MCU CPLD變壓器測試系統設計

1引言

BX型信號變壓器，BG型軌道變壓器和ZG型硅整流器作為鐵路信號電器設備的前端，其工作的穩定性、準確性直接關系到行車安全，變壓器的可靠檢測是嚴抓質量的第一步，對于生產廠家而言，測試流程不允許抽樣，且測試結果應留檔。本套測試系統用來測試鐵路變壓器的各種要求參數，包括原邊空載電流、次邊空載電壓、次邊帶載電壓電流，變壓器絕緣電阻、原邊電壓頻率，測量結果精度要求3%，測試系統分為上下位機兩大部分，下位機運用智能儀表的設計思想，在MCU和CPLD控制基礎上對各種要求測試參數分別進行自動測試，上位機上采用VC++6.0編寫軟件實現串口通訊，歸類統計并判斷是否合格，存儲打印結果，系統滿足操作簡單可靠，提高效率，減少誤差。

2 功能介紹

下位機以80C196KC作為控制中樞，其主程序框圖見圖1，變壓器接入測試儀測試端后接通電源，打開測試儀，測試儀首先進行初始化，包括PSD，全局變量、串口、中斷8253計數器，LCD等的初始化，然后進行自檢，包括檢查測試儀內部電路是否正常，是否響鈴(由變壓器輸入端電壓接反引起的報警)，連續檢測8個周期的輸入端電壓并判斷輸入電源是否接好，電壓是否正常，通訊是否正常，自檢過程是串級檢測(任一項自檢不合格就閃燈報警)，MCU根據鍵入值顯示工作狀態，并調用子程序處理，人工輸入變壓器型號，監測儀進入設置狀態，控制相應繼電器動作，將該變壓器所有副邊繞組接入測試端，并選擇合適量程，進入測試狀態，測完參數后MCU進行處理并顯示相應變壓器測試結果，進入判斷狀態，判斷變壓器是否合格，不合格則觸發蜂鳴器報警，根據要求進入通訊狀態，向上位機發送和接收數據。

本設計采用MAX7000系列的EPM7128兩塊，其中第一塊CPLD(1)的主要功能如下：

(1)與A/D芯片(MAX125)相應片腳連接，控制模/數轉換并讀入其結果，MAX125為并行輸出，是以字進行操作的，所以一次要讀14位，用兩個字節鎖存。

(2)通過系統總線，將A/D轉換結果傳給80C196進行處理。

(3)將80C196處理過的需顯示的數據緩沖，產生LCD的數據(8位)總線驅動。

(4)鍵盤響應。

(5)JTAG功能。

第二塊CPLD(簡稱CPLD(2))依據MCU發出的指令或輸入型號譯碼后驅動控制與該型號二次繞組對應的繼電器吸合與釋放動作，并選擇量程。由于繼電器沒有地址，所有操作他的數據必須同時發送，即使只改變一個繼電器的狀態，仍然要把沒有改變的繼電器的數據同時送給CPLD鎖存，所以譯碼是必需的。

CPLD的功能結構示意圖如圖2所示，可以認為，CPLD在下位機中起著重要的關聯作用，一方面，他與MCU相互通訊，并受MCU控制，另一方面，CPLD又執行著對前端電路、鍵盤、LCD和繼電器板等的操作任務，所以從系統總體的角度出發，CPLD完成一些接口功能。

3 頻率跟蹤測量技術

本系統需要對變壓器的電壓、電流和頻率等進行交流采樣，而交流采樣應用成功與否，頻率的準確測量是一個關鍵，因為我們是取8個正常采樣周期的平均電壓、電流值，而且由于不同型號變壓器的輸出頻率不一，本身也需要測量頻率。響應時間、測量精度以及硬件要求是測頻方法的主要指標。

我們可以定量分析一下由電壓信號頻率波動所引起的電壓信號有效值誤差的大小。

一般工頻頻率的波動常常要到0.1Hz以上，即δf>0.1/50=0.5%，則對電壓信號有效值的影響要達到0.25%，所以應實現采樣頻率對工頻頻率的在線自動跟蹤，以保證測量精度。

考慮到系統的頻率不是變化很快，要實現采樣頻率隨系統工頻的變化而