发电机互感器伏安特性测试仪的显示设计

　　1 发电机互感器伏安特性测试仪的介绍

　　上发电机互感器测试仪是一款用于测试发电机伏安特性的测试仪器，该测试仪的输人电压为220V交流电，可以直接由交流电供电，也可以通过仪器自身携带的电池供电。该测试仪主要用于测量发电机互感器的电压值和电流值，其量程在1500-3000 V以及1.5--7.5A，并自动绘制伏安特性曲线，以便了解发电机的伏安特性仪器从使用功能上分，主要由4部分组成：在线测试、设置选项、查询功能、通讯功能从结构上分，由3大块组成：一部分是AD数据采样电路，用于采集模拟电压、电流值并将其转化为数字量；一部分是基于丁I公司的3X系列的DSP处理器的数字处理电路，用于处理采集到的数据；另一部分是基于LPC2212的ARM处理器的控制电路，用于控制DSP处理数据并将处理完的数据显示在LCD屏止。测试仪的总体结构如图1所示。通过本仪器的使用，大大改善了以往在实验过程中单一靠人工手写的方式记录数据并绘制特性曲线的繁琐工作。从而提高了实验的准确率并减少了实验的重复性，降低了实验成本。

　　2 LCD显示模块的硬件设计

　　2.1 LCD液晶显示模块的介绍

　　系统采用的是LCM一240128A点阵式独立液晶显示屏，他能显示240X128的点阵，该显示模块有一个8位的平行数据总线和通过MPU 接口读、写的控制线。其中显示模块有一个T6963C控制器用于控制液晶显示器以图形方式、字符方式及图形和字符合成方式进行显示，可以实现字符方式下的特征显示，还可像CAD那样的屏拷贝操作。T6963C可管理32 kSRAM作为显示缓冲区及字符发生器CGRAM，并可允许MPU随时访问显示缓冲区，甚至可以进行位操作。

　　本文主要介绍T6963C与240X 1 28点阵的图形LCM -240128A相接口的模块。整个模块实现了T6963C与行列驱动器及显示缓冲区RAM的接口。同时用硬件设置了液晶屏的结构（单/双屏）、数据传输方式、显示窗口长度和宽度等。单屏结构的原理框图如图2所示，其具体电路及接法如图3所示。

　　其中FG为外壳接地点；FS在本文应用中为接地端，用来确定字符的字体为16X16；Vss为接地端VDD，接+5 V；V0接负电，用来调整显示的对比度；其余的均为常规意义：WR为写信号选择端口，RD为读信号透择端口，CE为片选端，C/D为指令数据选择端口，RESET为复位端，DBO--DB7为与MPU接口的数据总线。

　　LCD显示模块的硬件部分主要完成一般初始化功能，显示功能则主要由软件方面的指令系统来完成。由T6963C控制器与240 X 128 LCD PANEL组成的显示模块指令功能完善，使用方便。

　　2.2 系统硬件构成

　　控制电路用于控制和协调整个测试系统工作。根据仪器的具体要求，该部分的系统构成主要有以下儿个部分构成：中央处理器（本系统选用PHILIP LPC2212作为控制器），显示器（本系统采用前面介绍的LCM一240128A显示模块作为显示部分），串口电路，网口电路，电源转换电路，存储信息用的存储器，为用户提供操作的按键电路等，其结构图如图4所示。

　　2. 3 LCD接口电路设计

　　根据系统要求，我们以本系统的具体电路为例来说明LCD模块在本系统中的具体应用。如图5所示，根据LPC2212的特性，可以将LCD显示模块连接至LPC2212的GPIO，采用直接访问的方式实现显示模块与中央处理器的接口。这种方法不仅简单，而且稳定性高。

　　3 汉字与曲线的显示方法

　　3.1 汉字显示方法

　　汉字不能像西文字符那样用字符模块即可显示，一般情况下采用图形显示的方式，这就需要建立汉字的点阵字模。显示模块是通过8位的数据总线进行数据传输的。

　　以8位二进制代码为一个字节，一个16X16点阵的汉字的字模共有32个字节。并且取模的方式分为纵向取模和横向取模。按照横向取模的方式，即：从上而下，从左到右为顺序，以8点为一个单位，逐行生成字模。在8点单元中，对应黑点的位置置一，空白点的位置置零，生成一个二进制代码，如此形成了32个字节的字模。将系统中需要显示的汉字字模统一建立在一个文件中，我们称之为字库，然后在程序中根据需要从字库中调用相应汉字的字模，这样做的目的一方面是节省程序空间；另一方面，可以增强程序的规范性。

　　在程序中，首先确定显示光标的位置，然后调用字库中需要显示汉字的字模，根据取模的方式（我们以横向取模为例）显示该行相应的两个字节。然后跳到下一行对应的位置显示相应的两个字节。如此循环16次。显示整个汉字。

　　在程序中编写用于显示汉字的显示函数CCW2 PR,其中要调用另外两个子函数LCD WRITE3和LCDWRITE2,L CD_ W RITE3是确定显示屏光标位置函数，而LCD_ W RITE2是调用字库数据来显示汉字的函数。

　　函数CCW2_ P R的参数x_a ddr和y_ a ddr对应屏的显示坐标，其与液晶控制器显示缓冲区中的地址通过行****的等式计算出，该等式中的i为参数，对于LCM -3. 2 伏安特性曲线显示方法显示曲线的方法主要有2种：

　　（1）按照逐个显示数据点的方式。由于显示具有存储功能，显示过的内容如果不被冲掉，会自动保留在屏幕上，因此，程序每循环一次产生的数据点就会显示出来，随着程序不断的循环，由数据点组成的伏安特性曲线便会显示在屏幕上。

　　（2）采用图形编码的方式显示整条曲线，即：根据系统需要，将需要显示的数据全部放在一个数据缓冲区中，事先形成一幅伏安特性曲线图，然后通过编码将其转换成字模，再整体贴图显示在LCD屏幕上。前者的优点是可以在显示数据点的时候就可以很直观地看到当前数据的数值，实时性较好。后者的优点是显示速度较快，可以实现动态刷新。根据系统要求，本文采用第一种方法240128A显示模块来说，其值为。x20;而等式中的。x800是图形显示的起始地址。

　　将系统采集上来的数据首先用于显示，然后判断是否符合系统需要保存的要求，如果符合要求，则保存在一个数据缓冲区内，并且将该数据组成一个数据对（I,U）转化为显示坐标，在显示屏的特定位置显示该点。其流程图如图6所示。

　　根据系统 要求以及显示原理，计算出了将数据对转换成数据点显示在特定位置的公式，如下所示：

　　其中UMAX和IMAX分别表示电压和电流量程值，Ucell和Icell分别表示每一点的单元值，（X,Y）表示显示区域的坐标，（x，y）二表示LCD屏的显示坐标。需要说明的是在X取模时，当X是8的倍数时就会产生进位，而实际情况是该点应该位于八点单元的最后一个位置。因此需要对横坐标修正，如式（5）所示。

　　根据显示原理，LCD显示屏接收的数据是8位的二进制代码，那么显示内容和二进制代码有一个对应关系。根据我们的工作，其对应关系如表1所示。

　　当该点显示在LCD显示屏时，由于显示模块自身具有存储功能，因此当程序进人下一个循环时，该点会自动保存在LCD屏上。但是当下一个点的显示位置和该点相同时，会将该点的内容筱盖。因此我们在设计程序时，将上一点的二进制代码保留。其程序流程如图7所示其中last_ p ointml用于保留上一次的二进制代码

　　由上述公式中的单元电压值和单元电流值可知存在一定的显示误差问题。以量程电压值为1500V和量程电流值为1.5 A为例来分析由上述公式，单元电压值和单元电流值分别：

　　按照显示要求：电压值显示小数点前4位，小数点后1位；而电流值显示小数点前2位，小数点后3位。以此为基础来计算，单元电压值和单元电流值可以近似为：

　　这说明相邻两点之间的电压值和电流值间隔要分别大于对应的单元点值才能显示出来。根据系统要求，后一个点对应的电流值比前一个点对应的电流值大额定电流值的10%，才视为该数据点有效，才能保存和显示。以额定电流值为1 A为例，后一个点的电流值和前一个点的电流值之间的间隔大于…… 1 A 而电压值和电流值是关联的，根据文献仁2〕得知，电压值之间的间隔也是大于20.8 V。因此这种显示上误差是可以很好避免的。

　　其中Ir表示额定电流值，buff是程序中长度为200组用于保存有效电压值和电流值的数据缓冲区。datapainting（Ur,Ir ,bu ff[m][0], buff[m][1] , 1）是显示曲线点函数。其中Ur, Ir分别是额定电压和额定电流值，buff[m][0],buf[m][1]分别是保存的输人电压值和输人电流值。

　　4 显示模块的软件设计

　　LCD软件的设计主要包括初始化子程序和显示函数两部分。初始化子程序又包括清显示RAM 子程序和驱动子程序及对显示功能的设置。在系统初始化过程中，应先对显示缓冲区清零，也即执行清显示RAM 子程序。而在对LCD进行读写等操作之前，必须判断其相应的标志位。如果状态正常才会写人数据和命令，否则便会跳出显示程序。另外，为了增加程序的灵活性，我们特意将显示函数做成接口函数的形式，这样整个系统就是多个这种API接口函数的组合，而他们之间通过变量值作为消息进行消息的传递。这样既增加了程序的可读性，又增加了系统的灵活性。

　　此外，系统在测量速度方面的要求：DSP处理完的数据必须能够及时地在控制电路中得到处理，也就是说在DSP处理下一个数据之前，控制电路方面应该完成了对先前数据的判断、保存以及显示工作。因此作者在设计程序时，考虑到程序运行的速度问题，故在数据处理和显示环节将程序设计成函数的形式。为了避免系统错误，在控制电路与DSP通讯方面，采用中断查询的方式进行数据通讯，这样做的好处在于程序运行稳定，不会出现数据紊乱，也便于系统随时观侧数据是否超出了量程，并及时进行报警处理。

　　5 结语

　　（1）FJT810A发电机伏安特性测试仪经过近两年在现场多次使用，与传统的同类测量仪器相比充分体现了其测量直观、体积小、重量轻、安全可靠、操作简单方便等特点，非常适合开展现场发电机互感器伏安特性的测定工作。