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多路高壓放大器輸出直流電壓監(jiān)測與顯示系統(tǒng)軟件設計

作者: 時間:2013-12-29 來源:網(wǎng)絡 收藏

自適應光學系統(tǒng)由波前探測、波前控制、波前校正和監(jiān)控系統(tǒng)組成。壓電陶瓷變形鏡是用于波前校正的核心元件,驅動壓電陶瓷往往需要幾百伏特的直流高壓電。在實際系統(tǒng)中,自適應控制器AD輸出的弱電信號通過高壓放大器后產(chǎn)生可用于驅動壓電陶瓷的高壓電,出于系統(tǒng)安全和現(xiàn)場調試的需要,往往需要對高壓放大器的輸出電壓進行高可靠性監(jiān)測?;谶@種需求,設計了一型直流電壓監(jiān)測與,實現(xiàn)了單板對20路0~500V直流電壓的實時監(jiān)測與顯示,通過實際測試表明,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,可靠性高,測量精度高,全量程線性度優(yōu)于0.2%。

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/227153.htm

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 核心芯片簡介

本系統(tǒng)采用C8051F310單片機作為核心控制器,C8051F310器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片,具有高速流水線結構的CIP-51內(nèi)核,工作頻率可達25 MIPS,具有1 280 B片內(nèi)RAM,具有片內(nèi)上電復位,VDD監(jiān)視器,看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F310是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用CS5460A作為核心測量芯片,CS5460A是具有有功功率計算引擎的CMOS單片功率測量芯片,它包含了兩個增益可編程放大器、兩個△-∑調制器、兩個高速濾波器,具有系統(tǒng)校準和有效值/功率計算功能,以提供瞬時電壓/電流/功率數(shù)據(jù)采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計算結果。1.2 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)框圖如圖1所示。輸入高壓經(jīng)過精密電阻分壓后,通過三個8路模擬開關切換20路輸入信號電壓,使用CS5460A分時采樣與量化,輸出20路電壓測量值,一方面通過LCD實時顯示,另一方面通過RS 485接口傳送至上位機實時監(jiān)測。

1.3 電壓輸入接口設計

對于0~150 V直流高壓輸入,需要對輸入電壓進行分壓后才能進行采樣,本設計中采用電阻分壓電路,將動態(tài)范圍達150 V的直流高壓輸入,轉換為100 mV級的CS5460A采樣電壓,為了實現(xiàn)20路電壓測量,選擇3個74HC4051模擬開關分時選通20路輸入電壓。具體電路圖如圖2所示。

圖2中R1為750 kΩ2,0.5 W功率電阻,R2為620Ω電阻,為了滿足系統(tǒng)線性度優(yōu)于0.2%的要求,選擇分壓電阻R1,R2精度優(yōu)于0.1%,溫度系數(shù)優(yōu)于25 ppm,從而實現(xiàn)了全動態(tài)范圍精確采樣。

1.4 CS5460A通信接口設計

CS5460A與單片機的通信接口為標準SPI接口,共由4根線組成,CS5460A有4條串行接口線:CS,SDI,SDO和SCLK。其中CS為片選控制線,低電平有效;SDI為串行數(shù)據(jù)輸入線;SDO為串行數(shù)據(jù)輸出線,當CS為高電平時,SDO端呈高阻狀態(tài);SCLK為串行時鐘,用于控制CS5460A與微控制器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?;RESET為外部復位接口,單片機可通過它來控制C85460A的復位。

1.5 LCD顯示與RS 485接口設計

本系統(tǒng)選擇LM320160CCW型液晶顯示器作為系統(tǒng)顯示界面,LM320160CCW是320×160全圖形點陣的液晶顯示模塊。支持并口通信,內(nèi)置升壓電路,模塊顯示屏由內(nèi)置的主控芯片S1D13700控制,可靠性高,指令簡單,易于操作??梢杂行э@示20路采集電壓,液晶顯示器與單片機接口電路如圖3所示。

本設計中選擇RS 485電氣標準作為上位機通信接口電路,RS 485接口作為標準半雙工網(wǎng)絡接口,一般采用兩線制,以兩線間正壓差+0.2~+6 V表示邏輯1,以負壓差-0.2~+6 V表示邏輯0。RS 485接口是采用平衡驅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。最大的通信距離約為1 219 m,最大傳輸速率為10 Mb/s。RS 485總線一般最大支持32個節(jié)點,如果使用特制的485芯片,可以達到128個或者256個節(jié)點。RS 485電路圖如圖4所示。

使用MAX487EESA芯片作為485電平轉換芯片,最大數(shù)據(jù)率為250 Kb/s,最多可以驅動128個有效負載,工作溫度為-40~+85℃。RS 485接口信號線通過磁偶芯片ADuM1201,實現(xiàn)電氣隔離,485總線接口使用專用TVS管SM712實現(xiàn)ESD保護,出于信號完整性考慮,485電平輸出端采用差分120 Ω,單端50 Ω阻抗匹配。

2 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件主要由CS5460A校準程序以及測量主程序兩個部分組成。

CS5460A提供了方便的數(shù)字校準功能,可以實現(xiàn)電壓通道直流偏置校準和直流增益校準。對于校準程序必須首先進行偏置校準,在20路電壓輸入端均給出參考0電位,運行偏置校準程序,其程序流程圖如圖5所示。



關鍵詞: 多路高壓放大器 顯示系統(tǒng)

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