微控制器下的光耦参数特性测试仪的设计

随着工业生产的发展，一些器件产品要求上批量，测试要求高且数据需跟踪、分析，普通的仪器已满足不了上述要求，需要智能化仪器。由于微型计算机的可开发性，其广泛应用于智能仪器仪表的设计和开发。微机控制光耦参数测试仪是为应用于高可靠工程上的光电耦合器件进行测试的智能化仪器。

光耦是一种利用光作为传输媒介而使电信息得到传输的器件。本文主要研究光耦器件的输出特性（I_C-V_CE图）和电流传输比C_TR（Current transfer ratio）。

1．测试系统总体设计

整个测试系统，主要包括为光耦提供正向的阶梯电流I_F、扫描电压、数据采集以及用于显示光耦特性曲线的LabVIEW图形化程序。

图1 系统总体框图

2．测试电路设计

2.1数控电流源的设计

这部分电路主要是由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的阶梯电流^[1]。另外，因需了解目前所输出的电流数值，单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过转换后由A/D转换芯片实时把模拟量转化为数字量。

通过单片机的DA输出以及电路的转化可以实现电流值的阶梯输出，而且单片机能够对输出时间等进行控制，得到不同宽度梯度的阶梯电流，同时还能设定固定的输出电流数值。

2.2扫描电压的设计

对于扫描电压，考虑到三角波电路电压信号的线性度较好，随时间呈y=kx的线性变化，因此设计能够连续变化的三角波发生器提供光耦的扫描电压。另外，为了方便测量，三角波发生器所产生的电压都需变换成正向的压降。通过用单片机控制8位AD，单片机8个数据口通过定时器中断从0加到255再减到0重复，参考电压为15V，从而输出三角波，再通过相关的芯片增大电压与负载电流。

2.3采集与通讯电路的设计

当阶梯电流通入光耦的发光端，扫描电压接入到光耦受光端的集电极和发射极时，不同的V_CE会有相应的I_C输出。

电压电流采集模块主要采用四块电压电流表集成模块，连接好再把光耦的输入输出端接到表端子上，可以测量瞬时值。再通过串行通信接口与电脑相连接，保存瞬时电压电流数值，以便在LabVIEW上显示特性曲线。

3． LabVIEW软件设计

在本实验中，LabVIEW作为本系统数据流的终端，用于接收和显示光耦器件的特性曲线，而且还包括C_TR的实时计算。而且利用LabVIEW编程的强大功能，可以与计算机上的操作系统以及其他应用程序的使用相结合,大大方便了实验的数据记录和分析。

LabVIEW在光耦测试中主要起到三部分的作用，一是利用自身的串口通讯函数库接收经单片机串口所传输过来的两组数据V_CE和I_C。二是利用这两组数据所组成的数组画出对应的XY图。三是计算C_TR。下面来详细地说明每个部分作用的具体实现。

3.1 LabVIEW的通讯串口

单片机通过串口与计算机进行通讯，而LabVIEW自带的串口函数库中则包含了基本的串口通讯里常用的功能，包含写入、读取以及COM口设置和初始化等等。

串行接口硬件电路由RS232串行接口、MAX232芯片和单片机三部分构成。其中RS232串行接口用于连接上位PC的RS232串行接口，MAX232芯片用于衔接RS232串行接口与单片机，实现单片机输入输出的串口信息到上PC的RS232串行接口信息的转换。

3.2 LabVIEW的图像显示

把从串口读取得到的两组浮点数构成两组数组，分别作为XY图的X轴和Y轴用于显示。以传输到LabVIEW上的I_C为Y轴，V_CE为X轴，构成光耦输出特性图。

另外不同的正向电流数值间的切换，通过调节数控电流源模块中所输出的电流大小来实现，这就是数控电流源中设置液晶显示的意义。

3.3  LabVIEW的数据处理

由C_TR的定义，当输出电压保持恒定时，C_TR等于直流输出电流I_C和直流输入电流I_F之比乘上百分数可得，C_TR=I_C/I_F*100%

由于在循环结构中所输出的数据构成一个数组，而作为I_C和V_CE的显示只能是某个时刻的具体数值，因此加入了索引数组的方法，随机地从数组当中抽取出一个数字来显示，通过这种方法能够得到I_C的数据。对于I_F，这里采用的方法是把旋钮控件的数值输入作为I_F的数值用于C_TR的计算中，在数值上与输入的I_F大小接近。而且免除了在数控恒流源模块中添加串口传输的步骤，简化了电路的结构。

4测试数据的记录

以tlp521光耦为例，因光耦器件正向电压大小的限制，此数控恒流源输出电流的范围为0mA-19.9mA，可以通过“+”、“-”按键来实现电流值的调整，调整的步距为：3mA，输出的最大值为15mA。

在LabVIEW的前面板设置好参数，在电路开始工作以后，XY图表显示出光耦的特性曲线如图2。

  

              图2                            

通过调节加在光耦两端的电压电流，可以在面板上显示不同的曲线图。

5 结论

由显示的光耦特性曲线图可知，测试仪所测得的光耦特性曲线和理想曲线有误差，但与光耦器件产品说明书上所标注的输出曲线基本相符。出现的误差主要是由于加在光耦两端的阶梯波和扫描波没有做到既隔离而又同步造成的。下一步将优化设计，让该系统的PC机独立运行,接上测试机后形成一个专门用于测试光电耦合静态参数的微型计算机系统、智能化的新型多功能仪表。

参考文献

[1].姜宇鹏，肖棋文，陈越惠.基于51单片机的数控恒流源设计 [M]. 企业技术开发，2011.6,第12期：63.

[2].林静，林振宇，郑福仁. Labview虚拟仪器程序设计从入门到精通[M]. 北京：人民邮电出版社

[3].汪全美.简易光耦芯片测试电路[J].电子制作,2011,6(4):47-48.

基金资助：2014年广东工业大学院级大学生创新创业训练计划项目（yj201411845220）;2012年广东省级大学生创新创业训练计划项目（1184512276）； 2014年广东省精品资源共享课建设项目资助（ZYGX011）；