開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）2010年11月3日11:14

網(wǎng)絡(luò)

盡管在模擬量采集系統(tǒng)中，對ADC芯片等的供電一般建議最好不用開關(guān)電源，以避免其固有的紋波大、噪聲等問題，但開關(guān)電源仍以其高效率、低價格等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，尤其是在工業(yè)控制等領(lǐng)域。本文介紹開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對可能出現(xiàn)的一些問題進行分析。

開關(guān)電源對ADC芯片工作的影響及解決方法

電源對ADC芯片的影響，除了體現(xiàn)在電源抑制比（PSRR）參數(shù)上，還表現(xiàn)在，當ADC芯片對輸入的模擬信號進行采樣、保持、轉(zhuǎn)換時，電源電壓、參考地的變化，都會對ADC芯片內(nèi)部采樣電路、比較器等的工作產(chǎn)生影響，使得采集結(jié)果出現(xiàn)晃動。因此，一般ADC芯片特別是高精度ADC芯片，都建議最好用質(zhì)量好的線性電源供電。如果采用開關(guān)電源，則需要盡力避免它對ADC芯片產(chǎn)生影響。

圖1是一個典型的應(yīng)用，其中模擬采樣用的信號調(diào)理電路、ADC和現(xiàn)場模擬信號不隔離，ADC芯片和CPU電源相互隔離。CPU采用控制系統(tǒng)內(nèi)部電源。而ADC的+5V電源是由+24V電源經(jīng)過+24V到+5V電源變換而來的。圖中左側(cè)部分是典型的串聯(lián)、降壓非隔離型DC-DC變換器的原理框圖。設(shè)計中，可以根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)頻率、+5V消耗電流、要求的輸出紋波最大值，計算出電感L1、電容C1的合適大小。

為了分析出開關(guān)電源對ADC芯片的影響，這里假設(shè)信號調(diào)理電路及ADC芯片正常運行的耗電是25mA/+5V，對于光耦部分，如果采用6N136、TLP521等三極管輸出型的光耦，則當CPU不啟動ADC工作時，光耦全不導(dǎo)通，耗電小于1mA；當CPU啟動ADC工作時，將有數(shù)據(jù)輸出Dout、數(shù)據(jù)準備好Ready等信號經(jīng)過光耦，光耦處于導(dǎo)通狀態(tài)，為了達到比較高的通訊速率，光耦總耗電需要25mA/+5V左右。這樣，+5V負載電流將在25～50mA之間來回變動。正常開關(guān)電源設(shè)計的輸出電流應(yīng)該2倍于最大負載電流，這里設(shè)為100mA，下面將要說明負載電流的變化將極大影響+5V，從而影響ADC采樣穩(wěn)定性。圖1：開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的典型應(yīng)用圖

開關(guān)電源的工作原理是，平時Q1的周期性開關(guān)動作，再經(jīng)過L1、C1，得到所需要的輸出；而當輸出+5V電壓發(fā)生上升/下降超過一定限度（如幾十毫伏），經(jīng)過采樣、反饋后，開關(guān)控制電路控制Q1的開關(guān)，使得輸出電壓向+5V回歸。在+5V負載比較恒定的情況下，輸出+5V的最大紋波，可以根據(jù)采樣反饋電路工作原理（比如MC34063是通過比較器和鎖存器來控制Q1的開關(guān)）、開關(guān)頻率等計算出來。

但如果是圖1中帶光耦的情況，開關(guān)電源的輸出不僅供給相對恒定的負載（如信號調(diào)理電路、ADC芯片），而且還要供給光耦等數(shù)字部分電路，有可能發(fā)生最壞的情況是，當開關(guān)管Q1正處于上述穩(wěn)定工作中的關(guān)斷時刻，光耦突然被ADC導(dǎo)通，此時L1、C1將要提供50mA的負載電流，而平時穩(wěn)定工作中L1只提供25mA的電流，剩下電流只能從電容C1中獲取，使得C1上的電壓即+5V電平下降比較大。這將持續(xù)半個開關(guān)周期，直到開關(guān)管Q1打開。如果開關(guān)電源的開關(guān)頻率是100KHz，而ADC芯片數(shù)據(jù)Dout的通訊頻率也是100KHz左右，將引起輸出+5V電壓頻繁波動，造成更大的輸出紋波。在示波器上甚至能看到噪聲反饋在+24V輸入上。

上面只是理論分析的最壞情況，實際應(yīng)用中，濾波電容等器件的非理想性、PCB布線等等，將使得電源紋波更大，ADC采樣結(jié)果不穩(wěn)定。有的微功率型隔離DC/DC，或者如電荷泵器件，只有開關(guān)管的周期性開關(guān)動作，而沒有上述采樣、反饋電路，輸出更容易受到負載不穩(wěn)定的影響，使得ADC采樣結(jié)果更不穩(wěn)定。

比較好的解決辦法

1.設(shè)法降低開關(guān)電源的負載變化，因為雖然目前開關(guān)電源的工作頻率已到幾百kHz以上，但開關(guān)電源的負載響應(yīng)時間仍至少要幾個μs，低于目前大多ADC采樣的速度。比如采用光耦6N137就比6N136好，因為6N137只是靜態(tài)電流比較大，而它需要的二極管導(dǎo)通電流小，使得電源的負載變化不會很大?；蛘卟话涯M+5V電源接到小功率的開關(guān)電源輸出上，而接到其它功率比較大的開關(guān)電源輸出上，避免開關(guān)電源輸出受到負載變動的影響。同樣一個值得注意的問題是，不要使用ADC芯片的Ready、Dout、Din等引腳直接驅(qū)動光耦，最好通過光耦驅(qū)動電路，使得模擬和數(shù)字電源得到很好地相互隔離，避免在光耦開關(guān)時，有大的電流越過ADC芯片。2.開關(guān)電源后加LDO等輸出電壓紋波小的器件，再供給信號調(diào)理電路、ADC芯片，保證模擬電路電源的穩(wěn)定。

3.如果在開關(guān)電源后加LC濾波，將LC濾波后的電源供給數(shù)字部分，此時應(yīng)該針對不同的負載電流大小，選擇相應(yīng)的L、C數(shù)值，必要的時候，要通過一定的計算、仿真及試驗來加以確定。電感、電容不能過大，否則難以響應(yīng)負載（光耦開/關(guān)）的變化。建議開關(guān)電源輸出直接供給數(shù)字部分；同時經(jīng)過LC濾波或者RC濾波，再供給信號調(diào)理電路、ADC芯片。在采用LC濾波時，還需要注意LC的諧振頻率要遠遠偏離開關(guān)電源工作頻率。比如濾波RC電路的電阻R可以取10Ω左右，電容取10μF左右。

4.其它常規(guī)的方法也特別重要，如信號調(diào)理電路、ADC芯片的電源和地，要同光耦等數(shù)字部分的電源和地分開走線，最后單點連接?；蛘邇烧卟捎脙蓚€DC/DC電路分別給ADC芯片等模擬電路和光耦等數(shù)字電路供電。原因和上文分析一樣，也是為了更好的避免數(shù)字、模擬之間電源的相互干擾。

開關(guān)電源對運算放大器的影響及解決方法

一般模擬量信號進入ADC芯片之前，要利用運算放大器進行信號調(diào)理，以提供必要的電平變換、濾波、ADC芯片驅(qū)動等等。運算放大器與ADC相接口時，容易受到電源的影響，從而也影響ADC芯片采集的穩(wěn)定。圖2是運算放大器與ADC的典型接口圖。圖2：運算放大器與ADC的典型接口圖

大多ADC芯片內(nèi)部的模擬輸入端都具有一個采樣電容Cin，電阻R1對運放輸出限流，數(shù)倍于采樣電容的陶瓷電容C1使得開關(guān)SW合上的瞬間，通過C1迅速給采樣電容Cin充電。R1、C1的具體數(shù)值，與運放的穩(wěn)定性、建立時間、ADC采樣時間、需要的采樣精度有關(guān)。

這里要指出的是，在上述過程中，運放的電源也會起很大的作用。在運放對電容充電期間，瞬間需要較大的電流，而開關(guān)電源的負載響應(yīng)時間不夠，將造成比較大的電源紋波，影響運放的輸出。比如采用C1=10Cin=250pF，則當SW從別的通道（假設(shè)為-5V）切到AI0通道（假設(shè)+5V）時，Cin從-5V切換到C1上的電壓+5V，C1迅速給Cin充電，最終電壓為（5V×10-5V）/11＝4.09V，運放輸出要從5V變到4.09V，R1太小容易帶來運放輸出穩(wěn)定性問題，同時也會對運放輸出電流帶來沖擊，影響電源電壓。

特別是在采用電荷泵給運放-VCC提供小的負電源時，電荷泵輸出電壓隨負載增大而降低的特性使得效果更加明顯。比較發(fā)現(xiàn)，運放采用直流線性穩(wěn)壓電源時，12位的ADC采集結(jié)果很穩(wěn)定，結(jié)果變動可達1LSB以下；相比之下，采用電荷泵器件時，如果電荷泵輸出沒有大的濾波，ADC采集結(jié)果晃動可達3LSB。如果增大R1為100Ω時，C1=10Cin，不考慮運放輸出電阻時，需要運放輸出電流的最大值為（5－4.09）V/100Ω＝9.1mA），小于一般運放的最大輸出電流。但R1太大，將明顯降低ADC所能采集到的信號頻率，在ADC對該通道“跟蹤”期間，運放無法完成對C1和Cin充電，使得該次采樣與運放輸入端電壓相差較大，會造成諧波失真。

解決辦法除了前文描述的以外，同時還可以采用以下方法：

1.運放的正負電源對地除并接一個10～22μF大電容以減少電源紋波外，再并接一個0.1～1μF的小陶瓷電容，以通過0.1～1μF高頻去耦電容的作用，避免負載電容的瞬間充電對電源的影響。效果類似于數(shù)字芯片電源和地之間加的去耦電容。

2.增大圖2中ADC前端電阻R1，減小運放的輸出電流，能起到一定的濾波作用。當然R1大的話，將衰減通過運放的信號。

開關(guān)電源對參考源的影響及解決方法

有的ADC芯片要外部提供參考源，這時外部參考源的供電，也需要參照前文所述的處理方法，采取在輸入端加濾波等措施。同時注意，對連續(xù)逼近（SAR）型ADC芯片，如TLC2543芯片，采樣、保持后的內(nèi)部每次電壓轉(zhuǎn)換，都需要將采集電壓和參考源的1/2、1/4、1/8等組合相比較，以確定相應(yīng)n位ADC結(jié)果的第（n-1）位、第（n-2）位等，參考源的分壓是通過電容實現(xiàn)的。這樣，對應(yīng)轉(zhuǎn)換每位均需要將參考源VREF通過開關(guān)接到相應(yīng)分壓電容上，對參考源而言，將看到一個變化的容性負載，從而產(chǎn)生了上文所說的問題。如果ADC芯片內(nèi)部沒有參考源緩沖電路，而外部參考源的容性負載能力又不夠時，需要在外部參考源輸出端，串一個緩沖器，再通過一個RC電路接到ADC芯片的參考源輸入端。其它處理方法，同上文所述，如在外部參考源的電源端，并接一個10～22μF大電容和一個0.1～1μF的小陶瓷電容等。

本文小結(jié)

本文雖然針對SAR型ADC進行分析、處理，但其應(yīng)用原理，對各種ADC都有參考價值。仔細分析各個環(huán)節(jié)的工作原理，采取一定的對策，就能在模擬量采集系統(tǒng)中，使用廉價的開關(guān)電源，而又獲得極佳的采集性能。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文開關(guān)電源測試系統(tǒng)的研究與開發(fā)姓名：賴應(yīng)杰申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：測試計量技術(shù)及儀器指導(dǎo)教師：駱德漢;程紹玉20210527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。對開關(guān)電源進行測試是開關(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。對這些設(shè)備進行一定的技術(shù)改造，使其成為一套自動化的測試控制系統(tǒng)是十分必要的。不帶自動控制系統(tǒng)的開關(guān)電源老化測試架與具備該系統(tǒng)的價格差別相當大，因此如果能夠掌握這類測控系統(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)濟效益。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計高可靠性、強抗干擾能力、使用方便的開關(guān)電源測試系統(tǒng)顯得非常必要。本文設(shè)計開發(fā)的開關(guān)電源測試系統(tǒng)由兩部分組成，分別為上位機監(jiān)控中心和下位機電參數(shù)檢測控制器。上位機監(jiān)控中心通過ＲＳ－４８５總線與下位機通訊，實時顯示開關(guān)電源的輸出信息及下位機控制器當前的工作狀態(tài)，并可設(shè)置開關(guān)電源測試的負載量參數(shù)，從而達到智能監(jiān)控的目的。下位機電參數(shù)檢測控制器與上位機一樣采用單片機作為處理器，利用可編程增益放大器的特點實時采集被測開關(guān)電源的電壓、電流，與預(yù)設(shè)的安全參數(shù)進行比對，對電源進行實時監(jiān)控，并且要根據(jù)不同的設(shè)定值來控制繼電器觸點輸出，從而控制電源的負載量。系統(tǒng)軟件由上位機監(jiān)控中心軟件和下位機檢測控制器軟件組成，用Ｃ語言進行編寫。上位機通過ＲＳ－４８５轉(zhuǎn)換器與ＲＳ－４８５通信協(xié)議實現(xiàn)上位機連續(xù)可靠地與下位機之間的通信，并且由觸摸屏及其配套程序為使用者提供了方便的人機界面。下位機用軟件自動調(diào)節(jié)放大器的增益，實現(xiàn)對開關(guān)電源輸出的精確測量。在測試系統(tǒng)的設(shè)計中，最關(guān)鍵的是ＲＳ一４８５總線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)。通信數(shù)據(jù)的準確可靠是整個系統(tǒng)運作的基礎(chǔ)，采用專用接口轉(zhuǎn)換芯片ＭＡＸｌ４８２為網(wǎng)絡(luò)的硬件與軟件設(shè)計帶來了方便。另外檢測電源的電壓、電流精度也是十分重要的，關(guān)系到測試系統(tǒng)的開發(fā)是否具有實用性。調(diào)試實驗結(jié)果表明本文研制的開關(guān)電源測試系統(tǒng)硬件方案可行、軟件運行可靠。檢測控制器性能良好、精度高、抗干擾能力好、使用方便，達到了預(yù)期廣東工業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文＿Ｉｉ＿Ｉ＿●ｌ＿＿－目的。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源：測試系統(tǒng)；ＲＳ－４８５ⅡＡｂｓｒｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＳｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓｕｓｅｄｏｎａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｔｉｓｕｓｅｄｔｏｓｕｐｐｌｙａｓｔｅａｄｙａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｐｏｗｅｒｆｏｒｗｏｒｋｉｎｇ．Ａｓａｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｉｔｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ：ｓｍａｌｌ－ｚｉｓｅ，ｌｉｇｈｔ，ｃｈｅａｐ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｅｔｃ．Ａｌｏｔｏｆｔｅｓｔｓｍｕｓｔｂｅｆｉｎｉｓｈｅｄｏｎｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｂｅｆｏｒｅｕｓｉｎｇ．Ｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｗｏｒｋｅｄｗｉｔｈｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ，ｉｓｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｎｏｔｆｉｔｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｌａｒｇｅｓｃａｌｅ．Ｕｐｇｒａｄｉｎｇｔｈｅｄｅｖｉｃｅｔｏａｎａｕｔｏｍａｔｉｃｏｎｅｉｓａｔｒｅｎｄ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｗｉｄｅｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｉｃｅｓｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒ．Ｔｈｕｓｉｔｂｒｉｎｇｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｄｏｔｈｅｕｐｇｒａｄｅａｔａｌｏｗｃｏｓｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｏｄｅｍｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔ’Ｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｈｉｇｈｌｙｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｏｎｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｏｎｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｃｌｕｄｅｓｔｗｏｐａｒｔｓ：ｔｈｅｕｐｐｅｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＴｈｅｕｐｐｅｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｔｈｒｏｕｇｈＲＳ－４８５ｂｕｓ，ａｎｄｔｈｕｓｔｏｇｅｔｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ，ｓｅｔｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｌｏａｄｆｏｒｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｄｉｓｐｌａｙａｌｌｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｏｆｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｉｅｓ．Ｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，船ｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈｅｕｐｐｅｒ，ａｄｏｐｔｓｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐａＳｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｉｔｍｅａｓｕｒｅｓｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｉｔｈｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｉｎａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓａｆｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｉｔｉｓｓｅｔｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｒｅｌａｙｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｅｔｔｈｅｌｏａｄｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｉｎＣ，ｉｎｃｌｕｄｅｓｔｗｏｐａｒｔｓ：ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｍｏｎｉｔｏｒｃｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＷｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＲＳ－４８５ｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄＲＳ－４８５ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅｕｐｐｅｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒｕｓｅｒｓｗｉｔｈｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ．ＴｈｅｌｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐｒｏｇｒａｍｓｔｈｅｇａｉｎｏｆａｍｐｌｉｆｉｅｒｔｏｆｉｔｔｈｅｉｎｐｕｔＳＯｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｗｏｕｌｄｂｅｍｅａｓｕｒｅｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．ＴｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｉｓｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｏｆＲＳ－４８５ｂｕｓ．Ｉｔｉｓａｍｕｓｔｔｏｍａｋｅｓｕｒｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｏｒｋｉｎｇｒｅｌｉａｂｌｙ．ＴｈｅＭＡＸＩ４８２ｉｓｓｐｅｃｉａｌｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄＩＩＩ廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文ｆｏｒＲＳ一４８５ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅａＳｉｔｒｅｌａｔｅｓｔＯｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｕｐｇｒａｄｅｏｆｓｙｓｔｅｍｍａｋｅｓｓｅｎｓｅｏｒｎｏｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｏｎｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｓｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｉｔｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐｏｓｓｅｓｓｅｓｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄＣａｎｂｅｏｐｅｒａｔｅｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｐａｐｅｒｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｔｅｄａｉｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；Ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ；ＲＳ一４８５ＩＶ廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明秉承學(xué)校嚴謹?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人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進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本研究所做的任何貢獻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。申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任，特此聲明。論文作者簽字：指導(dǎo)教師簽棲態(tài)蒞，２一。７年鄉(xiāng)月２７日第一章緒論１．１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)點受到認可。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、ＶＣＤ、計算機等。它的作用是用來產(chǎn)生一個或者多個穩(wěn)定的電壓源或者電流源，為設(shè)備提供一個穩(wěn)定可靠的工作保障。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對各種電子設(shè)備的需求量也就隨之快速增長，然而如果與之相匹配的開關(guān)電源的生產(chǎn)達不到或者跟不上的話，必將對工業(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)合項目。該項目由佛山市順德區(qū)瑞德電子實業(yè)以及廣東工業(yè)大學(xué)合作共同完成。本論文所研究的開關(guān)電源測試系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)化有些密切的關(guān)系。開關(guān)電源的負載老化測試是開關(guān)電源出廠的一道必要的流程ｎ３。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。對這些設(shè)備進行一定的技術(shù)改造，使其成為一套自動化的測試控制系統(tǒng)是十分必要的。不帶自動控制系統(tǒng)的開關(guān)電源老化架與具備該系統(tǒng)的價格差別相當大，因此如果能夠掌握這類測控系統(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)濟效益。１．２研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢開關(guān)電源的測試技術(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)量最大和自動化生產(chǎn)技術(shù)水平最高的國家，采用表面安裝元器件（ＳＭＣ／Ｓ佃）和厚膜技術(shù)將大多數(shù)電子電路元件組成混合集成電路，生產(chǎn)加工實現(xiàn)了自動化，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。上世紀八十年代初我國開始開關(guān)電源的研究工作，與國外相比，在設(shè)計技術(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。目前國內(nèi)的開關(guān)電源老化測試設(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５到７層，每層可擺放約１０個開關(guān)電源，靠調(diào)節(jié)負載量以達到老化要求?？梢詣澐譃槭謩优c自動的兩類。參照廠商的出售價格，手動的老化車一臺約１００００人民幣，相比之下，具有自動測試與控制功能的老化車一臺約４５０００人民幣。價格差別達到４倍多之大，而且購買自動老化車又會發(fā)現(xiàn)對于一些客戶來說很多功能是沒必要的，所以對開關(guān)電源老化測試系統(tǒng)進行研究與開發(fā)，是十分具有現(xiàn)實意義并且能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益的。從項目開發(fā)的來源上看，瑞德電子公司開關(guān)電源研發(fā)組對這項產(chǎn)品有迫切的需要，說明這類產(chǎn)品的智能化升級是產(chǎn)品發(fā)展的一個趨勢。１．３課題的主要研究工作本課題所研究的對象是開關(guān)電源老化測試系統(tǒng)，主要工作包括：研究老化測試系統(tǒng)的工作原理，制定測試系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，根據(jù)系統(tǒng)方案進行硬件電路設(shè)計，畫出硬件原理圖、印刷電路板圖紙，編制適合老化測試系統(tǒng)的控制程序，進行控制測試程序的調(diào)試，總結(jié)出設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗并進行改進。最終的目標是開發(fā)出一套實用的開關(guān)電源老化測試系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產(chǎn)的電源產(chǎn)品的老化測試需求，從而帶動該行業(yè)的生產(chǎn)效率。１．４論文內(nèi)容安排１．第一章，緒論。主要介紹課題的背景與意義，同時也簡單介紹了開關(guān)電源測試系統(tǒng)的發(fā)展狀況；２．第二章，開關(guān)電源測試系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，進行了選擇論證；３．第三章，測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試，詳細介紹了由ＲＳ一４８５網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的開關(guān)電源測試系統(tǒng)的各個硬件單元模塊的設(shè)計，進行簡單的調(diào)試；４．第四章，測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計與調(diào)試，詳細介紹了各個軟件單元模塊的設(shè)計，給出了各個模塊的流程圖，同時介紹了上下位機的程序編寫與調(diào)試；５．第五章，工作總結(jié)與展望。２第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計２．１功能需求分析本設(shè)計從使用簡單、調(diào)整方便、功能完備出發(fā)，通過單片機控制，具有液晶顯示，蜂鳴器報警，按鍵輸入，能實現(xiàn)掉電保護，故障狀態(tài)顯示。開關(guān)電源老化架內(nèi)用４８５網(wǎng)絡(luò)連接。具體功能如下：１．單片機通過６路輸出控制開關(guān)電源的負載切換；２．開關(guān)電源老化架上的各個單片機之間用ＲＳ４８５接口聯(lián)網(wǎng)通訊，可通過上位機對參數(shù)進行統(tǒng)一的設(shè)置管理；３．對被老化的開關(guān)電源進行電參數(shù)監(jiān)測，防止過流過壓故障：４．工作狀態(tài)下有ＬＥＤ燈實時反映工作及故障狀態(tài)；５．上位機可監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)的各個節(jié)點的工作及故障狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障立即通過蜂鳴器報警，并在液晶顯示故障位置及故障類型；６．下位機可單獨設(shè)定參數(shù)，并擁有掉電保護功能。２．２系統(tǒng)工作原理開關(guān)電源的技術(shù)指標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）、電網(wǎng)調(diào)整率、負載調(diào)整率、輸出穩(wěn)定度、效率（滿載時）、輸出電壓微調(diào)范圍以及輸出紋波。表２—１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２－１開關(guān)電源的技術(shù)標準Ｔａｂ．２—１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＳｗｉｔｃｈＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ交流輸入電壓９０～２６０ＶＡＣ直流輸入電壓２００—～４００ＶＤＣ輸出直流電壓５Ｖ，１２Ｖ，２４Ｖ，３３Ｖ輸出直流電流（滿載時）ｌＡ（５Ｖ），５Ａ（１２Ｖ），８Ａ（２４Ｖ），１Ａ（３３Ｖ）電網(wǎng)調(diào)整率±０．３％ＦＳ負載調(diào)整率０．５％輸出穩(wěn)定度０．５％效率（滿載時）８９％輸出電壓微調(diào)范圍±１０％輸出紋波＜ｌＯＯｍＶｐ－－ｐ開關(guān)電源測試中還有重要的一項就是帶負載老化測試，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)計參數(shù)要求的情況，設(shè)置不同的負載使得被測的開關(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)定的時間，期間檢測被測電源的輸出情況，這個過程稱為開關(guān)電源的老化測試。如果在老化期間測出與技術(shù)指標不符合，例如超出了表２－１中的參數(shù)，就需要重新檢查產(chǎn)品的問題。本系統(tǒng)的設(shè)計方案根據(jù)上述要求，采用單片機控制負載大小的形式來實施對開關(guān)電源樣品的老化，監(jiān)測被測樣品的電流電壓情況，及時反饋故障、實施保護以及報警，并且通過聯(lián)網(wǎng)對大規(guī)模老化實驗進行管理。２．３硬件方案２．３．１系統(tǒng)組網(wǎng)方案１．ＲＳ２３２連接。ＲＳ２３２傳輸距離短，一般用于２０米以內(nèi)的通信。屬于單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題；２．ＲＳ４８５連接。ＲＳ４８５采用差分信號負邏輯，＋２Ｖ～＋６Ｖ表示“０”，一６Ｖ～一２Ｖ表示“１”。ＲＳ４８５有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，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３２個結(jié)點。在ＲＳ４８５通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。比較之后，采用ＲＳ４８５的組網(wǎng)方案，可實現(xiàn)一帶多的結(jié)構(gòu)，而且可擺脫傳輸４第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計距離短的局限。２．３．２電壓監(jiān)測方案１．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)時間和寬頻帶，抗干擾能力強，有電流過載能力。主要用于測量直流、交流和脈沖電壓，適合用在開關(guān)電源上；２．電壓測量電路。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，該電路進一步包括用于產(chǎn)生由放大線路提供的信號之間代數(shù)差的絕對值的電路，還有比較器電路，該電路提供一個輸出信號控制邏輯電路，以便當所說的絕對值超過一定閥值時是邏輯電路改變狀態(tài)；３．應(yīng)用可編程增益放大器。此方案可以簡化方案２的設(shè)計。由于電壓測量電路與電流測量電路具有相似性，可公用一個可編程增益放大器。比較之后，采用可編程增益放大器方案。因為方案３的設(shè)計中可與電流監(jiān)測共用元器件。２．３．３電流監(jiān)測方案１．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；２．閉環(huán)器件的電流互感器。應(yīng)用霍爾效應(yīng)的閉環(huán)（補償）電流傳感器，具有出色的精度和良好的線性度，低溫漂，最佳的反應(yīng)時間，寬頻帶，無插入損耗，抗干擾能力強，有電流過載能力。應(yīng)用于測量直流、交流、脈沖和混合型電流，用在不間斷電源、開關(guān)電源等；３．應(yīng)用可編程增益放大器。由于電流測量電路與電壓測量電路具有相似性，可公用一個可編程增益放大器。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文比較之后，選用方案３，因為可以與電壓監(jiān)測共用元器件。２．３．４控制芯片方案１．傳統(tǒng)５１系列８位單片機。５１系列單片機成本低，設(shè)計應(yīng)用上容易上手，適用于一般控制器的主控芯片。這類單片機有ＡＶＲ單片機、凌陽單片機、ＳＴＣ單片機等：２．ＡＲＭ系列單片機。這類３２位數(shù)據(jù)處理，流水線式運算操作，速度快，適合做大量復(fù)雜的數(shù)字以及邏輯運算。主要應(yīng)用于通訊、數(shù)據(jù)處理、消費性電子產(chǎn)品等中高端領(lǐng)域。成本相對較高。比較之后，選用方案１，因為根據(jù)對系統(tǒng)的功能分析發(fā)現(xiàn)，采用５１系列單片機完全滿足系統(tǒng)性能要求，而且現(xiàn)實習(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ＳＴＣ單片機作為該系統(tǒng)的主控芯片，在保密性、抗干擾、性價比方面具有一定的優(yōu)勢。２．３．５顯示選型１．觸摸屏顯示模塊ＤＶ３２０２４０ＧＢ８８０６。它與方案２比較，最大的好處在于方便用戶操作，也為日后的擴展做好了準備。這款帶觸摸的液晶顯示模塊自帶中文字庫；２．不帶觸摸的液晶顯示模塊。它是單純的圖形點陣顯示，沒有觸摸屏輸入；３．數(shù)碼管顯示。它與液晶顯示相比，顯示的信息簡單，價格便宜；４．ＬＥＤ燈。ＬＥＤ燈顯示簡單的開關(guān)量信息，亮度高。比較之后，上位機選用方案１與方案４，下位機選用方案３與方案４。上位機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展，重要的狀態(tài)報警信息用ＬＥＤ同時顯示。下位機顯示的主要是檢測的電流電壓值以及狀態(tài)信息，選用數(shù)碼管與ＬＥＤ的組合較為合適。２．４軟件方案實現(xiàn)具體內(nèi)容下位機的數(shù)碼管輪流顯示檢測的電流以及電壓的數(shù)值。５個ＬＥＤ燈分別代表６第二章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計“電流”、“電壓”、“過流”、?！^壓’’、“掉線”。５個按鍵分別為?！黾印?、“減少”、“設(shè)置”、“確認”、“取消”。上位機啟動后先通過４８５通信讀取下位機的狀態(tài)信息，定時刷新顯示所有下位機的信息。矩陣式按鍵功能如表２－２所示：表２－２矩陣式鍵盤的按鍵功能Ｔａｂ．２－２ＳｅｔｔｉｎｇｏｆｔｈｅＫｅｙｂｏａｒｄ７８／ｆ９／ＰｇＵｐＤｅｌ≮｝一５６／一組合鍵（斜杠后的）ｌ２／ｌ３／ＰｇＤｎＥｓｃＯ小數(shù)點ＳｅｔＥｎｔｅｒ在輸入設(shè)置時也可以通過觸摸屏來實現(xiàn)快速光標定位。６個ＬＥＤ燈分別表示“系統(tǒng)正?！薄ⅰ坝羞^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，負載設(shè)置參數(shù)都將通過單片機的ＥＥＰＲＯＭ存儲。上位機與下位機之間的４８５全雙工通信要做到可靠。預(yù)留有上位機擴展無線通信的功能。如果有任何一個下位機出現(xiàn)故障，上位機的蜂鳴器講進行報警，并于屏幕上顯示故障下位機的位置、故障類型。２．５本章小結(jié)本章首先分析了開關(guān)電源測試系統(tǒng)總體需求，描述了系統(tǒng)的工作原理。緊接著進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現(xiàn)的具體功能，為系統(tǒng)開發(fā)工作指明了方向。７廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試在總體方案設(shè)計中，電源測試系統(tǒng)的兩個部分為：上位機監(jiān)控中心和下位機電參數(shù)檢測控制器。其中監(jiān)控中心是控制系統(tǒng)的核心，由單片機控制芯片、人機接口設(shè)備和外圍設(shè)備及軟件設(shè)備組成。它所執(zhí)行的是整個系統(tǒng)的統(tǒng)籌工作，包括設(shè)定測試負載量的大小、顯示報告各個被測開關(guān)電源的運行狀態(tài)、根據(jù)故障狀態(tài)判斷處理手段等。由于它要通過ＲＳ－４８５網(wǎng)絡(luò)進行頻繁的數(shù)據(jù)交換，并且驅(qū)動觸摸屏，對控制芯片的性能要求會比較高。３．１上位機硬件設(shè)計在ＭＣＵ的選擇上，除了穩(wěn)定可靠、通用化以外，同時也要考慮到系統(tǒng)的成本?，F(xiàn)在市面上的單片機種類很多，其價格也有相當大的區(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比高的ＳＴＣｌｌＦ５６Ｅ單片機，在外圍的元器件選擇上也充分考慮了這一點，選擇的都是性價比較高的產(chǎn)品。對單片機進行系統(tǒng)擴展時必須考慮單片機總線的驅(qū)動能力。上位機部分的硬件結(jié)構(gòu)如圖３—１所示。圖３－１上位機結(jié)構(gòu)示意圖‘２３‘３１‘４１Ｆｉｇ．３—１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＦｉｇｕｒｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試上位機主要承擔(dān)系統(tǒng)與人的交互以及整個系統(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３－１中的觸摸屏、鍵盤、ＬＥＤ燈與蜂鳴器屬于人機界面部分，而４８５通信接口是與下位機聯(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)的各個功能模塊對整個測試系統(tǒng)設(shè)計過程進行剖析。首先我們先來分析上位機ＭＣＵ選擇ＳＴＣｌｌＦ５６Ｅ單片機的必要性。３．１．１上位機ＭＧＵ簡介ＳＴＣｌｌＦ５６Ｅ單片機是宏晶科技推出的一款抗干擾能力強、保密性好、高速高可靠以及低功耗的單片機。它的主要特點如下拍３：１．完全兼容普通８０５１指令集，有硬件乘法、除法指令；２．速度快，實現(xiàn)１個時鐘／機器周期，速度比普通８０５１快８～１２倍；３．３６個通用１０口，比普通８０５１多４個；４．５６Ｋ字節(jié)的Ｆｌａｓｈ程序存儲器，１２８０字節(jié)的ＳＲＡＭ，５ＫＥＥＰＲＯＭ；５．具有硬件看門狗；６．內(nèi)部集成ＭＡＸ８１０專用復(fù)位電路；７．內(nèi)置一個對內(nèi)部Ｖｃｃ進行掉電檢測的掉電檢測電路，可設(shè)置為中斷或復(fù)位；８．有１個獨立波特率發(fā)生器，而不必占用Ｔ２定時器；９．掉電模式可由內(nèi)部掉電喚醒專用定時器喚醒。根據(jù)以上的特點描述，我們可以看出，它的性能完全滿足作為系統(tǒng)上位機的需要。根據(jù)第二章所講的功能分析以及上位機的原理框圖圖３－１，ＳＴＣｌ１Ｆ５６Ｅ的Ｉ／Ｏ分配如表３－１。９廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)何論文表３－１上位機ＭＣＵ的Ｉ／ｏ分配情況Ｔａｂ．３—１Ｉ／ＯＰｏｒｔｓＡｌｌｏｃａｔｉｏｎＴａｂｌｅｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒＭＣＵＩ／Ｏ引腳名稱連接外部的功能ＰＯ．Ｏ～Ｐ０．７作為數(shù)據(jù)總線使用。連接的包括：觸摸屏模塊的８位數(shù)據(jù)線，２片鎖存器的輸入端，ｌ片緩沖驅(qū)動器的輸出端Ｐ１．ＯＭＡＸｌ４８２的ＤＥ引腳ＰＩ．１ＭＡＸｌ４８２的ＲＥ引腳Ｐ１．２蜂嗚器的驅(qū)動信號ＢＵＺＯＵＴＰ１．３～Ｐ１．７，Ｐ４．４～Ｐ４．６引出接口，未來擴展功能用（例如無線通信）Ｐ２．Ｏ鎖存器１的鎖存使能信號ＬＥｌＰ２．１鎖存器２的鎖存使能信號ＬＥ２Ｐ２．２緩沖驅(qū)動器的使能信號Ｙ１Ｐ２．３觸摸屏模塊的片選信號ＣＳＰ２．４觸摸屏模塊的指令／數(shù)據(jù)選擇信號ＲＳＰ３．ＯＭＡＸｌ４８２的ＲＯ引腳Ｐ３．１ＭＡｘｌ４８２的ＤＩ引腳Ｐ３．２ＭＡＸ８１３Ｌ的ＰＦＯ引腳Ｐ３．３觸摸屏模塊的忙碌信號ＢＵＳＹＰ３．４觸摸屏模塊的中斷信號ＩＮＴＰ３．５觸摸屏模塊的復(fù)位信號ＲＳＴＰ３．６觸摸屏模塊的寫信號ｗＲＰ３．７觸摸屏模塊的讀信號ＲＤＰ４．７ＭＡＸ８１３Ｌ的ＲＥＳＥＴ弓ｌ腳３．１．２ＲＳ－４８５通信模塊工作原理與應(yīng)用ＲＳ４８５通信作為系統(tǒng)的其中一個設(shè)計重點，它的性能好壞決定了這個電源老化測試系統(tǒng)的成敗，因此在這里會做較為詳細的介紹說明。串行通信是單片機與外界進行數(shù)據(jù)交換的一種常用的方式，它能夠有效地解決單個單片機性能不夠的局限性。因為隨著科技的發(fā)展，對產(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，在很多場合下，需要多個單片機相互協(xié)作，共同完成整個系統(tǒng)的管理工作。在這類系統(tǒng)當中，可以使用ＲＳ２３２接口連接多個單片機或者ＰＣ與單片機，但是由于ＲＳ２３２接口標準的推出時間比較早，其傳輸速度慢、傳送距離短的缺點在很多時候無法滿足工業(yè)應(yīng)用中多機系統(tǒng)的通信要求，所以實際應(yīng)用中往往使用ＲＳ８５接口標準№１。在第二章的老化系統(tǒng)組網(wǎng)方案中，我們把ＲＳ２３２與ＲＳ４８５作為候選參考進行第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試了篩選，接下來可以對照這兩種協(xié)議以及接口進行詳細的討論，分析出選擇ＲＳ４８５作為聯(lián)網(wǎng)方式的原因。３．１．２．１ＲＳ２３２接口的缺點使用ＲＳ２３２標準時，通信兩端使用的驅(qū)動器和接受器分別負責(zé)ＴＴＬ電平到ＲＳ２３２電平和ＲＳ２３２電平到ＴＴＬ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Ｖｓ可能相差會比較大，這在通信距離較遠時將尤為明顯，同時信號電平也容易受到干擾。ＲＳ２３２規(guī)定最大負載電容為２５００ｐＦ，這個電容也限制了傳送距離以及傳送速率，而且ＲＳ２３２電路本身也不具有抗共模干擾的特性，ＲＳ２３２的通信距離和通信速率均受到了限制。綜上所述，ＲＳ２３２接口的缺點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：１．數(shù)據(jù)通信速率低。ＲＳ２３２規(guī)定的最高傳輸速率２０ｋｂｉｔ／ｓ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?；２．通信距離短。使用ＲＳ２３２接口的通信線路在１５米左右可以達到正常的通信要求，但無法滿足更長的通信距離，即使使用極好的線路器件和良好的信號條件，也無法使電纜長度超過６０米；３．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，各信號間也容易受到串擾干擾。在這種情形下，１９７７年ＥＩＡ制定的ＲＳ一４４９除了保留與ＲＳ一２３２Ｃ兼容的特點外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離及改進電氣特性等方面作了很大努力，并增加了１０個控制信號盯１。與ＲＳ－４４９同時推出的還有ＲＳ－４２２和ＲＳ－４２３，它們是ＲＳ－４４９的標準子集。另外，還有ＲＳ－４８５。它是ＲＳ－４２２的變形。ＲＳ－４２２、ＲＳ一４２３是全雙工的，而ＲＳ－４８５是半雙工的。因ＲＳ－４８５為半雙工的，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸。用于多站互連時可節(jié)省信號線，便于高速、遠距離傳送。在這里有必要注意的是，既然ＲＳ－４８５是ＲＳ－４２２的變形，“全雙工ＲＳ－４８５網(wǎng)絡(luò)”實際上指的就是ＲＳ－４２２網(wǎng)絡(luò)，它需要４根線進行多機通信。在很多表述上，ＲＳ－４２２都歸類為ＲＳ－４８５，作為ＲＳ－４８５的增強形式。廣東工ｑｋ大學(xué)碩士學(xué)位論文３．１．２．２ＲＳ－４８５總線概況ＲＳ－４８５使用一對雙絞線，將其中一根線定義為Ａ，另一根線定義為Ｂ。在通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器Ａ、Ｂ２＿間的正電平在＋２～＋６Ｖ，是一個邏輯狀態(tài)，負電平在一６～一２Ｖ，是另一個邏輯狀態(tài)。另外有一個信號地Ｃ，在ＲＳ－４８５中還有一“使能”端，用于控制發(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“ｌ”與“０”的第三態(tài)。ＲＳ－４８５最大傳輸距離約為１２００米，最大傳輸速率為ｌＯＭｂｐｓ。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在ｌＯＯｋｂ／ｓ速率以下，才可以使用規(guī)定中最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能夠獲得最高的傳輸速率。一般１００米長的雙絞線的最大傳輸速率僅為ＩＭｂｐｓ。ＲＳ－４８５具有很強的抗共模干擾的能力，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負載設(shè)備嘲‘９１。相比起ＲＳ一２３２Ｃ，ＲＳ一４８５具有以下優(yōu)點：１．邏輯“１”由＋２～＋６Ｖ表示；邏輯“０”由－－６一－－－２Ｖ表示。接口信號電平比ＲＳ－２３２Ｃ降低了，就不易損壞接口電路芯片，并且該電平與ＴＴＬ電平兼容，可方便與ＴＴＬ電路連接；２．ＲＳ－４８５的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為ｌＯＭｂｐｓ，ＲＳ一４８５接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好；３．ＲＳ－４８５接口的可以實現(xiàn)遠距離輸送，另）｝＇ＲＳ－２３２Ｃ接口在總線上只允許連接１個收發(fā)器，即單站能力。而ＲＳ一４８５接口在總線上是允許連接２５６個收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的ＲＳ－４８５接口方便地建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因為ＲＳ－４８５接口具有良好的抗噪聲干擾性、長的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。另外，因為ＲＳ－４８５接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需兩根連線，所以ＲＳ－４８５接口均采用屏蔽雙絞線來傳輸，接口連接器采用ＤＢ一９的９芯插頭座，與智能終端ＲＳ－４８５接口采用ＤＢ－９孑Ｌ，與鍵盤連接的鍵盤接口ＲＳ一４８５采用ＤＢ一９針ｎｏ兒¨ｍ㈨１。作為對比，如表３－２所示為ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ一４２２Ａ、ＲＳ－４８５的性能比較ｎ制。第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試表３－２ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４２２Ａ、ＲＳ一４８５的性能比較Ｔａｂ．３－２ＣｏｍｐａｒｉｓｉｏｎｏｆＲＳ一２３２Ｃ、ＲＳ一４２２Ａ、ＲＳ一４８５接口ＲＳ一２３２ＣＲＳ－４２２ＡＲＳ－４８５操作方式單端差動方式差動方式最大距離／ｍ１５（２４ｋｂ／ｓ）１２００（１００ｋｂ／ｓ）１２００（１００ｋｂ／ｓ）最大速率２００ｋｂ／ｓｌＯＭｂ／ｓ１０Ｍｂ／ｓ最大驅(qū)動器數(shù)目１１３２最大接收器數(shù)目１ｌＯ３２接收靈敏度±３Ｖ±２００ｍＹ±２００ｍＹ驅(qū)動器輸出阻抗３００Ｑ６０ｋＱ１２０ｋＱ接收器負載阻抗３～７ｋＱ＞４ｋＱ＞１２ｋＱ負載阻抗３～７ｋＱ１００Ｑ６０Ｑ對公用點電壓范圍／Ｖ±２５一Ｏ．２５～＋６—７～＋１２３．１．２．３ＲＳ一４８５總線驅(qū)動ＲＳ－４８５接口可以連接成半雙工和全雙工兩種通信方式，這兩種方式都有對應(yīng)的驅(qū)動芯片。半雙工通信芯片有ＳＮ７５１７６、ＳＮ７５１２７６、ＳＮ７５ＬＢＣｌ８４、ＭＡＸ４８５、ＭＡＸｌ４７８、ＭＡＸ３０８２、ＭＡＸｌ４８３等。全雙工通信芯片有ＳＮ７５１７９、ＳＮ７５１８０、ＭＡＸ４８８～４９１、ＭＡＸｌ４８２等。通過通信芯片的性能比較發(fā)現(xiàn)，支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為２５６的全雙工通信芯片ｌＩＩＡＸｌ４８２比較符合開關(guān)電源老化測試系統(tǒng)的應(yīng)用需求。以下就對這款驅(qū)動芯片做一些簡單的說明。在表３－２中，ＲＳ－４８５網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)是３２，然而如果使用ＭＡＸｌ４８２作為站的收發(fā)器，由于它的輸入阻抗是標準接收器的８倍，所以網(wǎng)絡(luò)上可以掛２５６個站ｎ５１。ＭＡＸｌ４８２是專門為ＲＳ一４８５通信應(yīng)用所設(shè)計的低功耗收發(fā)器。它能夠很大程度上消除總線上的反射信號以及電磁干擾。通信速率最大能夠達至ｆ１２５０ｋｂｐｓ。它由５伏電源供電，在工作狀態(tài)下從電源拉動２０ｕＡ的電流，而在它獨特的“低電流關(guān)機模式”中僅僅消耗Ｏ．１ｐＡ的電流。對比其他芯片，它的主要特點如下：１．使用＋５Ｖ單電源工作；２．工作電流僅僅需要２０ｕＡ；３．限斜率有助于消除電磁干擾與削弱反射；４．低電流關(guān)機模式下電流只需要０．１２０ｕＡ；５．共模輸入電壓范圍為一７～＋１２Ｖ；６．能夠允許的總線上的收發(fā)器總數(shù)可以達至Ｕ２５６個；７．具有過載保護功能?；谏鲜鎏攸c，ＭＡＸｌ４８２主要應(yīng)用的場合有：１．低功耗的ＲＳ一４８５／ＲＳ一４２２網(wǎng)絡(luò)；２．對電磁干擾非常敏感的場合；３．工控局域網(wǎng)絡(luò)；４．大型的２５６個節(jié)點的局域網(wǎng)?！保粒兀欤矗福驳囊_功能描述見表３—３。表３－３ＭＡＸｌ４８２的引腳功能描述Ｔａｂ．３－３ＭＡＸｌ４８２ＰｉｎＦｕｎｃｔｉｏｎＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ引腳號名稱功能２Ｒ０接收器輸出。在ＲＥ為０的前提下，如果Ａ比Ｂ高２００ｍＶ或者Ａ與Ｂ沒有接上，則ＲＯ輸出高電平；如果Ａ比Ｂ低２００ｍＶ，則ＲＯ輸出低電平。３ＲＥ接收器輸出時能。引腳為０，允許接收器輸出：引腳為ｌ，禁止接收器輸出。假如ＲＥ為１同時ＤＥ為０，則芯片進入低電流關(guān)機模式。４ＤＥ驅(qū)動器輸出時能。引腳為ｌ，允許驅(qū)動器工作；引腳為０，禁止驅(qū)動器工作。假如ＲＥ為１同時ＤＥ為０，則芯片進入低電流關(guān)機模式。如果允許驅(qū)動器工作，該設(shè)備的功能相當于線驅(qū)動器。５ＤＩ驅(qū)動器輸入。在ＤＥ為ｌ的前提下，ＤＩ為０，則Ｙ輸出低電平且Ｚ輸出高電平：ＤＩ為ｌ，則Ｙ輸出高電平且Ｚ輸出低電平。６，７ＧＮＤ接地端９Ｙ驅(qū)動器同相輸出端１０Ｚ驅(qū)動器反相輸出端１２Ａ接收器同相輸入端１１Ｂ接收器反相輸入端１４Ｖｃｃ電源端。電壓范圍可以是４．７５Ｖ’５．２５Ｖ。ｌ，８，１３Ｎ．Ｃ．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３—４、表３—５所示。表３－４ＭＡｘｌ４８２發(fā)送功能表Ｔａｂ．３—４ＭＡＸｌ４８２ＤｅｌｉｖｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ輸入輸出ＲＥＤＥＤＩＺＹＸｌ１Ｏ１Ｘ１０ｌ０Ｏ０Ｘ高阻高阻１ＯＸ高阻高阻１４第■章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試表３－５ＭＡ）（１４８２接收功能表Ｔａｂ．３－５ＭＡＸｌ４８２ＲｅｃｅｉｖｅｒＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ輸入輸出ＲＥＤＥＡ－ＢＲＯＯ０＞＋０．２Ｖ１０Ｏ＜一０．２Ｖ０Ｏ０輸入開路１１ＯＸ高阻如圖３－２所示，當由ＭＡＸｌ４８２芯片作為ＲＳ－４８５網(wǎng)絡(luò)上的收發(fā)驅(qū)動器的時候，只是需要４根連線即可，這使得組網(wǎng)變得尤為方便。但在這當中值得注意的是，圖中只有分居左右兩側(cè)的兩塊ＭＡＸｌ４８２的差分信號線之間（也就是驅(qū)動器的同相輸入端Ｙ與反相輸入端Ｚ之間，還有接收器的同相輸入端Ａ與反相輸入端Ｂ之間）是需要串接上一個１２０Ｑ的電阻。這兩片芯片其中一片（圖中左邊的）是作為整個網(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３－２ｌｉＡＸｌ４８２芯片構(gòu)成的全雙工ＲＳ一４８５通信網(wǎng)絡(luò)Ｆｉｇ．３－２ＭＡＸｌ４８２Ｆｕｌ１一ＤｕｐｌｅｘＲＳ一４８５Ｎｅｔｗｏｒｋ３．１．２．４ＲＳ－４８５網(wǎng)絡(luò)的接口與連線ＲＳ－４８５使用三種標準接口連接器，一種為３７引腳的Ｄ型口，一種為９引腳的Ｄ型口舊１，還有一種為８引腳的Ｄ型口，這三種連接器對應(yīng)的管腳說明分別如表３－６、表３—７、表３－８所示。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)ｆ訌論文表３－６３７引腳連接器信號說明Ｔａｂ．３－６３７一ＰｉｎＣｏｎｎｅｃｔｏｒＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ引腳號符號縮寫說明ｌＳｈｉｅｌｄ屏蔽地２ＳＲＩ信號速率指示器３ｎ／ａ空腳４ＳＤ＋發(fā)送數(shù)據(jù)＋５ＳＴ＋發(fā)送時鐘＋６ＲＤ＋接收數(shù)據(jù)＋７ＲＴＳ＋請求發(fā)送＋８ＲＴ＋接收時鐘＋９ＣＴＳ＋允許發(fā)送＋１０ＬＬ本地回送１１ＤＭ＋數(shù)據(jù)模式＋１２ＴＲ＋數(shù)據(jù)終端準備好＋１３ＲＲ＋接收設(shè)備準備好＋１４ＲＬ遠端回送１５ＩＣ來話呼叫１６ＳＦ／ＳＲ信號速率選擇／頻率選擇１７ＴＴ＋終端同步＋１８ＴＭ測試模式１９ＧＮＤ信號地２０ＲＣ接收公共端２ｌｎ／ａ空腳２２ＳＤ－——發(fā)送數(shù)據(jù)一２３ＳＴ一發(fā)送時鐘一２４ＲＲ一接收準備好一２５ＲＴＳ?——請求發(fā)送一２６ＲＴ一接收同步一２７ＣＴＳ—－—允許發(fā)送一２８ＩＳ終端正在服務(wù)２９ＤＭ一數(shù)據(jù)模式一３０ＴＲ一數(shù)據(jù)終端準備好一３１ＲＲ一接收設(shè)備準備好一３２ＳＳ備用選擇３３ＳＯ信號質(zhì)量３４ＮＳ新信號３５ＴＴ一終端同步一３６ＳＢ備用指示器３７ＳＣ發(fā)送公共端１６表３－７９腳連接器信號說明Ｔａｂ．３－７９－ＰｉｎＣｏｎｎｅｃｔｏｒＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ引腳號符號縮寫說明１Ｓｈｉｅｌｄ屏蔽地２ＲＴＳ＋請求發(fā)送＋３ＲＴＳ?——請求發(fā)送一４ＴＸＤ＋發(fā)送數(shù)據(jù)＋５ＴＸＤ－——發(fā)送數(shù)據(jù)一６ＣＴＳ＋允許發(fā)送＋７ＣＴＳ－?—允許發(fā)送一８ＲＸＤ＋接收數(shù)據(jù)＋９ＲＸＤ一接收數(shù)據(jù)一表３－８８腳連接器信號說明Ｔａｂ．３－８８－ＰｉｎＣｏｎｎｅｃｔｏｒＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ引腳號符號縮寫說明１ＴＸ＋發(fā)送數(shù)據(jù)＋２ＴＸ———發(fā)送數(shù)據(jù)一３ＲＸ＋接收數(shù)據(jù)＋４，５，７，８ＮＣ空腳６ＲＸ?－－接收數(shù)據(jù)一由上面的對比可以看出，３７腳的連的場合，而且占用的ＩＯ資源相當多；８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)相對比較簡單，它實際上就是我們最常見的電腦網(wǎng)線接口，與ＭＡＸｌ４８２接口轉(zhuǎn)換芯片連接比較方便。它與ＭＡＸｌ４８２芯片的硬件連線如圖３－３所示。圖３－３ＲＳ－４８５通信接口部分電路Ｆｉｇ．３－３ＲＳ一４８５ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｉｒｃｕｉｔ圖３－３中芯片ＭＡＸｌ４８２的ＲＯ、ＲＥ、ＤＥ、ＤＩ引腳分別與單片機的Ｐ３．０（ＲｘＤ）、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)化論文Ｐ１．１、Ｐ１．０、Ｐ３．１（ＴｘＤ）相連，并且都加上了１０Ｋ的上拉電阻。５伏電源與地之間的電容用于增強電源的穩(wěn)定性。圖中的兩個１２０Ｑ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，保證信號傳輸無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當ｕ鍆。當總線上沒有信號傳輸時，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受到干擾信號的影響。在總線上差分信號正端Ａ與５伏電源間接一個２０ｋＱ的電阻，正端Ａ與負端Ｂ之間接一個１２０Ｑ的電阻，負端Ｂ與地之間接一個２０ｋＱ的電阻，形成一個電阻網(wǎng)絡(luò)。當總線上沒有信號傳輸時，，即使有干擾信號，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號０，從而增加了總線抗干擾能力。ＲＳ－４８５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應(yīng)的。３７引腳的Ｄ型口使用的是比較粗的４８５總線專用的電纜，９引腳的Ｄ型口使用的是９針的串口連線，而８引腳的Ｄ型口所使用的是ＰＣ聯(lián)網(wǎng)常用的網(wǎng)線。３．１．３觸摸屏驅(qū)動在現(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)的人機界面逐漸成為了一種趨勢。尤其是在系統(tǒng)顯示的信息量多的情況下，為了達到對這些信息進行操作、修改、設(shè)定，應(yīng)用傳統(tǒng)的單片機輸入設(shè)備，例如鍵盤、按鍵等，操作會顯得相當?shù)姆爆崳蟠笤黾恿斯ぷ魅藛T的工作量，降低了生產(chǎn)或者工作效率。３．１．３．１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３—４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（ＩＴＯ）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ＩＴＯ的１０００倍¨引。１８乏三薹翌薹耋釜譬耋０．蘭：．：鎏墨透明導(dǎo)體圖３＿４觸摸屏結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ３－４ＳｔｒｕｔｕｒｅｏｆＴｏｕｃｈＰａｎｅｌ觸摸屏工作時，上下導(dǎo)體層相當于電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖３－５所示。當某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡(luò)上形成電壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的坐標。比如，在頂層的電極（ｘ＋．ｘ一）上加上電壓，則在頂層導(dǎo)體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極（ｘ＋）之間的距離關(guān)系，知道該處的Ｘ坐標。然后，將電壓切換到底層電極（Ｙｔｙ－－）上，井在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道Ｙ坐標。Ｙ＋Ｚ一、々圖３－５工作時的導(dǎo)電層Ｆｉｇ３－５ＥｌｅｃｔｒｉｃＬａｙｅｒＷｏｒｋｉｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅ廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文３．１．３．２觸摸屏的控制實現(xiàn)在現(xiàn)在很多工控系統(tǒng)的應(yīng)用中，將觸摸屏作為一個輸入設(shè)備，對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，是采集接觸點處的電壓值（即Ａ／Ｄ）。本文以瑞佑（ＲＡＩＯ）公司生產(chǎn)的芯片ＲＡ８８０６為例，介紹觸摸屏控制的實現(xiàn)ｎ７１。ＲＡ８８０６內(nèi)建一組１０位ＡＤＣ和控制電路，以連接四線電阻式的觸控屏幕。對使用者而言，應(yīng)用觸控屏幕的功能只需連接Ｘ＋、Ｘ一、Ｙ＋和Ｙ一等四條信號線到ＲＡ８８０６即可。系統(tǒng)就能不斷監(jiān)測，直到觸控的事件（ｔｏｕｃｈｅｖｅｎｔ）發(fā)生為止。當觸控事件發(fā)生時，在屏幕電阻上所產(chǎn)生的分壓將決定觸控的所在位置。在ＸＹ的坐標值被傳回系統(tǒng)（ＲＡ８８０６）并個別儲存在特定的緩存器后，觸控屏幕控制器（ｔｏｕｃｈｐａｎｅｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）將發(fā)出一中斷告知微處理機（ＭＰＵ）。在觸控屏幕功能的應(yīng)用上，ＲＡ８８０６提供兩種操作模式，分別是“自動模式”和“手動模式”。在“自動模式”中，當觸控事件發(fā)生時，能自動讀回對應(yīng)的ＸＹ坐標值?！八^“手動模式”是指從“偵測觸控事件”到最后的“讀出ＸＹ坐標值”的整個過程，都是由程序設(shè)計師以手動操作方式來完成。使用此一模式的優(yōu)點在于，它給予程序設(shè)計師更彈性的應(yīng)用空間。換句話說，在手動模式下，所有觸控屏幕功能相關(guān)的緩存器都必須由程序設(shè)計師來設(shè)定，以軟件（程序）控制的方法來實現(xiàn)觸控屏幕應(yīng)有之功能。關(guān)于如何通過軟件編程來實現(xiàn)觸摸屏輸入功能，將會在第四章的相應(yīng)部分作詳細的描述。３．１．３．３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、ＬＣＤ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候，需要注意和考慮好以下一些問題：１．一般工控系統(tǒng)作為人機界面的觸摸屏顯示尺寸不能太小。因為操作人員一般是使用手指對觸摸屏進行操作的，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，但是這樣就會降低效率：第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試２．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簡單的圖形符號為主，倘若沒有特殊要求顯示效果的情況下通常只選用黑白兩色的屏幕；３．觸摸屏自身帶不帶背光。根據(jù)工作環(huán)境的場合進行選擇；４．觸摸屏模塊自身帶不帶字庫。帶字庫的通常會稍微貴一點，但是會為顯示部分的編程帶來不少方便；５．有沒有多圖層顯示支持。這個功能需要硬件上有多個顯示內(nèi)存。在顯示信息量變化大的情況下，刷新屏幕顯示效果上會有明顯差別。在顯示一些動態(tài)效果上會顯得比較平滑；６．是否已經(jīng)附帶接上觸摸屏的薄膜。因為很多液晶顯示屏的顯示尺寸不標準，在市面上另外選擇４線電阻式觸摸屏薄膜的尺寸往往不能夠與之相匹配。所以觸摸屏的液晶顯示與觸摸屏貼膜的分別購置會帶來諸多不便。根據(jù)系統(tǒng)功能的綜合考慮，選用了深圳市迪威液晶的型號為ＤＶ３２０２４０ＧＢ（８８０６）的觸摸屏顯示模塊。外形尺寸如表３—９所示¨引。表３—９ＤＶ３２０２４０ＧＢ（８８０６）外型尺寸Ｔａｂ．３－９ＳｉｚｅｏｆＤＶ３２０２４０ＧＢ（８８０６）項目標準尺寸單位模塊體積１６０．０×１０９．０×１３．ＯⅡ皿定位尺寸１５２．０×１０４．７ⅡＵｎ視域１２２．０×９２．ＯⅡＵｎ行列點陣數(shù)３２０×２４０ｄｏｔｓ點距離Ｏ．０３×Ｏ．０３ｍｍ點大小０．３３×０．３３ｎ皿在液晶顯示屏下面的電路板上，右側(cè)有一列排孔。孔的數(shù)量為２０個，對外來說可以通過焊接彎針接成２０引腳的接口，功能如表３－１０所描述的。其中要通過在ＧＮＤ、ＶＯ、ＶＥＥ之間接上電位器來達到調(diào)節(jié)顯示對比度的目的，模塊底板的背面已經(jīng)有一個２０ｋＱ的電位器ＶＲｌ，所以在主板上可以不必再裝電位器。２ｌ表３－１０觸摸屏模塊電路板上的引腳描述Ｔａｂ．３一１０ＰｉｎＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴｏｕｃｈＳｃｒｅｅｎＭｏｄｕｌｅ引腳號引腳特性級別引腳功能１ＧＮＤＯＶ電源地２ＶＣＣ＋３．３或５Ｖ電源３ＶＯ一１８．５ＶＬＣＤ驅(qū)動電壓（外接可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)對比度）４ＷＲＨ／Ｌ寫信號，低有效５ＲＤＨ／Ｌ讀信號，低有效６ＣＳＨ／Ｌ片選信號，低有效７ＲＳ（ＡＯ）Ｈ／Ｌ指令數(shù)據(jù)選擇，Ｈ：指令，Ｌ：數(shù)據(jù)８ＲＳＴＨ／Ｌ復(fù)位信號，低有效，復(fù)位完成后拉高９～１６ＤＢＯ～ＤＢ７Ｈ／Ｌ八位三態(tài)并行總線１７ＶＯＵＴ（ＶＥＥ）?—?２３ＶＬＣＤ驅(qū)動負壓電源輸出１８ＢＬＡ＋３．３～５Ｖ背光驅(qū)動電壓１９ＩＮＴＨ／Ｌ中斷信號２０ＢＵＳＹＨ／Ｌ忙碌信號上位機單片機與觸摸屏模塊ＤＶ３２０２４０ＧＢ（８８０６）之間的對應(yīng)引腳的連線如圖３－６所示。模塊的八位并行總線與單片機數(shù)據(jù)總線接口ＰＯ口相連，ＣＳ引腳與ＲＳ引腳分別和高位地址總線中的Ｐ２．３與Ｐ２．４，利用線選法來訪問模塊的指令存儲區(qū)與數(shù)據(jù)存儲區(qū)。讀信號與寫信號單片機有對應(yīng)的專用功能引腳Ｐ３．７與Ｐ３．６。剩下的ＲＳＴ、ＩＮＴ、ＢＵＳＹ主要是單片機與模塊之間控制與反饋狀態(tài)信息的橋梁，分別與單片機的Ｐ３．５、Ｐ３．４、Ｐ３．３連接。Ｐ０．ｏＮｐｏ．７＜＞船０～ＤＢ７Ｐ２．３ＣＳＰ２．４ＲｓＰ３．６／－Ｒ?。校常罚臁拗校常担祠校常储颍颍颍校常趁髁耍螅詧D３－６ＤＶ３２０２４０ＧＢ與控制器連接圖Ｆｉｇ．３．６ＬｉｎｋｏｆＤＶ３２０２４０ＧＢａｎｄｔｈｅＣｏｎｎｅｃｔｏｒ第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試３．１．４上位機的Ｉ／０擴展根據(jù)單片機的設(shè)計經(jīng)驗，５１系列的單片機如果系統(tǒng)不作任何擴展，ＰＯ～Ｐ３接口可作ｉ／ｏ接口使用。只要稍微擴展系統(tǒng)，ＰＯ、Ｐ２接口則被用為地址線，ＰＯ接口還兼做數(shù)據(jù)線，Ｐ３接口常被用作特殊功能專用引腳，剩下的只有Ｐ１接口作為普通ｉ／ｏ來使用。而在實際應(yīng)用中，只有８位ｉ／ｏ接口往往是不夠用的，所以ｉ／ｏ接口需要擴展。Ｉ／ｏ接口擴展方法主要有兩種：總線擴展法和串行口擴展法?？偩€擴展又可以分為簡單ｉ／ｏ擴展和可編程Ｉ／Ｏ接口擴展。擴展Ｉ／Ｏ接口常用芯片有ＴＴＬ、ＣＭＯＳ鎖存器、三態(tài)門芯片，例如７４系列的３７３、５７３、２４４、２７３、３６７等，這些常用來擴展簡單Ｉ／Ｏ接口?？删幊绦酒Ｓ玫挠校福玻担?、８１５５等，利用程序?qū)π酒M行設(shè)置，軟硬件結(jié)合實現(xiàn)對ｉ／ｏ接口的擴展ｎ引。在上位機控制器中，由表３－１可以看出，ＰＯ的８位接口不僅僅要作為數(shù)據(jù)總線與觸摸屏模塊相連，而且還要肩負起Ｉ／Ｏ接口擴展的工作。這里需要應(yīng)用的擴展芯片有２片８位三態(tài)鎖存器７４ＬＳ５７３瞳∞以及１片緩沖驅(qū)動器７４ＬＳ２４４乜¨。如圖３－７所示，在Ｐ０的數(shù)據(jù)總線上“掛上”所需要的擴展芯片，然后通過Ｐ２的地址線選通所需要工作的芯片。廣東工ｑｋ大學(xué)碩士學(xué)位論文ＩＣｌ００Ｏｌ０２０３０４０５０６０７００Ｏｌ０２０３０４０５０６０７７４ＬＳ５７３ＩＣ３Ｅ■ｉ１Ｙ２ｌＡ２ＩＹ３ｌＡ３１Ｙ４ｌＡ４｜ｉ石Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．．．一７４ＬＳ２４４Ｌｌ－＿一Ｌ２Ｌ３●＿一Ｌ４ＬＥＤｌＬＥＤ２ＬＥＤ３ＬＥＤ４ＬＥＤ５ＬＥＤ６ＨｌＨ２Ｈ３Ｈ４圖３－７Ｉ／Ｏ接口擴展電路‘Ｆｉｇ．３—７ＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｉｒｃｕｉｔｆｏｒＥｘｔｅｎｄｉｎｇＩ／ＯＰｏｒｔｓ其中上位機ＭＣＵ的Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２分別與ＩＣｌ、ＩＣ２、Ｉｔ３片選相連。這里的選片方式是線選法。這種方法是把單片機高位地址線分別與多個擴展芯片的片選端連通，控制選擇各條線的電平，以達到選片目的。線選法優(yōu)點是接線簡單，適用于擴展芯片較少的場合，缺點是芯片地址不連續(xù)，地址空間利用率低。．ＩＣ２的輸出端用于控制６個ＬＥＤ燈的點亮與否，低電平有效。ＩＣｌ的Ｌ１～Ｌ４是與矩陣式鍵盤的列線相連，ＩＣ２的Ｈ１～Ｈ４是與矩陣式鍵盤的行線相連。３．１．５矩陣式鍵盤在開關(guān)電源老化測試控制系統(tǒng)中，上位機除了觸摸屏作為整個系統(tǒng)的人機界面外，還需要考慮研究另一套輸入設(shè)備。這里比較常用的就是矩陣式鍵盤。下面簡單介紹一下矩陣式鍵盤工作原理。將單片機的Ｉ／Ｏ口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點上，這就構(gòu)成了矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤中按鍵的數(shù)量可達到２４麗一０ｌ２３４５６７２ｌ．Ｆ啪叭；｜ｍ叭哪肼Ｍ眥Ⅲ啪一溉．１西而第三章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試行線數(shù)ｎ乘以列線數(shù)ｍ，如４行、４列的矩陣式鍵盤的按鍵數(shù)可以達到４×４＝１６個。由此可見，矩陣式鍵盤在按鍵數(shù)較多的情況下，可以節(jié)省Ｉ／０資源。如圖３－８所示，單片機所接出的行線Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４與列線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４構(gòu)成了１６鍵的鍵盤。判斷是否有按鍵按下的方法分為以下幾步ｎ９１：１．向所有列線Ｗｏ口輸出低電平后，將行線的電平狀態(tài)讀入累加器Ａ中。若無鍵按下，行線仍保持高電平狀態(tài)，若有鍵按下，行線至少應(yīng)有一條為低電平；２．確定有鍵按下后，求鍵碼。求鍵碼的方法是：依次從一條列線上輸出低電平，然后檢查各行線的狀態(tài)，若全為高電平，說明該按鍵不在此列，若不為１，則說明閉合鍵在該列，且在變?yōu)榈碗娖降男械慕稽c上。值得注意的是，在鍵盤處理程序中，每個鍵都被賦予了一個鍵號，由列線Ｉ／ｏ口輸出的數(shù)據(jù)和從行線Ｉ／０口讀入的數(shù)據(jù)可以求出閉合鍵的鍵號。卜Ｉ。１０性嘁．［—．＜二衛(wèi)口?、＝＝Ｉ［弋＿．．．．．．．．．／、竺竺ｌＳ１３￥１４￥１５￥１６－＿■■＿?＿■‘＿———■—?＿ｌ一．——－、．．—＿ｏｏ＿］‘—－ｏｏ＿］‘—＿ｏ。－］?！撸铮啊保蹋螅挂唬ぃ保埃保樱保币唬樱保玻撸臁瘛摺觥摺觥觯?－＿■■＿——－、—＿ｏｏ＿１。—一ｏｏ一］‘—＿ｏｏ一］１－—＿。ｏ——．１．．．．．．－／Ｓ５一Ｓ６一Ｓ７一Ｓ８－＿■■＿－＿ｌ■‘．．Ｉ。＿＿■■＿－——－、—一ｏｏ－］１—＿ｏｏ＿１１—＿ｏｏ＿］‘——．ｏ０——１．．．．．．－／Ｓｌ一Ｓ２一ｓ３一Ｓ４－－—■．＿Ｉ。ｌｌ－—■●＿?——－、—一ｏｏ一］—＿ｏｏ一］—＿ｏ。＿］——．。０——１３．１．６ＤＣ－ＤＣ變換圖３－８矩陣式鍵盤電路原理Ｆｉｇ．３－８ＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｉｒｃｕｉｔｏｆＫｅｙｂｏａｒｄ電源轉(zhuǎn)換是控制系統(tǒng)使用中經(jīng)常遇到的問題?？刂葡到y(tǒng)中常用到的電壓有３種：１２伏、５伏以及３．３伏。１２伏主要是繼電器以及一些常用的驅(qū)動設(shè)備中要用到。５伏與３．３伏主要是單片機以及集成芯片的供電需要，３．３伏常在通信中廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文用到。由于下位機的繼電器需要１２伏的電源供電，而且１２伏的開關(guān)電源比較常用，因此這里主要需要把１２伏轉(zhuǎn)換為芯片工作所需的５伏電源。根據(jù)這種ＤＣ—ＤＣ轉(zhuǎn)換需要，選用ＭＣ３４０６３芯片會為設(shè)計帶來不少方便。ＭＣ３４０６３是一種用于ＤＣ—ＤＣ電源變換的集成電路，應(yīng)用比較廣泛，通用廉價易購。極性反轉(zhuǎn)效率最高６５％，升壓效率最高９０％，降壓效率最高８０％，變換效率和工作頻率濾波電容等成正比［２２１ｏ實際應(yīng)用中，有個計算典型電路外圍元件參數(shù)的自動計算工具軟件。只要輸入“輸入電壓＂、“輸出電壓”、“輸出電流”、“輸出電壓波紋系數(shù)”、“工作頻率”這幾個關(guān)鍵參數(shù)就能夠生成外圍電路圖以及元件參數(shù)（見圖３—９）。圖３－９降壓電路圖Ｆｉｇ．３－９ＣｉｒｃｕｉｔｏｆＳｔｅｐ—ＤｏｗｎＣｏｎｖｅｒｔｅｒ元件計算的參考公式有以下幾個：Ｖｏｕｔ（輸出電壓）＝１．２５Ｖ（１＋Ｒ１／Ｒ２）Ｃｔ（定時電容）＝Ｏ．０００００４＊Ｔｏｎ（Ｉ作頻率）Ｉｐｋ＝２木Ｉｏｍａｘ木Ｔ／ｔｏｆｆＲｓｃ（限流電阻）＝０．３３／Ｉｐｋ（３．１）（３．２）（３．３）（３．４）第三奄測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試Ｌｍｉｎ（電感）＝（Ｖｉｍｉｎ－－Ｖｃｅｓ）＊Ｔｏｎ／Ｉｐｋ（３．５）Ｃｏ（濾波電容）＝ｌｏ＊ｔｏｎ／Ｖｐ－ｐ（波紋系數(shù)）（３．６）ｔｏｎ／ｔｏｆｆ＝（Ｖｏ＋Ｖｆ－－Ｖｉｍｉｎ）／（Ｖｉｍｉｎ－－Ｖｃｅｓ）（３．７）其中，Ｖｃｅｓ＝１．ＯＶ，Ｖｆ（快速開關(guān)二極管正向壓降）＝１．２Ｖ，Ｃｔ決定內(nèi)部工作頻率，Ｒｓｃ決定輸出電流，Ｃｏ決定輸出電壓波紋系數(shù)，Ｖｉｍｉｎ為輸入電壓不穩(wěn)定時的最小值。在式（３．１）到式（３．７）當中，式（３．１）中的Ｒ１與Ｒ２的選擇是尤為關(guān)鍵的，因為它們決定了輸出電壓Ｖｏｕｔ，通過軟件的計算，要使輸出為５Ｖ，Ｒ１?。欤耄遥踩。常搿ＪＯ碌耐ㄟ^軟件計算以及人工后期調(diào)整，得到圖３－１０。ｆ∞圖３－１０１２Ｖ一５Ｖ變換電路Ｆｉｇ．３一ｉ０Ｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒ１２Ｖｔｏ５ＶＣｏｎｖｅｒｔｉｏｎ３．２下位機硬件設(shè)計正如本章剛開始所介紹的那樣，下位機負責(zé)的主要工作是對于待老化開關(guān)電源的“測”與“控”?！皽y”的是開關(guān)電源在電子負載老化過程中的電參數(shù)，而“控”的是老化測試中電源所帶的負載量的大小。這些要求下位機單片機在選型上與上位機的側(cè)重點有所不同，上位機作為系統(tǒng)的人機界面，所連接的設(shè)備比較多，因此要求上位機的Ｉ／Ｏ資源要比較豐富。而相比之下，下位機的工作比較“專一”，需要有ＡＤ轉(zhuǎn)換接口。通過上面的分析比較以后，決定選用的ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０ＡＤ作為下位機的主控芯片。這里選用２８腳的窄體ＤＩＰ封裝便于芯片的編程以及更換。具體性能特點如下‘２引：１．通用１０口２３個，可設(shè)置成４種模式：準雙向口／弱上拉（普通８０５１傳統(tǒng)ＩＯ口），推挽／強上拉，僅為輸入／高阻，開漏。每個１０口驅(qū)動能力均可達到２０ｍＡ，但整個芯片最大不得超過５５ｍＡ：廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文２．１０位ＡＤＣ，８通道。４路Ｐ刪，可以當４路Ｄ／Ａ使用：３．１０ｋ字節(jié)片內(nèi)ＦＬＡＳＨ程序存儲器，５１２字節(jié)片內(nèi)ＲＡＭ數(shù)據(jù)存儲器；４．６個１６位定時器；５．芯片內(nèi)ＥＥＰＲＯＭ功能，還有硬件看門狗：６．兼容５ｌ指令集；７．５．５～３．５Ｖ的寬電壓范圍供電。下位機作為真正的測試終端，結(jié)構(gòu)如圖３—１１所示。電源Ｉ．Ｉｒ輸出控制信號。Ｉ一——顯不４８５通信接口下位機孤ｃＵ鹵１ｒ１ｒ數(shù)．電流電壓測量Ｉ?－Ｌ皿燈碼管圖３－ｉ１下位機的外圍設(shè)備Ｆｉｇ．３一ＩｉＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＬｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ與上位機所不同的是，下位機的主要任務(wù)是測控。除了具有簡單的顯示功能外，準確快速地測量出開關(guān)電源的電參數(shù)狀態(tài)是關(guān)鍵，并且能夠根據(jù)上位機的設(shè)置來去對老化的負載參數(shù)進行控制輸出。根據(jù)連接的外部設(shè)備，需要對單片機ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０ＡＤ的Ｉ／Ｏ資源進行合理的調(diào)配，分配的結(jié)果如表３－１ｌ所示。第ｉ章測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計與調(diào)試表３－１１下位機ＳＴＣｌ２Ｃ５４１０ＡＤ的Ｉ／Ｏ分配情況Ｔａｂ．３—１１Ｉ／ＯＰｏｒｔｓＡｌｌｏｃａｔｉｏｎＴａｂｌｅｏｆＳＴＣｌ２Ｃ５４１０ＡＤＩ／Ｏ引腳名稱連接外部的功能Ｐ１．Ｏ／ＡＤＣＯＶ－仰，開關(guān)電源電壓／電流的檢測輸出結(jié)果，這個信號需要啟用單片機的ＡＤ轉(zhuǎn)換器Ｐ１．４可編程增益放大器ＰＧＡｌ１３的片選Ｐ１．５／ＭＯＳＩＳＰＩ接口的數(shù)據(jù)輸出，與可編程增益放大器ＰＧＡｌｌ３的ＳＰＩ數(shù)據(jù)輸入口ＤＩＯ相連Ｐ１．７／ＳＣＬＫＳＰＩ接口的時鐘輸出，與ＰＧＡｌｌ３的ＳＰＩ的時鐘口ＳＬＣＫ相連Ｐ２．Ｏ＇－Ｐ２．５連接繼電器驅(qū)動芯片的６個輸入端，輸出高電平有效以驅(qū)動繼電器閉合，使得相應(yīng)的負載接上開關(guān)電源，實現(xiàn)控制老化負載量的目的Ｐ２．６連接串口轉(zhuǎn)并口芯片７４ＨＣｌ６４的數(shù)據(jù)輸入端Ｐ２．７連接串口轉(zhuǎn)并口芯片７４ＨＣｌ６４的串口時鐘輸入端Ｐ３．３，Ｐ３．４，Ｐ３．５，Ｐ３．７分別對應(yīng)ＣＯＭｌ～ＣＯＭ４，４位共陽數(shù)碼顯示管的位控制端Ｐ３．Ｏ／ＲｘＤＭＡＸｌ４８２芯片的接收器輸出端ＲＯＰ３．１／ＴｘＤＭＡＸｌ４８２芯片的發(fā)送器輸入端ＤＩＰ１．１與芯片７４ＨＣｌ６４共同控制指示燈ＬＥＤｌ～ＬＥＤ５Ｐ１．２ＭＡＸｌ４８２芯片的發(fā)送器使能端ＤＥＰ１．３ＭＡＸｌ４８２芯片的接收器使能端ＲＥ３．２．１電參數(shù)的檢測開關(guān)電源的輸出電壓與電流是作為檢驗產(chǎn)品是否符合實用標準的一項重要參數(shù)，因此檢測電路的設(shè)計是整個測試系統(tǒng)中最重要的一個部分。它的品質(zhì)高低完全決定了系統(tǒng)的成敗。它的復(fù)雜性體現(xiàn)在被測對象輸出范圍的不確定性。因為測試系統(tǒng)要面向所有的開關(guān)電源產(chǎn)品。舉例來說，單純是電壓范圍就一般有小到３伏大至２４伏的，如果不能夠按照需要調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，會為數(shù)據(jù)采集的結(jié)果帶來很大的誤差。正因如此，這里采用了可編程增益放大器（ＰＧＡ）作為檢測電壓電流的運放，以便保證轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤差能夠縮小到可以接受的范圍乜劓。應(yīng)用放大器測量電壓、電流有典型的電路，首先介紹其工作原理。電壓測量主要是應(yīng)用同相放大器的原理，由于輸入范圍變化較大，同相輸入端前面要加入電壓分壓網(wǎng)絡(luò)降低同相端的輸入電壓。在一些電子測量儀器、裝置或產(chǎn)品中，經(jīng)常有測量電路中直流電流的需要，因此研發(fā)人員開發(fā)出各種各樣的電流檢測集成電路。它是一種Ｉ／Ｖ轉(zhuǎn)換器，將測廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文量的電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，即Ｖ＝ｋＩ，其中ｋ為比例常數(shù)。另外，在一些電子產(chǎn)品中要限制輸出電流，以防止有故障時（負載發(fā)生局部短路或輸出端短路、電源輸出電壓升高等）產(chǎn)生過流而造成更大損失。檢測到有過流發(fā)生時，可以控制關(guān)斷電源或負載開關(guān)，或以限制的電流輸出口５ｌ。圖３－１２是一種電流檢測電路。ＲＳ是電流檢測電阻，ＲＬ是負載（通常為直流電機、電磁閥或加熱器等）。當電流流過電流檢測電阻時產(chǎn)生一個電壓降ＶＲＳ，此電壓輸入電流檢測Ｉ