基于TMS320F2812泄漏电流测试系统的设计

电路说明：光耦U2用于正极性信号的隔离，光耦U3用于负极性信号的隔离。在隔离电路中，R2调节初级运放U1输入偏置电流的大小，C3起反馈作用，同时滤除了电路中的毛刺信号，避免HCNR201的铝砷化镓发光二极管LED受到意外冲击。R1可以控制LED的发光强度，从而对通道增益起一定的控制作用。HC-NR201是电流驱动，其工作电流要求为1～20 mA。由于是隔离双极性信号，因此采用双电源供电的HA7-5127-5运算放大器，其输出电流可达25 mA。R3是采样电阻，将光耦输出电流转变为电压信号，与运放U1组成电压跟随电路，实现输入输出电路的阻抗匹配。在图5线性光耦电路中，隔离电路的隔离电压增益，也即隔离系数为：
G=R3／R2
该隔离电路的隔离增益只与电阻值R3，R2有关，与光耦的电流传输特性无关，从而实现了电压隔离。
1．1．3 电平抬高电路的设计
由于TMS320F2812内部集成的A／D采样范围为0～3 V，在采集信号进行光耦隔离之前，可以调节放大器的增益，使被采集的电压信号落到-1．5～+1．5 V范围之内，然后设计一个+1．5 V的基准电压源将被采集信号进行电平抬高，这样就可以保证采样信号在0～3 V的范围内，电路如图6所示。

利用放大器的虚短、虚断原理，得：
Uo=1．5*(1+Rf／R2)*R3／(R1+R3)-Ui*Rf／R2
这里取R1=R2=R3=Rf=10 kΩ，根据上式即可得：
Uo=1．5-Ui
这样就实现了电平抬高的目的，Ui的取值范围是-1．5～+1．5 V，Uo的取值范围是0～3 V。此时被采集信号在0～3 V输入电压范围之内，满足要求。
1．2 系统软件方案的设计
软件部分包括DSP内部采样程序的设计和DSP采样大量数据与PC机实现数据通信程序的设计，在CCS 3．3开发环境下编写；上位机PC机的测试界面软件采用Microsoft Visual C++编写。
1．2．1 数据采集模块设计
系统的数据采集模块由DSP控制内部集成的ADC模块对外部的泄漏电流调理后的信号进行模／数转换和采样，并将采集到的大量数据送入DSP内部对采样数据进行软件滤波和前端处理，将处理结果通过USB或者串口传入PC机进行后端分析、处理和显示，如图7所示。

TMS320F2812内置12位两路8通道模／数转换模块，内部集成两个采样保持器，采样量程为0～3 V，拥有快速的转换频率，可运行在25 MHz的转换时钟或12.5 MSPS的采样率。根据公式voltage=((AdcRegs．RESULT3>>4)*3)／4095.0，其中voltage为DSP_AD采样值；AdcRegs． RESULT3为A／D转换结果寄存器。
本系统采用它后，在采集速度和精度上完全可以满足设计的需求。通过软件进行采样，用串口调试助手读出采样值。软件流程图如图8所示。
1．2．2 测试界面程序软件流程
通过启动测试程序软件，由PC机选择测试参数，然后通知下位机(DSP)开始测试，然后测试电路对测试信号进行实时采集，通过放大、隔离保护等信号调理，由DSP控制系统将模拟信号转换成数字信号传至上位机(PC)，PC机对采集到的信号处理及显示，并判定被测设备是否合格，其流程图如图9所示。

2 实验结果
2．1 隔离电路实验结果
对该电路首先进行仿真试验，输入峰峰值为3 V的正弦波，经过双极性隔离电路后，其输入、输出波形如图10～图12所示。

2．2 电平抬高电路试验结果
对上述电平抬高电路输入峰峰值为3 V的正弦交流信号，在放大器的正向输入1．5 V的基准电压，其输出波形如图13所示。

3 结语
本文主要从软硬件两个方面对整个测试系统做了简单的介绍，硬件部分包括单一人体阻抗网络，高速放大电路，线性光耦隔离电路以及电平转换电路的设计，从硬件角度基本满足泄漏电流测量要求；软件部分分为下位机DSP程序和在PC上运行的VC++程序，结合流程图详细地介绍了测量软件的实现，以及上下位机之间测量通信的流程。