基于C8051F005的變壓器電氣特性自動測量裝置設(shè)計(無損版)

基于C8051F005的變壓器電氣特性自動測量裝置設(shè)計(無損版)

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耿彥波，河北省高邑縣供電��
蘇培力，河北省欒城縣供電��
蔡騰潛，河北省秦皇島市電力��

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行有著重要意義。變壓器在生產(chǎn)和使用過程中需進行多次項目繁雜的試驗，常規(guī)電力變壓器出廠試驗和型式試驗主要包括：繞組電阻測定、繞組連接組測定、電壓比測量、負(fù)載試驗、空載試驗、絕緣特性測試、外施耐壓試驗和感應(yīng)耐壓試驗。目前，在國內(nèi)絕大多數(shù)變壓器制造中，這些試驗主要利用電橋和電壓表、電流表和功率表等常規(guī)試驗儀器，整個試驗過程需要人工開展，存在著耗時多、操作繁、精度差等諸多問題[1-2]。
近年來, 隨著計算機硬件尤其是單片機技術(shù)的迅猛發(fā)展，芯片集成度的提高，微機測量系統(tǒng)也向高精度、高集成度、高可靠性、高自動化方向發(fā)展，如何把先進的單片機技術(shù)用于變壓器電氣特性的測量成為工程實踐研究中的一個重點。本文分析了一種基于C8051F005高性能SOC單片機的變壓器電氣特性的微機測試系統(tǒng)的開發(fā)方法，整個系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思
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具有的功能有：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、信息顯示、數(shù)據(jù)存儲、串口通信、實時時鐘等功能。該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

2.1 單片機接口設(shè)計
C8051F005作為系統(tǒng)的控制核心,擁有32個I/O口，并可以通過交叉開關(guān)十分靈活地配置給各種內(nèi)部功能模塊。
它的硬件接口電 路 如 圖2所示。
圖中P0.0和P0.1分別為SMBUS通信總線的SDA（串行數(shù)據(jù)）和SCL（串行時鐘）線，用來與時鐘日歷芯片*1226通信。
P0.2和P0.3分別為串行外設(shè)接口總線，與外界進行串口通信。P0.4為USB芯片CH375的中斷輸入端。P0.5為芯片的命令和數(shù)據(jù)控制端。P0.6和P0.7分別為LCD芯片和USB芯片的片選信號端。P1口是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線。P2口為行列式掃描鍵盤的控制端口。P3.0和P3.2為多路開關(guān)CD4051的控制端，P3.3為寫信號控制端，P3.4為讀信號控制端，P3.5為LCD芯片的硬件復(fù)位控制端，P3.6和P3.7為指示燈控制信號端。
另外，C8051F005有單獨的模擬信號輸入和輸出端，可以有8路模擬信號輸入、兩路模擬信號輸出和兩個電壓比較器，這些模擬端口均直接引出。

2.2 人機接口設(shè)計
由于本系統(tǒng)需要實 時 顯 示 大 量 的 數(shù)據(jù) 和 電 壓 、電 流 波形 等 信 息，所 以采用了內(nèi)置SED1335芯片 液 晶 顯 示 模 塊 。
C8051F005與SED1335的接口電路很簡單，SED1335的接口電路圖如圖3所示。
圖3中LCD接口包括+5 V電源和-20 V電源，-20 V電源經(jīng)分壓輸出V0為-15 V左右。A0為命令數(shù)據(jù)選擇信號，當(dāng)A0為高電平時，通過數(shù)據(jù)線輸入的是命令，否則是數(shù)據(jù)。WR和RD分別是寫信號和讀信號控制端，低電平有效。D0 D7為8位寬的數(shù)據(jù)線，LCDCS是SED1335的片選信號。P35是LCD硬件復(fù)位控制端。
鍵盤是一種基本的輸入設(shè)備，鍵盤有兩種：編碼鍵盤和非編碼鍵盤，由于編碼鍵盤必須要有必要的硬件，且較復(fù)雜，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中通常采用非編碼鍵盤，非編碼鍵盤只有兩個動作：閉合和斷開，由1和0表示。本系統(tǒng)中采用4*4薄膜開關(guān)鍵盤，最多可以處理16個鍵的動作。鍵盤設(shè)計為行列掃描式，與單片機直接相連，故共需8個I/O口，將單片機的P2口共8個I/O口分配給鍵盤使用，其中P2.0~P2.3為行掃描輸出端，P2.4~P2.7為列掃描輸入端。

2.3 存儲設(shè)備的選擇
為了方便大容量數(shù)據(jù)的存儲，便于在計算機上對數(shù)據(jù)進行更詳細(xì)的分析，系統(tǒng)配置了USB存儲芯片CH375。
CH375是一個USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE設(shè)備方式。在本地端，CH375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機系統(tǒng)總線上。

2.4 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計
在數(shù)字電路設(shè)計中，經(jīng)常會遇到干擾，干擾信號可能來自裝置的外部，也可能來自裝置的內(nèi)部[6]。本系統(tǒng)采用的抗干擾的措施：數(shù)字地和模擬地隔離；互感器和電路板之間進行屏蔽與隔離，并在互感器和單片機之間增加穩(wěn)壓電路，防止過電壓對系統(tǒng)產(chǎn)生危害；對每個芯片進行濾波、退耦與旁路；電源設(shè)計采用DC-DC芯片，防止外部電源對系統(tǒng)干擾；串口通信部分通過高速光耦隔離。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計程序設(shè)計部分采用模塊化編程方法，便于修改和調(diào)試[7]。裝置軟件的整體系統(tǒng)流程圖如圖4所示。 軟件主要由初始化模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、USB通信模塊、計算模塊等部分組成。各模塊的實現(xiàn)如下。
初始化模塊：先進行初始化，包括I/O端口的分配、各種寄存器的賦初值以及將系統(tǒng)時鐘從內(nèi)部時鐘轉(zhuǎn)換為外部時鐘等。
鍵盤管理模塊：鍵盤管理程序的關(guān)鍵是如何識別鍵碼，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)做出反應(yīng)。單片機對鍵盤識別的方法是掃描，取得鍵值。
A/D轉(zhuǎn)換模塊：AD轉(zhuǎn)換模塊的程序流程圖如圖5所示。
LED顯示模塊：單片機首先完成對液晶芯片SED1335的初始化，然后才能向液晶顯示屏輸出數(shù)據(jù)，顯示圖形或字符。初始化時根據(jù)液晶顯示屏的類型、點陣數(shù)、字符尺寸、驅(qū)動方式等，對SED1335的八個參數(shù)進行設(shè)定。
為此，首先完成對SED1335的輸入輸出操作子程序、數(shù)據(jù)及光標(biāo)地址讀出子程序等，利用輸入輸出操作子程序，完成液晶初始化過程，內(nèi)容包括：顯示方式設(shè)置，顯 ……（未完，全文共4652字，當(dāng)前僅顯示2349字，請閱讀下面提示信息。收藏《基于C8051F005的變壓器電氣特性自動測量裝置設(shè)計(無損版)》）