電源電路設(shè)計(jì)方案精選(九篇)

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第1篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

作者：陸召振 周樹艷 陸偉宏 王寧 單位：無錫油泵油嘴研究所

共軌系統(tǒng)通常正常工作電壓選擇28~30V，即需要滿足Ur≧30V。2）最小擊穿電壓UbUb分為5%和10%兩種。對于5%的Ub來說，Ur=0.85Ub；對于10%的Ub來說，Ur=0.81Ub。當(dāng)電壓高于此值后，TVS發(fā)生雪崩擊穿，此后，TVS兩端電壓將一直保持在鉗位電壓Uc。3）最大鉗位電壓Uc當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊擊穿后，管子中流過大電流，峰值為IP，端電壓由Ur值上升到Uc值就不再上升了，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)作用。Uc與Ub之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間，計(jì)算多代入為1.3。其他諸如反向漏電流、結(jié)電容等參數(shù)也需要考慮電路靜態(tài)電流以及信號頻響等因素進(jìn)行擇優(yōu)選擇。最大允許瞬時(shí)功率Pp根據(jù)車用電源系統(tǒng)電路抗干擾標(biāo)準(zhǔn)要求須至少大于6000W。防反接保護(hù)電路設(shè)計(jì)防反接保護(hù)使用一個(gè)普通二極管就可以實(shí)現(xiàn)，或者采用其他MOS管防反接電路。普通二極管防反接保護(hù)電路優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，器件少，但由于受二極管額定功耗的限制，這種防反接不能承受長時(shí)間的反接故障。圖3為防反接保護(hù)二極管在電路中的設(shè)計(jì)位置，二極管選擇時(shí)考慮ECU的整體功耗，選擇正向?qū)娏鞔笥谡９ぷ髯畲箅娏?，同時(shí)防反接保護(hù)二極管盡量選擇低壓降快恢復(fù)二極管，反向耐壓滿足電路要求。過電流保護(hù)電路ECU電源電路在過載或者負(fù)載短路等故障發(fā)生時(shí)，需要在外部線束中或電源處理電路回路中設(shè)計(jì)過流保護(hù)電路，否則電路將損毀不能正常工作。通常在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中采用自恢復(fù)熔斷絲串聯(lián)在回路中，或設(shè)計(jì)電路采樣閉環(huán)控制電路等。

從以上自恢復(fù)熔斷絲的原理可以看出，當(dāng)電路發(fā)生過流時(shí)，可能存在大量熱量的產(chǎn)生，由于ECU通常安裝在相對封閉的空間內(nèi)，熱量無法快速消散，因此可能會對ECU其他電路的工作產(chǎn)生影響，再加上自恢復(fù)熔斷絲存在不好安裝及精度不高的問題，因此ECU過流保護(hù)電路通常不選用這種方案。圖4為一種閉環(huán)電流采樣控制保護(hù)電路，T1用來檢測負(fù)載電流IL，采樣電阻R1產(chǎn)生成比例的電壓。電流過載發(fā)生時(shí)，電容C1充電電壓會增加到穩(wěn)壓二極管Z1的導(dǎo)通電壓，此時(shí)三極管Q1導(dǎo)通，集電極輸出信號關(guān)閉后續(xù)電路的控制級，從而切斷電源電路的工作。類似過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意變壓器的設(shè)計(jì)選型，由于車用ECU對成本的要求越來越高，此電路設(shè)計(jì)成本較高，且占用ECU體積大，目前在ECU上采用較少。綜上，我們似乎沒有非常完美的過流保護(hù)電路方案，幸運(yùn)的是目前世界上一些著名半導(dǎo)體公司都提供帶有過流自動(dòng)保護(hù)的電路控制芯片。比如美國國家半導(dǎo)體公司的汽車DC/DC控制芯片，德國英飛凌公司的汽車級LDO電源處理芯片，這些芯片都能提供過流自動(dòng)保護(hù)功能。因此在ECU電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選用類似集成芯片作為電路核心元件，這些芯片通常都經(jīng)過汽車等級的測試，可以放心采用。共模抑制電路設(shè)計(jì)ECU電源系統(tǒng)電路通常采用共模扼流圈設(shè)計(jì)共模抑制電路。共模扼流圈，也叫共模電感（Com-monmodeChoke），是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。

在電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，采用共模扼流圈能夠有效地消除共模干擾，提高ECU電磁兼容性能。目前一些著名的無源器件生產(chǎn)廠家均提供ECU專用的電源系統(tǒng)電路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU電源線設(shè)計(jì)，TDK公司提供的這種共模扼流圈通過專用磁芯設(shè)計(jì)而成的方形閉磁路磁芯，在保持原有特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了小型化，便于安裝。同時(shí)具有高阻抗特性，可發(fā)揮優(yōu)異的共模噪聲抑制效果，最大電流可高達(dá)8A。濾波電路設(shè)計(jì)共軌系統(tǒng)ECU電源電路的輸入是從汽車蓄電池直接引入的。由于汽車上所有電子設(shè)備都共用這一個(gè)電源，其他電子設(shè)備的干擾可能通過電源耦合到ECU。另外，車用蓄電池的電源高頻干擾、汽車電機(jī)的啟動(dòng)停止以及負(fù)載的突然變化均會將干擾帶入ECU。在設(shè)計(jì)電源處理電路時(shí)必須設(shè)計(jì)濾波電路來濾除這些干擾。通常采用∏形濾波電路設(shè)計(jì)串聯(lián)在電源處理回路中，主要對差模干擾起到抑制作用，圖6為基本的∏形濾波電路。在實(shí)際的∏形濾波電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)ECU實(shí)際使用需求進(jìn)行電感L及電容C1和C2的參數(shù)選擇，電容C3根據(jù)負(fù)載功率的大小調(diào)整容值及耐壓參數(shù)。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案總結(jié)共軌系統(tǒng)ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合以上的各種保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)選擇合適的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM調(diào)制頻率設(shè)置需要綜合考慮電源處理的效率和EMC性能。常用的ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案如圖7所示。ECU通過點(diǎn)火鑰匙開關(guān)處理電路，將汽車蓄電池電源輸入，然后通過各種保護(hù)電路將穩(wěn)定的電壓輸入DC/DC處理電路，最后通過汽車專用低壓降線性穩(wěn)壓電源（LDO）處理成多路電源分別給ECU各電路模塊供電。

在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)處理電路時(shí)，不僅應(yīng)考慮基本電壓處理電路的精度和效率，還應(yīng)設(shè)計(jì)不同的保護(hù)電路，應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的干擾和故障情況。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)需要考慮整個(gè)電源系統(tǒng)電路的工作原理，合理的布局保護(hù)電路在整個(gè)電源系統(tǒng)電路中的位置；各種保護(hù)電路的器件選擇則需要綜合電路原理、成本、安裝及廠家品牌等諸多因素進(jìn)行合理選擇。除了本文提到的幾種保護(hù)電路設(shè)計(jì)外，或許還有其他應(yīng)對整車復(fù)雜故障情況的電路選擇，這就需要在ECU的實(shí)際使用過程中進(jìn)行不斷的積累和研究。

第2篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

Lu Zhuwei；Chen Yuming

（①Sanjiang University，Nanjing 210012，China；②Wiscom Electrical Co.，Ltd.，Nanjing 211100，China）

摘要：研究了開關(guān)線性復(fù)合功率變換技術(shù)，提出一種復(fù)合型精密電流源的方案。該電源結(jié)合了高頻開關(guān)電源和推挽線性功放電路的優(yōu)點(diǎn)，輸出波形好，效率高、體積小。同時(shí)采用三態(tài)自適應(yīng)滯環(huán)電流控制方式，有效地減小了輸出電流的脈動(dòng)紋波。根據(jù)設(shè)計(jì)的方案制作了一臺樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電流源紋波系數(shù)小、效率高，驗(yàn)證了方案的可行性。

Abstract: Switch-linearity hybrid power conversion was researched and a hybrid precise current source was proposed based on the technology. The current source combined the advantages of switching power module and linear power module. It had excellent waveform, high efficiency and small volume. A novel self-adaptive three-state hysteretic control strategy was also used to reduce the ripple of the output current. Then a model machine was produced according to the design scheme. The result showed that this current source had low ripple quotient and high efficiency, so it proved the effectiveness of the scheme.

關(guān)鍵詞：開關(guān)線性 精密電流源 滯環(huán)控制

Key words: switch-linearity；precise current source；hysteretic control

中圖分類號：TM1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）19-0036-02

0引言

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，用電單位越來越多，對電能表進(jìn)行準(zhǔn)確的校驗(yàn)是保證電力安全、電能計(jì)量準(zhǔn)確的必要手段。在儀表校準(zhǔn)中，希望交流電壓源或電流源的精度與分辨率足夠高，因?yàn)檫@是儀表能否校準(zhǔn)好的關(guān)鍵所在。線性功率放大器具有設(shè)計(jì)簡單、波形失真度小等優(yōu)點(diǎn)，目前在精密功率源中一般都用它進(jìn)行功率放大。但線性功率放大器的效率很低，特別是工頻電工式儀表多為感性負(fù)載，此時(shí)線性功率放大器發(fā)熱更為嚴(yán)重，因而在精密測量領(lǐng)域中的應(yīng)用受到制約。精密開關(guān)電源能省去工頻變壓器，效率高，雖然紋波系數(shù)較大，但把它作為集成恒流源的前級，復(fù)合成精密恒流源，可將二者的優(yōu)勢互補(bǔ)，使其穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)大大提高。

1開關(guān)線性復(fù)合技術(shù)

開關(guān)線性復(fù)合技術(shù)（SLH）主要的特點(diǎn)是將電力電子純開關(guān)功率變換電路與線性功率放大電路有機(jī)的結(jié)合起來，即把常規(guī)的PWM電壓型變頻器作為B類功率放大器的供電電源，由于射極跟隨器的負(fù)反饋形成的系統(tǒng)具有強(qiáng)有力的抗干擾特點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的效率和較強(qiáng)的魯棒性，從而構(gòu)成的新型功率變換器，可以互補(bǔ)綜合，優(yōu)化性能。

該技術(shù)的本質(zhì)在于開關(guān)濾波電路只作為復(fù)合線性電路的特殊供電電源，那么整體系統(tǒng)可以看成是一個(gè)比例放大器，從而獲得極快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和比較準(zhǔn)確地跟蹤效果，而同時(shí)又因?yàn)榫哂袎嚎厣錁O輸出特性的線性單元的高阻輸入、低阻輸出的特性，近似于功率級的緩沖器，阻隔了輸入輸出信號之間的相互干擾，很好的保證了系統(tǒng)的正常工作，實(shí)現(xiàn)了THD指標(biāo)和效率指標(biāo)的兼顧，符合目前大家追求的高保真、綠色、環(huán)保等電源變換的要求。

SLH的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由圖可以看出，開關(guān)線性復(fù)合器由參考信號、前置功放、前置放大、開關(guān)電源、線性功率放大等組成。產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正弦信號作為參考信號，同時(shí)控制開關(guān)變換單元和線性功率放大單元，是系統(tǒng)輸出理想波形的參考；將參考信號前置放大的目的是驅(qū)動(dòng)線性功率放大裝置中的功率開關(guān)器件；開關(guān)電源的作用就是為線性功率放大裝置中的功率開關(guān)器件提供脈動(dòng)正弦供電電源。

2基于開關(guān)線性復(fù)合技術(shù)的電流源方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本文設(shè)計(jì)一種開關(guān)電源和線性功率放大器復(fù)合的電流源，將開關(guān)電源作為復(fù)合電源的前級，開關(guān)電源的輸出整流濾波成饅頭波后為線性功率放大器的功率放大管供電，且饅頭波與系統(tǒng)輸出電壓接近線性放大器功率管的管壓降，這樣就大大提高了電源的整體效率。這種復(fù)合電源既保留了傳統(tǒng)電源的優(yōu)點(diǎn)，又根據(jù)實(shí)際需要對現(xiàn)有傳統(tǒng)電源的不足作了改善。復(fù)合電源總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示，輸入為50Hz、220V交流電壓，經(jīng)整流濾波后得到311V直流電壓，采用DC/DC變換器將直流電壓變換成100Hz、最大值為80V的饅頭波。該饅頭波經(jīng)濾波后作為DC/AC逆變器的輸入，DC/AC逆變器采用了三態(tài)滯環(huán)和自適應(yīng)滯環(huán)相結(jié)合的電流控制方式，使輸出的電壓波形具有較小的波形失真度。

2.2 DC/DC變換電路設(shè)計(jì)開關(guān)電源DC/DC電路的設(shè)計(jì)方案如圖3所示。交錯(cuò)型雙晶體管正激變換器在保留雙管正激變換器功率開關(guān)管電壓應(yīng)力低和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，克服了等效占空比小、副邊二極管電壓應(yīng)力高、輸出電流脈動(dòng)大等缺點(diǎn)。與全橋變換器或半橋變換器相比，它的每一個(gè)橋臂都是由一個(gè)二極管和一個(gè)開關(guān)管串聯(lián)組成，從結(jié)構(gòu)上消除了橋臂直通現(xiàn)象，可靠性高，特別適合輸出中等功率、輸入電壓較高的應(yīng)用場合。因此，DC/DC變換電路采用交錯(cuò)并聯(lián)的雙晶體管正激變換電路。

2.3 DC/AC電路設(shè)計(jì)方案開關(guān)電源DC/AC電路的設(shè)計(jì)方案如圖4所示。開關(guān)電源DC/AC電路的輸入為變換成100Hz、最大值為80V的饅頭波。再經(jīng)全橋逆變?yōu)檎医涣麟妷?，并?jīng)LC濾波網(wǎng)絡(luò)濾去高次諧波，最后得到所需的正弦波作為輸出。吸收電容用于吸收負(fù)載以及濾波電容的回饋能量,防止直流母線電壓上沖。該逆變器控制電路采用輸出電流外環(huán)加電感電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方案，采用三態(tài)滯環(huán)控制進(jìn)一步減小輸出電流的THD，采用自適應(yīng)滯環(huán)控制解決了輸出小電流、低電壓情況下電流的THD超標(biāo)問題。

2.4 后級線性電源設(shè)計(jì)后級線性電源的設(shè)計(jì)方案如圖5所示，基準(zhǔn)正弦電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后經(jīng)差分對管輸入，經(jīng)中間放大級電路放大，輸出采用乙類互補(bǔ)推挽功放電路。前級開關(guān)電源DC/AC逆變電路輸出電壓經(jīng)整流濾波后，輸出電壓波形與線性功率放大器的輸出波形的電壓差近似為功率放大管的飽和管壓降，作為線性功率放大器中功率放大管的供電電源。線性功率放大器的輸出電壓跟隨負(fù)載的變化而變化，DC/AC逆變電路的輸出電壓根據(jù)功率放大管的管壓降實(shí)時(shí)調(diào)整，保證電壓差始終接近功率放大管的飽和管壓降值。

3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)設(shè)計(jì)的方案制作了一臺樣機(jī)，在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)中，負(fù)載為1A時(shí)，線性功放輸出電壓及電流波形如圖6所示。負(fù)載為3A時(shí)，線性功放輸出電壓及電流波形如圖7所示。

復(fù)合電源的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。由此可以看出電流源能輸出高質(zhì)量的正弦電流，有較好的穩(wěn)定性，諧波失真度不超過0.5%。

4結(jié)論

文章將精密開關(guān)電源作為集成恒流源的前級，將線性放大電路作為后級，將二者的優(yōu)勢互補(bǔ)，復(fù)合成精密恒流源，使其技術(shù)指標(biāo)大大提高。采用了三態(tài)滯環(huán)和自適應(yīng)滯環(huán)相結(jié)合的控制方式，作為全橋逆變電路的電流環(huán)控制方式，減小了輸出電流的脈動(dòng)，減小了逆變橋開關(guān)次數(shù)，使輸出電流的THD在輸出電流和負(fù)載變化時(shí)均能滿足小于0.5%的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃松清.開關(guān)線性復(fù)合技術(shù)及其在電力電子變換領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].北京：電氣技術(shù)，2006.

[2]周謙之.開關(guān)線性復(fù)合功率變換技術(shù)及其應(yīng)用[J].北京：電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2004.

[3]胡文斌，哈進(jìn)兵，嚴(yán)仰光.自適應(yīng)滯環(huán)控制高頻軟開關(guān)電流源的研究[J].西安：電力電子術(shù)，2004.

第3篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

關(guān)鍵詞：液壓支架；監(jiān)測；電路設(shè)計(jì)

1 液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)模型的建立

1.1 無線通信技術(shù)

液壓支架工作環(huán)境比較復(fù)雜，通信頻率、巷道的傾斜程度和井下的導(dǎo)體等多種因素都會影響無線通信信號。因此在設(shè)計(jì)礦井液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到井下的特殊環(huán)境，考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過對目前市場上常用的無線通信技術(shù)比較，本文將ZigBee短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用于礦井環(huán)境監(jiān)測中。

ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率的雙向無線通信技術(shù)，有自己的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以在很多鞲釁骷浣行通信，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位，具有低功耗、近距離、短延遲、低速率、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、高安全性、工作頻段靈活的特點(diǎn)。

1.2 液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)模型

液壓支架會隨著煤礦開采工作的推進(jìn)而移動(dòng)，但移動(dòng)的距離很短。液壓支架的排列呈直線型，針對液壓支架的這種物理排布情況，節(jié)點(diǎn)的分布也應(yīng)是帶狀的。采用星形與網(wǎng)狀的混合網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡潔、節(jié)點(diǎn)功耗減少，每個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信采用單跳通信，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的路由節(jié)點(diǎn)采用多跳通信。在實(shí)際工作環(huán)境中，每個(gè)液壓支架上放置一個(gè)采集節(jié)點(diǎn)，每隔3個(gè)液壓支架放置一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。在礦井實(shí)際環(huán)境中，液壓支架的排列呈直線型，節(jié)點(diǎn)的分布是帶狀的，整體網(wǎng)絡(luò)組成簇型線狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2 電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案分為2部分，一是終端采集節(jié)點(diǎn)，二是路由節(jié)點(diǎn)。終端采集節(jié)點(diǎn)包括電源管理模塊、傳感器、信號調(diào)理電路。終端節(jié)點(diǎn)采用定時(shí)喚醒模式，降低功耗，提高監(jiān)測系統(tǒng)的使用壽命。終端采集節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)通過線纜連接。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)最大可以連接3個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，即相鄰的三個(gè)液壓支架需要采用同一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)配備一個(gè)5V的電池供路由節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)使用。路由節(jié)點(diǎn)將從終端節(jié)點(diǎn)獲得的模擬信號經(jīng)過ADC芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過ZigBee射頻口傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)也帶有顯示功能與按鍵，可以任何時(shí)候被喚醒查看3個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的壓力數(shù)值。

終端采集節(jié)點(diǎn)的作用如下：將壓力傳感器轉(zhuǎn)換的微弱模擬信號進(jìn)行放大并通過線纜傳輸給路由節(jié)點(diǎn)；每個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)帶有一片數(shù)據(jù)記錄芯片，對由于傳感器及放大電路帶來的誤差進(jìn)行偏差校準(zhǔn)。

路由節(jié)點(diǎn)的作用主要如下：每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)需要有一個(gè)5V電池供電路板使用；每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)可以連接3個(gè)終端采集節(jié)點(diǎn)，對終端采集節(jié)點(diǎn)的模擬信號進(jìn)行處理并通過RF模塊傳送給井下匯聚節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)帶有簡單的顯示模塊，便于工人就近查看支架壓力；路由節(jié)點(diǎn)需要有相應(yīng)的按鍵，以便在屏幕關(guān)閉情況下喚醒屏幕；路由節(jié)點(diǎn)電路板能對每個(gè)功能模塊進(jìn)行電源管理，便于降低整個(gè)系統(tǒng)功耗；路由節(jié)點(diǎn)單片機(jī)必須采用低功耗單片機(jī)；路由節(jié)點(diǎn)的電壓輸入需要適應(yīng)較寬的電壓范圍。

終端節(jié)點(diǎn)電路板設(shè)計(jì)能使用目前市場上絕大部分的壓力傳感器，且內(nèi)部帶有數(shù)字校準(zhǔn)芯片，可以對每一套終端節(jié)點(diǎn)由于分離元器件帶來的偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。

煤礦中的電磁干擾較大，為了調(diào)高測量精度，此方案設(shè)計(jì)必須把壓力傳感器與信號放大電路就近放置。且此方法可以把由傳感器與放大校準(zhǔn)電路組成的模塊變?yōu)橐粋€(gè)液壓監(jiān)測的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變送器。

2.1 放大電路部分設(shè)計(jì)

為了能更好的調(diào)配放大電路的帶寬、放大倍率，放大器沒有選擇專用的儀表放大器而選擇了四個(gè)獨(dú)立的高性能放大器TI公司的OP4376，相對于普通的儀表放大器一般偏置電流在幾十pA以上，輸入偏置電壓在幾十微伏級別，OP4376有較低的輸入偏置電流典型值0.2pA與輸入偏置電壓典型值5uV，可以對uV級的信號變動(dòng)進(jìn)行采集。且此運(yùn)放的價(jià)格TI官網(wǎng)公布為1.4$，并不貴。經(jīng)過實(shí)測此電路設(shè)計(jì)的輸入采樣精度能達(dá)到5uV。

2.2 電源部分設(shè)計(jì)

電源芯片采用的是MCP1252，為目前市場上用量較大的一款電源芯片，輸入電壓范圍相對較寬，且屬于無感式開關(guān)電源芯片，可以縮小終端節(jié)點(diǎn)的體積。效率相對也比較高。而且?guī)в须娫垂芾砜刂埔_，可以對終端節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行有效管理進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

2.3 校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

本文建議校準(zhǔn)芯片采用一線制的數(shù)字EEPROM芯片，具體型號不再指導(dǎo)。

2.4 路由節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)：

2.4.1 電源模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)輸入電源由電池供電，電壓比較穩(wěn)定，考慮到電池在滿電與低電壓兩種情況下壓差較大，本文采用了寬范圍的輸入電源芯片TPS63060（輸入電壓范圍2.5-12V），此電壓范圍能使用大量的本安電源。且此電源芯片的電流高達(dá)2.25A足夠整個(gè)系統(tǒng)使用，即使是輸入的電壓降到2.5V級別。

本設(shè)計(jì)還采用了3個(gè)mos開關(guān)管對系統(tǒng)的不同終端節(jié)點(diǎn)的電源進(jìn)行管理，在電源功率方面采用了信號控制與電源切斷雙重保護(hù)的方式來降低功耗。

2.4.2 接口電路

接口電路中有3個(gè)連接終端節(jié)點(diǎn)接插件，包括插頭輸入檢測（插頭第6引腳與第5引腳通過在插頭上短路，進(jìn)行判斷終端節(jié)點(diǎn)的接通），對輸入信號做了RC濾波與SMBD7000鉗位保護(hù)處理。

在與ZigBee模塊通信上采用了串口通信，此處不再做介紹。

整個(gè)系統(tǒng)的單片機(jī)采用TI公司的MSP430低功耗系列。此芯片有8路12位ADC輸入引腳?？梢岳么艘_直接對終端節(jié)點(diǎn)傳來的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了現(xiàn)場方便查看設(shè)置了兩個(gè)按鍵開關(guān)（KEY1 KEY2）與6位8段數(shù)碼管，可以通過軟件編寫實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的液壓支柱壓力檢測、電池電壓檢測、RF通信連接等功能。

整個(gè)電路在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照礦用本安電路設(shè)計(jì)，屬于本安型電路，若再配本安型電池為系統(tǒng)供電后，本系統(tǒng)就可以變?yōu)楸景残偷V用液壓支柱監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)電路經(jīng)過實(shí)際測試正常情況下整個(gè)系統(tǒng)功耗在mW級別，且經(jīng)過15個(gè)月的測試未發(fā)現(xiàn)任何不良現(xiàn)象，完全能夠使用到實(shí)際現(xiàn)場。

參考文獻(xiàn)

第4篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

關(guān)鍵詞:波形發(fā)生器 SPCE061A 串行通信

1引言

波形發(fā)生器又叫信號發(fā)生器,在教學(xué)、試驗(yàn)、測控等各個(gè)領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用,而且隨著現(xiàn)代電子通訊技術(shù)的發(fā)展,常常需要高精度,頻率可方便調(diào)節(jié)且應(yīng)用性強(qiáng)的波形信號發(fā)生器。而現(xiàn)有的波形發(fā)生器大多為單機(jī)操作型,通過按鍵來控制產(chǎn)生各種波形。在一些特殊的工作環(huán)境下(如高溫高壓,有輻射等),無法進(jìn)行人工操作,無法滿足特殊環(huán)境的工作需要。因此需要一種有效的方法來實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的遠(yuǎn)程控制。借助PC機(jī),結(jié)合串行通信技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)對波形發(fā)生器的遠(yuǎn)程控制。本設(shè)計(jì)正是研究通過PC機(jī)來遠(yuǎn)程控制由SPCE061A 嵌入式芯片設(shè)計(jì)的簡易數(shù)字波形發(fā)生器,該波形發(fā)生器能產(chǎn)生數(shù)字式的三角波、正弦波、鋸齒波等頻率可調(diào)的常用信號,應(yīng)用于某些特殊的工作環(huán)境(如高溫高壓,有輻射等),給生產(chǎn)生活帶來方便。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

波形發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種:(1)用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器,通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高,其工作不很穩(wěn)定,不易調(diào)試;(2)用集成芯片的函數(shù)發(fā)生器,可達(dá)到較高的頻率和產(chǎn)生多種波形信號,但電路較為復(fù)雜且不易調(diào)試;(3)利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器,能產(chǎn)生多種波形,達(dá)到較高的頻率,且易于調(diào)試;(4)利用專用直接數(shù)字合成DDS芯片的函數(shù)發(fā)生器,能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率,但成本較高。

本設(shè)計(jì)采用第三種方法,直接采用凌陽作為波形發(fā)生器。PC機(jī)作為遠(yuǎn)端控制端,通過PC的RS232串行接口與SPCE061A最小系統(tǒng)的串行接口相連,由PC直接控制波形發(fā)生器輸出波形。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下電路:單片機(jī)SPCE061A小系統(tǒng)、電源電路、濾波放大電路、鍵盤電路以及單片機(jī)SPCE061A與PC機(jī)的通信接口電路。

3.1單片機(jī)SPCE061A

SPCE061A[1]嵌入式芯片其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu),把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里,這樣就有效地減少了各功能部件之間的連線,提高了可靠性和抗干擾能力。SPCE061A單片機(jī)的通用串行通信接口為標(biāo)準(zhǔn)全雙工的通用異步接收器/ 發(fā)送器URAT 模塊。UART的接收信號Rx發(fā)送信號Tx分別是SPCE061A嵌入式芯片的并行I/ O口IOB7和IOB10共用,屬于B 口的特殊功能。SPCE061A嵌入式芯片內(nèi)部集成了兩路十位D/ A轉(zhuǎn)換器,因此可以方便的輸出電壓信號。

3.2系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

SPCE061A內(nèi)核電壓要求為3.3V,而I/O 端口的電壓可以選擇3.3V 也可以選擇5V。所以,可以具有兩種工作電壓:5V和3.3V。5V供電電壓采用LM2575與ILC7660兩片芯片構(gòu)成的電路來產(chǎn)生,5V電壓經(jīng)過一個(gè)二極管DN4148進(jìn)行電源定向,再通過LM1117-3.3進(jìn)行DC-DC電壓轉(zhuǎn)換。在電源模塊中通過三個(gè)電容進(jìn)行電源穩(wěn)壓濾波,為單片機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的3.3V電源。電源模塊中通過一個(gè)LED燈指示電源狀態(tài),當(dāng)電源模塊有通電時(shí),LED燈點(diǎn)亮,反之,LED燈熄滅。3.3V電源電路如圖2所示.。

圖2 3.3V系統(tǒng)電源電路原理圖

3.3濾波放大電路設(shè)計(jì)

濾波器是一種能使有用頻率的信號通過而同時(shí)能對無用頻率的信號進(jìn)行抑制或衰減的電子裝置[2]。在工程上,濾波器常被用在信號的處理、數(shù)據(jù)的傳送和干擾的抑制等方面。由運(yùn)算放大器和電阻、電容(不含電感)組成的濾波器稱為 RC 有源濾波器。濾波器按照所允許通過的信號的頻率范圍可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等。其中,低通濾波器只允許低于某一頻率的信號通過,而不允許高于該頻率的信號通過。高通濾波器只允許高于某一頻率的信號通過而不允許低于該頻率的信號通過。帶通濾波器只允許某一頻率范圍內(nèi)的信號通過而不允許該頻率范圍以外的信號通過。本設(shè)計(jì)采用二階壓控電壓源低通濾波器,它由兩節(jié)RC濾波電路和同向放大電路組成,此電路具有元件少、增益穩(wěn)定和頻帶寬等特點(diǎn)。其電路原理圖如圖3所示。

圖3 濾波放大電路原理圖

3.4通信接口電路設(shè)計(jì)

雖然PC機(jī)與SPCE061A單片機(jī)都是采用異步串行通信,但是PC機(jī)和單片機(jī)的通信卻不能夠用電纜直接進(jìn)行連接,原因是PC機(jī)RS232串口的電平標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)的TTL電平不一致,PC機(jī)的電平是+12V,而單片機(jī)一般輸入,輸出電平都是+(0~5)V。因此單片機(jī)和PC機(jī)之間的串口通訊必須要有一個(gè)RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換電路。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖4示出了PC控制界面圖[3]。預(yù)輸出波形欄可以顯示輸出波形的大概形狀;通過波形選擇按鈕,可以任意選擇正弦波、三角波、鋸齒波這三種波形;通過頻率選擇粗調(diào)和微調(diào),可以精確設(shè)置輸出波形頻率;串口和波特率欄用于設(shè)置單片機(jī)與PC機(jī)通信模式。

圖4 PC機(jī)控制界面圖

整個(gè)波形發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)方案如圖5所示,采用外部中斷二來中斷目前所顯示波形,以便進(jìn)入下一波形的編輯和輸出,在波形輸出的同時(shí)利用外部中斷一來實(shí)現(xiàn)同步的頻率調(diào)節(jié)。

圖5 主程序流程圖

本設(shè)計(jì)波形的具體產(chǎn)生是通過兩路DAC來產(chǎn)生的。啟動(dòng)控制程序后,首先進(jìn)行波形頻率選擇(粗調(diào)頻率),波形頻率的粗調(diào)是根據(jù)CPU的頻率變換而變換的,SPCE061A單片機(jī)的32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過PLL倍頻電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(Fosc),Fosc再經(jīng)過分頻得到CPU時(shí)鐘頻率(CPUCLK)可通過對P_SystemClock單元編程來控制,這就為我們設(shè)計(jì)提供了豐富的CPU時(shí)鐘選擇。默認(rèn)的Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。我們可以通過對P_SystemClock單元編程完成對系統(tǒng)時(shí)鐘和CPU時(shí)鐘頻率的定義,改變設(shè)置將可提供多種頻率選擇。但由于SPCE061A芯片本身的性能,所產(chǎn)生波形的頻率不會很高。然后選擇要輸出的波形。而由外部中斷一實(shí)現(xiàn)的同步頻率調(diào)節(jié)(微調(diào)頻率),是通過改變抽取點(diǎn)的間隔及延時(shí)的改變來實(shí)現(xiàn)的。

5結(jié)語

在凌陽IDE集成開發(fā)環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)了鋸齒波、三角波和正弦波的波形程序,并實(shí)現(xiàn)了和PC機(jī)遠(yuǎn)程通信串口程序,以及波形發(fā)生器的控制程序。最終能夠通過PC機(jī)遠(yuǎn)程控制波形發(fā)生器輸出鋸齒波、三角波和正弦波三種周期性波形,并實(shí)現(xiàn)了波形頻率和幅度調(diào)節(jié)功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 北陽電子公司技資室.凌陽單片機(jī).2001.

[2] 何希才.新型集成電路及其應(yīng)用實(shí)例.北京:北京科技出版社,2002.

第5篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

伏安法測電阻是中考的常見題型，不過許多時(shí)候考題會把條件作些改動(dòng).最常見的兩種情況是：變成了只有一個(gè)電流表或只有一個(gè)電壓表，再加上其它已知條件(如一個(gè)阻值已知的定值電阻或一個(gè)已知最大阻值的滑動(dòng)變阻器)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完善實(shí)驗(yàn)步驟，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，求出未知電阻Rx的表達(dá)式.

下面分兩種情況進(jìn)行討論：

第一種情況：只有一個(gè)電流表時(shí)測未知電阻Rx的阻值

1.題目：一個(gè)阻值為R0的定值電阻，電源、開關(guān)和導(dǎo)線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.

(1)實(shí)驗(yàn)方案1：電路圖如圖2所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合S、S1，此時(shí)Rx被短路，讀出電流表的示數(shù)I0；

②閉合S、斷開S1，此時(shí)R0、Rx串聯(lián)，讀出電流表的示數(shù)Ix；

③求Rx的表達(dá)式.

由于電源電壓恒定，所以I0R0=Ix(R0+Rx)

Rx的表達(dá)式為Rx=(I0-Ix)R0Ix.

(2)實(shí)驗(yàn)方案2：電路圖如圖3所示.與圖2比較，圖3是把開關(guān)S1并在了R0的兩端，實(shí)驗(yàn)操作步驟與方案1完全一樣，但測量的對象發(fā)生了變化,實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合S、S1，此時(shí)R0被短路，讀出電流表的示數(shù)Ix；

②閉合S、斷開S1，此時(shí)R0、Rx串聯(lián)，讀出電流表的示數(shù)I；

③求Rx的表達(dá)式.

由于電源電壓恒定，所以IxRx=I (R0+Rx).

Rx的表達(dá)式為Rx=IR0Ix-I.

(3)實(shí)驗(yàn)方案3：電路圖如圖4所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①只閉合S1，讀出電流表的示數(shù)I1；

②只閉合S2，讀出電流表的示數(shù)I2；

③求Rx的表達(dá)式.

由于電源電壓恒定，所以I1R0=I2Rx，

Rx的表達(dá)式為Rx=I1R0I2.

第三設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)的斷開、閉合有多種變化，Rx的表達(dá)式也會各不相同，所列舉的是最簡單的一種.

2.題目：一個(gè)已知最大阻值為R0的滑動(dòng)變阻器，電源、開關(guān)和導(dǎo)線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.

電路圖如圖5所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合開關(guān)S，把變阻器的滑片P移到a端，變阻器短路，讀出電流表的示數(shù)I1；

②把變阻器的滑片P移到b端，此時(shí)變阻器R0全部接入，讀出電流表的示數(shù)I2；

③求Rx的表達(dá)式.

由于電源電壓恒定，所以I1Rx=I2(Rx+ R0).

Rx的表達(dá)式為Rx=I2R0I1-I2.

實(shí)際上，在圖2、圖3、圖4、圖5的四種電路設(shè)計(jì)中，當(dāng)電流表與定值電阻R0串聯(lián)或滑動(dòng)變阻器移到阻值最大的一端時(shí)與電流表的串聯(lián)，都是等效于起到了一個(gè)“電壓表”的作用，是變化了的“伏安法”測電阻.

第二種情況：只有一個(gè)電壓表時(shí)測未知電阻Rx的阻值

1.題目：一個(gè)阻值為R0的定值電阻，電源、開關(guān)和導(dǎo)線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.

實(shí)驗(yàn)方案1：電路圖如圖6所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合S、S1，此時(shí)Rx被短路，讀出電壓表的示數(shù)U；

②閉合S、斷開S1，此時(shí)R0、Rx串聯(lián)，讀出電壓表的示數(shù)U0；

③求Rx的表達(dá)式.

步驟①讀出的電壓表的示數(shù)U就是電源電壓，應(yīng)用伏安法原理R=UI,

所以Rx的表達(dá)式為Rx=U-U0U0/R0=U-U0U0R0.

(2)實(shí)驗(yàn)方案2：電路圖如圖7所示.跟圖6比較，圖7是把電壓表并在了Rx的兩端，實(shí)驗(yàn)操作步驟與第一種設(shè)計(jì)完全一樣，但測量的對象發(fā)生了變化,實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合S、S1，此時(shí)R0被短路，讀出電壓表的示數(shù)U；

②閉合S、斷開S1，此時(shí)R0、Rx串聯(lián)，讀出電壓表的示數(shù)Ux；

③求Rx的表達(dá)式.

步驟①讀出的電壓表的示數(shù)U就是電源電壓，應(yīng)用伏安法原理R=UI,所以Rx的表達(dá)式為Rx=UxU-UxR0=UxU-UxR0.

(3)實(shí)驗(yàn)方案3：電路圖如圖8所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①把電壓表并聯(lián)在R0的兩端，閉合S，讀出電壓表的示數(shù)U0；

②把電壓表并聯(lián)在Rx的兩端，閉合S，讀出電壓表的示數(shù)Ux；

③求Rx的表達(dá)式.

應(yīng)用伏安法原理R=UI,

所以Rx的表達(dá)式為Rx=UxU0/R0=UxU0R0.

實(shí)際上，在圖6、圖7、圖8的三種電路設(shè)計(jì)中，當(dāng)電壓表與定值電阻R0并聯(lián)時(shí)，都是等效于起到了一個(gè)“電流表”的作用，是變化了的“伏安法”測電阻.

2.題目：一個(gè)已知最大阻值為R0的滑動(dòng)變阻器，電源、開關(guān)和導(dǎo)線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.

電路圖如圖9所示，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：

①閉合開關(guān)S，把變阻器的滑片P移到a端，變阻器短路，讀出電壓表的示數(shù)U1；

②把變阻器的滑片P移到b端，此時(shí)變阻器R0全部接入，讀出電壓表的示數(shù)U2；

③求Rx的表達(dá)式.

第6篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

【Abstract】With the development of time， the PLC automatic control system based on the advanced computer control technology and electrical automation control technology， has been actively applied in many areas， and rapid developed. This paper explores the integrated design of PLC technology automation control system.

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化控制系統(tǒng)；PLC技術(shù)；集成設(shè)計(jì)

【Keywords】automatic control system； PLC technology； integrated design

【中圖分類號】F407.67 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0100-02

1 引言

在衡量一個(gè)國家生產(chǎn)力發(fā)展水平以及生產(chǎn)發(fā)展中，工業(yè)自動(dòng)化水平是一個(gè)重要的指標(biāo)，并且在工業(yè)自動(dòng)化中，電氣自動(dòng)化是其重要的組成部分。在基于可編程控制器基礎(chǔ)之上PLC技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)，不僅僅克服了之前控制的許多缺點(diǎn)，還提升了電氣自動(dòng)化控制的水平，解決了甚多技術(shù)上的難題，有著較好的應(yīng)用和推廣前景。該研究中所提到的單片機(jī)選擇變頻器與PLC，方便用戶管理，維修相對比較方便。為了較好地發(fā)揮PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的積極作用，論文就從PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及PLC技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本論述出發(fā)，對基于PLC技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)展開討論。

2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及PLC技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)

每一種控制系統(tǒng)所進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)都是為了更好地提升自動(dòng)化生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，更好地滿足被控制對象的基本工藝要求，然而在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，不僅要遵循優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，還需要依據(jù)一定的生產(chǎn)工藝要求[1]。

2.1.1系統(tǒng)安全性的保證

在控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該保證可靠、安全這一條主線，在保證不斷提升PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)質(zhì)量以及效率的過程中，保證系統(tǒng)的使用可靠性和安全性。

2.1.2 被控制對象基本工藝要求的滿足

優(yōu)化設(shè)計(jì)最基本的原則，就是要最大限度地滿足被控制對象的基本工藝要求。在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，就需要先進(jìn)行必要的調(diào)查研究，關(guān)于控制系統(tǒng)的重要應(yīng)用環(huán)境和基本用途，將相關(guān)的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理和搜集。詳細(xì)地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的形成就需要有專業(yè)的設(shè)計(jì)人員并做好準(zhǔn)備工作。協(xié)同各方面的關(guān)系積極解決設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題。

2.1.3 生產(chǎn)效率的提升

在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)效率的提升就是其目的，這樣的過程還需要在許多工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)路線伴隨之下進(jìn)行。所以在選擇PLC容量的過程中，緊密地聯(lián)系實(shí)際，為日后優(yōu)化改造留有一定余地，并確定合理的容量。

2.1.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

對于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，為了使基本的使用功能不受影響，就需要在最大的可能之下優(yōu)化PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。為了實(shí)現(xiàn)合理而且經(jīng)濟(jì)簡便的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，就需要達(dá)到更佳的控制效果并進(jìn)行更為簡單的設(shè)計(jì)。

2.2 PLC技術(shù)

所謂的PLC技術(shù)，就是一個(gè)關(guān)于可編程控制器的簡稱，自身的計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種表現(xiàn)，也是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的一種全新的技術(shù)，而且這樣的技術(shù)日趨成熟，也為電子自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng)造出了一種具有較強(qiáng)專業(yè)性的自動(dòng)化控制器，不斷地被應(yīng)用在電氣自動(dòng)化控制中。實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的控制實(shí)現(xiàn)，就需要按照不同用戶的需求，依據(jù)既定的順序和命令進(jìn)行處理，通過相關(guān)的軟件進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行比較，PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行連接只需要通過相關(guān)的軟件，以及較少的接線量，通常情況下其他的線路是不需要實(shí)際線路連接的。另外，還可以依據(jù)既定的程序，將這種系統(tǒng)所涉及的信息存儲、處理以及獲取進(jìn)行。

3 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)

相較于傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，其需要通過多種連接線才可以將處理和連接實(shí)現(xiàn)，從而消耗較多的財(cái)力、物力以及人力，還不能夠積極地促進(jìn)高效維護(hù)和統(tǒng)一管理，各式各樣的障礙對系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生著嚴(yán)重的阻礙。然而，隨著時(shí)間的發(fā)展，在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的基礎(chǔ)之上所發(fā)展開來的PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，已經(jīng)在許多的領(lǐng)域被積極地運(yùn)用，并且自身迅速地發(fā)展[2]。

3.1 集成設(shè)計(jì)之軟件設(shè)計(jì)

在PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，首先要設(shè)計(jì)出電源回路（見圖1）。選用80 至240VAC 的電源作為PLC 的供電裝置。由于適用于PLC 的電源較多，其對電源的適應(yīng)范圍較廣，因此在安裝電源時(shí)要加裝電源凈化元件，以此來達(dá)到抗干擾的目的?？垢蓴_元件選擇1：1 的隔離變壓器、電源濾波器等裝置。按照控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)化成梯形圖，這就是軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，也是PLC應(yīng)用最關(guān)鍵的問題，并且軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)就是程序的編寫。在控制工程的應(yīng)用中，優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)方便工程技術(shù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)以及系統(tǒng)調(diào)試。生產(chǎn)過程控制復(fù)雜程度不同，模塊化程序以及基本程序的結(jié)構(gòu)分類也不同。

3.2 集成設(shè)計(jì)之硬件設(shè)計(jì)

3.2.1 硬件設(shè)計(jì)之PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)

在對于輸出電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，做好相關(guān)的電路設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，就需要按照基本的生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行，通過晶體管將輸出電路所需要的各式頻器的調(diào)速和控制以及指示燈輸出，需要晶體管作為支撐的，最主要的就是頻率過高的PLC控制系統(tǒng)。通過繼電器輸出，說明其有著過低的頻率，不僅設(shè)計(jì)簡單還可以提升系統(tǒng)的負(fù)載能力。

3.2.2 硬件設(shè)計(jì)之PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)分析

對于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的輸入電源而言，AC85-240V就是通常情況下供電電源的電壓，有著比較多的應(yīng)用和比較廣的適用范圍。在電源上面安裝必要的電源凈化原件，更好地減少外界環(huán)境對電源的干擾，隔離變壓器和電源濾波器就是最主要的。我們所引入的雙層隔離技術(shù)，就是在隔離變壓器的使用過程中引入的，可以通過屏蔽層減少高低頻脈沖的干擾。

4 結(jié)語

PLC作為一種電子操作系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下進(jìn)行，使用時(shí)可以在沒有任何保護(hù)措施的情況之下。當(dāng)有著電磁干擾以及過分惡劣的工作環(huán)境的時(shí)候，就會有整個(gè)系統(tǒng)或者設(shè)備失靈的現(xiàn)象發(fā)生。所以將PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)就成為了必要選擇。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及集成設(shè)計(jì)，是一個(gè)非常系統(tǒng)化的工程，為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，就需要在反復(fù)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程中對其進(jìn)行不斷地優(yōu)化和總結(jié)，優(yōu)化其集成設(shè)計(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

第7篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

關(guān)鍵詞：高性能數(shù)字信號處理器；swift designer；電源設(shè)計(jì)；TPS54312

中圖分類號：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)11-086-03

Design of Power Module Based on High-powered DSP Systems

YANG Jin,QIU Zhaokun

(SPDF,School of Electronic Science and Technology,National University for Defence Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：The design of power module is an important part in high-powered DSP system.This paper takes a detailed introduction on the design of using TPS54312 and TPS54616,taking ADSPTS101 for example.Firstly,it compares three ways of power and their principle,and then it introduces how to design the appropriate schematic document,at the same time,it gives analysis and synthesis using the soft swift designer offered by TI.And it achieves power desire by the DSP system after testing.

Keywords：high-powered DSP;swift designer;power design;TPS54312

1 引 言

隨著近年來芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以及市場對高性能數(shù)字信號處理器的需求，新的功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低的數(shù)字信號處理器(DSP)產(chǎn)品不斷推出，給電路設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。但與此同時(shí)，這些高性能器件的使用對供電模塊的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。高效、穩(wěn)定、滿足上電次序的供電模塊設(shè)計(jì)具有重要意義，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種：采用線性電源芯片，采用開關(guān)電源芯片，采用電源模塊。這3種方式的一個(gè)總體對比如表1所示。

線性電源的基本原理是根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來調(diào)節(jié)自身的內(nèi)阻，從而保證輸出端的電壓在要求的范圍之內(nèi)。由于采用線性調(diào)節(jié)原理，瞬態(tài)特性好，本質(zhì)上沒有輸出紋波。但隨著輸入輸出電壓差的增大或是輸出電流增加，芯片發(fā)熱會成比例增加，因此線性電源要求有較好的散熱處理控制。線性電源的輸入電流接近于輸出電流，它的效率(輸出功率/輸入功率)接近于輸出/輸入電壓比。因此，壓差是一個(gè)非常重要的性能，因?yàn)楦偷膲翰钜馕吨叩男省DO線性電源的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。線性電源對電流輸入較小的應(yīng)用系統(tǒng)提供了一種體積小、廉價(jià)的設(shè)計(jì)方案。

開關(guān)電源利用磁場儲能，無論升壓、降壓或是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高，因此發(fā)熱很小，散熱處理得以簡化。又由于是開關(guān)穩(wěn)壓器電源， 與LDO線性電源相比，DC/DC調(diào)整器輸出紋波電壓較大、瞬時(shí)恢復(fù)時(shí)間較慢、容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關(guān)鍵在于電路設(shè)計(jì)，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。因此在三種電源設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要較另兩種電源設(shè)計(jì)方案復(fù)雜。但由于開關(guān)電源設(shè)計(jì)靈活，耗熱小，成本也較低，在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)中，仍不失一種較好的選擇。

電源模塊原理上講是個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器，效率非常高。相對于普通開關(guān)穩(wěn)壓器，它的集成度更高，只需要一個(gè)輸入電容和一個(gè)輸出電容即能工作，設(shè)計(jì)簡便，適合D要求開發(fā)周期非常短的應(yīng)用。

2 芯片選型和功能介紹

由于ADSPTS101信號處理部分僅是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)子部分，結(jié)合其他部分的供電要求，F(xiàn)PGA芯片采用ATERA公司的EP1C12F324，IO電壓3.3 V，內(nèi)核電壓1.5 V，ADSPTS101的IO供電壓3.3 V，內(nèi)核電壓1.2 V。其中EP1C12F324對上電次序的要求并不是太嚴(yán)格，電源設(shè)計(jì)較為簡單，采用AS2830-1.5電源芯片即可達(dá)到要求。而ADSPTS101對上電次序有較為嚴(yán)格的要求，當(dāng)上電次序沒有達(dá)到要求時(shí)，既使上電后進(jìn)行復(fù)位初始化后，初始狀態(tài)仍然可能不對。因此，系統(tǒng)電源部分設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于滿足ADSPTS101的上電要求。當(dāng)然，采用電源模塊，如PT6944芯片可以滿足設(shè)計(jì)要求，但基于開關(guān)電源和電源模塊的比較優(yōu)勢，本系統(tǒng)采用開關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的電源芯片為TI公司的TPS54616和TPS54312。

TPS54616是一款TI公司推出的適合DSP,FPGA,ASIC等多芯片系統(tǒng)供電的電源芯片，是一款低電壓輸入、大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器， 內(nèi)含30MQ、12 A峰值電流的MOSFET開關(guān)管，最大可輸出6 A電流。輸出電壓固定3.3 V，誤差率為1%。開關(guān)頻率可固定在350 kHz或550 kHz，也可以在280 kHz到700 kHz之間調(diào)整。另外，它還具有限流電路、低壓閉鎖電路和過熱關(guān)斷電路。

TPS54312也同樣是TI推出的一款低電壓輸入，大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器。所不同的是，TPS54312對于連續(xù)3 A的電流高效輸出，集成的MOSFET開關(guān)管為60MQ，同時(shí)其固定電壓輸出為1.2 V。

另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化設(shè)計(jì)，減少了元件數(shù)量和體積，因此，可廣泛用于低電壓輸入、大電流輸出的分散電源系統(tǒng)中。

TPS54616和TPS54312功能管腳定義類似，其引腳封裝分別如圖1所示。

以TPS54616為例，簡述各引腳功能，TPS54312對應(yīng)命名相同的引腳功能相似。

AGND：模擬地；BOOT：啟動(dòng)輸入，應(yīng)和PH腳間連接一個(gè)0.02~0.1 μF的電容；NC：不連；PGND：電源地，使用時(shí)與AGND單點(diǎn)連接；PH：電壓輸出端；PWRGD：當(dāng)VSENSE>90%參考電壓時(shí)，輸出為高阻，否則輸出為低電平，利用這點(diǎn)，可用于I/O口電壓和內(nèi)核電壓的控制，設(shè)計(jì)出符合要求的上電次序；RT：頻率設(shè)置電阻輸入，選擇不同的阻值連接，可設(shè)置不同的電源開關(guān)頻率；SS/ENA：慢啟動(dòng)或輸入輸出使能控制；FSEL：頻率選擇；VBIAS：內(nèi)部偏壓調(diào)節(jié)，與AGND間應(yīng)連接一個(gè)0.1~1 μF的陶瓷電容;VIN：外部電壓輸入;VSENSE：誤差放大反饋輸入,可直接連到輸出電壓端。

3 電路設(shè)計(jì)

在Protel中搭建原理圖，如圖2所示。

設(shè)計(jì)主要考慮了輸入濾波、反饋回路、頻率操作、輸出濾波、延時(shí)啟動(dòng)等問題。

3.1 輸入輸出濾波

兩電源芯片輸入電壓均為5 V，為有效慮除輸入電源中的高頻分量，輸入端均接一個(gè)10 μF的旁路電容。同時(shí)，為減少輸入紋波電壓，各接入一個(gè)100 μF和180 μF的濾波電容。經(jīng)過這樣的組合濾波，可以得到一較為干凈的輸入電源。

在輸出端，為了得到質(zhì)量較好的輸出波形，輸出濾波網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)4.7 μH電感及一個(gè)470 μF和1 000 pF的電容組成。

3.2 反饋回路

TPS54312上為直接反饋，經(jīng)過濾波輸出后的電壓直接連接到VSENSE上，TPS54616加上一個(gè)反饋電阻，作用其實(shí)是相同的，都是直接反饋。

3.3 開關(guān)頻率設(shè)計(jì)

如果讓RT腳空接，F(xiàn)SEL接地或接在VIN上，則開關(guān)頻率為350 kHz或550 kHz。如果采用外接電阻進(jìn)行開關(guān)頻率選擇，有計(jì)算阻值的公式為：R=500 kHz/選擇的開關(guān)頻率×100 kΩ。設(shè)計(jì)中選用開關(guān)頻率700 MHz，計(jì)算得應(yīng)接電阻阻值為71.5 kΩ。

3.4 延時(shí)啟動(dòng)

兩芯片均有慢啟動(dòng)和輸出輸入使能控制功能。通過在腳SS/EN上連接不同容值的電容，可以獲得不同的慢啟動(dòng)時(shí)間。盡管有專門的計(jì)算公式可以進(jìn)行計(jì)算，但這里設(shè)計(jì)可以利用TI為專門電源設(shè)計(jì)推出的軟件swift designer，可以為設(shè)計(jì)提供很大的方便。swift designer提供一系列的電源芯片支持設(shè)計(jì)，包括對TPS54312和TPS54616的支持。

在swift designer中設(shè)置參數(shù)，然后按“GO”，軟件即能自動(dòng)按照要求的參數(shù)選擇電源芯片和搭建好電路。設(shè)參數(shù)為：輸出電壓1.2 V，輸出電流3 A，輸入最小電壓4.8 V，最大5.2 V，慢啟動(dòng)時(shí)間3 ms，開關(guān)頻率700 kHz。軟件可以自動(dòng)生成電路圖，軟件自動(dòng)選擇的電源芯片是TPS54312，同時(shí)電路已經(jīng)連接好。

同樣修改參數(shù)，輸出電壓3.3 V，輸出電流6 A，輸入最小電壓4.8 V，最大5.2 V，慢啟動(dòng)時(shí)間6 ms，開關(guān)頻率700 kHz。同樣，這時(shí)軟件自動(dòng)生成5 V轉(zhuǎn)3.3 V的電路圖(略)。

在swift designer軟件的幫助下，使設(shè)計(jì)變得靈活和簡便。要獲得正確的上電次序，設(shè)計(jì)中還應(yīng)做一些調(diào)整。將TPS54312的PWRGD腳接至TPS54616的SS/ENA腳，如圖2中原理圖所示，同時(shí)接成上拉狀態(tài)。這樣，只有當(dāng)TPS54312輸出電壓大于 1.2 V*90%時(shí)，腳PWRGD輸出為低，從而使能TPS54616，產(chǎn)生3.3 V的電壓輸出，從而獲得正確的上電次序要求。在TPS54312輸出電壓沒有達(dá)到要求時(shí)，TPS54616被上拉，不能產(chǎn)生3.3 V輸出。這樣通過慢啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)置和對使能端引腳的控制兩重保險(xiǎn)，可以完全確保正確的上電延時(shí)和上電次序。同時(shí)，我們可以根據(jù)不同芯片對上電延時(shí)和上電的次序進(jìn)行靈活調(diào)整，滿足上電要求。

4 仿真分析

swift designer軟件還提供了初步的仿真分析，能直觀地給出分析表，循環(huán)響應(yīng)圖，輸入電壓抖動(dòng)的影響圖，效率圖和PCB布線圖。下面是一系列相關(guān)仿真分析。

從仿真可以看出，設(shè)計(jì)所采用的電源轉(zhuǎn)換具有較高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)由于輸入抖動(dòng)而帶來的影響也在系統(tǒng)可接受范圍之內(nèi)，加上電容濾波后，輸出電壓紋波效果還會有所改進(jìn)。由于軟件沒有對上電次序的先后給出直觀仿真，但通過對兩電源芯片慢啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)置先后和使能端的控制，系統(tǒng)上電次序得到了較好保證。

5 結(jié) 語

供電模塊設(shè)計(jì)對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)良好運(yùn)行意義重大，尤其對一些特殊供電要求的高性能器件而言更是如此。在電源模塊的設(shè)計(jì)中，要綜合考慮系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)靈活性，實(shí)現(xiàn)難易程度，成本、效率、封裝等相應(yīng)因素，從而做出全面的、折衷的考慮，以尋求最佳的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過在雷達(dá)信號處理板上的實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)電壓、電流和功耗要求，同時(shí)由于采用較好的上電次序設(shè)計(jì)，保證了ADSPTS101的內(nèi)核先于IO上電，從而使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性得到了較好保證。

參 考 文 獻(xiàn)

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［4］黃天戍,霍鵬.基于DSP+CPLD的新型智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)\[J\].微計(jì)算機(jī)信息,2006(8Z):182-184.

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\[6\]Switchmode-Power Supplies Reference Manual and Design Guide［P］..1999.

作者簡介

楊 進(jìn) 男，1983年出生，碩士研究生。主要從事FPGA、DSP結(jié)合信號處理的應(yīng)用開發(fā)工作。

邱兆坤 男，1977年出生，副教授，博士。主要從事雷達(dá)信號處理，時(shí)頻信號分析。

第8篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

關(guān)鍵詞：GSM模塊；設(shè)計(jì)方案；系統(tǒng)硬件；核心器件

隨著社會物質(zhì)財(cái)富的日益增長，安全防盜已成為社會問題。目前，電子密碼防盜鎖用密碼代替鑰匙，從根本上解決了普通門鎖保密性差的缺點(diǎn)。新穎的多功能電子鎖，集電子鎖、防盜報(bào)警器等功能于一身，而且還具有定時(shí)器呼喚，斷電自動(dòng)報(bào)知，顯示屋內(nèi)有無人和自動(dòng)留言等諸多附加功能。多功能電子密碼鎖以其新穎的功能，低廉的價(jià)格，必將受到廣大使用者的歡迎。本設(shè)計(jì)的電子密碼防盜鎖利用串行E2PROM存儲器，將設(shè)置的密碼存入E2PROM中，從而克服了舊式電子密碼鎖電路斷電后所設(shè)置密碼丟失的缺點(diǎn)。另外，該鎖還具有報(bào)警等輔助功能，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

一、本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器，當(dāng)電路通電后，單片機(jī)首先檢測外部數(shù)據(jù)存儲器24C02芯片是否存有密碼，如果沒有的話，則把初始密碼“123”存入外部數(shù)據(jù)存儲器，再檢測外部數(shù)據(jù)存儲器是否鍵入手機(jī)號碼，如果沒有，則提示用戶輸入目標(biāo)手機(jī)號碼。檢測完密碼和手機(jī)號碼后單片機(jī)就開始檢測模塊。首先檢測GSM模塊是否上電，待GSM模塊上電后檢測模塊是否插入SIM卡，并發(fā)送字符格式命令，設(shè)置TE字符格式為UCS2格式。檢測完畢后，模塊自動(dòng)向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送“模塊已上線！”的短信內(nèi)容，告知用戶系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。信息發(fā)送完后，系統(tǒng)進(jìn)入授權(quán)碼輸入狀態(tài)，液晶顯示“請輸入授權(quán)碼！”提示我們輸入授權(quán)碼。為了提高安全性，系統(tǒng)授權(quán)碼的輸入并不是簡單的數(shù)字輸入，而是漢字、數(shù)字、字母、標(biāo)點(diǎn)符號結(jié)合的輸入，打破了傳統(tǒng)的密碼設(shè)計(jì)輸入，提高了安全性。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，用戶通過按鍵輸入授權(quán)碼，按下“確認(rèn)”鍵后，單片機(jī)將輸入密碼與設(shè)定密碼進(jìn)行比較，若密碼不正確，則向目標(biāo)手機(jī)號發(fā)短信，提醒用戶。若用戶同意授權(quán)，則系統(tǒng)發(fā)出開鎖信號，將鎖打開；若密碼不正確，系統(tǒng)就提示用戶，要求重新輸入。重新輸入次數(shù)不能超過3次，若3次輸入都不正確，則發(fā)出報(bào)警信號，并且每次輸入都會通過短信的形式向用戶手機(jī)實(shí)施報(bào)警。鎖打開后可通過按下“修改/重置”功能鍵，重新設(shè)置新密碼或目標(biāo)手機(jī)號，但必須經(jīng)過授權(quán)才可修改。

二、總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用以51單片機(jī)為核心的控制方案，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不但能實(shí)現(xiàn)基本的密碼鎖功能，還能添加聲光提示功能甚至還能添加掉電存儲和遙控控制功能等，能在很大程度上擴(kuò)展功能，方便對系統(tǒng)進(jìn)行升級。主要由單片機(jī)控制電路為核心，包括液晶顯示電路、I2C（即斷電不掉密碼集成塊）、TC35i模塊、獨(dú)立式鍵盤、光敏二極管控制電路、電源電路、功放電路等部分的設(shè)計(jì)。電子密碼鎖的設(shè)計(jì)主要是要通過獨(dú)立式鍵盤輸入密碼，經(jīng)過單片機(jī)以及一些電路對鍵盤輸入的鍵碼信號進(jìn)行加密、識別處理，再與內(nèi)部預(yù)定的密碼進(jìn)行對比判斷，若密碼不相符就發(fā)出聲光報(bào)警。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)主要就是電路的功能單元設(shè)計(jì)以及選擇電子元件，主要有開鎖機(jī)構(gòu)電路設(shè)計(jì)、按鍵電路設(shè)計(jì)、密碼鎖的電源電路設(shè)計(jì)、掉電存儲系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)以及總體電路圖的設(shè)計(jì)，這些電路圖的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用所學(xué)過的Protel軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)方案畫出實(shí)際電路圖，再通過調(diào)試、檢測電路是否可行方可使用。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要就是對51單片機(jī)的使用，了解51單片機(jī)的基本特點(diǎn)，根據(jù)電路圖對電子密碼鎖要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行編程，只有在程序編好的情況下，51單片機(jī)核心才能夠?qū)τ布M(jìn)行控制，所以說只有設(shè)計(jì)好了系統(tǒng)軟件，也就是整個(gè)電子密碼鎖的核心系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)才可以使用，軟件設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)也是根本。

五、核心器件的介紹

1.芯片ATMEL89S52的介紹：

AT89S52單片機(jī)是美國ATMEL公司的，它與Intel公司MCS-51系列單片機(jī)兼容，采用CMOS工藝制造，節(jié)電性能好。AT89S52提供了以下的標(biāo)準(zhǔn)功能：片內(nèi)含8KB字節(jié)的可重編程閃速存儲器E2PROM和256字節(jié)的內(nèi)部RAM、32位I/O引線、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)全雙工串行口、1個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。另外還具有低功耗空載的特點(diǎn)和掉電保存方式供選用。20腳雙列直插封裝也能達(dá)到體積的要求，是對嵌入式控制應(yīng)用提供的一個(gè)高度靈活和成本低的解決方案?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)充分利用了AT89C2051的上述優(yōu)點(diǎn)和功能，加以必要的輔助硬件電路。

2.GSM模塊介紹

目前，在遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，SMS是廣泛采用的通信方式，其作為GSM網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)，得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和開發(fā)商的重視?；赟MS業(yè)務(wù)可開發(fā)出多種極具發(fā)展前景的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的是西門子TC35系列的TC35i。這種無線模塊在功能上與TC35i兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了電路的體積。

3.外部程序存儲器W29C011

W29C011A是臺灣Winbond公司生產(chǎn)的128k×8bitsCMOS閃速存儲器芯片，共有32個(gè)引腳，有DIP、SOP、PLCC 3種封裝結(jié)構(gòu)。該芯片在5V電源的系統(tǒng)中可以在線編程和擦除，不需要外加專門的編程電壓，讀寫操作方便。

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第9篇：電源電路設(shè)計(jì)方案范文

關(guān)鍵詞：TMS320F28335； 浮點(diǎn)型； 動(dòng)態(tài)范圍； 數(shù)字信號處理器

中圖分類號：TN71034； TP368文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004373X(2012)06014703

Design and implementation of DSP development system

ZHAO Peng, JING Hongli

(Yulin University, Yulin 719000, China)

Abstract： DSP is widely used in some fields, such as autocontrol, electric measurement, spaceflight projects and so on. TMS320F28335 newly detruded by TI is taken as a microprocessor in the design of a DSP development system with stable performance. This is a 32bits floating point DSP. When the floating point DSP is adopted to design the system, the dynamic range and precision of the system need not be considered. It is easier in software compiling, and more suitable for programing with advanced language than fixedpoint DSP. The peripheral circuits consists of power circuit, extend RAM circuit, oscillator circuit and reset circuit, which are applied to the auxiliary to DSP. The power management chip is used to design power circuit, the way whichcan meet the requirement of other DSPs for the poweron sequence. The extended RAM makes debugging and download of procedure more convenient. A external clock is applied to clock input, which not only makes input clock more stable, but also use for other kinds of DSP. Stability of system is improved because the monitoring chip accomplishes hand and automatic resets.

Keywords： TMS320F28335; floating point; dynamic range; DSP

收稿日期：20111026

基金項(xiàng)目：高層次人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（11GK55）TMS320F28335是TI公司最新推出的32位浮點(diǎn)型DSP，可直接參與浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的運(yùn)算，無需Q格式的轉(zhuǎn)換，其主要特點(diǎn)為：高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，在最高為150 MHz振蕩頻率下，指令周期為6.67 ns；高性能的32位CPU,單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU），采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，能快速中斷響應(yīng)和處理，并有統(tǒng)一的存儲器規(guī)劃，可用C/C++語言實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法；控制時(shí)鐘系統(tǒng)具有片內(nèi)振蕩器和看門狗定時(shí)器模塊，支持動(dòng)態(tài)改變鎖相環(huán)（PLL）的參數(shù)值以改變CPU的輸入時(shí)鐘頻率；8個(gè)外部中斷，相對于TMS320F281x系列DSP，無專門的中斷引腳；支持58個(gè)外設(shè)中斷的外設(shè)中斷擴(kuò)展寄存器（PIE），管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請求；增強(qiáng)型的外設(shè)模塊；12位A/D轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)16通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；88個(gè)可編程的分時(shí)復(fù)用GPIO引腳；低功耗模式，1.9 V或1.8 V內(nèi)核，3.3 V I/O供電［12］。設(shè)計(jì)一個(gè)集這些優(yōu)點(diǎn)于一身的DSP開發(fā)系統(tǒng)，對于初學(xué)者和開發(fā)人員有著重要的意義。本文首先分析和對比DSP電源設(shè)計(jì)方案，選擇合適的設(shè)計(jì)方案并詳細(xì)介紹；然后設(shè)計(jì)存儲器擴(kuò)展電路，并給出其存儲范圍；通過對比時(shí)鐘電路的各種實(shí)現(xiàn)方案，擇優(yōu)選擇適合于該系統(tǒng)的時(shí)鐘電路并詳細(xì)介紹；最后給出復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法和提高硬件抗干擾能力的措施。

1系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

TI公司的DSP系列一般都有獨(dú)立的內(nèi)核和I/O電源。因?yàn)樵贒SP在系統(tǒng)中要承擔(dān)大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，在CPU內(nèi)部，部件的高頻率的轉(zhuǎn)換會使系統(tǒng)功耗大大增加［3］。所以采用雙電源的供電方式，F(xiàn)28335一路為I/O提供3.3 V電壓，另一路為CPU內(nèi)核提供1.8 V或1.9 V電壓，這樣可大大降低系統(tǒng)的功耗。

電源設(shè)計(jì)方案一：兩路電源獨(dú)立設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試方便且互不干擾，缺點(diǎn)是不能適合某些對上電次序有要求的DSP，成本較高。

電源設(shè)計(jì)方案二：采用TI公司的雙路低壓差電壓調(diào)整器。TPS767D3xx系列電壓調(diào)整器是TI公司為DSP開發(fā)的電源管理芯片［4］，通過簡單的設(shè)計(jì)，可以適合某些系列DSP內(nèi)核與I/O電壓的上電順序問題。

本設(shè)計(jì)采用方案二，利用TI公司的雙路低壓差電壓調(diào)整器TPS767D301。它的特點(diǎn)是：帶有可獨(dú)立供電的雙路輸出，一路固定輸出為3.3 V，另一路可以在1.5～5.5 V調(diào)整，每路輸出電流范圍為0～1 A；電壓差大小與輸出電流成正比，且在最大輸出電流為1 A時(shí)，最大電壓差僅為350 mA；超低的靜態(tài)電流85 μA，器件無狀態(tài)時(shí)，靜態(tài)電流僅為1 μA。

TMS320F28335對內(nèi)核和I/O的上電順序沒有要求，可以同時(shí)上電，使得電源電路大大簡化。具體電路如圖1所示。

圖1系統(tǒng)供電電路TPS767D301的輸出端1OUT的電壓由式(1)確定：Vo=Vref(1+R1/R2)(1)式中：Vref =1.183 4 V為電壓調(diào)整器的內(nèi)部參考電壓；R1和R2的取值應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電流近似為50 μA。如果電阻過小，會使電流過大，消耗電力；如果電阻過大，F(xiàn)B引腳會出現(xiàn)電流脈沖尖峰，會使輸出電壓波動(dòng)［5］。典型電壓輸出時(shí)，R1和R2的取值如表1所示。

表1典型電壓輸出取樣電阻取值

輸出電壓 /VR1 /kΩR2 /kΩ1.918.230.12.533.230.13.353.630.13.661.930.14.7590.830.1

為了提高輸出電壓的穩(wěn)定性，模擬電源與數(shù)字電源之間通過鐵氧體磁珠和電容進(jìn)行濾波，鐵氧體磁珠具有可以忽略的寄生電容，電氣特性和一般的電感相似，這樣可以減少來自模擬電源或其他并聯(lián)電路所產(chǎn)生的噪聲生干擾。

2系統(tǒng)RAM擴(kuò)展

在TMS320F28335的片上已經(jīng)集成了34 K×16 b的RAM，且內(nèi)部RAM的訪問速度可達(dá)150 MIPS，通常用于放置系統(tǒng)對運(yùn)算速度要求較高的程序。F28335的片上還集成了256 K×16 b的FLASH，但由于FLASH燒寫次數(shù)有限，而且燒寫速度慢，操作麻煩。使用外擴(kuò)RAM后，仿真時(shí)程序可以放入外擴(kuò)RAM中運(yùn)行，程序長度不受限制，這樣程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試就非常方便。在調(diào)試完成后通過修改.cmd文件等方法將程序燒進(jìn)FLASH中運(yùn)行。同時(shí)，外擴(kuò)RAM還可以開放給其他任務(wù)。外擴(kuò)RAM選用ISSI公司的IS61LV25616，存儲容量為256 K×16 b，3.3 V的供電電壓。使用區(qū)間6作為外擴(kuò)存儲區(qū)間，存儲地址范圍為0x100000～0x13FFFF。由于IS61LV25616的訪問速度有8 ns,10 ns,12 ns,15 ns可選擇，而當(dāng)CPU運(yùn)行在150 MHz時(shí)，地址和數(shù)據(jù)的最小有效時(shí)間為3個(gè)時(shí)鐘周期，即20 ns，所以不用考慮時(shí)序問題［6］。存儲器的地址線和數(shù)據(jù)線分別對應(yīng)DSP的地址線和數(shù)據(jù)線，片選端CS和DSP的GPIO28連接，存儲器的讀/寫端口分和DSP的讀/寫端口連接，具體電路圖如2所示。

圖2存儲器擴(kuò)展電路3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

TI的DSP時(shí)鐘電路分為三類：晶體電路、晶振電路和可編程時(shí)鐘電路。其中時(shí)鐘電路如圖3所示。

圖3內(nèi)部時(shí)鐘源其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，但頻率范圍較小，一般為20 kHz～60 MHz，驅(qū)動(dòng)能力較弱。晶振電路利用外部獨(dú)立的時(shí)鐘源給系統(tǒng)提供時(shí)鐘。其特點(diǎn)是：頻率范圍較大，一般為1 Hz～400 MHz，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可為具有相同時(shí)鐘的多DSP系統(tǒng)使用?？删幊虝r(shí)鐘電路可以為外設(shè)提供不同的時(shí)鐘，適用于不同時(shí)鐘源的系統(tǒng)使用，頻帶寬度可達(dá)［7］200 MHz。F28335的外部時(shí)鐘可以有兩種輸入方法，如圖4～圖5所示。

圖41.9 V外部時(shí)鐘源圖53.3 V外部時(shí)鐘源該設(shè)計(jì)使用1.9 V的外部時(shí)鐘源晶振電路，如圖6所示。其中，100 Ω電阻用來衰減外部雜波的干擾，提高時(shí)鐘波形的質(zhì)量，SN74LVC1G14是單路施密特反向觸發(fā)器［8］。

圖6晶振電路4復(fù)位電路設(shè)計(jì)

復(fù)位電路是在系統(tǒng)上電或程序跑飛時(shí)對系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)的初始化。該設(shè)計(jì)采用TI公司推出的三端監(jiān)控芯片TPS3307系列來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化和電源監(jiān)控功能［9］。TMS320F28335采用1.8 V或1.9 V內(nèi)核電壓，3.3 V I/O電壓。利用TPS330718來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)和手動(dòng)復(fù)位。SENSE1,SENSE2和SENSE3管腳分別對3.3 V I/O電壓、1.8 V內(nèi)核電壓和3.3 V模擬電壓監(jiān)控。手動(dòng)復(fù)位MR引腳接至復(fù)位鍵，當(dāng)按下時(shí)RESET變?yōu)榈陀行?，?shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位的功能。具體電路如圖7所示。在上電期間，當(dāng)電源電壓高于1.1 V時(shí)，RESET開始有效，然后開始監(jiān)控SESEN輸入管腳的電壓。當(dāng)SENSE1，SENSE2和SENSE3分別低于門限電壓2.93 V，1.68 V和2.5 V時(shí)，TPS330718的RESET向F28335發(fā)出低電平復(fù)位信號，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位的功能。

5結(jié)語

基于DSP開發(fā)系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)對最終系統(tǒng)的性能有著重要的影響。特別是對于DSP，管腳多且管腳間的間距小，導(dǎo)致布線時(shí)線間距受到限制，容易受到干擾。為了有效抑制干擾，在布局時(shí)輸入時(shí)鐘應(yīng)盡可能靠近DSP，使其輸入線路盡可能短，并使晶振外殼接地；為了減小芯片上的電源電壓瞬時(shí)過沖，在電源的輸入端使用去耦電容；電源是系統(tǒng)的主要干擾源，使用旁路電容及去耦電容來盡量減小電源對系統(tǒng)的影響。在設(shè)計(jì)中，可以利用0.1 μF的電容來避免內(nèi)在的振動(dòng)和高頻噪聲，利用10～100 μF的旁路電容減小電壓輸出的脈動(dòng)［10］。基于以上考慮，DSP開發(fā)系統(tǒng)才能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

圖7復(fù)位電路參考文獻(xiàn)

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