PCB设计之单片机控制板设计原则

　　系统以LPC2132为核心，具有扩展测试电流的产生和调节模块、动作执行单元、电流检测电路以及键盘等外围设备。LPC2132是一个支持实时仿真和跟踪32位ARM7TDMI-S核的微控制器，1个10位8路A/D转换器，2个32位定时器/计数器，6路PWM单元输出，2个硬件I2C接口和47个 GPIO，2个16C550工业标准UART，以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。16kB的片内静态RAM和64kB的片内Flash程序存储器避免了LPC2132外扩存储器，简化了电路，提高了运行速度。漏电保护器的动作特性自动测试系统结构框图如图1所示。

　　测试电流产生及调节模块

　　图2 测试电流产生及调节模块

　　测试电流产生和调节模块如图2所示。测试电流的产生是将50Hz、220V的正弦交流电经过220：12的降压变压器和电动调压器，输出0~12V的正弦交流电，再通过回路电阻，产生需要的测试电流。测试电流的产生分为3档，以满足不同的测量范围。继电器J1吸合，可产生0~1000mA的测试电流；继电器J2吸合，可产生0~500mA的测试电流；继电器J1、J2都不吸合，可产生0~100mA的测试电流。每一档测试电流的调节通过LPC2132控制电动调压器实现。为了使测试电流能均匀地变化，电动调压器采用了交流伺服控制。在测试过程中，LPC2132对采集到的实时回路中的测试电流值与设定值比较，并计算得到控制量，控制伺服电动机转动，带动电动调压器的电刷在副边上稳定地滑动，使副边电压变化，从而改变回路中的电流。LPC2132的P0.2 脚输出脉冲信号控制伺服电动机的运动速度，P0.3脚输出高或低的电平信号，控制伺服电动机转动的方向。

　　电流检测电路

　　电流检测电路如图3所示。通过电流互感器对测试电流进行采样，将电流互感器的二次侧输出信号经滤波、放大、电压提升等电路，变换为A/D模块可以采集的单极性电压信号（0~5V）后送入LPC2132.

　　图3电流检测电路

　　在检测电流的大小时，根据测试电流的周期（工频）按照每个周期40个点进行采样，采样一个周期后，根据电流互感器的衰减倍数和提升电压的数值，通过软件算法计算出实际的电流有效值。电路应满足如下条件，当交流电流的瞬时值达到正向峰值时，放大器输出5V；当交流电流的瞬时值达到负向峰值时放大器输出 0V.3 A/D转换及控制电路

　　电流检测电路的输出信号VOUT送入LPC2132内置的8路10位高速A/D转换输入端，对漏电电流的大小进行检测。

　　图4 A/D转换及控制电路

　　由于A/D转换为10位，当输入电压为5V时，输出数据值为1024（4FFH），因此最大分辨率为0.0049V（5V/1024）。若产生测试电流的回路电阻为12Ω时，漏电电流的分辨率为0.4mA（0.0049V/12Ω），完全满足测试需要。漏电保护器的漏电电流产生的开始信号和动、静触头断开信号分别送入LPC2132的外部中断输入端，采用中断的方式对漏电保护器动、静触头的分断时间进行检测。P0.5与P0.6脚分别控制继电器J1、J2的闭合和分断，选择三种不同测量范围的测试电流。LPC2132与上位机之间采用串行通信，由于系统是3.3V系统，所以要使用SP3232E进行RS- 232电平转换。SP3232E是3V工作电源的RS-232转换芯片。A/D转换及控制电路如图4所示。