X62W萬能起床銑床的PLC改造

X62W萬能起床銑床的PLC改造,x62w,萬能,起床,銑床,plc,改造 泄漏電流安全性能測(cè)試 第1章 概 述 ??電氣安全性能試驗(yàn)儀器技術(shù)指標(biāo)完全取決于安全標(biāo)準(zhǔn)的要求和規(guī)定，測(cè)試對(duì)象除各類電子產(chǎn)品外，遍及一切電網(wǎng)供電或由指定的額定交直流供電的低壓電器設(shè)備，這是電氣安全性能試驗(yàn)儀器區(qū)別其他各類電子測(cè)量儀器的特點(diǎn)。因此，儀器的發(fā)展依賴于安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。電性能測(cè)試裝置是用于流水線上快速測(cè)試電冰箱、空調(diào)器、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等家用電器而設(shè)計(jì)的測(cè)試裝置。它可以部分取代進(jìn)口的在線測(cè)試設(shè)備（如意大利梅諾尼公司生產(chǎn)的測(cè)試臺(tái)）。 該裝置是由計(jì)算機(jī)控制的，智能化的綜合測(cè)試儀器。該裝置能根據(jù)打入鍵盤的指令，自動(dòng)快速切換好符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試線路并對(duì)被測(cè)電器的各項(xiàng)電性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果由計(jì)算機(jī)處理，判別被測(cè)電器合格與否，并由數(shù)字顯示，亦可將數(shù)據(jù)打印出來。在測(cè)試過程中伴有音響提示操作者，并可根據(jù)用戶要求，配備通訊輸出口可直接和主機(jī)通訊聯(lián)網(wǎng)。（RS-485C通訊口）。因?yàn)镽S-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（128個(gè)）以及傳輸線成本低的特性，使得EIA RS-485已成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。 本測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)合理，工作可靠，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便。本測(cè)試裝置特別加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)的抗干擾措施，并且設(shè)置了自診斷、自恢復(fù)功能。因此完全排除了在線測(cè)試的嚴(yán)重現(xiàn)場(chǎng)干擾，能確保測(cè)試裝置可靠連續(xù)工作。 電氣安全性能試驗(yàn)儀器的發(fā)展是貫徹國際國內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)的必然結(jié)果。自IEC65號(hào)公告《電網(wǎng)電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關(guān)設(shè)備的安全要求》于1952年首次頒布并經(jīng)五版、七次修訂以來，全球范圍內(nèi)已形成IEC安全標(biāo)準(zhǔn)和美國UL安全標(biāo)準(zhǔn)兩大體系。我國自70年代末期開始制訂各類安全標(biāo)準(zhǔn)。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全標(biāo)準(zhǔn)的國家標(biāo)準(zhǔn)體系。電氣安全性能試驗(yàn)在電子測(cè)量儀器、廣播收音機(jī)、電視機(jī)、各種音頻、視頻設(shè)備及家電產(chǎn)品、低壓電器等電子、電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、定型、質(zhì)量認(rèn)證、創(chuàng)優(yōu)及進(jìn)出口等各項(xiàng)工作中，首先成為必須、大量、經(jīng)常進(jìn)行的重要項(xiàng)目，隨之產(chǎn)生的專用測(cè)試儀器的需求，使得電氣安全性能試驗(yàn)儀器具有深厚的發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)前景。 1.1主要技術(shù)性能 本測(cè)試裝置所提供的測(cè)試線路符合GB4706.1－92和GB4706.1-98及GB4706.1-2005 《家用和類似用途電器的安全通用要求》，GB4706.2－4706.16－86，GB5956－86《家用和類似用途電器的安全特殊要求》及各家用電器的國家標(biāo)準(zhǔn)。 本測(cè)試裝置能測(cè)試下列電性能指標(biāo)及范圍： 2）泄漏電流：50～500uA 精度±2%(FS) 500～5000uA 精度±2% 以上測(cè)試結(jié)果顯示位數(shù)為四位十進(jìn)制，數(shù)字直接顯示。 外形：立柜式 長×寬×高＝580×400×1200mm 重量：約118Kg 1.2 使用條件 環(huán)境溫度：－5℃～35℃ 相對(duì)濕度：≤80% 供電電源：單相 220V 50HZ 無嚴(yán)重震動(dòng)，周圍無強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾。 周圍空氣中不應(yīng)含有足以引起腐蝕的氣體及有害物質(zhì)。 使用時(shí)間：連續(xù)工作。 自然通風(fēng)良好，散熱孔板不被遮蔽。 第2章 電性能測(cè)試裝置圖 電性能測(cè)試裝置基本方框圖如下2-1： 控制電路 接口電路 測(cè)試電路 A/D轉(zhuǎn)換 51 系列單片機(jī) 音響、顯示、打印、通訊 鍵盤 圖2-1 電性能測(cè)試裝置電氣原理圖如下2-2： 圖2-2 第3章 各測(cè)試電路的設(shè)計(jì)及工作原理 3.1國家標(biāo)準(zhǔn)GB4706.1有關(guān)泄漏電流的測(cè)試要求如下： 1)在工作溫度下，器具的泄漏電流不應(yīng)過大，而且它的電氣強(qiáng)度應(yīng)是虛構(gòu)的。 2)電熱器具以1.15倍的額定輸入電壓工作。電動(dòng)器具和聯(lián)合型器具以1.06倍的額定電壓供電。按制造廠說明書也適用于單相電源的三相器具，可按帶有三個(gè)并聯(lián)電路的單相器具進(jìn)行試驗(yàn)。保護(hù)阻抗和無線電干擾濾波器在進(jìn)行該試驗(yàn)前斷開。 3)泄漏電流通過用附錄G所描述電路制出的裝置進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量在電源的任一極和連接金屬箔的易觸及金屬不見之間進(jìn)行。被連接的金屬箔面積不超過20cm×10cm，它與絕緣材料的易觸及表面相接觸。將選擇開關(guān)分別撥到1、2的每一個(gè)位置來測(cè)量泄漏電流。 泄漏電流應(yīng)不超過下述值： 對(duì)0類、0Ⅰ類和Ⅱ類器具 0.5mA 對(duì)Ⅰ類便攜式器具 0.75mA 對(duì)Ⅰ類駐立式電動(dòng)器具 3.5mA 對(duì)Ⅰ類駐立式電熱器具 0.75mA 或0.75mA/千瓦(器具額定輸入功率),兩者中選較大值最大為5mA 對(duì)Ⅱ類器具 0.25mA 對(duì)聯(lián)合型器具,其總泄漏電流可在對(duì)電熱器具或電動(dòng)器具規(guī)定的限值內(nèi),二者中取最大的,但不能將二個(gè)限值相加。 如果器具裝有電容器,并帶有一個(gè)單極開關(guān),則應(yīng)在此開關(guān)處于斷開位置的情況下重復(fù)測(cè)試。 如果器具裝有一個(gè)在試驗(yàn)期間動(dòng)作的熱控制器,則要在控制器斷開電路之前的瞬間測(cè)量泄漏電流。 注: 開關(guān)處于斷開位置來進(jìn)行試驗(yàn),是為了驗(yàn)證連接在一個(gè)單極開關(guān)后面的電容器不產(chǎn)生過高的泄漏電流。 推薦器具通過一個(gè)隔離變壓器供電,否則器具應(yīng)與地絕緣。 在被測(cè)表面上,金屬箔要有盡可能大的面積,但不超過規(guī)定的尺寸,如果金屬箔面積小于被測(cè)表面,則將其位移測(cè)量到該表面的所有部分,器具的散熱不應(yīng)受此金屬箔的影響。 家用電器的泄漏電流是家用電器在外加電壓作用下，流經(jīng)絕緣部分的電 流，上述測(cè)量的搖表，實(shí)際上測(cè)量的是泄漏電流，只不過以電阻形式表現(xiàn)出來。 搖表的額定電壓，如500V搖表，是指搖表空轉(zhuǎn)時(shí)的端電壓為500V，在測(cè)量過程中，搖表的輸出電壓隨被測(cè)絕緣電阻 不同變化很大，遠(yuǎn)低于其額定電壓。 因此，不能發(fā)現(xiàn)絕緣物硬傷、脆裂和高電阻接地等缺陷。家用電器泄漏電流測(cè)試要采 用專用泄漏電流儀，如用NL 454型泄漏電流儀測(cè)試電冰箱的泄漏電流。 對(duì)于各類家用電器，國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了泄漏電流不應(yīng)超過的上限值，產(chǎn)品出廠前都要進(jìn)行測(cè) 試。 測(cè)試時(shí)施加電壓為家用電器額定電壓106倍，在電壓施加5s內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，施加試驗(yàn) 電壓的部位是家用電器帶電部件和僅用基本絕緣與帶電部件隔離的殼體之間，以及帶電部件 和用加強(qiáng)絕緣與帶電部件隔離的殼體之間。如果帶電部件和金屬殼或金屬蓋之間距離小于GB 4706 1 1998《家用和類似用途電器的安全通用要求》第29 1條所規(guī)定的適當(dāng)間隙時(shí)， 施 加試驗(yàn)電壓的部位是用絕緣材料做襯里的金屬殼或金屬蓋與貼在襯里內(nèi)表面的金屬箔之間。 1982年10月IEC335 1第三次修正時(shí)才確定泄漏電流測(cè)試線路，并被我國國家標(biāo)準(zhǔn)采納。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電熱器具要測(cè)熱和潮濕狀態(tài)下泄漏電流，電動(dòng)器具要測(cè)工作溫度狀態(tài)下泄漏電流 。 附錄G1 一個(gè)測(cè)量泄漏電流的適合電路在圖G1中給出。 該電路由一個(gè)帶鍺二極管的整流器D和一個(gè)動(dòng)線圈儀表M、用來調(diào)節(jié)電路特性的一些電阻R和電容C、以及一個(gè)用來調(diào)節(jié)儀表的電流范圍的“先通后斷”的開關(guān)S組成。 此測(cè)量電路具有1750Ω±250Ω的總電阻，并且用一個(gè)電容器并聯(lián)，以使得電路的時(shí)間常數(shù)為225μs±15μs。 整個(gè)儀表的最敏感范圍不超過1.0mA,較高的測(cè)量范圍可通過儀表線圈并聯(lián)無感電阻Rs獲得，并同時(shí)調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻Rv使電路的總電阻R1+Rr+RV保持在規(guī)定值。 其基本校驗(yàn)點(diǎn)在50HZ或60HZ頻率的正弦波下，為0.25mA、0.5mA、0.75mA。 注： 1) 電路可以有過電流保護(hù)，但所選用的方法不能影響電路的特性。 2) 整流器設(shè)置在0.5mA,通過跨越該整流器測(cè)得的電壓降計(jì)算出電阻Rm，然后，調(diào)節(jié)電阻Rv，以給出對(duì)每個(gè)范圍的電路總電阻。 3) 由于鍺二極管比其他類型的二極管具有更低的電壓降，所以使用鍺二極管以造成一個(gè)更為線性的刻度，必須選擇二極管的額定值以適合這個(gè)儀器所要求的最大范圍，然后，由于適合于較高電流的二極管具有一個(gè)高的壓降，所以這個(gè)范圍不準(zhǔn)超過25mA。 4) 建議開關(guān)的設(shè)置，要使得它能自動(dòng)地轉(zhuǎn)回到給出最高電流范圍的位置上，以防止儀器的非故意損壞。 5) 可通過選擇具有優(yōu)先選用值的一些電容，并且使用串聯(lián)/并聯(lián)排列來構(gòu)成該電容器。 ? 圖G1 3.2比例運(yùn)算放大器 比例運(yùn)算放大器：將輸入信號(hào)按比例放大的電路，稱為比例運(yùn)算電路。 該比例運(yùn)算放大器可分為反向比例電路、同相比例電路、差動(dòng)比例電路。 在下面的泄漏電流測(cè)量電路和絕緣電阻測(cè)量電路我們用到了同相比例電路。 同相比例電路是輸入信號(hào)加入同相輸入端,電路如圖3-1所示: 輸出特性：因?yàn)椋海ㄌ摱痰皇翘摰兀?；? ?? 所以：?? ?? 改變Rf/R1即可改變Uo的值，輸入、輸出電壓的極性相同 其特點(diǎn)： 1)輸入電阻高； 2)由于(電路的共模輸入信號(hào)高)，因此集成運(yùn)放的共模抑制比要求高。 圖3-1 3.3精密整流檢波電路 檢波電路工作原理： 一般檢波電路由于二極管的正向特性的非線性,并存在死區(qū)電壓，使輸出電壓波形嚴(yán)重失真，帶來很大的變換誤差，在小信號(hào)下，問題尤其嚴(yán)重，以至無法工作。 圖3-2成一個(gè)精密檢波電路。分析如下： 經(jīng)過整流后的直流還是脈動(dòng)直流,如果想得到大小上等于交流平均值的穩(wěn)定直流電壓，只要再增加一個(gè)低通濾波器就行了。得到的直流電壓，它等于變換器輸出電壓UO的直流分量，對(duì)全值檢波電路來說，這個(gè)直流分量就是交流平均值。 式中： 0 當(dāng)UI〈0 -2U1 當(dāng)UI≥0 A2組成反相求和電路， 因此： UO =-（UI+UO1） -（UI+0）=-UI 當(dāng)UI〈0 = -（UI-2UI）=UI =∣UI∣ 精密整流電路的功能：將微弱的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。 整流電路的輸出保留輸入電壓的形狀，而僅僅改變輸入電壓的相位。當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，半波整流和全波整流輸出電壓波形 精密整流電路可分為全波精密整流電路、半波精密整流電路。因?yàn)槲宜O(shè)計(jì)的原理圖都是用到了全波精密整流電路，因此我簡單的介紹一下全波精密整流電路。 全波精密電路如圖3-2所示 圖3-2 分析由A2所組成的反相求和運(yùn)算電路可知，輸出電壓 當(dāng)uI>0時(shí)，uO1=-2uI，uO=-(-2uI+uI)=uI； 當(dāng)uI<0時(shí)，uO1=0，uO=-uI；所以 3.4泄漏電流測(cè)量電路的設(shè)計(jì) 測(cè)量范圍：50～5000μA，精度±2% 采用隔離變壓器1B供電，由X01，X06輸出232V電壓供電。 由于被測(cè)電流較小，為保證測(cè)試精度，采用精密整流電路和運(yùn)算放大器見3.2和3.3，由IC1， IC2及相關(guān)外圍電路組成。 一般的電源電路或采用兩個(gè)二極管或四個(gè)二極管整流，優(yōu)點(diǎn)是接法很簡單，缺點(diǎn)是要損失0.7或1.4伏的二極管壓降。但當(dāng)你想把一個(gè)要測(cè)量的信號(hào)由交流變?yōu)橹绷鳎敲催@壓降會(huì)使你的測(cè)量變?yōu)楹翢o意義。或者你想把一個(gè)要測(cè)量的小信號(hào)（小于0.3伏）由交流變?yōu)橹绷?，即使你使用鍺二極管，你都將得不到信號(hào)。這時(shí)候，就可以采用運(yùn)放進(jìn)行精密整流。如圖3-3。 圖 3-3 泄漏電流工作原理： 測(cè)試時(shí)計(jì)算機(jī)接口PA0、PA1輸出高電平， 令J1工作。CA1、KM2吸合，使泄漏綠色指示燈亮，隔離變壓器1B X01，X06輸出232V電壓送到被測(cè)電器。被測(cè)電器的泄漏電流值送至圖3-3 101、102 。經(jīng)過R1、R2分壓。當(dāng)J8吸合時(shí)，信號(hào)經(jīng)精密檢波電路和運(yùn)算放大器放大，經(jīng)VFC送入計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)口T1。這個(gè)作為被測(cè)電路第一個(gè)泄漏電流值。 接著計(jì)算機(jī)PA7令J8吸合 ，然后計(jì)算機(jī)PA3令J4吸合，1CN吸合，使LH、LN換相。這個(gè)作為被測(cè)電路第二個(gè)泄漏電流值。計(jì)算機(jī)選擇較大的泄漏電流值作為被測(cè)電路泄漏電流值。IC1~3為運(yùn)算放大器OP07，其中IC1~2構(gòu)成一個(gè)精密整流電路，IC3為同相比例運(yùn)算放大器。 3.5泄漏電流的計(jì)算和檢定 計(jì)算 圖3-3中： R4=R5∥R6 =10×10∥(10+10)=5K? U0/U1=(R5+R6)/ R6 =(10+10)/10 =2 同相Uo=U1+Uo1 U1+0=U1，U1<0； U1-2U1=-U1，U1≥0； R1+R2=1750 時(shí)間常數(shù)τ=1750·C1=213.5μs 此測(cè)量電路時(shí)間常數(shù)符合國標(biāo)GB4706.1規(guī)定1750Ω±250Ω的總電阻，電路的時(shí)間常數(shù)為225μs±15μs的要求。 檢定方法和步驟： 1)將機(jī)器內(nèi)部接線板上101端鈕與102端鈕之間的短路線拆除. 2)將高阻箱和0.5級(jí)的毫安交流電流表串接在101端子與ＬN(yùn)端子(或ＬH端子)之間. 3)接通測(cè)試臺(tái)電源后,在鍵盤上按"D"鍵后,然后鍵入指令,測(cè)試臺(tái)自動(dòng)接通泄漏電流項(xiàng)目. 4)高阻箱上每選擇一阻值(在0.05MΩ-5MΩ之間)后,測(cè)試臺(tái)顯示值減去1000后所得到的值與0.5級(jí)的毫安交流電流表按微安所讀得的讀數(shù)相比較,誤差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求. 5)測(cè)試完畢后,要將機(jī)器內(nèi)部接線板上101端鈕與102端鈕之間的短路線仍連接好。 3.6 單片計(jì)算機(jī)及接口電路 在單片機(jī)電路中加入了自復(fù)位電路，以及單片機(jī)中源加了交流濾波器?？梢杂行У奶岣弑狙b置的可靠性及抗干擾性。 自復(fù)位電路的設(shè)計(jì)思路就是（如單片機(jī)原理圖）當(dāng)計(jì)算機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，PC7發(fā)脈沖使得U12B處于穩(wěn)定狀態(tài)，U12B的輸出高電平，使得U12A處于穩(wěn)定狀態(tài)，U12A的也處于穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算機(jī)得不到復(fù)位信號(hào)。當(dāng)某種原因計(jì)算機(jī)死機(jī)停止工作，PC7停止脈沖輸出，約2-3秒后，U12B就產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖，強(qiáng)迫計(jì)算機(jī)復(fù)位。重新回到正常工作狀態(tài)。 自診斷功能就是指（如單片機(jī)原理圖）計(jì)算機(jī)處于初始化后，首先開始整機(jī)系統(tǒng)自檢，合格后，PC5發(fā)出高電平脈沖，使得可控硅導(dǎo)通，計(jì)算機(jī)的PC2輸出高電平，這就是計(jì)算機(jī)的自診斷功能。如自檢有問題，則發(fā)出提示報(bào)警信號(hào)。 3.6.1單片機(jī)接口電路，見圖3-4 單片機(jī) P10芯片8255由PA0～PA7，PB0～PB2，PB7，PC4輸出控制信號(hào)經(jīng)74LS244緩沖驅(qū)動(dòng)器。使輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力加大。目的是提高整機(jī)的抗干擾性，（有關(guān)原理在第四章敘述）。當(dāng)計(jì)算機(jī)PA0輸出低電平，經(jīng)74LS244，使所接負(fù)載U3（光耦器的發(fā)光管）導(dǎo)通。R1為發(fā)光管的限流電阻，U3（4N25）的光敏三極管導(dǎo)通，R14與D1的連結(jié)點(diǎn)電壓接近0V，R1截止，J0處于不工作狀態(tài)。D1的作用是隔離光敏三極管導(dǎo)通時(shí)的壓降，防止Q1截止不充分。其余接口在計(jì)算機(jī)初始化時(shí)均如此，這樣，有利用于提高整機(jī)的抗干擾性。 當(dāng)計(jì)算機(jī)PA0輸出高電平，U3截止，+24V電壓經(jīng)R14（20K），D1至Q1基極，使Q1導(dǎo)通，J0得電吸合，余接口控制電路類推。 3.6.2單片機(jī)電路的組成 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。因此，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： 1)：片內(nèi)存儲(chǔ)容量小。受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小，但可在芯片外部擴(kuò)展。 2)：可靠性好。芯片通常是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾的能力優(yōu)于一般通用的CPU。 3)：易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 4)：控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、較強(qiáng)的I/O邏輯操作以及位處理功能。 5)：系統(tǒng)內(nèi)無監(jiān)控或系統(tǒng)管理程序。單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部一般無監(jiān)控或系統(tǒng)管理程序，只有用戶設(shè)計(jì)，調(diào)試好的應(yīng)用程序。 圖3-4 單片機(jī)由于體積小，集成度高、成本低、抗干擾能力和控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器和專用設(shè)備的智能化以及過程控制等方面。 單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。 *單片機(jī)原理流程圖見附錄圖1 *單片機(jī)原理圖見附錄圖2 3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路的概述：利用過采樣原理可實(shí)現(xiàn)高精度的A/D轉(zhuǎn)換。對(duì)此文中提出了一種新的并行高階過采樣A/D轉(zhuǎn)換器方案，用該方案實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換器具有物理概念清晰、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。文中還研究了該方法的實(shí)現(xiàn)過程，給出了三階調(diào)制器積分器輸出波形及總輸出信號(hào)頻譜圖。它可用于聲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集中。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器、簡稱ＡDC）是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這個(gè)編碼過程最重要的兩個(gè)參數(shù)就是取樣頻率和取樣深度，它們決定了編碼的精度。取樣頻率就是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)時(shí)每秒對(duì)聲波取樣的次數(shù)，顯然取樣頻率越高，越接近原始的模擬信號(hào)。 盡管難以對(duì)所有誤差來源進(jìn)行可視化，不過我們可通過芯片級(jí)設(shè)計(jì)技術(shù)或數(shù)據(jù)處理技術(shù)來解決這些誤差來源。在我們?cè)敿?xì)了解如何補(bǔ)償誤差源之前，不妨先來了解一下a/d架構(gòu)。在分辨率大于16位時(shí)，我們廣泛采用 δ-σ 架構(gòu)。δ-σ 架構(gòu)采用重復(fù)采樣技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高分辨率數(shù)字輸出。圖 1 給出了簡化的 δ-σa/d 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖。a/d 的主要組件是調(diào)制器和濾波器。調(diào)制器作為反饋環(huán)路環(huán)路工作，其目標(biāo)是將差動(dòng)信號(hào)誤差驅(qū)動(dòng)為零。我們通過微差測(cè)量模擬輸入信號(hào)和反饋dac信號(hào)來實(shí)現(xiàn)這一目的。δ-σ 架構(gòu)中的δ(delta) 因此得名。上述二者之差或信號(hào)誤差結(jié)合或合計(jì)到下一級(jí)。δ-σ 架構(gòu)中的西格瑪由此而來。將總誤差與參照信號(hào)相比較，從而相應(yīng)地設(shè)置比較器的輸出。如果誤差項(xiàng)為正值，則反饋 dac 輸出升高，以嘗試減小差動(dòng)誤差項(xiàng)。如果誤差項(xiàng)為負(fù)值，那么反饋dac 輸出則降低，以嘗試減小差動(dòng)誤差項(xiàng)。比較器 1 和 0 的密度與模擬輸入電壓成正比。 A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口技術(shù)主要解決以下四個(gè)方面的問題: 1）數(shù)據(jù)輸出線的連接方式。 2）選通信號(hào)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換及讀出控制信號(hào)的連接方法。 3）電源和地線的處理。 4）與微機(jī)信息傳遞的方法。 我設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路，通過調(diào)研分析比較，決定采用VFC模塊轉(zhuǎn)換，原因及原理如下： VFC的主要功能是在規(guī)定的精度和頻率要求范圍內(nèi)，將模擬信號(hào)（電壓或電流）轉(zhuǎn)換成具有一定邏輯電平的數(shù)字脈沖輸出。數(shù)字脈沖的重復(fù)頻率與模擬電壓成正比。此類元件有良好的精度、線形和積分輸入特點(diǎn)，它的應(yīng)用電路簡單，外圍器件要求不高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度不低于一般的A/D轉(zhuǎn)換器，適合非快速A/D 轉(zhuǎn)換，且價(jià)格低廉。該方法為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)提供了一種簡單而廉價(jià)的途徑，同時(shí)也為其他A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)提供了一種重要的替代手段。 VFC的基本工作原理可結(jié)合圖3-5簡要分析如下： 圖3-5 Al和RC構(gòu)成一個(gè)積分器，A2 是零電壓比較器。恒流源和模擬開關(guān)S，構(gòu)成積分器反充電回路。當(dāng)單穩(wěn)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)tos 的脈沖時(shí)，反充電回路對(duì)CINT反充電。當(dāng)模擬開關(guān)S處在2位置即與運(yùn)放A1輸出端接通時(shí)，積分器處于充電過 程，積分器輸出電壓不斷下降，當(dāng)積分器輸出電壓下降到零伏時(shí)，A2 發(fā)生跳變觸發(fā)單穩(wěn)定時(shí)器，使其產(chǎn)生一個(gè)脈寬為tOS的脈沖，此脈沖使模擬開關(guān)S與1位置運(yùn)放Al的反相輸入端通tos時(shí)間， 對(duì)CINT進(jìn)行反充電，反充電使VOLTS上升，至tos結(jié)束時(shí)，又使模擬開關(guān)S處于2位置，CINT再次進(jìn)人充電階段，VOLTS下降，當(dāng)VOLTS下降至零伏又使單；穩(wěn)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)tos脈沖，如此反復(fù)形成頻率輸出，波形如圖3-6。 圖3-6 輸出頻率為：f=VIN/IRRIN*tos 本機(jī)VFC是采用了青島晶體管實(shí)驗(yàn)所出品的QD450 VFC。該產(chǎn)品是參照美國AnalogDevices公司同類產(chǎn)品外型與特性研制而成，可將模擬電壓或電流變換為相應(yīng)頻率脈沖。其輸出脈沖頻率與輸入模擬信號(hào)成比例，連續(xù)跟蹤于輸入信號(hào)，直接響應(yīng)于輸入信號(hào)的電平，而不需要外加同步脈沖。用V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換需要與頻率計(jì)數(shù)器配合使用，電路框圖如圖3-7所示。 圖3-7 原理如下：同時(shí)啟動(dòng)頻率計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，頻率計(jì)數(shù)器用V/F轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖，定時(shí)器采用基準(zhǔn)頻率作為定時(shí)脈沖，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生輸出信號(hào)使頻率計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)， 這樣計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與頻率之間的關(guān)系是： f=D/T D是計(jì)數(shù)值；T是計(jì)數(shù)時(shí)間 而 T=DS/fs DS是定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值；fs基準(zhǔn)頻率 因此 f=(D/DS)fS 可見只要知道了D值就可計(jì)算求出v／F轉(zhuǎn)換器的輸出頻率，這樣就實(shí)了現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。 如圖3-8所示： 圖3-13 用V/F實(shí)現(xiàn)A/D結(jié)構(gòu)框圖 圖3-8 VFC電路的調(diào)試如圖3-9所示： 圖3-9 給VFC電路加上+15V的電源電壓，預(yù)熱10分鐘。首先在Vin端輸入10mv電壓，調(diào)節(jié)RP1，使U1（QD450）輸出為10HZ（即LED最后兩位顯示為10）。然后，在Vin端輸入+10V電壓，調(diào)節(jié)R3，使U1（QD450）輸出為10KHZ（即LED顯示為10000）。 反復(fù)調(diào)試1—2次，以達(dá)到調(diào)試要求。 在此情況下，當(dāng)輸入端Vin電壓異常，如出現(xiàn)負(fù)電壓，則LED顯示屏顯示為0，與輸入端電壓為0時(shí)的顯示相同。為了加以區(qū)分零和負(fù)電壓，在U1的Iin端輸入一電流。此電流由+15V經(jīng)R1（750Ω）、R2（110K）、R4（25K）和U1的內(nèi)電阻約33K分壓疊加至U1內(nèi)運(yùn)放輸入端，使VIN輸入為0時(shí)，調(diào)R4，使LED 顯示為1000HZ。 結(jié)果當(dāng)Vin端電壓為0V—10V時(shí)，LED顯示屏顯示為 1000-11000HZ。 第4章 抗干擾設(shè)計(jì) 4.1 干擾的產(chǎn)生 在科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)高度發(fā)展的今天，人類在破壞生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也制造了新的環(huán)境污染—“電磁污染”。各種各樣的電子設(shè)備，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)周圍電磁環(huán)境的變化都十分敏感。也就是說，空間電磁場(chǎng)的變化對(duì)各種應(yīng)用用電子設(shè)備都會(huì)造成不同程度的干擾。 電子設(shè)備或通訊設(shè)備是以傳輸信息進(jìn)行的。通過電路傳輸?shù)男畔⒁噪妷夯螂娏鬟M(jìn)行模擬。但是，電子設(shè)備或通訊設(shè)備的電路在傳遞有用信息的同時(shí)，往往要伴隨產(chǎn)生有害影響的信息（電壓或電流）如繼電器動(dòng)作時(shí)按點(diǎn)產(chǎn)生的電弧也是極大的干擾信號(hào)，這是形成了電子設(shè)備或通訊設(shè)備中的干擾（或稱噪聲）。 干擾是是電子設(shè)備或通訊設(shè)備工作中出現(xiàn)的主要問題之一，它影響電子設(shè)備或通訊設(shè)備工作性能的良好、可靠和穩(wěn)定程度。當(dāng)干擾電平達(dá)到或超過有用信號(hào)電平時(shí)。電子設(shè)備或通訊設(shè)備就根本不能正常工作。因此，每個(gè)設(shè)備的干擾電平都需要消除或抑制到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電平。 4.2 干擾的抑制 抑制干擾或噪聲是電子設(shè)備或通訊設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造時(shí)需要解決的主要問題。要使一個(gè)電子設(shè)備或通訊設(shè)備有抑制干擾或噪聲的良好性能，就需要在電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及從元件選擇、制造、裝配工藝等方面采取抗干擾措施。新產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開始時(shí)就應(yīng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，采取抗干擾措施。如果等到設(shè)備制成之后，才去解決干擾問題，就比較麻煩了。即使通過改裝電路結(jié)構(gòu)、裝配工藝等措施使出現(xiàn)的干擾問題得以解決，也往往使設(shè)備趨于復(fù)雜化。而且不可避免地造成時(shí)間、人力和物力的浪費(fèi)。 由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展和各種電子設(shè)備、電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人類所處的電磁環(huán)境日益惡化。面對(duì)這種情況，對(duì)電子、電氣設(shè)備的抗干擾能力的要求也越來越高。隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，為了促進(jìn)各種電子產(chǎn)品的交流與發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的EMC性能的要求和檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)化工作顯得更為迫切與重要。 電子產(chǎn)品抑制干擾措施的有效性和成本隨產(chǎn)品進(jìn)展階段而不同。如圖4-1所示。隨著設(shè)計(jì)、試制、投產(chǎn)階段的進(jìn)展，技術(shù)難度和造價(jià)都將不斷增加。 圖4-1 經(jīng)驗(yàn)證明，如果在設(shè)計(jì)開始時(shí)把抑制干擾問題在設(shè)備的每一級(jí)中或分系統(tǒng)中加以考慮并解決，則在設(shè)備實(shí)驗(yàn)之前，就可把可能出現(xiàn)的干擾消除80～90%。而且在這個(gè)階段消除干擾的措施也是比較簡單易行的。 必須注意到，一個(gè)電子設(shè)備可能受干擾，也可能產(chǎn)生干擾而干擾其他電子設(shè)備。在同一個(gè)電子設(shè)備中的各部分電路之間也存在著這樣的問題，即一個(gè)電路可能受其他電路的干擾，也可能干擾周圍其它電路。 電磁干擾是電子設(shè)備或通訊設(shè)備中的最主要的干擾形式。電磁兼容性就是指電子設(shè)備在電磁場(chǎng)環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容設(shè)計(jì)的要求，就是使所設(shè)計(jì)的電子設(shè)備與在同一環(huán)境中工作的其它電子設(shè)備，既不產(chǎn)生也不受到電磁干擾的影響。所以電子設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)也就是電磁兼容設(shè)計(jì)。電磁兼容設(shè)計(jì)問題在國外已日益為從事電子設(shè)備實(shí)際及制造的人員所重視，成為重要的研究課題。 干擾（或噪聲）形成的三要素：干擾（或噪聲）源；耦合通道；受感器（接收器或被干擾電路），如圖4-2 ： 圖4-2 抑制干擾的方法有： 1）抑制干擾源。 2）提高受感器（被干擾電路）的抗干擾能力。 3）抑制傳輸干擾的耦合通道。 在某些情況下，需要同時(shí)采用以上的兩種或三種。 通常把抑制干擾源的措施稱為積極防干擾措施，而把抑制耦合通道或受感器（被干擾電路）的措施稱為消極防干擾措施。 4.3 該裝置的抗干擾措施 除了前面第三章第十一節(jié)所述，在單片機(jī)電源中加入了自復(fù)位電路，采用軟件硬件結(jié)合的方法干擾措施以外，我們?cè)诮涌陔娐芳靶盘?hào)放大傳輸通道中較多采用了光電耦合器來抑制信號(hào)干擾。 1).光耦合器 光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光電耦合器是70年代發(fā)展起來的新型電子元件，是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件。其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。開光量輸入電路接入光電耦合器之后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾在輸入開關(guān)量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側(cè)。所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。因此在DZ-8E的單片機(jī)接口電路中也采用了此元件。光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間等參數(shù)。 最重要的參數(shù)是電流放大系數(shù)傳輸比CTR（Curremt-Trrasfer Ratio）。通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。當(dāng)接收管的電流放大系數(shù)hFE為常數(shù)時(shí)，它等于輸出電流IC之比，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。有公式如（4-1）： CTR=IC/ IF×100% （4-1） 采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%～30%（如4N25），而PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%～500%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。 如圖4-3。 圖4-3 （a）輸入特性 (b)輸出特性 由圖可見，它與普通晶體二極管的伏安特性基本上一樣，僅有兩點(diǎn)不同：一是正向死區(qū)較大，可達(dá)0.9-1.1V,只有當(dāng)外加電壓大于這個(gè)數(shù)值時(shí),二極管才發(fā)光;二是反向擊穿電壓很小,只有6V左右,比普通二極管的反向擊穿電壓要小得多。 而其輸出端是光敏三極管,因此,光敏三極管的伏安特性是它的輸出特性,如圖4-2 (b)所示.由圖可見,它與普通晶體三極管的伏安特性是相似的,也分飽和線性和截止三個(gè)區(qū)域。不同之處就是它以發(fā)光二極管的注入電流IF為參變量。另外,光電耦合器的電流傳輸比和晶體三極管的電流放大倍數(shù)在計(jì)算公式上都用輸出與輸入電流之比來表示,但是三極管的電流放大倍數(shù)總是大于1,而光電耦合器的電流傳輸比總是小于1。 2).光耦合器在裝置中的應(yīng)用 （1）計(jì)算機(jī)所有輸入、出接口均用光耦合器隔離，使計(jì)算機(jī)同繼電器控制等電路之間無電氣連接。達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的，使兩者之間既保持控制信號(hào)聯(lián)系，又隔絕電氣方面的聯(lián)系，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。 （2）VFC輸出的脈沖頻率信號(hào)與單位計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)輸入口用光電耦合器隔離，使兩部分電源相互獨(dú)立，減少系統(tǒng)所受的干擾，從而大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 3).設(shè)備器件及安裝工藝上的抗干擾措施 （1）所有電源變壓器初、次級(jí)之間均有隔離層，并可靠接地。 （2）合理安排器件，主要是電源變壓器，繼電器，接觸器的合理位置。 （3）計(jì)算機(jī)、放大線路板均安裝在用鐵皮制作的半封閉盒中，使與安裝繼電器的機(jī)柜部分有效電磁隔離。 （4）系統(tǒng)接地點(diǎn)工藝上采用一點(diǎn)接地的方法。 由于采用了多種有效的抗干擾設(shè)計(jì)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)設(shè)有發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)出錯(cuò)，死機(jī)及由于電氣干擾影響的精度誤差。 第5章 小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識(shí)和基本技能，分析解決實(shí)際問題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它與其它教學(xué)環(huán)節(jié)彼此配合，相輔相成，在某種程度上是前面各個(gè)教育環(huán)節(jié)的繼續(xù)，深化和檢驗(yàn)。它的實(shí)踐性和綜合性是其它環(huán)節(jié)所不能取代的。通過本次設(shè)計(jì)，使我對(duì)家用電器安全性能的指標(biāo)的測(cè)試和單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)或許對(duì)我們來說是個(gè)非常令人頭疼的事，但不可否認(rèn)，我們也從中受益非淺。在此期間我一邊查資料，一邊做設(shè)計(jì)，一邊去問老師，就這樣我靠自己的能力去做了。也許這就是對(duì)我們畢業(yè)的一次考驗(yàn)。一方面檢驗(yàn)我學(xué)的情況和應(yīng)用所學(xué)課程的能力。另一方面我可利用畢業(yè)設(shè)計(jì)的空余時(shí)間，充實(shí)自己以適應(yīng)社會(huì)的需求。 在這次設(shè)計(jì)中我遇到了很多的疑難問題，比如說在對(duì)家用電器安全性能測(cè)試的理解上面，因?yàn)槲沂堑谝淮谓佑|這個(gè)概念，真的猶如天書一般，更何況還要自己設(shè)計(jì)安全測(cè)試的原理圖，那真的是難上加難，什么泄漏電流一點(diǎn)都不懂的，但是我并沒有對(duì)此而放棄，最后，我花了大量的時(shí)間，去圖書館和網(wǎng)上查資料，多去問指導(dǎo)老師，經(jīng)過自己的不懈努力，終于慢慢的有些懂了，問題也慢慢的解決了。最后借鑒自己所查的資料結(jié)合自己的設(shè)計(jì)思想，完成本次設(shè)計(jì)。 通過本次設(shè)計(jì)，我還對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有了更深的了解，單片機(jī)的應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)在，我深深體會(huì)到只有不斷地學(xué)習(xí)、充實(shí)自己，才能適應(yīng)這個(gè)社會(huì)，才能在工作中得到收獲與進(jìn)步。自己今后的路還很長，但是我會(huì)努力。 第6章 致謝 七周的畢業(yè)設(shè)計(jì)就接近尾聲了，在我完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中遇到了無數(shù)的難題，我首先要感謝我的導(dǎo)師楊其俊老師，感謝楊老師這幾個(gè)星期對(duì)我的悉心指導(dǎo)和教誨，每次遇到難題楊老師都不辭辛苦的為我解答，直到我完全明白為止。在這七周多來的日子里，在楊老師的悉心指導(dǎo)下，我從一開始的無從下手到構(gòu)思設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)在的論文成型，沒有楊老師對(duì)我的耐心幫助和精心指導(dǎo)，我不可能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 參 考 文 獻(xiàn)(References) 1． 楊建寧等：《模擬電子技術(shù)》，東南大學(xué)出版社，2006年2月。P12-P16頁 2． 張紀(jì)成等：《電子與電路技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2002年8月。P22-P31頁 3． 電子工程手冊(cè)編委會(huì)、集成電路手冊(cè)分編委會(huì)，《中外集成電路簡明速查手冊(cè)TTL、COMS電路》，電子工業(yè)出版社，1991年7月。P28頁 4． 王福瑞等：《單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》，；北京航空航天大學(xué)出版社，1999年8月。P16頁 5． 張迎新：《單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)》，國防工業(yè)出版社，1996年8月。P45頁 6． 李朝青《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》，北京航空航天大學(xué)出版社，1999年8月。P24頁 7． 王幸tudiv Vser Guide.ATMEL Corporation Version4.07 Dedugging Tool for the AVR family Build240. 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