图3-1 硅钢表面绝缘电阻测试原理图
在规定的电压和压力条件下，将10个固定面积的金属触头（面积64.5mm）
2加到钢板的一个涂层表面上。通过依次测试流过10个触头的电流来评定表面涂层绝缘的效能。
连接在5Ω±1%电阻和钻头间的电压稳定在500mV± 0.5%，单个电极的分流电流在0 ~ 0.1A的范围。钻头起到与试样金属基板接触构成电流回路的作用。
表面绝缘电阻系数的公式：
???????? UR0.5??645?C?A???0.5?1011010??1??IAIA???????101??101?
式中: C--表面绝缘电阻系数，单位为欧姆每平方毫米（??mm2）；
A--10个极头的总面积（645mm2）；
U--施加在触头和5电阻上的电压，单位为伏特（V）；
R--每个触头上串联的电阻，规定为5?；
，单位为安培（A）。 IA--每次测得的电流（10个数值）测试方法的特点如下：
（1）采用单点测量，每次只测量一组触头的电流，依次测试完十组触头的电流后来评定表面涂层绝缘的效能。由于触头与被测试样接触面带有随机性，所以可以反映表面绝缘电阻的分布情况。
（2）采用闭环电路，保证了每组5Ω±1%电阻上是同一个电压，并且能够通过电压反馈回路，使5Ω±1%电阻和钻头间的电压稳定在500mV± 0.5%。
3.2硅钢表面绝缘电阻测试系统硬件设计
英飞凌XE164FN 单片机 继电器驱动模块 继电器 数据采集模块 串口通信 PC机 主控制板 数控电源
图3-2 系统设计示意图
如图2-1所示为本测试和分析系统的设计示意图。设计本系统的目的主要是获取每次硅钢表面涂层绝缘电阻参数数据，对数据进行分析研究后，以获取对硅钢表面涂层绝缘电阻测量有实际意义的结果。由于此装置主要应用于硅钢片厂和电网检测机构，测试频繁，因此要求所采用的核心板具有长期高效稳定的特性。英飞凌XE164FN单片机能够满足本系统设计的要求。
本系统的核心部分是控制十路测试电路的切换、数据采集和数据分析，并且能够自动运行，无需人为干预执行。
本系统的设计中，英飞凌XE164FN单片机的主要功能是采集电流检测电路检测到的值，采集电压反馈电路反馈回来的值，控制继电器的切换，与上位机进行通信等。各个功能模块在后面有较为详细的描述。 3.2.1 英飞凌XE164FN单片机简述
XE166N 将功能和性能扩展的C166SV2内核、功能强大的片上外设子系统和各种片上存储器完美结合。
XE166N 器件的外设子系统具有以下主要特性：
? 两个可同步ADC，转换精度（10位或8 位）和转换时间（低于1 μs）可编程设定，具有多达16路模拟输入通道，自动扫描模式和通道插入和数据压缩特性
? 一个捕获/ 比较单元（CC）（具有两个独立的时间基准），可工作在不同工作模式的灵活的PWM单元/ 事件记录单元，共包括两个 16位定时器/ 计数器，最大精度fSYS
? 两个用于灵活产生PWM信号的捕获/比较单元（CCU6）（3/6捕获/比较通道和1个比较通道）
? 两个多功能通用定时器单元：
– GPT1：含3 个16位定时器/ 计数器，最大精度fSYS/4 – GPT2：含2 个16位定时器/ 计数器，最大精度fSYS/2
? 三个通用串行接口通道单元（USIC），每个单元提供2 路接口通道、波特率发生器、接收/发送FIFO，数据长度和移位方向可编程，可用作 UART、类SPI、IIC、IIS 和LIN 接口
? 控制器局域网络（MultiCAN）模块，支持V2.0B active，多达6个CAN节点，可独立工作或通过网关交换数据，全功能CAN/基本CAN ? 具有报警中断的实时时钟（RTC）
? 刷新时间间隔可编程设定的看门狗定时器（WDT） ? 引导程序加载器，可灵活进行系统初始化 ? 系统配置和控制寄存器的保护管理
本装置所需英飞凌XE164FN单片机提供的功能有：两路10位同步ADC，十个 通用I/O口，八个用于控制外接芯片DA输出的I/O口，一个用于控制外接芯片片选信号的I/O口，一路用于控制外接芯片数据锁存的I/O口和一个用于传输数据给上位机的串口。 3.2.2电源系统
电源系统作为核心控制采集模块的动力系统，负责为继电器，达林顿管及运放提供工作电平。电源系统的稳定性决定了整体系统的工作水平，良好的电源系统是整个控制采集模块正常工作的必要前提。在本设计中，电源系统主要是输出直流稳压电源，所用芯片是LM7805，LM7905，LM7815，LM7815，LM7824，电源
系统如图：
图3-3 电源系统原理图
电源系统去耦部分采用胆电容和无极电容，分别吸收低频和高频的电源扰动。此外，电路板还设计了多个电平测试点，以便后期调试和功能拓展。 3.2.3 达林顿管驱动电路
英飞凌XE164FN单片机的I/O口不足以驱动外接继电器，因此，在英飞凌XE164FN单片机的I/O口输出端接了一个达林顿管驱动电路。驱动电路的主要芯片是ULN2803。ULN2803是高电压大电流八达林顿晶体管阵列，驱动能力 500mA \\50V。应用时9脚接地，要是驱动感性负载，10脚接负载电源V+。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，输入的电平信号为0或5V。输入0是，输出达林顿管截止。输入为5V电平时，输出达林顿饱和。输出负载加在电源V+和输出口上，当输入为高电平时，输出负载工作。
输出击穿电压：50(V) 输出电流：500(mA) 输入电阻：2.7k(Ω)
推荐输入电压：5(V)
达林顿管驱动电路的原理图如下：
图3-4 达林顿管驱动电路
3.2.4 电压保持电路
电压保持电路用于给核心控制采集模块提供所需的数控电源，由于英飞凌XE164FN单片机没有自带的DAC，所以核心控制采集模块的输入电压只能由英飞凌XE164FN单片机外接芯片来提供，本电路主要使用DAC0832，DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。DAC0832输出的是电流信号，所以我们可以设计一个单极性直通电路，ILE接高电平，输出端IOUT1、IOUT2接运放，把电流输出转换为电压输出，此时的输出电压为负电压，所以，紧随其后的是一个反相器；为了“隔离”前后级之间的影响，紧接着反相器的是一个电压跟随器，电压跟随器的特点是高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，所用芯片为低噪声高精度运算放大器 OP07。
电压保持电路的原理图如下：