直流電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

1、湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目： 直流電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì) 院： 電氣信息學(xué)院 專業(yè)： 電子技術(shù) 班級(jí)： 1101 學(xué)號(hào)： 201001180111 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： XXXX 完成日期： 2015年6月8號(hào) 誠(chéng) 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。作者簽名： 日期： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題

2、目： 直流電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與研究 姓名 XXXXX 學(xué)院 電氣信息學(xué)院 專業(yè) 電子技術(shù) 班級(jí) 1XXX 學(xué)號(hào) 201001180111 指導(dǎo)老師 XXXX 職稱 講師 教研室主任 XXXXX 一、 基本任務(wù)及要求： 本課題的只要內(nèi)容是設(shè)計(jì)并制作能夠測(cè)量電機(jī)、變壓器等感性負(fù)載的直流電阻測(cè)試儀。其具體要求如下： 1、恒流源輸出：1A-10A； 2、ADC分辨率10位以上； 3、液晶或數(shù)碼管顯示測(cè)量值。 二、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間：1、第一周至第二周：查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告； 2、第三周至第四周：畢業(yè)實(shí)習(xí)； 3、第五周至第六周：學(xué)習(xí)單片機(jī)； 4、第七周至第八周：各參數(shù)測(cè)試算法研究； 5、第九

3、周至第十一周：完成系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)； 6、第十二周至第十三周：完成單片機(jī)程序的編寫； 7、第十四周至第十五周：撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 8、第十六周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 目 錄摘要1Abstract2第一章緒論31.1課題研究背景及意義31.2直流電阻測(cè)試儀的研究現(xiàn)狀41.3課題的主要研究?jī)?nèi)容5第二章直流電阻測(cè)試儀方案設(shè)計(jì)62.1直流電阻測(cè)試儀的原理62.2整體方案設(shè)計(jì)72.3 單片機(jī)的選型72.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選型92.5 顯示LCD10第三章測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)113.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)113.2恒流源模塊123.3鍵盤顯示模塊123.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊143.5 RS-232串口模塊15第四章測(cè)試儀的

4、軟件設(shè)計(jì)164.1 主程序設(shè)計(jì)164.2 鍵盤程序設(shè)計(jì)174.3 電壓檢測(cè)設(shè)計(jì)184.4 計(jì)算電阻值18第五章仿真與調(diào)試205.1 系統(tǒng)仿真205.2 硬件調(diào)試20總結(jié)21參考文獻(xiàn)22致謝23附錄 系統(tǒng)總電路24直流電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與研究摘要：電力變壓器直流電阻測(cè)量是變壓器出廠及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一，但電力變壓器固有的時(shí)間常數(shù)較大，研究縮短電力變壓器直流電阻的測(cè)量時(shí)間具有重要意義。 本論文主要研究了電力變壓器直流電阻測(cè)量的基本原理和各種快速測(cè)量的方法，用Protel99SE對(duì)各種測(cè)量方法進(jìn)行仿真分析，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)適用性，進(jìn)而提出了一種切實(shí)可行的測(cè)量方法，并且利用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)

5、現(xiàn)電力變壓器直流電阻快速測(cè)量的目的。關(guān)鍵詞:電力變壓器，直流電阻，Protel99SE，單片機(jī)23The Design and Implementationof the Dc Resistance TesterAbstract：Transformers DC resistance measurement is one of the primary item before transformer leaving factory and precautionary test.The inherent time constant of transformer is quite long, so it

6、 is very important to study how to shorten the measuring time. In this dissertation the primary principle of transformers DC resistance measurement and all kinds of rapid measuring methods is studied, emulated and analyzed by Protel99SE, their advantage and disadvantage is analyzed and their on-site

7、 applicability is compared. Then one feasible measuring method is brought forward and the aim to rapidly measure transformers DC resistance is implemented through system design using singlechip. Key words: transformer; direct; current resistance; Protel99SE; singlechip 第一章 緒論1.1課題研究背景及意義測(cè)量變壓器繞組的直流電阻

8、是一個(gè)很重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，在電力變壓器的生產(chǎn)、安裝、例行檢修、不定期檢查以及故障排查時(shí)都需要對(duì)變壓器繞組直流電阻進(jìn)行檢測(cè)，以保證變壓器能夠正常運(yùn)行。電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的主要設(shè)備之一。變壓器的作用是多方面的，不僅能升高電壓把電能送到用電地區(qū)，還能把電壓降低為各級(jí)使用電壓，以滿足用電的需要。它是電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行的直接保障，一旦變壓器出現(xiàn)故障，就需要拉閘限電，甚至?xí)霈F(xiàn)大面積的停電事故，從而造成巨大的無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。所以電力變壓器從生產(chǎn)到安裝再到投入運(yùn)行，其質(zhì)量問(wèn)題和故障檢測(cè)都直接影響到人們的正常的生活和工作。在電力設(shè)備試驗(yàn)規(guī)程中，繞組直流電阻檢測(cè)的次序排在變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目的第二位，規(guī)程

9、規(guī)定了電力變壓器繞組直流電阻的檢測(cè)周期為：（1） 1-3年必須檢測(cè)；（2） 無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器變換分接位置后必須檢測(cè)；（3） 有載調(diào)壓變壓器的分接開關(guān)檢修后必須檢測(cè)；（4） 大修小修后必須檢測(cè)；（5） 必要時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。另外，規(guī)程還對(duì)大型變壓器做出了相應(yīng)的要求：（6） 1.6MVA以上變壓器，各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%，無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組，線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。（7） 1.6MVA及以下的變壓器，相間差別一般不大于三相平均值的4%，線間差別一般不大于三相平均值的2%。（8） 與以前相同部位測(cè)得值比較，其變化不應(yīng)大于2%。如電阻相間差在出廠時(shí)超過(guò)規(guī)定，制造廠需說(shuō)明這

10、種偏差的原因。（9） 不同溫度下的電阻值按下式換算： （1.1） 式中、分別為在溫度、時(shí)的電阻值；為計(jì)算用常數(shù)，銅導(dǎo)線取235，鋁導(dǎo)線取225。變壓器是由繞在同一鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過(guò)交變磁場(chǎng)而聯(lián)系著并按電磁感應(yīng)原理工作。其繞組具有大電感、微電阻的特點(diǎn),因而其固有的時(shí)間常數(shù)也很大,電阻值的覆蓋范圍較寬。且繞組數(shù)多,一般低壓側(cè)需測(cè)量六個(gè)繞組,高壓側(cè)有多個(gè)分接位,每個(gè)分接位需測(cè)量三個(gè)繞組。由于電力變壓器本身的這些特點(diǎn),目前電子儀器在電阻測(cè)量的精度和自動(dòng)測(cè)試等方面還不能滿足要求。因此,研制精密、快速、自動(dòng)的測(cè)量裝置具有重要的實(shí)際意義。1.2直流電阻測(cè)試儀的研究現(xiàn)狀目前變

11、壓器直流電阻測(cè)量的方法有電壓降法、電橋法和三相繞組測(cè)量法三種：（1）電壓降法：其原理是在被測(cè)電阻中通以直流電流，測(cè)量該電阻上的電壓降，根據(jù)歐姆定律即可算出被測(cè)電阻值。測(cè)量繞組直流電阻時(shí)，對(duì)每相繞組進(jìn)行直流電阻的測(cè)量，然后利用測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得出線圈的直流電阻。在不具備電橋的地方，一般采用這種測(cè)量方法。因?yàn)槊肯嗬@組可以等效成電阻和電感的串聯(lián)電路，在接通電源后，電感中電流從零逐漸增加，最后達(dá)到一穩(wěn)定數(shù)值，電感兩端電壓則從零忽然增加到電源電壓，然后逐漸下降到穩(wěn)態(tài)值，需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，過(guò)程的長(zhǎng)短取決于電路的時(shí)間常數(shù)。這種方法的主要缺點(diǎn)是需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能測(cè)到準(zhǔn)確值。（2）電橋法：電橋法分為單臂電橋法和雙

12、臂電橋法兩種，原理都是利用檢流計(jì)、電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行測(cè)量。其中單臂電橋法的成本低，但是測(cè)量誤差較大，測(cè)量時(shí)間很長(zhǎng)；而雙臂電橋法雖然改善了單臂電橋的引線誤差問(wèn)題，使得測(cè)量精度大大提高，但是測(cè)量時(shí)間還是很長(zhǎng)。（3）三相繞組同時(shí)加壓法：即在變壓器的三相繞組同時(shí)加電壓，同時(shí)測(cè)量每相的直流電阻。三相繞組同時(shí)加電壓時(shí)，在每相繞組中通入的電流從零開始增加，由右手螺旋定則可知，三相電流在每個(gè)鐵心柱中產(chǎn)生的磁通方向不同，它們的作用相互抵消，結(jié)果是使鐵心中的合成 磁通近似為零。這使電感值L大為減小，因此時(shí)間常數(shù)也就降為最低，測(cè)試時(shí)電流變化的過(guò)渡過(guò)程大為縮短，短時(shí)間內(nèi)便能獲得穩(wěn)定的電流值，進(jìn)而求出繞組的直流電阻值。

13、此方法是根據(jù)楞次定律，使各相電流所產(chǎn)生的磁通在鐵心中相互抵消，合成磁通為零，從而減小電感L值，使電路的時(shí)間常數(shù)減小，即減少了測(cè)量直流電阻的時(shí)間，提高了工作效率。在測(cè)量時(shí)，還應(yīng)考慮繞組電阻的大小受溫度影響的因素和直流電阻的不平衡率等問(wèn)題。早期用來(lái)測(cè)量直流電阻的儀器QJ42和QJ44根據(jù)的原理是電橋法測(cè)直流電阻。這類儀器的直流電橋的測(cè)試電流為毫安級(jí),用于測(cè)量變壓器線圈直流電阻時(shí),往往不能反映真實(shí)情況,造成錯(cuò)誤的判斷。比如1984年6月12日,武安變電站進(jìn)行電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)時(shí),用QJ42型雙臂電橋測(cè)量變壓器側(cè)線圈的直流電阻時(shí),線圈的直流電阻平衡很好。然而變壓器油樣的化驗(yàn)結(jié)果卻存在嚴(yán)重問(wèn)題，、等氣體

14、組分均嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)色譜分析結(jié)果,吊芯檢查發(fā)現(xiàn),該變壓器35kV側(cè)B相線圈中性點(diǎn)連接處,存在趨于燒斷的嚴(yán)重缺陷。隨后研究的電橋法測(cè)量?jī)x器結(jié)合了數(shù)字技術(shù)，比如QJ84A，其具有操作簡(jiǎn)便和讀數(shù)醒目的特點(diǎn)，但在性能參數(shù)上并沒(méi)有很大改進(jìn)。在測(cè)量具有高電感和低電阻雙重特性的電力變壓器繞組直流電阻時(shí)，像QJ42、QJ44和QJ84A這類電橋法測(cè)量?jī)x的測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，附加誤差大，優(yōu)勢(shì)不明顯，其更多運(yùn)用于普通電阻的在測(cè)量當(dāng)中。1.3課題的主要研究?jī)?nèi)容本論文將完成以下幾個(gè)方面的工作：（1） 完成直流電阻測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)。芯片選型，確定選用的芯片；完成恒流源電路的設(shè)計(jì)；完成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)硬件原理圖。（2）完

15、成直流電阻測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)選用芯片的時(shí)序要求，編寫采樣程序；根據(jù)顯示屏的時(shí)序要求，編寫顯示程序。（3）完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。第二章 直流電阻測(cè)試儀方案設(shè)計(jì)2.1直流電阻測(cè)試儀的原理電力變壓器繞組可以等效為一個(gè)電感值很大的電感和小阻值電阻的串聯(lián)，各種測(cè)量方法都是以這一模型為基礎(chǔ)。當(dāng)有一個(gè)直流電壓加在電力變壓器繞組兩端時(shí)，由于上述大電感的存在，使得繞組中流過(guò)的電流不能突變。而是按照一個(gè)指數(shù)函數(shù)進(jìn)行上升，過(guò)程電流滿足如下公式： （2.1）式中，繞組所接直流電壓；繞組直流電阻；繞組時(shí)間常數(shù)，,為繞組電感； 圖2.1 測(cè)量等效原理圖 圖2.2 繞組電流隨時(shí)間變化曲線圖測(cè)量時(shí)間從開始，電流為，然后隨

16、時(shí)間逐漸上升，至?xí)r間，達(dá)到穩(wěn)定值。通常認(rèn)為，當(dāng)時(shí)，為穩(wěn)定值的時(shí)電路已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。所以，電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，取決于時(shí)間常數(shù)。已經(jīng)知道，電力變壓器是大電感和小電阻串聯(lián)等效。而越大，則電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間就需要越長(zhǎng)。例如某型號(hào)電力變壓器，繞組未飽和電感近似為，直流電阻為，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)近小時(shí)。而且，當(dāng)測(cè)量時(shí)間，為穩(wěn)定值的，還存在的誤差，實(shí)際測(cè)量時(shí)間大于。因此，選擇適當(dāng)?shù)碾娏ψ儔浩髦绷麟娮铚y(cè)量方法減少測(cè)量時(shí)間是非常必要的。要縮短測(cè)量時(shí)間，就要減小。又取決于繞組的電感和直流電阻值?？梢圆扇〉霓k法是增加附加電阻，或減小繞組電感。2.2整體方案設(shè)計(jì)根據(jù)直流電阻的測(cè)試原理，設(shè)計(jì)出直流電阻測(cè)試儀的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框

17、圖如下面圖3所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源管理被測(cè)電阻恒流源RS-232A/D轉(zhuǎn)換鍵盤/顯示器顯示器圖2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖通過(guò)對(duì)恒流源控制與狀態(tài)檢測(cè)，完成對(duì)被測(cè)繞組的充電、測(cè)量、放電的全部過(guò)程，向被測(cè)電阻中通入一個(gè)恒定的電流值。從測(cè)量電路獲得的電壓信號(hào)，經(jīng)程控運(yùn)放環(huán)節(jié)調(diào)整后，由A/D轉(zhuǎn)換器采樣，再由單片機(jī)一系列的運(yùn)算過(guò)程計(jì)算出電阻值，并顯示在顯示器上。以80S51為核心組成單片機(jī)控制單元,通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/ O口擴(kuò)展,完成測(cè)試與控制功能。通過(guò)面板上的按鍵完成恒流源輸出電流大小的選擇(以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)、查詢及處理),以及啟動(dòng)測(cè)量過(guò)程、中斷測(cè)量過(guò)程等指令輸入,測(cè)量結(jié)果及狀態(tài)信息由LCD顯示輸出。通過(guò)R

18、S-232C接口，本系統(tǒng)還可以在上位機(jī)的控制下,完成測(cè)量過(guò)程并實(shí)時(shí)傳遞測(cè)量結(jié)果和測(cè)試狀態(tài)；下載測(cè)量參數(shù)(如繞組的標(biāo)準(zhǔn)電阻值)；上載所存儲(chǔ)的測(cè)量結(jié)果。電源管理部分實(shí)現(xiàn)蓄電池和交流電源的切換,蓄電池充電過(guò)程的控制，蓄電池電壓的檢測(cè)及過(guò)度放電的防護(hù)，測(cè)量過(guò)程中電源開關(guān)誤關(guān)斷的保護(hù)等功能。2.3 單片機(jī)的選型由于單片機(jī)種類繁多，各種型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境，因此在選用時(shí)要多加比較，合理選擇，以期獲得最佳的性價(jià)比。一般來(lái)說(shuō)在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性，除了以上的一些的還有一些最基本的比

19、如：中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、工作溫度范圍、有沒(méi)有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)內(nèi)有無(wú)時(shí)鐘振蕩器、有無(wú)上電復(fù)位功能等。在開發(fā)過(guò)程中單片機(jī)還受到：開發(fā)工具、編程器、開發(fā)成本、開發(fā)人員的適應(yīng)性、技術(shù)支持和服務(wù)等等因素?；谝陨弦蛩乇驹O(shè)計(jì)選用單片機(jī)80S51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心元件。80S51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80S51內(nèi)置中央處理單元、128

20、字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。此外，80S51還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。其管腳功能圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別如圖2.4、圖2.5所示。圖2.4 80S51單片機(jī)管腳定義圖2.5 80S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選型ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8

21、通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及其引腳如圖2.6所示。圖2.6 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.7 ADC0809管腳定義ADS0809的主要特性：（1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；（2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(640KHz)，130s（500KHz）；（4）單個(gè)+5V電源供電；（5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；（6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度；（7）低功耗，約15mW。2.5 顯示LCD本設(shè)計(jì)選用12864LCD顯示器。1264LCD功耗低、體積小、重量

22、輕、超薄的優(yōu)點(diǎn)是其他顯示器無(wú)法比擬的，主要運(yùn)用于單步偏激控制和微控制器控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD主要分為字符式、段位式和點(diǎn)陣式三種類型，其中字符式LCD和段位式LCD只能作為字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，而點(diǎn)陣式LCD既可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線、漢字和一些自定義字符。本設(shè)計(jì)選用的128列64行的12864點(diǎn)陣LCD顯示器如圖2.8所示。圖2.8 12864LCD顯示器第三章 測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由對(duì)恒流源的控制，向被測(cè)電阻中通入一個(gè)恒定的電流值。從測(cè)量電路獲得的電壓信號(hào)，經(jīng)程控運(yùn)放環(huán)節(jié)調(diào)整后，由A/D轉(zhuǎn)換器采樣，再由單片機(jī)一系列的運(yùn)算過(guò)程計(jì)算出電阻值，并顯示在

23、顯示器上。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S51是一種帶4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能的CMOS8位微處理器。稱為單片機(jī)，其可擦除制度存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦出1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT85S51是一種高效微控制器，包括4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器、128×8位內(nèi)部RAM、兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz、32可編程I/O線、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.1所示。

24、圖3.1 AT80S51單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2恒流源模塊恒流源由信號(hào)源和電壓控制電流源（VCCS）兩部分組成。恒流源是輸出電流保持恒定的電流源，而理想的恒流源應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：（1）不因負(fù)載(輸出電壓)變化而改變；（2）不因環(huán)境溫度變化而改變；（3）內(nèi)阻為無(wú)限大（以使其電流可以全部流出到外面）。設(shè)計(jì)要求對(duì)不同阻值的直流微電阻進(jìn)行測(cè)量，所以在恒流源的設(shè)計(jì)中需要應(yīng)對(duì)不同阻值是通入合適的電流，減小測(cè)量的系統(tǒng)誤差。恒流源模塊電路如圖3.2所示。圖3.2 恒流源電路原理圖3.3鍵盤顯示模塊十六進(jìn)制的鍵盤上有8個(gè)通信線路，即R1，R2，R3，R4，C1，C2，C3和C4。R1至R4代表四行和C1至C4

25、表示的四列。當(dāng)一個(gè)特定的鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的行和列的鍵連接的端子短路。例如，如果按下鍵1行R1和列C1短路等。該計(jì)劃被稱為列掃描方法確定哪個(gè)鍵被按下。在該方法中一個(gè)特定的行被保持在較低水平（其它行被保持高）和列檢查低。如果一個(gè)特定的列低，這意味著該列的相應(yīng)行保持在較低水平（行）之間連接的關(guān)鍵是被按下。例如行R1最初保持在較低水平和C1列在掃描過(guò)程中發(fā)現(xiàn)低，這意味著按下鍵1。鍵盤控制原理如圖3.4所示。圖3.4 鍵盤控制原理圖采用128列64行的12864點(diǎn)陣LCD顯示器，每屏可顯示4行8列共32個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中 文字符或2個(gè)16×8點(diǎn)陣全高A

26、SCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。內(nèi)部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)。字符顯示是通過(guò)將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。12864LCD接口電路如圖3.2所示。圖3.3 12864LCD接口電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的工作原理（1）IN0IN7：8條模擬量輸入通道。信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。（2）地址輸入和控制線：4條。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯

27、碼器將A、B、C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C 為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。（3）數(shù)字量輸出及控制線：11條。ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE為輸出允許信號(hào)；D7D0為數(shù)字量輸出線。（4）時(shí)鐘輸入信號(hào)線：CLK。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。（5）VREF（+），VREF（）為參考電壓輸入。ADC0809與AT80S51單片機(jī)接口電路如圖3.5所示。圖3.

28、5 ADC0809與單片機(jī)接口電路3.5 RS-232串口模塊在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS-232-C接口(又稱EIARS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。RS-232-C接口連接器一般使用型號(hào)為DB-9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。PC機(jī)的RS-232口為9芯針插座。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232接口，因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號(hào)地GND”。在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”為-3到-15V；邏輯“

29、0”為+3到+15V。本設(shè)計(jì)采用MAX232實(shí)現(xiàn)RS-232的接口功能。MAX232是單+5V電源的RS-232收發(fā)器，片內(nèi)包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器和一個(gè)將+5V變換成RS-232所需的10V輸出電平的雙充電泵電壓變換器。RS-232串口電路如圖3.6所示。圖3.6 RS-232串口接線圖第四章 測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，整個(gè)程序包括主程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、串行通訊程序、定時(shí)器中斷程序、LCD顯示程序。所有的程序均采用C語(yǔ)言編寫，可以很方便地調(diào)試和下載程序代碼。4.1 主程序設(shè)計(jì)本課題軟件設(shè)計(jì)的思路是通過(guò)面板上的按鍵對(duì)恒流源控制，完成對(duì)被測(cè)繞組的充電、

30、測(cè)量、放電的全部過(guò)程，并選擇一個(gè)合適的恒定的電流值通入到被測(cè)電阻中。從測(cè)量電路獲得的電壓信號(hào)，經(jīng)程控運(yùn)放環(huán)節(jié)調(diào)整后，由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，再由單片機(jī)一系列的運(yùn)算過(guò)程計(jì)算出電阻值，并顯示在顯示器上。其程序控制流程框圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序控制流程框圖本系統(tǒng)主要是基于AT80S51單片機(jī)的直流電阻測(cè)試儀，系統(tǒng)上電之后首先就是系統(tǒng)復(fù)位，將程序內(nèi)部指針調(diào)到初始位置，接下來(lái)就是控制恒流源向被測(cè)直流電阻中通入可選擇大小的恒定電流，然后就開始對(duì)通入電流的電阻進(jìn)行電壓的檢測(cè)，將測(cè)得的電壓由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，采集后的電壓值送單片機(jī)內(nèi)部，最后就可以利用測(cè)得電壓值來(lái)進(jìn)行計(jì)算得出直流電阻的電阻值，并且

31、可以查詢歷史記錄和與PC及通訊。其中串行通訊子程序不僅可以將單片機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)進(jìn)行處理分析，用戶也可以根據(jù)情況從PC機(jī)上設(shè)置待測(cè)數(shù)據(jù)多少以及測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短等。從而完成對(duì)高電感，微阻值的小電阻測(cè)量的全部過(guò)程。4.2 鍵盤程序設(shè)計(jì)在鍵盤程序中，首先設(shè)置一個(gè)按鍵值變量，初始值為-1，另外給每個(gè)按鍵分別設(shè)置從0-15的值，當(dāng)按下任一個(gè)按鍵時(shí)，該按鍵值賦給按鍵變量，并且返回。在判斷按鍵值的同時(shí)進(jìn)行消抖處理，方法是當(dāng)單片機(jī)偵測(cè)到有按鍵按下時(shí)，延時(shí)10ms左右，再判斷該值是否穩(wěn)定，如果值依然存在，則確認(rèn)該按鍵按下。流程圖如圖4.2所示。圖4.2 按鍵控制流程框圖當(dāng)鍵盤掃描程序采集到數(shù)字大于9的按鍵

32、值時(shí)，根據(jù)按鍵值設(shè)定的標(biāo)志位進(jìn)入不同的功能中，當(dāng)按下按鍵為E時(shí)，測(cè)試儀狀態(tài)恢復(fù)正常工作狀態(tài)，并且將數(shù)據(jù)清零。當(dāng)按下按鍵A、B、C、D時(shí)，系統(tǒng)將清零并選擇不同的恒定電流返回主程序繼續(xù)工作。當(dāng)按下按鍵F時(shí)，則單片機(jī)進(jìn)入計(jì)算阻值功能，在該狀態(tài)下，單片機(jī)將按照設(shè)定的電阻值計(jì)算公式進(jìn)行高精、快速的計(jì)算，得到最終結(jié)果并送LCD顯示器。4.3 電壓檢測(cè)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的電壓檢測(cè)需要先對(duì)系統(tǒng)初始化、電壓檢測(cè)初始化。測(cè)完電壓后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器采集送單片機(jī)計(jì)算，計(jì)算得出結(jié)果后可以有兩個(gè)選擇：一是將得出結(jié)果送LCD顯示器；二是改變恒定電流重新檢測(cè)。如此可以得出多組數(shù)據(jù)最后進(jìn)行平均值的計(jì)算得出結(jié)果，以確保最后結(jié)果與實(shí)際阻

33、值之間的誤差達(dá)到最小，方便工作人員判斷電力變壓器是否正常運(yùn)行，保障用電用戶安全。電壓檢測(cè)流程圖如圖4.3所示。 圖4.3 電壓檢測(cè)流程框圖4.4 計(jì)算電阻值本系統(tǒng)采用的電阻測(cè)試方法為電壓降法，其原理是在被測(cè)電阻中通以直流電流，測(cè)量該電阻上的電壓降，根據(jù)歐姆定律即可算出被測(cè)電阻值。測(cè)量繞組直流電阻時(shí)，對(duì)每相繞組進(jìn)行直流電阻的測(cè)量，然后利用測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得出線圈的直流電阻。在不具備電橋的地方，一般采用這種測(cè)量方法。因?yàn)槊肯嗬@組可以等效成電阻和電感的串聯(lián)電路，在接通電源后，電感中電流從零逐漸增加，最后達(dá)到一穩(wěn)定數(shù)值，電感兩端電壓則從零忽然增加到電源電壓，然后逐漸下降到穩(wěn)態(tài)值，需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，過(guò)程的

34、長(zhǎng)短取決于電路的時(shí)間常數(shù)。具體測(cè)量流程如圖4.4所示。圖4.4 電阻計(jì)算流程框圖第五章 仿真與調(diào)試5.1 系統(tǒng)仿真本系統(tǒng)在protues上進(jìn)行仿真。首先在protues上畫好系統(tǒng)電路原理圖，打開keil，在keil上輸入程序，編譯生成.HEX文件之后燒入protues單片機(jī)內(nèi)，就可以開始仿真了，但是由于12864LCD的字庫(kù)和一些其他問(wèn)題，最后仿真結(jié)果沒(méi)有出來(lái)。仿真圖如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)仿真圖5.2 硬件調(diào)試在開發(fā)板上進(jìn)行電壓檢測(cè)部分的調(diào)試。用實(shí)驗(yàn)室可調(diào)電源輸出5V電壓，串上兩個(gè)阻值分別約為5歐姆和1000歐姆的電阻，分別測(cè)量各電阻上的電壓，分別為4.85V和0.20V。電壓檢測(cè)實(shí)物圖

35、如圖5.2所示。圖5.2 實(shí)物測(cè)量圖總結(jié)本文提出的測(cè)量方案成功地解決了電力變壓器直流電阻的測(cè)量問(wèn)題。與其它測(cè)量方法相比，具有速度快、精度高、自動(dòng)化水平高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)方案研制的電阻測(cè)量?jī)x不僅能滿足電力變壓器直流電阻測(cè)量的要求而且也適用于其它大電感、微電阻設(shè)備的電阻測(cè)量以及繼電器、接觸器、調(diào)壓開關(guān)等接觸電阻的測(cè)量。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，如：匯編語(yǔ)言、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過(guò)去從未獨(dú)立應(yīng)用過(guò)它們，但在學(xué)習(xí)的過(guò)程中帶著問(wèn)題去學(xué)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。設(shè)計(jì)過(guò)程，好比是我們?nèi)祟惓砷L(zhǎng)的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，若遇到實(shí)在搞不明白的問(wèn)題就會(huì)及時(shí)請(qǐng)教老師，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)，提高了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，這些都將成為我今后學(xué)習(xí)和工作的寶貴財(cái)富，同時(shí)也讓我感覺(jué)到團(tuán)隊(duì)的合作才能獲得最大的成功。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處