首页 凌海论文

凌海论文

举报
开通vip

凌海论文凌海论文 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 摘 要 随着科学技术的迅速发展,人们对物质需求也越来越高,特别是一些高新技术产品。电源——作为当今人们生活中普遍存在的电子商品,对它的要求更加灵活多样,从上世纪九十年代末起便迅速发展。随着对系统更高效率和更低功耗的需求,电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。 本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计——硬件设计, 该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高, 特别适用于各种有较高精度要求...

凌海论文
凌海论文 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 摘 要 随着科学技术的迅速发展,人们对物质需求也越来越高,特别是一些高新技术产品。电源——作为当今人们生活中普遍存在的电子商品,对它的要求更加灵活多样,从上世纪九十年代末起便迅速发展。随着对系统更高效率和更低功耗的需求,电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。 本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计——硬件设计, 该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高, 特别适用于各种有较高精度要求的。该设计硬件方面包括单片机、变压器、整流滤波、串联调整、D/A、比较放大、取样电路等电路组成。市电220V电压通过变压器流入系统,经过整流、滤波后变成近似的直流电压,再经过稳压部分稳压后获得稳定的直流输出。稳压部分由达林顿管作为调整管,由运放作为反馈取样之后的放大电路,利用放大电路来提高调整管的反应灵敏度电压稳定性。 整个电路的设计就是在综合考虑各个模块现有的电路的基础上,选择最佳电路来实现设计目标的。 关键词: 稳压电源;高精度;整流;滤波;单片机;D/A;A/D 南京工程学院毕业设计说明书,论文, ABSTRACT With the rapid development of science and technology, people matter more to the high demand, especially some high-tech products. Power - as prevalent in people's lives today electronic goods,It requires amore flexible and diverse, from the last century, it developed rapidly since the late nineties. With greater efficiency and lower system power requirements, telecommunications and data communications equipment, technology updates in the industry to promote the power DC/DC power converter to a higher flexibility and intelligent direction. This study is based on single chip as the core of a high-precision intelligent design simple DC power supply - hardware design, the digital power supply regulation, closed-loop real-time monitoring, the output of high precision, especially for a variety of higher accuracy requirements. The design of hardware including microcontrollers, transformer, rectifier filter, series adjustment, D / A, compared to enlarge, sampling circuit .220V mains voltage through the transformer into the system, after rectification, filtering into a similar DC voltage, and then through the regulator part of the stable after the DC voltage output. Regulated in part by Darlington as the regulator, the op amp as the feedback amplifying circuit after sampling, the use of amplifier circuit to increase the sensitivity of the response regulator voltage stability. The circuit design of each module is taken into account on the basis of the existing circuit to select the best circuits to achieve design goals. Keywords :power supply;accuracy;rectifier;filter;SCM;D/A;A/D 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 目 录 第一章 绪论 ............................................... 1 1.1 稳压电源的发展 .......................................... 1 1.2 本文的主要工作 .......................................... 2 第二章 总体设计 ........................................... 3 2.1 稳压电源的技术指标及要求 ................................ 3 2.1.1 稳定性 .................................................. 4 2.1.2 等效电阻 ................................................ 4 2.1.3 电压温度系数 ........................................... 4 2.1.4 输出电压纹波 ........................................... 5 2.2 整流电路介绍 ............................................ 5 2.2.1 单相半波整流电路 ....................................... 5 2.2.2 单相全波整流电路 ....................................... 7 2.2.3 桥式整流电路 ........................................... 7 2.3 滤波电路 ................................................ 9 2.3.1 电容滤波电路 ........................................... 9 2.3.2 电感滤波电路 .......................................... 11 2.4 本设计模块图 ........................................... 13 第三章 模块实现部分 ..................................... 15 3.1 基本电压模块 ........................................... 15 3.1.1 AC220V 到 DC6V 转换................................... 15 3.1.2 DC6V 到 DC5V的转换 ................................... 15 3.1.3 DC6V 到 DC3.3V的转换 ................................. 17 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 3.1.4 基准电压源 ........................................... 18 3.1.5 电压指示电路 ......................................... 19 19 3.1.6 关于接地端的说明 ..................................... 3.2 单片机控制模块 ......................................... 20 3.2.1 单片机的发展历程 ...................................... 20 3.2.2 AT91SAM7S ............................................ 21 3.2.3 单 片机控制输出0.5V电压 .............................. 23 3.3 功率放大模块 ........................................... 24 3.4 反馈控制模块 ........................................... 25 第四章 原理图和PCB图绘制 ............................... 27 4.1 电路板图的绘制 ........................................ 27 4.2原理图和PCB图.......................................... 27 4.2.1原理图编辑 ............................................. 27 4.2.2 PCB图 ................................................. 28 总结 ....................................................... 30 参考文献 .................................................. 31 致谢 ....................................................... 33 附录 ....................................................... 34 附录A: 总原理图 ............................................ 34 附录B: 单片机控制部分 ...................................... 35 附录C: 反馈控制部分 ........................................ 36 附录D: 运算放大部分 ........................................ 36 附录E: PCB图 .............................................. 38 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 第一章 绪 论 1.1 稳压电源的发展 直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下二个问题: 1) 输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05, 1. 07V ) ,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。2) 稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。 在家用电器和其他各类电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中,都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来替代,则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又缩小了其体积,使家用电器小型化。 传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。 随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。 直流稳压电源是最常用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少 1 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 的。针对以上问题, 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源输出由单片机通过D/A , 控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则由软件控制自动调整。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动LED 显示,多种显示模式间, 可以由键盘控制进行动态逻辑切换。 随着电子技术的发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源,是连续控制的线性稳压电源,这种传统稳压电源技术比较成熟。并且已有大量集成化的线性稳压电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等特点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器和隔离之用,滤波器的体积和重量也很大。而调整管工作在线性放大状态,为了保证输出电压稳定,其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差,导致调整管功耗较大,电源效率很低,一般只有45%左右,另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器,于是它很难满足电子设备发展的要求。从而促成了高效率、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计, 该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高, 特别适用于各种有较高精度要求的。 1.2 本文的主要工作 稳压电源作为电路系统高稳定的电压及电流提供者,其工作的稳定性直接影响电路系统的安全与稳定。稳压电源作为电路系统的基本模块之一,其应用范围非常广泛。稳压电源要求具有稳定性高,纹波系数小,温度系数小,输出电阻小,调整速率快等特点。通常采用中、小规模集成电路来实现,尽管这种集成电路具有原理简单、易于实现等优点,但同时存在集成化不高,输出电流小等困难问题。 针对此问题,本文设计了一种基于单片机控制的数字式直流电压源。 2 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 第二章 总体设计 常用稳压电源的实现方法 稳压电源一般由变压器、整流滤波器和稳压器三大部分组成。变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。整流器把交流电变为直流电。经滤波后,稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出, 如图2.1 图2.1稳压电源框图 1(电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=η,式中η是变压器的效率。 2(整流滤波电路:整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分,输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 各滤波电容C满足RC,(3,5)T/2,或中T为输入交流信号周期,L RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 2.1 稳压电源的技术指标及要求 稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,如输出电压、输出电流及电压调节范围;另一类是质量指标,反映一个稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能,主要有以下四个方面的要求。 3 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 2.1.1 稳定性 当负载电流一定时,输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比称为稳压系数,即: ,U/UOO,,(=额定值) (2-1) IL,U/UiI UU上式中,γ为稳压系数;为稳压器的额定输出电压;为稳压器Oi ,U,U额定输入电压;为输出电压的变化量;为输入电压的变化量;为IOiL负载电流。 另外还有以γ的倒数S为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,称S,1/γ为稳定系数的。 其中S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。 2.1.2 等效电阻 U又称为动态电阻,是包括整流、滤波和稳压在内的等效电阻。当保i ,U,I持不变时,输出电压增量与输出电流增量之比称为等效内阻: OO ,UOUR,,(,额定值) (2-2) iO,IO R上式中,为正值,由于电流增加(增量为正)时其两端电压受内阻O R影响要下降(增量为负),故上式中加了个“,”号,使得为正值。性O能优良的稳压电源,输出电阻可小到1欧,甚至0(01欧。 2.1.3 电压温度系数 当环境温度变化时,会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源,应在环境温度变化时,有效地抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定,输出电压的漂移用温度系数KT来表示。 4 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 2.1.4 输出电压纹波 所谓纹波电压,就是指叠加在直流之上的交流部分。经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数。用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。也可用交流毫伏表测量其有效值,但因纹波不是正弦波,所以有一定的误差。 (1)最大纹波电压 在额定输出电压和负载电流下,输出电压的纹波(包括噪音)的绝对值大小,通常以峰-峰值或有效值表示。 ,(2)纹波系数() 在额定负载电流下,输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比,即 Urms,,,100%Uo (2-3) (3)纹波电压抑制比 纹波电压抑制比是指在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的纹波频率下,输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比,即 Ui~纹波电压抑制比 = (2-4) UO~ 2.2 整流电路介绍 2.2.1 单相半波整流电路 单相半波整流电路是最简单的整流电路,图2.2是单相半波阻性负载的整流电路。 5 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 图2.2 单相半波整流电路 电路中,T为变压器,其作用是将市电220V的交流电压变成所需要的直流电压,VD是整流二极管,其作用是方向变化的交流电变为单相的脉动直流。 现介绍电路的基本原理。 当交流电源为正半周,即上正下负时。二极管VD因加正向电压而导通,V通过二极管VD加至负载电阻RL上,负载电压V=V为正弦半波电压。 202 当交流电元为负半周,即上负下正时。二极管VD上加反相电压,故VD不导通,若忽略二极管VD的反向漏电流,则负载电阻RL中无电流通过,负载电压为零。 由此可见,由于二极管的单向导电作用,只有一个方向的电流流过负载电阻RL,因此在负载电阻RL上的电压V是单向的脉动直流电压,以后0 各周期情况和第一周期相同。 输出直流电压的平均值,即直流电压V可按下式求出 0 V=Vsinaωtd(ωt)=0.45V (2-5) 0 22 整流输出的是脉动电压,即包含有直流成分,同时又有交流成分,其中的脉动程度一般用纹波系数来衡量,即纹波系数,输出电压的交流成分有效值/输出电压直流成分。对于直流电源来说,纹波越小越好。为了得到教平滑的直流电压就必须进行滤波,对于输出在几安一下的各种单相整流器来说,常在整流电路输出端并联一个一定电容量的滤波电容C,即为容性负载。 半波整流电路的优点是结构简单,使用的元器件少。但缺点是输出的 6 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 波形脉动大,直流成分比较低;变压器有半个周期不导电,利用率低;变压器电流含有直流成分,容易饱和。所以只能用在输出功率较小、负载要求不高的场合。 2.2.2 单相全波整流电路 单向全波整流电路如图2.3所示。 o变压器T次级线圈具有中心抽头,即得到幅值相等而相位差的180C电压V21和V22。在未接滤波电容时,当变压器T的次级线圈的交流电压上(1)正而下(2)负时,VD1受正向电压而导通,VD2受反向电压而截至。于是电流iD1通过VD1流过负载RL。另半个周期,即上(1)负而下(2)正时,VD2受正向电压而导通,VD1受反向电压而截至。于是电流iD2通过VD2流过负载RL。在一个周期内负载电流i0=iD1+iD2为单向脉动电流。负载电压为双半波,因此直流输出平均电压为单相半波整流电路的2倍,即V0 ,0.9V2。 图2.3 单相全波整流电路 全波整流电路接入滤波电容C,其充放电过程与半波整流相同,但由于V21和V22轮流通过VD1和VD2向电容C充电,所以输出电压的脉动比半波整流时小。 2.2.3 桥式整流电路 桥式整流电路如图2.4所示。 工作原理简介如下:在V2的正半周内,VD1,VD4导通,VD2,VD3截 7 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 至,在RL上建立起上正下负的脉动电压,如果忽略二极管的管压降及变压器的内阻,则V0=V2。而在V2的负半周,二极管VD2,VD3导通,VD1,VD4截至,在负载RL上仍建立起上正下负的脉动电压,如果忽略二极管的管压降及变压器的内阻,则V0=V2。由此可以看出,正负半周都有电流流过负载电阻RL,而且流过负载电阻的电流方向是一致的,因而输出电压的直流成分提高,脉动成分降低。 桥式整流电路的电压可作如下估算。整流元件仍认为是理想的,在纯电阻负载条件下,电压的顺时值为: V,2Vsin,t0,,t,2, (2-6) O2 负载直流电压平均值为 V,0.9V (2-7) O2 图2.4 桥式整流电路 每个二极管截止时的反向电压相同,为V2的幅值。即: (2-8) Vd,2V2 导通二极管的电流平均值为负载电流平均值的一半,最大值与负载电流最大值相同。 综上,桥式整流电路的特点是:与半波整流电路相比,在V2,RL相同 8 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 的条件下,输出的直流电压提高了一倍;电流脉动程度减小;变压器正负半周都有对称电流流过,既得到充分利用,又不存在单向磁化的问题。所以它的应用较为广泛。但是需要4个整流二极管,线路稍复杂。 以上简单介绍了几种整流电路,根据其优缺点的判断,所以在我的设计中采用了桥式整流电路。一方面,能使电能得到充分利用,另一方面,由于有现成的整流桥集成元件,设计起来也比较方便。 2.3 滤波电路 交流电经整流电路后可变为脉动直流电流,其中含有较大的交流分量,为了使设备能用上纯净的直流电,还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成份。滤波电路一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联上电容器C,或在负载中串联上电感器L,或由电容,电感组合而成的各中复式滤波电路。 2.3.1电容滤波电路 电容滤波就是在整流电路后面,用大量的电解电容与负载并联例如以桥式电路为例,整流滤波电路如图2.5所示 并联在负载两端的电容器C即起滤波作用。下面以有负载RL和无负载RL 两种情况来分析滤波电路的工作原理。 无负载,即RL开路时,电路接通瞬间设电容C上起始电压为零。电源接通后,通过整流管及变压器次级给C充电,因导通的二极管及变压器次级电源内阻很小,所以充电时间常数很小,充电电流很大。只要合理选择元件参数,便不会发生过热或烧坏晶体管的现象。当V2达到最大值时,Vc也基本上达到最大值。此后,V2开始减小,导通的二极管由于V2的绝对值小于Vc,处于反偏截至状态。此后,输出电压保持为Vc而不变, 。当V2的负半周到来时,因Vc不变,晶体管也不在导电。 Vc,2V2 9 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 图2.5电容滤波电路 当有负载RL时,设RL为定值,当电源接通且C上还有近似峰值电压时。在t~t间隔内,输入电压V2>Vc,VD1,VD2导电,电容C充电,Vc随14 充电过程而上升,到t以后,V2按正弦规律下降,当Vc>V时,整流管22VD1,VD2处于反向偏置,停止导通;已充电的电容开始对负载电阻R放电,L即暂时代替电源向负载供电。电容C的放电电压按指数曲线下降。在t3瞬间,V上升到Vc;t以后,,V2>Vc,电容由放电转换为充电,VD3,VD423 导通,构成电源向负载及电容供电的通路。t以后,,V 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 而设计的全新低噪音 CMOS 低压降 ( LDO) 开关稳压器。LP3875 系列开关稳压器采用先进的设计,即使采用很小的输入输出滤波电容,也可以有效地抑制由电源供应产生的纹波。在室温环境下以及不同的负载与线路时,LP3875 系列芯片的输出电压精确度为 +/-1.5% ,而且在任何情况下都可保证精确度为 +/-3.0%。由于这系列芯片设有独立式输出感应脚,因此即使部分应用方案的负载远离稳压器,管脚也可在负载附近进行感测,以补偿印刷电路板走线(trace) 所产生的电阻。对于需要充分发挥电源效益的应用方案,这系列芯片也极为适用,因为这系列芯片设有停机模式,停机时静态电流只有 10nA,足可支持睡眠或待机功能。这系列芯片的每一个型号都有 16 个电压可供选择,另外还 15 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 有可调节电压的版本,以满足不同的要求。 LP3875-5.0为输出电压5.0V,电流1.5A的低压集成稳压器。图3.2为其内部结构图。 图3.2 LP3875-5.0内部结构图 此稳压源给下一级的运放供电,由于运放可能输出电流很大(由负载大小决定),如果和其他电路共用一个电源,会影响其他相关电路的正常工作(电流过大时会拉低电压)。所以给运放单独配置一套电源。 图3.3所示电源输出5V,此电源给AD,DA,MCU供电。由于AD, DA,MCU等不是功率器件,故可以共用一套电源。 6V 5V VIN VOUT SENSE SD C62 R46 LP3875 图3.3 LP3875 电源电路 16 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 3.1.3 DC6V 到 DC3.3V的转换 由于选用的MCU需要3.3V电压,需要设计6V ~ 3.3V转换电路。选 用LINEAR公司生产的LT1962系列芯片,LT1962系列微电源芯片具有低噪 音,高精准度,可作为基准电压使用。此芯片可最大输出300mA电流,在 最大输出情况下,输出端电压被下拉270mV。其静态电压只有30uA使其在 电源供电系统内被广泛应用。因为其有很多的校准器,所以静态电压可以 很好的被控制。 图3.4为LP1962的引脚图,及引脚功能说明。 图3.4 LT1962 TOP VIEW IN Pin Voltage ............................................... 20V OUT Pin Voltage .............................................. 20V Input to Output Differential Voltage (Note 2) .................................. ................20V SENSE Pin Voltage ............................ ................ 20V ADJ Pin Voltage ............................................... 7V BYP Pin Voltage.............................................. 0.6V SHDN Pin Voltage ............................................. 20V 17 南京工程学院毕业设计说明书,论文, Operating Junction Temperature Range(Note3) ....–40? to 125? Storage Temperature Range ......................–65? to 150? 300? Lead Temperature (Soldering, 10 sec)............. 图3.5为实际设计的电路图 图3.5 实际设计电路图 3.1.4 基准电压源 AD780是AD公司生产的一款高精度的基准电压源。输入电压可在 4.0V-36V之间变化。输出电压可编程(2.5V或3.0V)。其引脚图如下所示: 图3.6 AD780引脚图 当8脚悬空时,VOUT输出2.5V,当8脚接地时VOUT输出3.0V。在以后的介绍中将会使用到2.5V基准电压,故设计出如图3.7所示电路。 18 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 2.5v 图3.7 2.5V电压输出 3.1.5 电压指示电路 为了确定所设计的每一个电压都能正常输出,设计了如下图所示的电压检测电路,如果电压正常输出,则相应的LED会点亮。 图3.8电压指示电路 3.1.6 关于接地端的说明 由于整个系统存在模拟地和数字地两个接地系统。最终把它们统一的方法是在模拟地和数字地之间连接一个68uH的电感。这样可以避免他们之间的相互干扰。 图 3.9 模拟地和数字地的连接 19 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 3.2 单片机控制模块 3.2.1 单片机的发展历程 单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始,迄今已有二十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,几乎“无处不在,无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。 按照内部数据通道的宽度,单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同,只是增设了“面向控制”的处理功能,例如:位处理、查表、多地址访问方式、多种跳转、乘除法运算、状态监测、中断处理等,增强了实时性。 单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的,将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间结构的,称为普林斯顿(Princeton)结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开,分别殉职的结构,称为哈佛(Harvard)结构。考虑到单片机“面向控制”实际应用的特点,一般需要较大的程序存储器,目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器分开的结构为多。 ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。 ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商,每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系,ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。 目前,总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人,则包括微软、升阳和MRI等一系列知 20 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 名公司。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。 3.2.2 AT91SAM7S64的简介 AT91SAM7S64是Atmel 32位ARM RISC 处理器小引脚数Flash微处理器家族的一员。它拥有64K 字节的高速Flash 和16K 字节的SRAM,丰富的外设资源,包括一个USB 2.0设备,使外部器件数目减至最低的完整系统功能集。这个芯片是那些正在寻求额外处理能力和更大存储器的8 位处理器用户的理想选择。 Flash存储器可以通过JTAG-ICE 进行编程,或者是在贴装之前利用编程器的并行接口进行编程。锁定位可以防止固件不小心被改写,而安全锁定位则可以保护固件的安全 Atmel AT91SAM7S64是基于ARM7TDMI的高性能32位RISC微控制器集成了Thumb扩展指令集,完全可编程的扩展总线接口,高达64MB的寻址空间和8个芯片选择,16KB内部RAM,64KB片内flash,8级优先级,可分别被屏蔽,向量中断控制器,2个外部中断,其中包括1个高优先级低延迟中断请求,3通道16位定时器/计数器,3个外部时钟输入,每个通道有2个多用途I/O引脚,2个UART,每个UART有2个专用外围数据控制器,可编程看门狗定时器,高级节约功率特性。 21 南京工程学院毕业设计说明书,论文, AT91SAM7S64单片机的内部结构: 图3-9 图3.10 AT91SAM7S64内部结构图 关于电源的说明 AT91SAM7S64有6种类型的电源输入引脚以及一个集成的电源调节器,使得器件可以工作于单一电压。这6 种电源引脚类型为: • VDDIN:电压调节器的电源输入。输入电压范围是3.0V 到3.6V,标称值为3.3V。如果不用电压调节器,则VDDIN 应该连接到GND。 • VDDOUT:电压调节器的输出1.8V。 • VDDIO:I/O及USB 的电源。支持电压范围为3.0V 到3.6V,标称值 22 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 为3.3V。 • VDDFLASH:为Flash 部分地提供电源,而且是Flash正确工作的先决条件。电压范围为3.0V 到3.6V,标称值为3.3V。 • VDDCORE:芯片逻辑部分的电源。电压范围从1.65V 到1.95V,典型值为1.8V。可以通过解耦电容连接到VDDOUT 引脚。VDDCORE 是器件内核,包括Flash正确工作的前提。 • VDDPLL: 振荡器和PLL的电源。可以直接连接到VDDOUT。 各个输入电源并没有独立的地回路引脚。因此GND 与系统地平面的连接应尽可能短。 芯片如图所示 图3-10 图3.11 AT91SAM7S64芯片 3.2.3 单片机控制输出0.5V电压 CSMCU通过产生DA信号,选中AD5542芯片,MOSI(主机输出,从机输 23 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 入)使MCU与AD5542同步工作,通过MCU21脚SCLK(可编程串行时钟)信号输出16位二进制信号控制AD5542输出0.5V电压。输出的二进制数可用下式计算: 0.5V,0FFFFH2.5V 其中2.5V电压为AD780提供的REFVo1。 将AD5542输出的0.5V输出至电压放大模块。 图3.12 0.5V电压输出放大模块 3.3 功率放大模块 AD5542输出的0.5V电压通过AD780稳定后输出给运放OPA569。OPA569对电压的放大为1:1 ,故其输出电压为0.5V。电流随负载大小而变化,最大可达2A。 OPA569是一款,高精度功率运算放大器,可最大输出2A电流。 工作原理如下图所示。 24 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 图 3.13 OPA569工作原理图 当输出电压0.5V加上负载后,如果负载阻值很小,输出电流将很大,这可能带来的风险是将0.5V电压拉低。为了保证0.5V恒压特性,工作稳定。将电压反馈至MCU,将由MCU自动调节把电压稳定在0.5V。 3.4 反馈控制模块 在反馈控制环节中是利用一个DAC进行采样,把数据反馈给单片机,由单片机来调整,当反馈电压偏离设定误差范围则调整。 ADS1218的简介 内置片上闪存24位ADC-ADS1218。内置4KB片上闪存,它可以在整个2.7V—5.25V工作电压范围内实现编程。闪存赋予用户更高的定制能力,包括能够实现线性化、串行化、校准和数据存储等关键配置功能。它提供24位无丢失码性能,有效分辨率22位、功耗低于1mW,片上电压基准可精确到0.2%以内,全量程线性误差不超过?0.0015%。ADS1218还集成有8通道多路复用器、可编程增益放大,如图3.14 工作特性为: AVDD to AGND ................................. –0.3V to +6V DVDD to DGND ................................–0.3V to +6V Input Current ........................... 100mA, Momentary 25 南京工程学院毕业设计说明书,论文, Input Current ............................ 10mA, Continuous AIN ............................... GND –0.5V to AVDD + 0.5V AVDD to DVDD ................................. –6V to +6V AGND to DGND ............................. –0.3V to +0.3V Digital Input Voltage to GND ...............–0.3V to DVDD + 0.3V Digital Output Voltage to GND ................... –0.3V to DVDD + 0.3V Maximum Junction Temperature .................... +150? Operating Temperature Range ...................–40? to +85? Storage Temperature Range ...............–60 ?to +100 ? Lead Temperature (soldering,10s) .............. +300? 其中参考电压VREF为VREF = (REF IN+) – (REF IN–) = +2.5V 图3.14 反馈控制模块 其向MCU输出的16位二进制数用下式计算: 采样电压,0FFFFH2.5V 将转换后的结果送MCU判断,以决定是否将输出电压抬高或降低。 26 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 第四章 原理图和PCB图绘制 4.1 电路板图的绘制 电路板图的绘制分如下两个过程进行: 1.熟悉电路原理 在绘制印制电路板图前,应详细分析电路工作原理,确定应由部分电路组成最后的电路图,信号的来龙去脉等,按其原理构思,确保电路电气功能。 2.板图绘制 在做到对所要设计的电路由所了解之后,需要先在草稿纸上绘出相应的原理图。由于所设计的数控电压源有几部份组成,所以先根据要求选定好所要用的元器件,然后根据相应的元件连成完整的电路图。最后,利用Protel软件绘制出原理图,并根据原理图画出相应的电路板图。下一节中详细如何介绍利用Protel 软件绘制原理图和电路板图。 4.2原理图和PCB图 4.2.1原理图编辑 原理图编辑的任务是生成一个*.sch文件。需要如下几个 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 完成: 步骤1: CURRENT命令设置库、纸张大小、线性。调用所需的库:在CURRENT窗口中选定某个LIBRARY,输入库或输出库,在弹出的窗口中选定所需的库。设计中常用的库为:TTL.LIB、DEVICE.LIB、CMOS.LIB。 步骤2: 放置元件PLACE-COMPONENT,依次输入元件名、编号、大小单位、封装名,用X、Y和空格改变元件方向,注意勿忘输入封装名。不知道元件名如何拼写,可先输入型号,在弹出的窗口中选择。不认识的元件可以用LIBRARY-BROWSE,输入需要的型号,选择要浏览的库,在弹出窗口中任选屏幕上即可显示出某个元件的外形图、元件名等,再利用NEXT或PERVIOUS依次浏览。若库中无此元件,可进入SLM编造元件。 27 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 步骤3: MOVE-COMPONENT命令移动元件是布局合理,同样可以用X、Y和空格键变换元件方向。 步骤4: EDIT-COMPONENT命令修改元件属性,包括对元件的编号、大小单位、封装名的修改。 步骤5: 修改引脚。EDIT-PINS,单击某个引脚或这双击某个元件,就会弹出一个修改引脚的对话框,可一根据原理图的需要修改元器件的引脚。如原理图中的74LS373、74LS244都是修改过的。 步骤6: 移动元件编号,大小单位等标注文字使其美观,清楚。MOVE-TEXT,单击要移动的文字,S键可改变文字的大小。 步骤7: 放置连线。PLACE-LINE。左键单击制作平台选择连线,注意:连线时起点应为引脚末端。 步骤8: 放置连接点及网络标号。PLACE-JUNCTION、PLACE-NETLABLE。如果要简化原理图中的线条,可使用网络标号来代替繁琐的线条。如原理图中键盘与单片机的连接就时利用了这一点。 4.2.2 PCB图 电路设计最终的目的时为了设计出电子产品,而电子产品的物理结构时通过印制电路板来实现的。因此,PCB图是最关键的一步。通常情况下,需要设计电路的大小,外形和各种环境参数等。根据实际的经验,印制电路设计的流程如图4.1所示。 装入网络表 规划电路版 设置参数 元 件 布 局 手工调整 手工/自动布线 图4.1 PCB图制作流程 具体操作步骤如下: 步骤1: 规划电路板。在绘制电路板之前,要对电路版由一个初步的规划,比如说电路板采用多大的物理尺寸,采用几层电路板,是单面板 28 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 还是双面板,各元件采用何种封装形式及安装位置等。这是一项及其重要的工作,是确定电路板设计的框架。 步骤2: 设置参数。参数的设置是电路板设计的非常重要的步骤。设置参数主要是设置元器件的布置参数,板层参数,布线参数等等。一般来说,有些参数使用默认值即可,有些参数在使用Protel 99se以后,即第一次设置,以后几乎无需修改。 步骤3: 装入网络表。网罗表是电路板自动布线的灵魂,也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。因此这一步也是常重要的环节。只有将网络表装入之后,才可能完成对电路板的自动布线。元器件的封装就是元器件的外形,对于每个装入的元器件必须由相应的外形封装,才能保证电路板布线的顺利进行。 步骤4: 元器件的布局。元器件的布局可以让protel 自动布局。规划好电路板并装入网络表后,用户可以让程序自动装入元件。但这种方法实践中不好用,在绘制PCB时我也曾尝试过自动布线,但是布局出来的元件排列太紧密而且没有按照原理图的排列致使布线时候很不方便,不如手工布局的好。protel 也可以让用户手工布局。元件的布局合理,才能进行下一步的布线工作。 步骤5: 手工/自动布线。protel 采用世界最先进的无网络,给予形状的对角线自动布线技术。只要将有关的参数设置得当,元件的布局合理,自动布线的成功率几乎是100,。 步骤6: 手工调整。到目前为止还没有一种布线技术到了依次成功的地步。布线结束后,往往由很多令人不满意的地方。如在给集成块画电源和接地时,由很多重复和多余的线,这就是需要调整的地方。 步骤7: 其他修改。由于protel还有很多元器件的封装不存在,需要自己动手去画。 步骤8: 文件的保存及输出。完成电路板的布线后,保存完成的电路线路图文件,一般存为DDB格式。 29 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 总结 直流稳压电源是最常用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少的。针对以上问题, 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源输出由单片机通过D/A , 控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则由软件控制自动调整。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动LED 显示。 本设计持续三个月的时间,主要涉及硬件设计。 本设计采用的是单片机ARM来实现输出0—1A电流的0.5V电压。同时也使用了精度高的A/D转换器和基准电压源。这样输出来的波形比较稳定。这套设计可以应用于一些工厂的测试机器上,并且可以通过改变程序里的预定值改变输出电压达到循环使用的目的。 这次设计由于水平有限还存在一些不足之处,比如元器件价钱较高,输出不能实时监测等问题。 30 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 参考文献 [1] 黄珍贵.基于D/A转换器的程控电源设计.沈阳工业学院学 报,2004.3, 12,16 [2] 周加超.直流稳压电源的演变过程.科技情报开发与经 济,2005.3, 25,27 [3] 夏路易.单片机技术基础教程与实践.电子工业出版社 2008 [4] 程晓玲,数字给定式稳压电源的设计,天津轻工业学院学 报 ,2003.2 45,46 [5] 程杰宝,实用高效率直流稳压电源.实用电子制 作,2003.5,25,26 [6] 陈希. 可网络化管理的高精度多路数控直流电源.浙江 师范大学学报2005.3,23,26 [7] 李朝青.单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版 社 2005 [8] 韩志军 .单片机系统设计与应用实例.机械工业出版社 2010.2 [9] 曲学基,王增福,曲敬凯.稳定电源基本原理与工艺设计, 电子工业出版社,2004,142,200 [10] 贺洪江.一种高精度数控直流电源的设计.河北建筑科技学 院学报,2000.1,33,39 [11] 张毅刚,彭喜元,姜守达. 新编MCS-51单片机应用设计. 哈尔滨工业大学出版社,2003, 25~26,29~50,53~67,203~213,322~376 [12] 周志敏,周纪海. 开关电源实用技术设计与应用.人民邮电 出版社,2007.8.1 [13] 何希才,张名莉.新型稳压电源及应用实例,电子工业出版 31 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 社,2004.5,1,54 [14] 高吉祥,电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社, 2005.2 [15] Intel.MCS-51 Family of Single Chip Microcomputers ,M,.New York Englgwood Cliffs ,1990:1-23 [16] 陈国平编,MCS-51 系列单片机系统原理与设计,北京: 冶金工业出版社,2003.6 [17] 张晓乡,89C51单片机实践与应用,电子工业出版社, 2010.1 [18] 刘文涛编,机遇C51语言编程的MCS-51单片机实用教程, 北京:原子能出版,2004.9 [19] 和卫星 李长杰,protel 99 SE 电子电路CAD实用技术, 中国科学技术出版社 2008 [20] 黄继昌,乔苏文等编,实用报警电路,北京:人民邮电出 版社,2005.2 [21] V. V. Rakhmanov, G. V. Bakakin, V. G. Glavnyi, V. G. Meledin and I. V. Naumov.A controlled stabilized high-voltage power supply for a photomultiplier tube. Instruments and Experimental Techniques, 2006, Volume 49, Number 5, Pages 676-678. 32 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 致谢 在我的学位论文将要完成的时候,想要说的感谢很多。这篇并不太长的论文,不仅使我想到近半年来的艰辛工作,四年来的寒窗苦读,更是我人生最重要的一段时间的一个句号 首先要感谢我的导师李明生老师。课题在选题及研究过程中得到李老师的悉心指导。李老师多次询问研究进程,并为我指点迷津,帮助我开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。李老师一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以文,而且教我做人,使我终生受益无穷。对李老师的感激之情是无法用言语表达的。 其次,我要感谢在座的各位老师。在座的各位老师的各位老师不但在大学四年里教会了很多知识和技能,使我顺利完成了毕业设计任务,而且更重要的是教会了我怎样做人,我想这些都会让我受益终身。在此我表示衷心的感谢~ 最后,对所有帮助过我的领导、实验室老师和帮助过我的同学们致以衷心的感谢~ 33 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 附录 附录A: 总原理图 34 12 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 附录B: 单片机控制部分 1234 48PA0/PWM0/TIOA0473V3PA1/PWM1/TIOB0R1812LED346 GND3V3451KAAVDDIOR19D112LED2R13R14R15R16R17443V3PA2/PWM2/SCK010K10K10K10K10KJP1431KPA3/TWD/NPCS3R20D212LED14212PA30/IRQ1/NPCS2/TRST1K4134 PA29/RI1/TCLK2D3TDI4056TSTTMS3978NRST/RSTRXDTDIR34TCK38910PA28/DSR1/TCLK13V3TXD0RTCK371112PA27/DTR1/TIOB2J1U2TDO361314 PA4/TWCK/TCLK05AT91SAM7S64/RST35SHIELD1516PA5/RXD0/NPCS3434GND1718PA6/TXD0/PCK03DDP33D+1920TDI2DDMD-1Header 10X2C26VBUS S10.1uFUSB_CONN32PA7/RTS0/PWM331TDOPA8/CTS0/ADTRGR21AD_SYNC3V34930TDOPA9/DRXD/NPCS1AD_PDWN50BB291KJTAGSELTMSPA10/DTXD/NPCS2 5128TMSPA11/NPCS0/PWM0R22AD_BUF52DA_CS27PA31/NPCS1/PCK25VTCKPA12/MISO/PWM1R23DA_CSAD_CS53AD_CS261KTCKPA26/DCD1/TIOA2R24MISO54SCLK251K1V8VDDCOREPA25/CTS1/PWM2R26AD_DRDY55MOSIR25241K3V3ERASE1V8VDDCORE R27AD_POL56MISO231K1KDDMPA24/RTS1/PWM1R28DDM57AD_WRENAD_WREN3V3221KDDPPA13/MOSI/PWM2R29DDP58AD_SYNC3V3211KVDDIOPA14/SPCK/PWM3R30MOSI59AD_PDWN20C451KVDDFLASHPA15/TEF/TIOA1R31SCLK600.5V_LENAD_BUF191KLED1GNDPA16/TK/TIOB1 R3261AD_DRDY183V31KLED2XOUTVDDIOR3310pF62AD_POL171KXINGND63Y21V81KPLLRCXTAL64C46LED3VDDPLL 110pFADVREF2GND3CCAD44R35AD55 1.5KAD663V3AD73V31V87C47VDDINC39C40C4180.01uFVDDOUT10uF10uF10uF9C27C28C29C31TP20PA17/TD/PCK1/AD0 100.1uF0.1uF0.1uF0.1uFPA18/RD/PCK2/AD111TP21PA21/RXD1/PCK1VDDIO Decoupling12VDDCORE3V313TPTP1V8PA19/PK/FIQ/AD21V81V814PA22/TXD1/NPCS3TP20TP21 15PA23/SCK1/PWM0C43C4416C48C49PA20/RF/IRQ0/AD310uF10uFC32C332.2uF470pF0.1uF0.1uF TitleDDVDDOUT decouplingVDDCORE DecouplingSizeNumberRevision ADate:2006-5-25Sheet of File:K:\ver1.0\CORE CPU.SCHDOCDrawn By:1234 35 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 附录C: 反馈控制部分 36 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 附录D: 运算放大部分 1234 OP5VC54 47uFAAC50 0.1uF U412OPA569 V+5V5VC51C5213V+219Parallel OUT1Imoniotr14 0.1uF0.1uFVDD9U516Parallel OUT2NCU6AD55428AD7803DA_CS721Current Limit SetCS RFB13156INVVo482SCLK3Current Limit FlagSCLKVOUT1140.5V VoTP5MOSI5R3610-InDIN60TP2247611BB+InLDAC3912 AGNDFNCDGND7Thermal FlagQ14C550.5V_LENAGNDS2N390480.47uFEnable 5REFS6REFF 0.5V_11REFVolPowerPAD10 PowerPAD11PowerPAD20 PowerPAD5V17V-CC 18V-JP2U7R370.5V_3AD7803870.5V_122NC/GNDNC2Vin R3810.5V_26NC1VOUT5Header 3C56JP31uFC5335 TEMPTRIM0.5V_10.1uF2R390.5V_4110Header 24 GND TitleDD SizeNumberRevisionA Date:2006-5-25Sheet of File:K:\ver1.0\DA.SCHDOCDrawn By:1234 37 南京工程学院毕业设计说明书,论文, 附录E: PCB图 38
本文档为【凌海论文】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_574951
暂无简介~
格式:doc
大小:502KB
软件:Word
页数:0
分类:企业经营
上传时间:2017-11-14
浏览量:10