的個(gè)節(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)。的引腳功能描述見表。表的引腳功能描述引腳號(hào)名稱功能接收器輸出。在為的前提下，如果比高或者與沒有接上，則輸出高電平；如果

30、比低，則輸出低電平。接收器輸出時(shí)能。引腳為，允許接收器輸出：引腳為，禁止接收器輸出。假如為同時(shí)為，則芯片進(jìn)入低電流關(guān)機(jī)模式。驅(qū)動(dòng)器輸出時(shí)能。引腳為，允許驅(qū)動(dòng)器工作；引腳為，禁止驅(qū)動(dòng)器工作。假如為同時(shí)為，則芯片進(jìn)入低電流關(guān)機(jī)模式。如果允許驅(qū)動(dòng)器工作，該設(shè)備的功能相當(dāng)于線驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器輸入。在為的前提下，為，則輸出低電平且輸出高電平：為，則輸出高電平且輸出低電平。，接地端驅(qū)動(dòng)器同相輸出端驅(qū)動(dòng)器反相輸出端接收器同相輸入端接收器反相輸入端電源端。電壓范圍可以是。，空腳，不需要連線。發(fā)送功能和接收功能的設(shè)置（真值表）如表、表所示。表發(fā)送功能表輸入輸出高阻高阻高阻高阻第章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試表）（接收

31、功能表輸入輸出一輸入開路高阻如圖所示，當(dāng)由芯片作為網(wǎng)絡(luò)上的收發(fā)驅(qū)動(dòng)器的時(shí)候，只是需要根連線即可，這使得組網(wǎng)變得尤為方便。但在這當(dāng)中值得注意的是，圖中只有分居左右兩側(cè)的兩塊的差分信號(hào)線之間（也就是驅(qū)動(dòng)器的同相輸入端與反相輸入端之間，還有接收器的同相輸入端與反相輸入端之間）是需要串接上一個(gè)的電阻。這兩片芯片其中一片（圖中左邊的）是作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的終端，另外一片則是在位置上處于總線的另一端。圖芯片構(gòu)成的全雙工一通信網(wǎng)絡(luò)一一網(wǎng)絡(luò)的接口與連線使用三種標(biāo)準(zhǔn)接口連接器，一種為引腳的型口，一種為引腳的型口舊，還有一種為引腳的型口，這三種連接器對(duì)應(yīng)的管腳說明分別如表、表、表所示。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)訌論文表引腳連接

32、器信號(hào)說明一引腳號(hào)符號(hào)縮寫說明屏蔽地信號(hào)速率指示器空腳發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鐘接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送接收時(shí)鐘允許發(fā)送本地回送數(shù)據(jù)模式數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好接收設(shè)備準(zhǔn)備好遠(yuǎn)端回送來話呼叫信號(hào)速率選擇頻率選擇終端同步測(cè)試模式信號(hào)地接收公共端空腳發(fā)送數(shù)據(jù)一一發(fā)送時(shí)鐘一一接收準(zhǔn)備好一請(qǐng)求發(fā)送一一接收同步一允許發(fā)送一終端正在服務(wù)一數(shù)據(jù)模式一一數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好一一接收設(shè)備準(zhǔn)備好一備用選擇信號(hào)質(zhì)量新信號(hào)一終端同步一備用指示器發(fā)送公共端表腳連接器信號(hào)說明引腳號(hào)符號(hào)縮寫說明屏蔽地請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送一發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)一允許發(fā)送允許發(fā)送一接收數(shù)據(jù)一接收數(shù)據(jù)一表腳連接器信號(hào)說明引腳號(hào)符號(hào)縮寫說明發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)一接收數(shù)據(jù)，空腳接收數(shù)據(jù)一由上面

33、的對(duì)比可以看出，腳的連的場(chǎng)合，而且占用的資源相當(dāng)多；接腳器最復(fù)雜，一般應(yīng)用在要求比較苛刻連接器的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，它實(shí)際上就是我們最常見的電腦網(wǎng)線接口，與接口轉(zhuǎn)換芯片連接比較方便。它與芯片的硬件連線如圖所示。圖通信接口部分電路一圖中芯片的、引腳分別與單片機(jī)的（）、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)化論文、（）相連，并且都加上了的上拉電阻。伏電源與地之間的電容用于增強(qiáng)電源的穩(wěn)定性。圖中的兩個(gè)的電阻是接在總線末端的匹配電阻，吸收總線上的反射信號(hào)，保證信號(hào)傳輸無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)鍆。當(dāng)總線上沒有信號(hào)傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受到干擾信號(hào)的影響。在總線上差分信號(hào)正端與伏電源間接一個(gè)的電阻

34、，正端與負(fù)端之間接一個(gè)的電阻，負(fù)端與地之間接一個(gè)的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒有信號(hào)傳輸時(shí)，即使有干擾信號(hào)，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號(hào)，從而增加了總線抗干擾能力。網(wǎng)絡(luò)的連線在前面提到的使用雙絞線是在半雙工通信的場(chǎng)合，根據(jù)上面介紹的接口類型的不同，連線也是與之一一對(duì)應(yīng)的。引腳的型口使用的是比較粗的總線專用的電纜，引腳的型口使用的是針的串口連線，而引腳的型口所使用的是聯(lián)網(wǎng)常用的網(wǎng)線。觸摸屏驅(qū)動(dòng)在現(xiàn)代工控設(shè)備日漸智能化、人性化的今天，觸摸屏作為工控系統(tǒng)的人機(jī)界面逐漸成為了一種趨勢(shì)。尤其是在系統(tǒng)顯示的信息量多的情況下，為了達(dá)到對(duì)這些信息進(jìn)行操作、修改、設(shè)定，應(yīng)用傳統(tǒng)的單片機(jī)輸入設(shè)備，例如鍵盤、

35、按鍵等，操作會(huì)顯得相當(dāng)?shù)姆爆?，大大增加了工作人員的工作量，降低了生產(chǎn)或者工作效率。觸摸屏的基本原理典型觸摸屏的工作部分一般由三部分組成，如圖所示：兩層透明的阻性導(dǎo)體層、兩層導(dǎo)體之間的隔離層、電極。阻性導(dǎo)體層選用阻性材料，如銦錫氧化物（）涂在襯底上構(gòu)成，上層襯底用塑料，下層襯底用玻璃。隔離層為粘性絕緣液體材料，如聚脂薄膜。電極選用導(dǎo)電性能極好的材料（如銀粉墨）構(gòu)成，其導(dǎo)電性能大約為的倍¨引。乏三薹翌薹耋釜譬耋蘭：鎏墨透明導(dǎo)體圖觸摸屏結(jié)構(gòu)觸摸屏工作時(shí)，上下導(dǎo)體層相當(dāng)于電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。當(dāng)某一層電極加上電壓時(shí)，會(huì)在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，則在電極未加電壓的

36、另一層可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道接觸點(diǎn)處的坐標(biāo)。比如，在頂層的電極（一）上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當(dāng)有外力使得上下兩層在某一點(diǎn)接觸，在底層就可以測(cè)得接觸點(diǎn)處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極（）之間的距離關(guān)系，知道該處的坐標(biāo)。然后，將電壓切換到底層電極（）上，井在頂層測(cè)量接觸點(diǎn)處的電壓，從而知道坐標(biāo)。一、圖工作時(shí)的導(dǎo)電層廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文觸摸屏的控制實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)在很多工控系統(tǒng)的應(yīng)用中，將觸摸屏作為一個(gè)輸入設(shè)備，對(duì)觸摸屏的控制也有專門的芯片。很顯然，觸摸屏的控制芯片要完成兩件事情：其一，是完成電極電壓的切換；其二，是采集接觸點(diǎn)處的電壓值（即）。本文以瑞佑（）公司生產(chǎn)的芯片為例，介

37、紹觸摸屏控制的實(shí)現(xiàn)。內(nèi)建一組位和控制電路，以連接四線電阻式的觸控屏幕。對(duì)使用者而言，應(yīng)用觸控屏幕的功能只需連接、一、和一等四條信號(hào)線到即可。系統(tǒng)就能不斷監(jiān)測(cè)，直到觸控的事件（）發(fā)生為止。當(dāng)觸控事件發(fā)生時(shí)，在屏幕電阻上所產(chǎn)生的分壓將決定觸控的所在位置。在的坐標(biāo)值被傳回系統(tǒng)（）并個(gè)別儲(chǔ)存在特定的緩存器后，觸控屏幕控制器（）將發(fā)出一中斷告知微處理機(jī)（）。在觸控屏幕功能的應(yīng)用上，提供兩種操作模式，分別是“自動(dòng)模式”和“手動(dòng)模式”。在“自動(dòng)模式”中，當(dāng)觸控事件發(fā)生時(shí)，能自動(dòng)讀回對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值?！八^“手動(dòng)模式”是指從“偵測(cè)觸控事件”到最后的“讀出坐標(biāo)值”的整個(gè)過程，都是由程序設(shè)計(jì)師以手動(dòng)操作方式來完成。使

38、用此一模式的優(yōu)點(diǎn)在于，它給予程序設(shè)計(jì)師更彈性的應(yīng)用空間。換句話說，在手動(dòng)模式下，所有觸控屏幕功能相關(guān)的緩存器都必須由程序設(shè)計(jì)師來設(shè)定，以軟件（程序）控制的方法來實(shí)現(xiàn)觸控屏幕應(yīng)有之功能。關(guān)于如何通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)觸摸屏輸入功能，將會(huì)在第四章的相應(yīng)部分作詳細(xì)的描述。觸摸屏模塊的應(yīng)用觸摸屏是與顯示屏相配合使用的，所以為了使用上的方便，一些廠商通常將觸摸屏薄膜、液晶顯示屏以及外圍所需的元器件組合在一起，引出必要的接線，做成觸摸屏模塊。在選用觸摸屏模塊的時(shí)候，需要注意和考慮好以下一些問題：一般工控系統(tǒng)作為人機(jī)界面的觸摸屏顯示尺寸不能太小。因?yàn)椴僮魅藛T一般是使用手指對(duì)觸摸屏進(jìn)行操作的，假如觸摸屏尺寸偏小的話操作人員用手指操作就會(huì)經(jīng)常帶來定位失誤，從而削減了觸摸屏的便利性，倘若折中的辦法就是使用觸摸屏專用的筆，但是這樣就會(huì)降低效率：第三章測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試有沒有必要選擇彩色屏幕。一般工控系統(tǒng)顯示的信息里面以文字以及一些