1、 2014 届毕业设计说明书 数控直流稳压 电源的设计 院 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 副指导老师： 赵定文 职称 工程师 专 业： 班 级： 完成时间： 2014 年 6 月 摘 要 在我们生活的各个角落都可以见到直流稳压电源的身影，我们用的手机、笔记本电脑、工业用的各种电子仪表等，它无处不在，在电子设备中发挥着不可替代的作用。但是当前我们常见的直流稳压电源 ,多半是选用数字电位器来调节 ,通过调整数字电位器来调整输出电压。现有的数字电位器的分辨率有限，常见的有 32 抽头， 64 抽头有限精密分压器电路构成，不能够满足所需的设计要求。本文给 以微处理器数
2、据处理系统为核心部分，通过软件的运转控制系统工作，从而完成预设参数的功能操作。 将微处理器数字控制技术，有机地展。微处理器不但拥有良 好的集成性能 , 而且都具有在线编程接口 , 融入直流稳压电源的设计中，实现了直流稳压电源数字化的设计。该设计是把 220V的交流电压经过变压器变压成低电压的交流电，再经过整流电路变换为脉动的直流电压，后经过滤波电路滤去输出电压中的文波，最后通过采集电压信号，由 DSP主控制器控制， DC/DC变换器输出所需要的稳压电源。该电源具有 LCD液晶的显示、键盘的数字输入调压、数字电位器调压精度高的特点。通过软件编程，易于实现功能的扩还具备 JTAG 仿真和下载功能
3、; 含有片内看门狗电路、复位电路、时钟电路、 键盘电路、液晶显示 电路、数模转换电路、直流稳压电路和 DC/DC变换电路组成。本设计由微处理器控制输出数字信号，经过 D/A转换器输出模拟量 ,在经过 DC-CD变换器，最后输出设备所需要的电压。 基于 DSP的数控直流稳压电源，利用了 DSP微处理器精准的数据采集与高速的数据处理能力，以完成对直流稳压电源的稳定的控制，从而改善输出电压的精准度。本电源可以用微处理器控制预设参数，以取代许多不准确的设计，带给我们不同程度的便利性和效率。 关键词： DSP 控制器； DC/DC 变换电路 ；直流稳压电源 ABSTRACT In every corne
4、r of our life can see the figure of dc regulated power supply, we use mobile phones, notebook computers, industrial use a variety of electronic instrument, etc., it is everywhere, in the electronic equipment plays an irreplaceable role. But the current common dc regulated power supply, we mostly use
5、 digital potentiometer to adjust, by adjusting the digital potentiometer to adjust output voltage. Resolution of existing digital potentiometer is limited, common 32 tap, tap 64 limited precision voltage divider circuit composition, are not able to meet the design requirements. This paper give the m
6、icroprocessor data processing system as the core part, through the operation control system of software, so as to complete the function of the preset parameters. The microprocessor digital control technology, organically. Microprocessor not only has good integrated performance, and have online progr
7、amming interface, into the design of dc regulated power supply, realized the digital dc regulated power supply design. This design is the 220 v ac voltage by transformer transformer into low voltage alternating current (ac), repass for pulsating DC voltage rectifier circuit transformation, after the
8、 filter circuit Wen Bo in the filter to the output voltage, final voltage signal through gathering, controlled by DSP main controller, DC/DC converter regulated power supply output needed. The power supply has a LCD digital display, a keyboard input voltage regulator, digital potentiometer, the char
9、acteristics of high precision voltage regulator. Through software programming, easy to realize the function expansion also has the JTAG simulation and download function; Contain internal watchdog circuit, reset circuit, clock circuit, keyboard circuit, liquid crystal display circuit, d/a conversion
10、circuit, DC voltage circuit and DC/DC conversion circuit. This design is controlled by A microprocessor output digital signal, through D/A converter output analog quantity, after DC - CD converter, finally the voltage output devices needed. Numerical control dc regulated power supply based on DSP, u
11、sing the DSP microprocessor precise data acquisition and high-speed data processing ability, to complete the control of the stability of dc regulated power supply, so as to improve the precision of output voltage. This power can use a microprocessor control default parameters, to replace many inaccu
12、rate design, bring us the convenience and efficiency of different level. Key words： DSP controller. DC/DC conversion circuit; Dc regulated power supply 目 录 1 概论 1 1.1 系统 研究的背景和意义 1 1.2 系统的研究现状及在发展趋势 1 1.3 论文的总体结构 2 2 系统总体设计方案 4 2.1 系统的任务分析 : 4 2.1.1 系统的功能特点分析 4 2.1.2 性能指标 4 2.2 系统的方案论证与选择 4 2.2.1 方案
13、一 4 2.2.1 方案二 5 2.3 总体设计方案 6 3 系统硬件设计 7 3.1 直流稳压电源的设计 7 3.1.1 电源变压器 7 3.1.2 整流电路 8 3.1.3 滤波电路 9 3.1.4 稳压电路 10 3.1.5 保护电路 11 3.2 开关变换器的设计 13 3.2.1 BUCK 变换器基本工作原理 13 3.2.2 滤波电容的设计 14 3.2.3 滤波电感的设计 14 3.2.4 占空比计算 15 3.3 控制器的设计 15 3.3.1 主控制器模块 16 3.3.2 5V 电源的产生电路设计 18 3.3.3 复位和 WATCH DOG电路设计 18 3.3.4 时钟
14、电路 19 3.3.5 TMS320C5402 的电源设计 20 3.3.6 JTAG 仿真接口电路 21 3.4 输入输出电路的设计 22 3.4.1 键盘接口电路设计 22 3.4.2 液晶显示电路设计 24 3.4.3 模数转换模块 25 3.4.4 数字电位器 26 4 系统软件设计 28 4.1 系统软件设计的方法及工具 28 4.2 系统的主程序设计 28 4.3 系统的子程序设计 29 4.3.1 数模转换子程序模块 29 4.3.2 键盘扫描子程序模块 30 4.3.3 液晶显示子程序模块 32 4.3.4 中断子程序模块 32 5 系统的应用设计 34 6 总结 35 致 谢
15、 36 参考文献 37 附录一 38 附录 二 39 1 概 论 1.1 系统 研究的背景和意义 随着科技技术的飞速进步 ,电子技术领域也得到了快速的提升 ,所以把电源技术带到了一个新的台阶。电源技术产品也已广泛应用到人们的日常生活屮去 ,可以说 ,电源产业支撑着我们的工业 ,支撑着我们的日常中的生活。市场的全球化也促使电源产品的国际化 ,这种技术的快速流通和服务的全球化使得人们加弥对电源产品的设计研究以适应不同国情、不同环境的需要 ,这也就进一步刺激了电源的发展。 正如我们都知道，很多工厂技术项目是和电源分不开的，在这些工厂技术项目往往比较注重电压的等级、电流的大小等多个性能指标，但是，当前
16、我们使用的直流稳压电源很多的输出电压的精度与稳 定度不够高；在测量中，传统的功率一般用模拟或数字显示器的电压或电流，一个电位器，以调整所需的电压和电流输出值；但是要调整准出精确的电压，需要使用监测的显示仪表。但是我们使用的电位器的阻值特性是非线性，调节电压的输出时，需要一定的时间，而且要提防漂移，它是非常的不便。所以，若直流稳压电源不仅要拥有良好电压输出质量，还要有一定的通用性和智能性，通过键盘预设参数，这将带来不同程度的便利和高效，以取代许多不精确的人为操作和失误。因此，直流电源未来的发展目标，不仅要实现高效率在性能方面之一，功能上，努力实现数控，和更 多的功能，智能网络。 我这次做的是为机
17、械厂的皮带称重系统服务的电子设备提供稳压电源，电子设备的正常工作关系着整个皮带滚动系统的正常运作，而电子设备工作的质量好坏和直流电源的电压，电流，精度等有着密切的关系，所以为这些电子设备提供合适的直流稳压电源成为本文要解决的问题。 1.2 系统的研究现状及发展趋势 在我国，以电力电子科技为核心的电源行业，从 20世纪 60 年代中期形成到20世纪 90 年代，电源行业已进入了一个快速发展时期。在一方面，电源行业在加速规模发展 ;另一方面，由中国国家自然科学基金和创新资本的指导下， 电力电子技术吸收和跟踪研究前沿和创新动力产业的发展涌现出了一批技术要求高的，具有国际先进水平的产品，同时也产生了大
18、量的有代表性的研究成果和产品 ;目前还开展了前沿的研究课题或研究为基础的创新轨道的国际方面。然而，我国的电源行业，和欧美国家相比较，还有显著差距和不足：电源的质量，可靠性，开发投入，生产规模，技术水平，先进的检测设备，智能化，网络化，还有持续创新技术能力等方面有近 10 年的差距，特别是在直流电源，完成智能网络还有很多需要研究。 直流稳压电源在未来会越来越趋向于智能化、数字化、模块化、绿色化。在现在的 的控制仪表中对精度、性能、多功能上的要求非常高，所以对微处理器的采用非常普遍。以微处理器为主体的测量电子仪表将取代传统的仪器仪表，将数字技术和测量控制技术相结合，构成新型智能控制的直流稳压电源。
19、智能化的直流稳压电源简化了系统电路，提高了系统可靠性。直流稳压电源数字化的利用避免了信号失真、增强了抗干扰能力、便于远程控制。直流稳压电源的模块化的使用缩小了整机体积、取消了传统连线，同时也方便了电路故障检查，保障了电路的可靠性。直流稳压电路的绿色化，体现在为各种电子仪器提供稳定的低电压，节电量，降低环境的污染。 该 项目的目标是利用 DSP 微处理器精确的数据采集与高速的数据处理能力，以完成对直流电源的稳定的控制，从而改善输出电压的精准度。 DSP 微处理器芯片是由模拟信号变换成数字信号之后进行高速实时处理的专用微处理器，它的处理速度是最快的 CPU 的 10-50 倍，拥有处理速度快、功能
20、好、性能价格比好和速度功耗比高等特征，被普及应用于具有实时处理要求的场合。 DSP 微处理系统基于 DSP 芯片，它的优点如下： 1高速性， DSP 运行速度高达 100MIPS 以上。 2编程简易，可编程的 DSP 可以在开发过程中使设计人员灵 活方便的对软件进行修改和升级。 3稳定性能好， DSP 微处理器系统以数字处理为基础，受环境和温度的影响比较小，可靠性能高。 4可重复性好，数字体系的性能基本上不受元器件参数性能的影响，便于测试、调试和大规模生产。 5集成方便， DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 6性价比高。 1.3 论文的总体结构 本论文是基于 DSP 的数
21、控直流稳压电源，是由变压器、整流电路、滤波电路，与 DSP 的最小系统相结合电压输出电路，其设计的额定输出电压为正 5V 到正15V、额定输出电流为 1.5A、电压步进 为 5Mv、电压的分辨率为 10mV，直流稳压电源。主要内容如下： 首先，简要的介绍了本课题的背景、设计的目的、意义、稳压电源的发展现状及其用到的相关技术。 其次，提出了实现数控直流稳压电源的两种设计方案，从电压的性能指标出发，比较了这两种方案的可行性，最终采用了 TMS320VC5402 DSP 系统为主控制器的方案，并且阐述了该方案的设计理论及其优势。 再次，详细的对数控直流稳压电源的各个组成模块进行了阐述，包括变压器、整
22、流电路、滤波电路、保护电路、键盘电路、 LCD 液晶显示电路、复位和 WATCH DOG电路、 JTAG 仿真接口电路、电源系统电路、数字电位器电路、时钟电路等。简单的阐述了系统软件设计，对键盘系统、中断系统、数模转换系统、 LCD 液晶显示系统的软件设计思路做了分析介绍。 最后，简要的介绍了本次设计的应用方向，对其应用领域进行了简介，并对本次设计做了最后总结，提出本次设计的不足之处。 2 系统总体设计方案 2.1 系统的任务分析 2.1.1系统的功能特点分析 1.利用微处理器对键盘和显示控制。键盘与显示是数控直流稳压电源最突出的特点，和传统直流稳压电源设 计上最大的不同。按键操作简易、雅观，
23、相比传统电位器的开关或者旋钮，可以避免因手动控制的人为误差。由于信息量大，在液晶显示屏液晶显示，操作员和微处理器会话技能之间的优势大大增强。 2.系统自保护功能。系统具有过电流，过电压，过温度的保护功能，当外部输入电压高于限定值时，输出电流高于限定值时，系统可以自动切断输入和输出； 3.自检，自诊断功能。这是常闭的直流电源的一个重要特征是从传统的直流电源的不同。同是时，准确地确定位置和仪表故障的特点，不仅大大方便了维护，同时也保证了输出的可靠性。 2.1.2 性能指标 输出电压：双路 5-15V； 额定输出电流： 1.5A； 电压步进： 5mV； 电压分辨率： 10mV 2.2 系统的方案论证
24、与选择 2.2.1 方案一 选 用单片机 +数字电位器方案。 方案一如图 1 所示， 此方案就是把常用的电位器调节电源中的机械式电位器用数字电位器代替。 数字电位器没有机械抽头，具有更小和更少的振动耐受性高的机械的可靠性，并且它可以被编程以容许返回，以重复相同的抽头位置的能力，因此这种解决方案线是简单，可靠。但是，现有的传统数字电位器分辨率非常有限，常见的 32抽头， 64 抽头有限精密分压器电路构成， 不能满足本次电源设计要求。 整 流 滤 波变 压 器 串 联 调 整A T 8 9 C 5 2 2 2 0 vP 0D C 输 出D C数 字 电 位 器图 1 方案一 2.2.2 方案二 微
25、处理器 + DC-DC转换器。方案二如图 2 所示，该方案产生直接利用 DSP 微处理器编程来产生的 PWM 来控制处理器的 DC- DC转换器的输出，用数字控制器来代替模拟控制器，电路简单，可靠。在一般情况下，微控制器可以从几赫兹产生数几十千赫兹的 PWM的，因此要控制在一定值的常规 DC-DC变换器的输出电压，完全满足要求。但是， DSP 微处理器单个周期的指令执行的时间是微秒级，若是你要导出几十千赫兹的 PWM，则指令的执行时间只有几个到几十个的单周期指令执行时间，使 DC- DC转换器实现微输出，有必要对相应的 PWM 输出脉冲宽度或频率进行精确计算的值的每一个步骤和调整时必要的软件编
26、程，以具有大量复杂的计算和控制算法，例如一个普通的微控制器是满足不了要求。然而，若咱们使用的是 DSP ，情形就不同了。 DSP 在内部利用的是程序空间与数据空间分开的哈佛结构，许可同时取指令与取操作数，而且很多是多片 DSP 内部总线结构，用以保证在一个机器周期内可以做到访问程序空间与数据空间很多次，在得指令的执行过程中取出，解码和执行该 取重叠的几个阶段，加之其内部的处理单元和一些特殊的 DSP 微处理器指令的执行，因此，它所执行的指令周期短，运算精度高；第五代的 DSP 微处理器接口功能较强，处理器的片内有主机接口、 DMA 控制器，软件控制的等待状态发生器， PLL 时钟发生器和片上仿真完成符合测试访问端口 IEEE1149.1 标准，也较容易实现系统设计。因此，我们选择方案二。
