【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 斷。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 繼電器廠家可以根據(jù)繼電器的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析來改變繼電器的結(jié)構(gòu)或觸點(diǎn)的材料，進(jìn)而使繼電器的性能更好 。為繼電器的使用者提供可靠的數(shù)據(jù)，使用者也可以根據(jù)繼電器的測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)更好的繼電器負(fù)載電路，進(jìn)而提高電路的可靠性。 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 測(cè)試依據(jù) 繼電器的觸點(diǎn)在閉合和分?jǐn)嗟倪^程中，由于觸點(diǎn)間的熱的和電的物理過程產(chǎn)生金屬液橋、電弧和火花放電等各種現(xiàn)象，引起觸點(diǎn)材料的電磨損，以至于影響繼電器的可靠性。所以對(duì)繼電器進(jìn)行測(cè)試就顯得非常有 必要了。 通過繼電器的測(cè)試，不但可以獲得繼電器的一些關(guān)于繼電器可靠性的重要技術(shù)指標(biāo)，還有助于分析繼電器失效的主要原因，為使用和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。繼電器測(cè)試技術(shù)的研究，己成生產(chǎn)廠商及研究部門的一項(xiàng)重要工作，研究工作主要包括繼電器的測(cè)試方法、標(biāo)準(zhǔn)以及測(cè)試設(shè)備。 本課題所研究的繼電器測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù) GB/T72612021(繼電器及繼電保護(hù)裝置基本試驗(yàn)方法 )、 JB/(小型通用電磁繼電器試驗(yàn)和測(cè)量程序 )和GB/T1023294(有或無機(jī)電繼電器測(cè)試程序 )的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) (以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn) )中 的測(cè)試要求。 系統(tǒng)方案 隨著直流電磁繼電器的應(yīng)用越來越普遍，對(duì)于直流電磁繼電器的要求也越來越嚴(yán)格。本課題在研究國(guó)內(nèi)外繼電器測(cè)試技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上針對(duì)直流電磁繼電器的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行研究，提出了直流電磁繼參數(shù)測(cè)試技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)繼電器的電氣參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試和顯示。 為了實(shí)現(xiàn)繼電器參數(shù)的高精度和自動(dòng)化測(cè)試 。 本系統(tǒng)由測(cè)試對(duì)象、單片機(jī)、恒流源、數(shù)字調(diào)壓器和 A/D 轉(zhuǎn)換以及顯示部分組成 。 系統(tǒng)組成框圖如圖 21 所示 。 本系統(tǒng)選用如下器件構(gòu)建測(cè)試電路 ： 被測(cè)繼電器線圈控制電壓輸 出由常見的可調(diào)集成穩(wěn)壓器 LM317 與數(shù)控電位 器 X9319 共同作用生成，其最大輸出電流為，輸出電壓范圍為 ～ 37V；觸點(diǎn)電阻測(cè)試電路由 2 個(gè)三端固定穩(wěn)壓器徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 LM7805CK 并聯(lián)輸出 2 A 恒流，由于觸點(diǎn)電阻阻值較小，采用低噪聲高精度運(yùn)算放大器 OPA177 進(jìn)行信號(hào)放大 ,放大信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)進(jìn)行處理 ,這種設(shè)計(jì)具有測(cè)試性能穩(wěn)定、誤差小等優(yōu)點(diǎn) 。 單片機(jī)顯 示數(shù) 字 調(diào) 壓 器 測(cè) 試 對(duì) 象恒 流 源A / D 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 觸點(diǎn)電阻測(cè)試電路 測(cè)試接觸電阻的流程如圖 4 所示 .用 LM7805CK 產(chǎn)生一個(gè)恒流源 ,由于繼電器常閉常開觸點(diǎn)電阻 很小 ,所以觸點(diǎn)上的壓降很小 ,故需通過運(yùn)放對(duì)電壓進(jìn)行放大 ,放大電路如圖 5 所示 .由 89C51 單片機(jī)控制 J1 和 J2 兩個(gè)繼電器切換電路的連接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試 .當(dāng) J1 斷開、 J2 接通時(shí) ,恒流源產(chǎn)生的電流流經(jīng)繼電器觸點(diǎn) ,在觸點(diǎn)上產(chǎn)生小的壓降 ,通過運(yùn)放放大的信號(hào)由 A/D 轉(zhuǎn)換器變換后輸送給單片機(jī)處理 ,電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換電路如圖 22 所示。 J 2被 測(cè) 繼 電器單 片 機(jī)恒 流 源功 放A / D 轉(zhuǎn) 換 圖 22 測(cè)試接觸電阻的框圖 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 參數(shù)的定義及測(cè)試方法 (l)線圈電流 線圈電流指繼電器繞組線圈中流過的電流大小。在線圈的供電回路串聯(lián)一 個(gè)分流電阻，通過測(cè)試分流電阻兩端的電壓間接測(cè)試線圈電流。 (2)觸點(diǎn)接觸電阻 觸點(diǎn)接觸電阻是指包括觸點(diǎn)輸出端在內(nèi)的 (如觸點(diǎn)、觸點(diǎn)組、內(nèi)部連接導(dǎo)線、引出端子 )整個(gè)回路的接觸電阻。測(cè)出觸點(diǎn)回路的電流和觸點(diǎn)兩端的電壓，利用伏安法可間接測(cè)出觸點(diǎn)接觸電阻。 (3)動(dòng)作值及釋放值 動(dòng)作值是指繼電器激勵(lì)為零，對(duì)線圈突然增加激勵(lì)量，當(dāng)觸點(diǎn)切換電路時(shí)的線圈電壓 (或電流 )值，然后再增加線圈激勵(lì)量至額定值。釋放值是指對(duì)線圈突然降低激勵(lì)，當(dāng)觸點(diǎn)切換電路時(shí)的線圈電壓 (或電流 )值。測(cè)試出這兩個(gè)值就可以測(cè)試出動(dòng)作值及釋放值。 (4)時(shí)間 參數(shù) 時(shí)間參數(shù)的測(cè)試是用示波器觀察繼電器觸點(diǎn)的狀態(tài)得出各參數(shù)的值。 l)觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間 :從施加輸入激勵(lì)規(guī)定值的瞬間起至動(dòng)合觸點(diǎn)第一次閉合 (或動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開 )的瞬間止的時(shí)間間隔。 2)觸點(diǎn)返回時(shí)間 :從斷開輸入激勵(lì)規(guī)定值的瞬間起至動(dòng)合觸點(diǎn)第一次斷開 (或動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合 )的瞬間止的時(shí)間間隔。 3)觸點(diǎn)回跳時(shí)間 :對(duì)于正在閉和 (或斷開 )其電路的觸點(diǎn)，從觸點(diǎn)第一次閉和(或斷開 )的瞬間起至觸點(diǎn)電路最終閉和 (或斷開 )的瞬間止的時(shí)間間隔。 4)穩(wěn)定動(dòng)作時(shí)間 :從施加輸入激勵(lì)規(guī)定值的瞬間起至動(dòng)合觸點(diǎn)穩(wěn)定閉合 (或動(dòng)斷觸點(diǎn)穩(wěn)定斷開 )的瞬間的 時(shí)間間隔。 5)穩(wěn)定返回時(shí)間 :從斷開輸入激勵(lì)規(guī)定值的瞬間起至動(dòng)合觸點(diǎn)穩(wěn)定斷開 (或動(dòng)斷觸點(diǎn)穩(wěn)定閉合 )的瞬間的時(shí)間間隔。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)在應(yīng)用設(shè)計(jì)中是非常關(guān)鍵的。硬件電路正確是軟件得以運(yùn)行的平臺(tái)，是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在很大程度上硬件電路的設(shè)計(jì)決定著軟件的編寫，可靠的硬件電路設(shè)計(jì)是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)都采用的是模塊化的設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)的硬件電路主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，把各個(gè)模塊合理的搭建起來，以構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。 外接交流電路設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)包括整流器、濾波器 、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分，常用的直流穩(wěn)壓電路如圖 31 所示。 一般直流穩(wěn)壓電源用的整流器多為單項(xiàng)橋式整流，直流則常用電容濾波。圖31 中 C1為平滑濾波電容，常選用幾百～幾千 μ F的瓷片電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動(dòng)。 C2為高頻濾波電容，常選用 ～ F的瓷片電容，用于抑制浪涌的尖峰。作為直流穩(wěn)壓器件，現(xiàn)在常選用的就是三端穩(wěn)壓器 78 和 79 系列芯片，這類穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，負(fù)載穩(wěn)定度為 15mV，具有過電流和輸出短路保護(hù)，可用于一般微機(jī)系統(tǒng)。三端穩(wěn)壓電源的輸出端常接兩個(gè)電容 C3和 C4， C3主要起負(fù)載匹配作用，常選用幾十～幾百 μ F的電解電容； C4為抗高頻干擾電容，常選用 ～ F的瓷片電容。 31 直流穩(wěn)壓電源 微處理器及其外圍電路設(shè)計(jì) AT89C51 是一個(gè)低功耗、高性能的含有 4KB 閃爍存儲(chǔ)器的 8 位 CMOS 單片徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 機(jī)，與 MCS— 51 的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。閃爍存儲(chǔ)器允許在線電擦除、電寫入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。此外， 89C51 還支持由軟件選擇的 2 種掉電工作方式，非常適用于電池供電或其它要求低功耗的場(chǎng)合。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，需要在 XTAL1 和XTAL2 兩端跨接石英晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。微調(diào)電容的阻值一般取 1030pF，對(duì)微調(diào)電容的值雖然沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小影響起振的快速性、振蕩器的穩(wěn)定性和振蕩器頻率的高低。內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路如 圖 32 所示。另外一種是外部時(shí)鐘方式，外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多片單片機(jī)之間的同步。故此設(shè)計(jì)需用內(nèi)部時(shí)鐘方式。 圖 32 晶體振蕩管腳圖 單片機(jī)執(zhí)行的指令均是在 CPU 控制器的時(shí)序控制電路的控制下進(jìn)行的，各種時(shí)序均與時(shí)鐘周期有關(guān)。 時(shí)鐘周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)的基本單位。若時(shí)鐘晶振的振蕩頻率為 f，則時(shí)鐘周期T=1/f； 機(jī)器周期 ： CPU 完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間； 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。 復(fù)位方式 AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘電路工作后，若在外部復(fù)位電路作用下， RST 端口出現(xiàn)了 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，則可以使系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)使用按鍵復(fù) 位，如 圖 33 所示： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 圖 33 按鍵復(fù)位電路 單片機(jī)睡眠 為了滿足節(jié)省能量的目的， AT89C51 設(shè)計(jì)有空閑和掉電這兩種軟件控制的節(jié)電模式。配置 電源控制寄存器 PCON 中的 （即 PD） 和 （ 即IDL） 位即可完成這兩種工作模式。 PD 位用來控制 掉電工作模式的，當(dāng) PD=1時(shí)，掉電工作狀態(tài)被激活， AT89C51 進(jìn)入掉電工作模式。 IDL 位 是用來控制空閑工作模式的，當(dāng) IDL=1，空閑工作方式被激活， AT89C51 進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如果PD=1 的同時(shí) IDL=1，即需要一起進(jìn)入兩種工作方式，掉電工作方式先被激活。 表 31 PCON：電源控制器及波特率選擇寄存器 SMOD POF GF1 GF0 PD IDL SMOD——波特率倍增位 GF GF0——用戶通用標(biāo)記 PD——掉電方式控制位， PD＝ 1 時(shí)進(jìn)入掉電模式 IDL——空閑方式控制位， IDL=1 時(shí)進(jìn)入空閑方式 當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式后，外部中斷還在不斷工作，其余 CPU、振蕩器、串行口、定時(shí)器等全都停止工作。程序未涉及到的特殊功能寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)都還保持著原來的數(shù)據(jù)。讓 AT89C51 進(jìn)入休眠模式的程序?qū)⒊蔀樾菝咔皢纹瑱C(jī)執(zhí)行的最后一條程序。 AT89C51 處在休眠狀態(tài)時(shí)，可由硬件復(fù)位模式換醒，用此方法喚醒后程序?qū)念^開始執(zhí)行。另外外部中斷低電平或下降沿觸發(fā)中斷也都可以將其從休眠狀態(tài)換醒，用此方法將其喚醒后，程序?qū)脑瓉硗Ｖ沟牡胤嚼^續(xù)向下運(yùn)行。 當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入空閑模式后，只有 CPU 處于休眠狀態(tài)，其余硬件都保持在激活狀態(tài)，程序未涉及到的特殊功寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)在單片機(jī)空閑期間都還將保持著原來的數(shù)值。如果定時(shí)器的運(yùn)行狀態(tài)沒有停止，則寄存器和計(jì)數(shù)器中的值還會(huì)增加。任一個(gè)中斷或硬件復(fù)位都可以將空閑模式下的單片機(jī)喚醒。如徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 果用中斷來喚醒 AT89C51，那么程序?qū)脑?來停止的地方繼續(xù)向下運(yùn)行。如果用硬件復(fù)位來喚醒 AT89C51，程序?qū)念^開始執(zhí)行。 AT89C51 進(jìn)入空閑模式 需運(yùn)行 PCON=0x01；這條語(yǔ)句，在此 前 面需要運(yùn) 行 程序 AUXR=0xFF； 表 32 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài) 模式 程序存儲(chǔ)器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù) 據(jù) 數(shù)據(jù) 中斷系統(tǒng) 當(dāng) CPU正在處理某事件的時(shí)候，外部發(fā)生的某一事件請(qǐng)求 CPU迅速去處理，于是 CPU 暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件。中斷服務(wù)處理完該事件后，再返回到原來被中止的地方繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，又稱中斷機(jī)構(gòu)。 89C51 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 34 所示。 圖 34 89C51 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 89C51 單片機(jī)有 5 個(gè)中斷源，分別為外部中斷 0 INT0、外部中斷 1 INT定時(shí)器 0 溢出中斷請(qǐng) 求 TF0、定時(shí)器 1 溢出中斷請(qǐng)求 TF1 和串行中斷請(qǐng)求 RI或 TI，四個(gè)用于中斷控制寄存器，分別為定時(shí) /計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON（用六位）、串行口控制寄存器 SCON（用兩位）、中斷允許控制寄存器 IE徐州工業(yè)職