毕业设计173整流器生产自动检测系统开发

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1、XXXX大学本科毕业设计(论文)(2008届)论文题目 整流器生产自动检测系统开发 （英文) Rectifier production automatic detection system development所在学院 电子信息工程 专业班级 学生姓名 张宏宇 学号 040901140428 指导教师 职称 完成日期 2008 年 月 日整流器生产自动检测系统开发（电子信息工程学院）目 录摘要：.2关键字： .2Abstract .21 引 言 .3 1.1整流器的发展现状.3 1.2整流器监测仪发展现状 .4 1.3本课题的主要研究内容及意义.42 系统方案.5 2.1控制器方案选择.5

2、2.2电源方案选择.5 2.3显示器方案选择.5 2.4监测部分方案选择.6 2.5系统方案整体描述.63 电子整流器监测仪系统硬件设计.7 3.1 微控制器部分电路.7 3.2 监测部分电路.14 3.3 电源部分电路 .18 3.4 显示部分电路.19 3.5 RS232部分电路 .23 3.6 报警电路 .244 电子整流器监测仪系统软件设计.25 4.1 RS232通讯协议.25 4.2 keil c51单片机程序开发平台简介 .29 4.3 程序清单 .295 系统设计调试总结 .40 5.1 设计部分总结 .40 5.2 调试总结 .406 结束语.42致谢.43参考文献.44附录

3、 .452008年 6月摘要：本次设计采用ATMEL公司的AT89S52为微控制器，实现对了电子整流器生产中的对整流器的老化测试中的温度、电压、电流的自动检测。系统中控制器部分程序采用keil c51平台下的单片机C语言开发，系统经实际测试验证，性能达到要求。关键词： 微控制器、电子整流器、自动检测 Abstract: The design uses ATMELs AT89S52 for microcontrollers, to achieve the production of electronic rectifier on the rectifier aging test the temp

4、erature, 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 detection1 引 言 整流器是一个整流装置，

5、简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。 本次设计主要是设计一种用于整流器生产过程中用于监测整流器各项性能指标的监测仪器。 1.1整流器的发展现状 1.1整流器原理 在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中，电网的高压交流功率通过变压器变换为直流功率。提到未来（不久的或遥远的）的其它类型整流器: 以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然，这种最新型的整流器在技术上包

6、含较多要开发的内容，但是它能显示出优点，例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。 二极管整流器 所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较

7、窄的范围内控制。 晶闸管整流器 在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。 因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。1.2整流器发展现状和展望 电子整流器是各种日光灯支架、吸顶灯、节能灯、灯盘之类产品的心脏。中国与广大发展中国家有着极巨大的节能灯及日光灯支架市场，仅中国年产就在数十亿只以上。电子整流器在中国及象中国这

8、样的发展中国家非常普及，真正彻底取代了老式的电感整流器。 但是电感整流器的优点是长寿，不容易坏，价格便宜，易维修，一般换个启动器就能修好，维修很方便。电子整流器则没有这么方便，也因此，电子整流器虽然面市了二十多年，始终不能取代电感整流器，连菲利蒲公司也还在生产使用电感整流器的灯具。 由于一般电子整流器在损环时，只是坏掉2-4 个发热严重的零件：开关三极管，其它部份的零件一般很少有发生损坏。这也是广大厂家努力解决的问题，例如采用更大电流和功率的三极管。可是这还不能根本解决问题，三极管依然会被烧毁，加散热片也无多大作用，特别是在节能灯和大功率节能灯中，由于本身密封和灯管自身的高温，散热片可说是毫无

9、作用。因此解决好此类问题是电子整流器目前急需解决的问题。 另一个需要考虑的问题是效率问题，当今世界能源已经是越来越被关注的一个问题，因此有必要开发更高效率的整流器。 1.2整流器监测仪发展现状在直流系统中，整流器(有时也称充电机)是整个直流系统的核心，它的性能变化直接影响相应蓄电池组的寿命及整套直流系统的安全运行。因此，电力部门每年都要对整流器进行例行检查，以便及早发现整流器缺陷，特别是检查整流器的稳压性能、稳流性能、纹波系数等。目前各电力部门普通采用外接可变电阻法进行人工测试，这种方式费工、费时、安全性差。 1.3本课题的主要研究内容及意义 考虑到目前市场上的监测仪器现状，有必要开发一款可对

10、整流器自动进行稳压性能，稳流性能及纹波系数的测试，自动计算整流器的稳压精度、稳流精度、纹波系数等，并把测试记录的整组数据包括稳压性能测试数据。稳流测试数据自动记录下来，可把数据传送给上位机记录下来，由计算机把整个稳压状态下测试的数据和稳流状态下测试的数据存储并显示。 本次设计着眼于解决这方面的问题。2 系统方案 本次设计采用上位机和下位机分离的方式进行检测，用RS232口连接上位机和下位机。下位是以8位单片机为微控制器，采样整流器输入输出端电压电流的方法实现对整流器的参数检测，并将参数通过RS232发送给上位机处理。 2.1控制器方案选择 目前市场上可供选择的微控制器零零总总，各家公司的产品都

11、有其自身特点。目前比较流行51系列单片机和凌阳单片机。 AT89C51单片机需要用仿真器来实现软硬件的调试，较为繁琐； AT89S52八位单片机除具有AT89C51单片机所有的优点外，具有更大的程序存储空间，可在线仿真的功能，方便调试。凌阳十六位单片机虽然可以更好的完成控制功能，但较AT89S52八位单片机价格昂贵，而且编程以及外围功能电路的设计都不及AT89S52成熟。因此，选用AT89S52八位单片机作为本次设计的微控制器。 2.2电源方案选择方案一、采用电池供电，此方案简单，需要的器件比较少，并可以有效防止来自电网的干扰。缺点是电池属于易耗品，需要经常更换，对系统的维护不方便，且容易污染

12、环境。方案二、从电网直接取电，用传统的变压器加稳压器的方式实现系统供电，此方法投资比方案一高，但是系统工作可靠，维护方便环保，缺点是容易受到干扰。方案三、采用外接开关稳压电源的方法给系统供电，此方法性价比比较高，并且安全系数比较高。并且可以隔离被测量，减少测试过程中的干扰因素。综上所述，考虑到整流器的监测需要，本次设计采用方案三。 2.3显示器方案选择方案一、用液晶显示器，此方案优点是显示参数丰富，同一时刻可以同时显示电压和电流等信息，缺点是价格较高，并且由于液晶的特点，显示内容需要近距离观察。方案二、用数码管作为显示设备，优点是价格便宜，仅为液晶显示器的1/4左右并且显示的亮度很高，适合远距

13、离观察。缺点是显示内容有限。考虑到整流器监测仪的实际需要，决定采用方案二的数码管方案。 2.4监测部分方案选择 方案一：采用美国Cirrus Logic公司最新推出的带有串行接口的电压、电流采集集成电路芯片CS5460A。它主要应用在电力电子数据采集的应用中。不同于以前流行的CS5460芯片，该芯片特有的自动引脚模式功能，能使芯片独立工作，得电时自动初始化，由外部的E2PROM引导开始工作，并从中读取数据，如果用于高容量或用在家庭，为了降低成本，此模式下，该型芯片可以不用微控制器独立工作。除此之外，该芯片的性能优于其他计量芯片，主要表现在： (1)转换精度高，测量功能强自身转换精度达到01级，

14、可以实现02级的测量仪表。可测量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值和电能计量，这在电力系统的测量芯片中是不多见的。(2)外围器件少，具有片内看门狗定时器(WatchDog Timer)与内部电源监视器该芯片只用很少的外围器件即可实现转换功能，确保了仪表的转换精度及稳定性。 (3)接口方便器件本身形成双向串行接口，双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接，并有功能很强的内部寄存器数组，仅用56根连线即可方便地与单片机接口。 方案二、采用电压互感器，电流互感器方案，该方案监测精度不及方案一高，造价和外围电路跟方案一相比并无特别的优势。 基于以上对比，本次

15、设计选用方案二。 2.5系统方案整体描述 本次设计采用ATMEL公司的8位单片机AT89S52作为系统的微控制器，配合美国Cirrus Logic公司最新推出的带有串行接口的电压、电流采集集成电路芯片CS5460A。参数采集完毕之后微控制器将采集到的参数处理后显示在数码管上，并通过RS232电平转换接口电路发送给上位机处理。3 电子整流器监测仪系统硬件设计本次设计的系统框图见图3.1。单片机系统电源模块电压电流采集数码管显示模块RS232通信模块时钟、复位报警模块程序控制图3.1 系统框图 3.1 微控制器部分电路方案采用AT89S52单片机作为控制器，完成所有的控制功能，包括： 电压电流计量

16、芯片的初始化和数据读取 数码管驱动显示 报警模块驱动 和PC机的串口通信 3.1.1单片机最小系统 单片机系统的电路如图3-1。时钟是时序的基础，8051片内由一个反向放大器构成振荡器门可以由它产生时钟，本次设计内部方式在XTAL1和XTAL2上外接石英晶体做定时元件，内部反向放大震荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频，即石英频率fosc6MHz，则视频频率3Mhz，因此时钟是一个双向信号，由P1相和P2相构成。Fosc可在1.2MHz12MHz之间选择，本次设计采用常规的11.0592MHz。 单片的复位电路有上电自复位和手动复位2种，本次设计将这2种复位方式都加入了，具体见图3.2。图

17、3.2单片机最小系统 3.1.2 单片机的串行接口串行通信仅与在物理上的2 个数据缓冲器SBUF 打交道：发送器和接收器。2个特殊功能寄存器：SCON ，PCON。MCS -51 片内有一个全双工串行接口通用的可编程的异步接收/发送器USART （Universal Synchronous A synchronous Receiver Transmitter），由接收器和发送器2 部分组成。发送器能接收与寄存由CPU 并行输出的数据，通过移位寄存器变为串行，并添上一个起始位、奇偶校验位和规定的停止位，由一条数据线发送出去。接收器是把收到的数据，去掉起始位、停止位，检查有无奇偶错误、帧错误。然后

18、把接收的字符经过移位寄存器变为并行后，送至接收数据寄存器、以便由CPU 用输入指令取字符。串行口控制寄存器SCON 包含串行口的方式选择位、接收发送控制位及串行口的状态标志位。格式、功能如图所示。图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：接收中断标志，由硬件置位，软件清0。T I：发送中断标志，由硬件置位，软件清0。RB8：接收数据位8，方式2 或3 中第9 位数据可能是奇偶位或是地址/数据校验位。TB8：发送数据位8，方式2 或3 中第9 位数据，在单机通信中是奇偶位，多机通信中是地址帧/数据帧。REN：接收允许位, 由软件置位允许，清0 禁止接收。

19、SM2：方式2，3 中多机通信控制位。3.1.3 AT89S52芯片功能特性描述AT89S52引脚框图：图3.5 AT89S52芯片引脚图AT89S52 主要性能：1、 与MCS-51 单片机产品兼容2、8K 字节在系统可编程Flash 存储器3、1000 次擦写周期4、全静态操作：0Hz33Hz 5、 三级加密程序存储器6、32 个可编程I/O 口线7、三个16 位定时器/计数器8、八个中断源9、全双工UART 串行通道10、低功耗空闲和掉电模式l 1、掉电后中断可唤醒l2、 看门狗定时器13、双数据指针l 4、掉电标识符方框图：图3.6 AT89S52内部框图功能特性描述：AT89S52是

20、一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可

21、降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。VCC : 电源GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1

22、 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3.1 P1口的第二功能P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1

23、”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时

24、可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3.2 P3口的第二功能RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此

25、引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次

26、，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。Flash 编程并行模式：AT89S52 带有用作编程的片上Flash 存储器阵列。编程接口需要一个高电压（12V）编程使能信号，并且兼容常规的第三方Flash 或EPROM 编程器。AT89S52 程序存储阵列采用字节式编程。编程方法：对AT89S

27、52 编程之前，需根据Flash 编程模式表和图13、图14 对地址、数据和控制信号设置。可采用下列步骤对AT89S52 编程：1在地址线上输入编程单元地址信号2在数据线上输入正确的数据3激活相应的控制信号4把EA/Vpp 升至12V 5每给Flash 写入一个字节或程序加密位时，都要给ALE/PROG 一次脉冲。字节写周期时自身定制的，典型值仅仅50us。改变地址、数据重复第1 步到第5 步知道全部文件结束。 3.2 监测部分电路CS5460A 提供SPI 串行通信接口和一系列寄存器，MCU 可以通过SPI 接口读写这些寄存器，以实现对CS5460A 的控制和从CS5460A 读取指定的数据

28、。CS5460A 的寄存器主要分为三类：控制寄存器、数据寄存器和校准寄存器，这些寄存器的说明请参见CS5460A 的数据手册。以下将说明怎样读写这些寄存器来完成对CS5460A 的控制和读写操作。电路见图3.7。图3.7 电能计量芯片CS5460A计量系统图3.2.1芯片管脚的功能 1 脚XOUT：晶体振荡器输出。 2 脚CPUCLK：CPU时钟输出CPUCLK-片上振荡器的输出，可以驱动一个标难的CMOS负荷。 3 脚VD：数字电路电源正极。以DGND为参考，一般为5 V10。4 脚DGND：数字地。数字接地，与VA具有相同的电平。5 脚SCLK：串行时钟输入。该脚确定SDI和SDO引脚的输

29、入和输出速率。此输入具有一个允许使用边沿缓慢的信号的施密特触发器。只有当CS低时，SCLK引脚才识别时钟。6 脚SDO：串行数据输出。SDO是串行数据端口的输出引脚，当CS高时，其输出将处于高阻抗状态。 7 脚CS：片选。当处于低电平时，端口可以识别SCLK。该脚高电平状态使SDO引脚处于高阻抗状态。CS应在SCLK处于低电平时改变状态。8 脚MODE：模式选择。当处于高电平时CS5460A开始执行自导入序列，从外接E2PROM读取命令和设置。当处于低电平时CS5460运行在常规命令模式。引脚不连接时下拉为逻辑低电平。 9 脚VIN：差分电压正输入端。10 脚VIN：差分电压负输入端。VIN，

30、VIN为电压通道的差分模拟输入引脚。11 脚VREFOUT：参考电压输出。芯片上的参考电压由该引脚输出，参考电压的标称值为25 V(以VA引脚为参考)。12 脚VREFIN：参考电压输入。该引脚输入的电压给芯片上的调制器提供参考电压。13 脚VA：模拟地负极。负模拟电源引脚，必须具有最低的电压。14 脚VA：模拟电源正极。以VA为参考，通常为5 V10。 15 脚HN：差分电流负输入端。16 脚HN：差分电流正输入端。HN，HN为电流通道的差分模拟输入引脚。17 脚PFMON：电源掉电监视输出。PFMON掉电监视器，用来监视模拟电源，相对于VA引脚的典型阀值电平为25 V，具有50 mV的滞环

31、。如果PFMON的电压低于阀值，则状态寄存器的LSD(低电源检测)位将被置位。 18 脚NC：空脚。该引脚保持悬浮态。19 脚RESET：复位输入。RESET当复位引脚为低电平时，所有内部寄存器都被设置为缺省值。20脚INT：中断输出。当INT变低时，表明一个允许的事件已发生。可以通过向CS5460A写入适当命令来使INT清除(逻辑1)。21 脚EOUT：电能脉冲输出。EOUT电量输出引脚，输出一个脉冲宽固定、频率(可编程)和电能成比例的脉冲串。22 脚EDIR：能量方向指示输出。如果测量到的电能是负值，电能方向指示器发出指示。23 脚SDI：串行数据输入。SDI是串行数据接口的输入引脚。数据

32、的输入速率由SCLK决定。24 脚XIN：晶体振荡器输入。XOUT，XIN芯片内的一个门电路与这些引脚相连，可连接晶体为芯片提供系统时钟。另外，也可以有外部时钟(与CMOS时钟兼容)驱动引脚XIN，为芯片提供系统时钟。3.2.2 控制命令字CS5460A 包含一系列控制命令，对CS5460A 写入指定的控制字，即可完成相应的操作。这些控制命令包括：（1）、启动转换命令（Oxe8）只要对CS5460A 写OXE8 控制命令，CS5460A 即开始进行AD 转换，并输出计算结果，这个命令一般在CS5460A 复位操作完成后输入，以使CS5460A 进入正常工作状态。（2）、同步命令0（OXFE）及

33、同步命令1（OXFF）这两个命令主要用在一连串的读写命令之前，复位串行通信接口。（3）Power_up/Halt Control(OXAO)这个命令主要用在系统校准之前，以中断CS5460A 正在执行的操作，而执行系统校准命令。（4） 系统校准命令字这个命令完成指定的某项系统校准。V、I、R、G、O 的说明如下：VI : 00-不允许出现0001- 电流通道选择10-电压通道选择11-电压电流通道同时选择R: 0-DC 校准1-AC 校准G: 0-正常操作1-执行增益校准O: 0-正常操作1-执行偏置校准 3.2.2 CS5460A 的校准（一）、校准概述CS5460A 提供数字校准功能，用户

34、通过写指定的值到CS5460A 校准命令寄存器即可实现不同的校准功能。CS5460A 有两类基本类型的校准：系统偏置校准与系统增益校准。当执行某种校准命令时，必须输入相应的校准信号到电压电流通道的输入端。（二）、校准寄存器CS5460A 有一系列校准寄存器，当某一校准命令执行后，相应的寄存器会保留校准产生的修正值，用户可以读取这些校准寄存器，并将其保存在外部非易失性存储器。在系统重新上电启动时，将存储器保存的值写入相应的校准寄予存器，不必重新执行校准步骤.这些校准寄存器包括：1、直流电压偏置寄存器(0x03);2、直流电流偏置寄存器(0x01);3、电压增益寄存器(0x04);4、电流增益寄存

35、器(0x02);5、交流电压偏置寄存器(0x11);6、交流电流偏置寄存器(0x10);3.2.3 CS5460A的读写控制 CS5460A和单片机的通讯采用SPI总线通讯，读写时序图见图3.8。图3.8CS5460A读写时序 3.3 电源部分电路由于本次设计被检测对象是电子整流器的输入输出电压和电流，所以方案选择阶段，我们决定采用外接直流稳压电源的方式，市面上此类产品种类繁多，我们选用常规的9V直流电压输出，接入系统后经过三端稳压器7805后9V直流电转成5V供整个电路使用。E7,E8和C16，C17是电源部分的滤波电容，他们也有一些储能方面的应用。见图3.9.图3.9 系统电源部分电路 3

36、.4 显示部分电路本次设计使用6位0.5寸共阴极数码管电路，采用扫描方式显示，单片机IO口接数码管段码，数码管需要15到20MA/每段的电流，单片机IO口完全可以满足这一使用要求。数码管显示相对于其他显示器有更好的可视化条件，市场上的0.5寸数码管也是比较常规的器件，购买方便。P0口加上拉排阻RP1。电路见图 3.10。图3.10 数码管显示部分电路数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、 磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。 分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8字型，每一段包

37、含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。 LED数码管有共阳、共阴之分。图3-3是共阴式LED数码管的原理图和其表示符号。把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，见图3-4。使用时，公共阴极接地，7个阳极ag由相应的BCD七段译码器来驱动(控制)，如图3-4所示。在本次设计中，采用共阳极数接法，驱动电压是10V。由于球赛的特殊性百位数字仅用了2段，来显示“1”。【数码管的分类】 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一

38、个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。【数码

39、管的驱动方式】 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。(1) 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。(2) 动态显示驱动：数码管动态显示接口是

40、单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应

41、，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。【数码管参数】8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。【数码管应用】数码管使用的电流与电压电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50

42、-60mA。电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响(1)、显示效果：由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大， 并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流 的大小以实现色差平衡温度补偿。(2)、安全性：即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损

43、坏。另外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时开关特性，可防止反向尖峰电压对发光二极管的损害。超大规模集成电路还具有热保护功能，当任何一片的温度超过一定值时可自动关断，并且可在控制室内看到故障显示。数码管引脚共阴和共阳的区分方法找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共

44、阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。 图3.11共LED数码管的原理图和其表示符号图3.12共阳式LED数码管的原理图和其表示符号关于亮度一致性的问题是一个行业内的常见问题。有二个大的因素影响到亮度一致性。一是使用原材料芯片的选取，一是使用数码管时采取的控制方式。(1)、原材料-芯片的VF和亮度和波长是一个正态分布，即使筛选过芯片，VF和亮度和波长已在一个很小的范围了，生产出来的产品还是在一个范围内,结果就是亮度不一致。(2)、要保证数码管亮度一样，在控制方式选取上也有差别最好的办法是恒流控制，流过每一个发光二极管的电流都是相同的，这样发光二极管看起来亮度就是

45、一样的了。如恒压控制，则导致VF不相同的发光二极管分到的电流不相同，所以亮度也不同。 3.5 RS232部分电路RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（recommended standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改，在这之前，有RS232B、RS232A，它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。RS-232C适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。PC机常用DB-9连接器作为提供多功能I/O卡或主板上COM

46、1和COM2两个串行接口的连接器，它只提供异步通信的9个信号，9针串口功能见表10，并且对电缆长度也有要求： RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的，为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。 模块电路见图3.13。图3.13 串口通讯部分电路3.6 报警电路 考虑到设计需要和整流器检测仪的，本次设计加入了发声电路，他的作用分以下几点：（1）、检测到不合格产品时报警；（2）、系统自检信息提示，系统上电自检成

47、功后会发出“嘀”一声长音，如果自检失败，将不停发出“嘀嘀嘀”一短两长的报警提示。这部分模块采用普通5V蜂鸣器和三极管以及电阻组成，当需要发声时单片机IO口输出高电平驱动三极管导通，从而接通整个发声模块的电路，使蜂鸣器发出响声，电路见图3.14。图3.14 报警模块电路4 电子整流器监测仪系统软件设计 本次设计重点在下位机的设计，因为对上位机软件不做详细介绍，本次的设计下位机程序是基于keil c51平台的单片机C语言编写。 4.1 RS232通讯协议 为确保通讯成功，通讯双方必须在软件上有一系列的约定，通常称为软件协议。本设计规定双机异步通讯的软件协议如下：（1）通讯波特率为2400 波特，定

48、时器T1 工作在模式2，对于6MHz 时钟频率，计数常数为F3H，SMOD=1。（2）采用串行口方式3。（3）欲发送或接收的数据块首地址放在64H、63H，其中64H 为首地址高字节暂存单元，63H 为首地址低字节暂存单元；数据块长度存放62H、61H 中，其中62H 为数据长度高字节暂存单元，61H 为数据长度低字节暂存单元。（4）发送或接收的数据格式为：双字节地址：低地址字节在前，高地址字节在后；双字节数据个数：数据个数的低字节在前，高字节在后；数据1数据n：所通讯的n 字节数据；累加校验和：为双字节地址，双字节数据个数n，数据1，数据n 这n+4 个字节的算术累加和，用作校验和。（5）接

49、收方接收到校验和后，判断接收到的数据是否正确。若接收正确，向发送方回发0FH 信号，否则，回发F0H 信号。（6）采用串行口中断方式接收和发送数据。4.1.1 程序流程图图4.1 发送子程序框图图4.2 接收子程序框图图4.3 串行中断服务子程序框图 4.2 keil c51单片机程序开发平台简介 Keil C51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C 来开发，体会更加深刻。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具

50、，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51 开发系统各部分功能和使用。 Keil C51 单片机软件开发系统的整体结构C51 工具包的整体结构，如图(1)所示，其中uVision 与Ishell 分别是C51 forWindows 和for Dos 的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件。然后分别由C51 及A

51、51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51 连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS 文件由OH51 转换成标准的Hex 文件，以供调试器dScope51 或tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试。 4.3 程序清单#include reg52.h#include includes.h#include DrvCfg.h#include CS5460a.h#define ADCSAP31/P0.31 #define ADCSB P24/P1.24#define ADCSC P26/P1.2

52、6#define ADRST P25/p1.25#define ADINTP3#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