電源電路設計方案精選(九篇)
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第1篇：電源電路設計方案范文
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。當電壓高于此值后，TVS發生雪崩擊穿，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TVS管承受瞬態高能量沖擊擊穿后，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，從而實現了保護作用。Uc與Ub之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間，計算多代入為1.3。其他諸如反向漏電流、結電容等參數也需要考慮電路靜態電流以及信號頻響等因素進行擇優選擇。最大允許瞬時功率Pp根據車用電源系統電路抗干擾標準要求須至少大于6000W。防反接保護電路設計防反接保護使用一個普通二極管就可以實現，或者采用其他MOS管防反接電路。普通二極管防反接保護電路優點是電路簡單，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間的反接故障。圖3為防反接保護二極管在電路中的設計位置，二極管選擇時考慮ECU的整體功耗，選擇正向導通電流大于正常工作最大電流，同時防反接保護二極管盡量選擇低壓降快恢復二極管，反向耐壓滿足電路要求。過電流保護電路ECU電源電路在過載或者負載短路等故障發生時，需要在外部線束中或電源處理電路回路中設計過流保護電路，否則電路將損毀不能正常工作。通常在開關電源設計中采用自恢復熔斷絲串聯在回路中，或設計電路采樣閉環控制電路等。
從以上自恢復熔斷絲的原理可以看出，當電路發生過流時，可能存在大量熱量的產生，由于ECU通常安裝在相對封閉的空間內，熱量無法快速消散，因此可能會對ECU其他電路的工作產生影響，再加上自恢復熔斷絲存在不好安裝及精度不高的問題，因此ECU過流保護電路通常不選用這種方案。圖4為一種閉環電流采樣控制保護電路，T1用來檢測負載電流IL，采樣電阻R1產生成比例的電壓。電流過載發生時，電容C1充電電壓會增加到穩壓二極管Z1的導通電壓，此時三極管Q1導通，集電極輸出信號關閉后續電路的控制級，從而切斷電源電路的工作。類似過流保護電路設計時，需要注意變壓器的設計選型，由于車用ECU對成本的要求越來越高，此電路設計成本較高，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電路方案，幸運的是目前世界上一些著名半導體公司都提供帶有過流自動保護的電路控制芯片。比如美國國家半導體公司的汽車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保護功能。因此在ECU電源電路設計時，盡量選用類似集成芯片作為電路核心元件，這些芯片通常都經過汽車等級的測試，可以放心采用。共模抑制電路設計ECU電源系統電路通常采用共模扼流圈設計共模抑制電路。共模扼流圈，也叫共模電感（Com-monmodeChoke），是在一個閉合磁環上對稱繞制方向相反、匝數相同的線圈。
在電源電路設計時，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廠家均提供ECU專用的電源系統電路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU電源線設計，TDK公司提供的這種共模扼流圈通過專用磁芯設計而成的方形閉磁路磁芯，在保持原有特性的同時實現了小型化，便于安裝。同時具有高阻抗特性，可發揮優異的共模噪聲抑制效果，最大電流可高達8A。濾波電路設計共軌系統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備都共用這一個電源，其他電子設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、汽車電機的啟動停止以及負載的突然變化均會將干擾帶入ECU。在設計電源處理電路時必須設計濾波電路來濾除這些干擾。通常采用∏形濾波電路設計串聯在電源處理回路中，主要對差模干擾起到抑制作用，圖6為基本的∏形濾波電路。在實際的∏形濾波電路設計時，需要根據ECU實際使用需求進行電感L及電容C1和C2的參數選擇，電容C3根據負載功率的大小調整容值及耐壓參數。電源系統設計方案總結共軌系統ECU電源系統電路設計時需要綜合以上的各種保護電路的設計，同時選擇合適的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM調制頻率設置需要綜合考慮電源處理的效率和EMC性能。常用的ECU電源系統電路設計方案如圖7所示。ECU通過點火鑰匙開關處理電路，將汽車蓄電池電源輸入，然后通過各種保護電路將穩定的電壓輸入DC/DC處理電路，最后通過汽車專用低壓降線性穩壓電源（LDO）處理成多路電源分別給ECU各電路模塊供電。
在設計電源系統處理電路時，不僅應考慮基本電壓處理電路的精度和效率，還應設計不同的保護電路，應對各種可能出現的干擾和故障情況。保護電路的設計需要考慮整個電源系統電路的工作原理，合理的布局保護電路在整個電源系統電路中的位置；各種保護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行合理選擇。除了本文提到的幾種保護電路設計外，或許還有其他應對整車復雜故障情況的電路選擇，這就需要在ECU的實際使用過程中進行不斷的積累和研究。
第2篇：電源電路設計方案范文
Lu Zhuwei；Chen Yuming
（①Sanjiang University，Nanjing 210012，China；②Wiscom Electrical Co.，Ltd.，Nanjing 211100，China）
摘要：研究了開關線性復合功率變換技術，提出一種復合型精密電流源的方案。該電源結合了高頻開關電源和推挽線性功放電路的優點，輸出波形好，效率高、體積小。同時采用三態自適應滯環電流控制方式，有效地減小了輸出電流的脈動紋波。根據設計的方案制作了一臺樣機，實驗結果表明該電流源紋波系數小、效率高，驗證了方案的可行性。
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.
關鍵詞：開關線性 精密電流源 滯環控制
Key words: switch-linearity；precise current source；hysteretic control
中圖分類號：TM1文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）19-0036-02
0引言
隨著電力事業的發展，用電單位越來越多，對電能表進行準確的校驗是保證電力安全、電能計量準確的必要手段。在儀表校準中，希望交流電壓源或電流源的精度與分辨率足夠高，因為這是儀表能否校準好的關鍵所在。線性功率放大器具有設計簡單、波形失真度小等優點，目前在精密功率源中一般都用它進行功率放大。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載，此時線性功率放大器發熱更為嚴重，因而在精密測量領域中的應用受到制約。精密開關電源能省去工頻變壓器，效率高，雖然紋波系數較大，但把它作為集成恒流源的前級，復合成精密恒流源，可將二者的優勢互補，使其穩定性等技術指標大大提高。
1開關線性復合技術
開關線性復合技術（SLH）主要的特點是將電力電子純開關功率變換電路與線性功率放大電路有機的結合起來，即把常規的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反饋形成的系統具有強有力的抗干擾特點，使得系統具有較高的效率和較強的魯棒性，從而構成的新型功率變換器，可以互補綜合，優化性能。
該技術的本質在于開關濾波電路只作為復合線性電路的特殊供電電源，那么整體系統可以看成是一個比例放大器，從而獲得極快的動態響應和比較準確地跟蹤效果，而同時又因為具有壓控射極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，很好的保證了系統的正常工作，實現了THD指標和效率指標的兼顧，符合目前大家追求的高保真、綠色、環保等電源變換的要求。
SLH的結構圖如圖1所示，由圖可以看出，開關線性復合器由參考信號、前置功放、前置放大、開關電源、線性功率放大等組成。產生標準正弦信號作為參考信號，同時控制開關變換單元和線性功率放大單元，是系統輸出理想波形的參考；將參考信號前置放大的目的是驅動線性功率放大裝置中的功率開關器件；開關電源的作用就是為線性功率放大裝置中的功率開關器件提供脈動正弦供電電源。
2基于開關線性復合技術的電流源方案設計
2.1 系統總體設計方案本文設計一種開關電源和線性功率放大器復合的電流源，將開關電源作為復合電源的前級，開關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。這種復合電源既保留了傳統電源的優點，又根據實際需要對現有傳統電源的不足作了改善。復合電源總體設計方案如圖2所示，輸入為50Hz、220V交流電壓，經整流濾波后得到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。該饅頭波經濾波后作為DC/AC逆變器的輸入，DC/AC逆變器采用了三態滯環和自適應滯環相結合的電流控制方式，使輸出的電壓波形具有較小的波形失真度。
2.2 DC/DC變換電路設計開關電源DC/DC電路的設計方案如圖3所示。交錯型雙晶體管正激變換器在保留雙管正激變換器功率開關管電壓應力低和可靠性高的優點同時，克服了等效占空比小、副邊二極管電壓應力高、輸出電流脈動大等缺點。與全橋變換器或半橋變換器相比，它的每一個橋臂都是由一個二極管和一個開關管串聯組成，從結構上消除了橋臂直通現象，可靠性高，特別適合輸出中等功率、輸入電壓較高的應用場合。因此，DC/DC變換電路采用交錯并聯的雙晶體管正激變換電路。
2.3 DC/AC電路設計方案開關電源DC/AC電路的設計方案如圖4所示。開關電源DC/AC電路的輸入為變換成100Hz、最大值為80V的饅頭波。再經全橋逆變為正弦交流電壓，并經LC濾波網絡濾去高次諧波，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加電感電流內環的雙環控制方案，采用三態滯環控制進一步減小輸出電流的THD，采用自適應滯環控制解決了輸出小電流、低電壓情況下電流的THD超標問題。
2.4 后級線性電源設計后級線性電源的設計方案如圖5所示，基準正弦電壓經PI調節器后經差分對管輸入，經中間放大級電路放大，輸出采用乙類互補推挽功放電路。前級開關電源DC/AC逆變電路輸出電壓經整流濾波后，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載的變化而變化，DC/AC逆變電路的輸出電壓根據功率放大管的管壓降實時調整，保證電壓差始終接近功率放大管的飽和管壓降值。
3系統實驗分析
根據設計的方案制作了一臺樣機，在樣機實驗中，負載為1A時，線性功放輸出電壓及電流波形如圖6所示。負載為3A時，線性功放輸出電壓及電流波形如圖7所示。
復合電源的實驗數據如表1所示。由此可以看出電流源能輸出高質量的正弦電流，有較好的穩定性，諧波失真度不超過0.5%。
4結論
文章將精密開關電源作為集成恒流源的前級，將線性放大電路作為后級，將二者的優勢互補，復合成精密恒流源，使其技術指標大大提高。采用了三態滯環和自適應滯環相結合的控制方式，作為全橋逆變電路的電流環控制方式，減小了輸出電流的脈動，減小了逆變橋開關次數，使輸出電流的THD在輸出電流和負載變化時均能滿足小于0.5%的要求。
參考文獻：
[1]黃松清.開關線性復合技術及其在電力電子變換領域中的應用[J].北京：電氣技術，2006.
[2]周謙之.開關線性復合功率變換技術及其應用[J].北京：電工技術學報，2004.
[3]胡文斌，哈進兵，嚴仰光.自適應滯環控制高頻軟開關電流源的研究[J].西安：電力電子術，2004.
第3篇：電源電路設計方案范文
關鍵詞：液壓支架；監測；電路設計
1 液壓支架監測系統模型的建立
1.1 無線通信技術
液壓支架工作環境比較復雜，通信頻率、巷道的傾斜程度和井下的導體等多種因素都會影響無線通信信號。因此在設計礦井液壓支架壓力監測系統時必須要考慮到井下的特殊環境，考慮數據傳輸的可靠性。通過對目前市場上常用的無線通信技術比較，本文將ZigBee短距離無線通信技術應用于礦井環境監測中。
ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率的雙向無線通信技術，有自己的標準協議，可以在很多鞲釁骷浣行通信，具有很強的自適應性，主要應用于自動控制領域，同時可以實現系統定位，具有低功耗、近距離、短延遲、低速率、低成本、網絡容量大、高安全性、工作頻段靈活的特點。
1.2 液壓支架監測系統組網模型
液壓支架會隨著煤礦開采工作的推進而移動，但移動的距離很短。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，節點的分布也應是帶狀的。采用星形與網狀的混合網，網絡中的路由節點與協調器組成網狀結構，結構簡潔、節點功耗減少，每個星形網絡內的通信采用單跳通信，網狀結構中的路由節點采用多跳通信。在實際工作環境中，每個液壓支架上放置一個采集節點，每隔3個液壓支架放置一個路由節點。在礦井實際環境中，液壓支架的排列呈直線型，節點的分布是帶狀的，整體網絡組成簇型線狀網絡拓撲結構。
2 電路詳細設計方案
監測系統的硬件設計方案分為2部分，一是終端采集節點，二是路由節點。終端采集節點包括電源管理模塊、傳感器、信號調理電路。終端節點采用定時喚醒模式，降低功耗，提高監測系統的使用壽命。終端采集節點與路由節點通過線纜連接。每個路由節點最大可以連接3個傳感器節點，即相鄰的三個液壓支架需要采用同一個路由節點。每個路由節點配備一個5V的電池供路由節點與傳感器節點使用。路由節點將從終端節點獲得的模擬信號經過ADC芯片轉換為數字信號，并通過ZigBee射頻口傳送給井下匯聚節點。路由節點也帶有顯示功能與按鍵，可以任何時候被喚醒查看3個終端節點的壓力數值。
終端采集節點的作用如下：將壓力傳感器轉換的微弱模擬信號進行放大并通過線纜傳輸給路由節點；每個終端采集節點帶有一片數據記錄芯片，對由于傳感器及放大電路帶來的誤差進行偏差校準。
路由節點的作用主要如下：每個路由節點需要有一個5V電池供電路板使用；每個路由節點可以連接3個終端采集節點，對終端采集節點的模擬信號進行處理并通過RF模塊傳送給井下匯聚節點；路由節點帶有簡單的顯示模塊，便于工人就近查看支架壓力；路由節點需要有相應的按鍵，以便在屏幕關閉情況下喚醒屏幕；路由節點電路板能對每個功能模塊進行電源管理，便于降低整個系統功耗；路由節點單片機必須采用低功耗單片機；路由節點的電壓輸入需要適應較寬的電壓范圍。
終端節點電路板設計能使用目前市場上絕大部分的壓力傳感器，且內部帶有數字校準芯片，可以對每一套終端節點由于分離元器件帶來的偏差進行校準。
煤礦中的電磁干擾較大，為了調高測量精度，此方案設計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電路組成的模塊變為一個液壓監測的一個標準化變送器。
2.1 放大電路部分設計
為了能更好的調配放大電路的帶寬、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獨立的高性能放大器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級的信號變動進行采集。且此運放的價格TI官網公布為1.4$，并不貴。經過實測此電路設計的輸入采樣精度能達到5uV。
2.2 電源部分設計
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，且屬于無感式開關電源芯片，可以縮小終端節點的體積。效率相對也比較高。而且帶有電源管理控制引腳，可以對終端節點的功耗進行有效管理進而降低整個系統的功耗。
2.3 校準電路設計
本文建議校準芯片采用一線制的數字EEPROM芯片，具體型號不再指導。
2.4 路由節點電路設計：
2.4.1 電源模塊設計
整個系統輸入電源由電池供電，電壓比較穩定，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2.25A足夠整個系統使用，即使是輸入的電壓降到2.5V級別。
本設計還采用了3個mos開關管對系統的不同終端節點的電源進行管理，在電源功率方面采用了信號控制與電源切斷雙重保護的方式來降低功耗。
2.4.2 接口電路
接口電路中有3個連接終端節點接插件，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，進行判斷終端節點的接通），對輸入信號做了RC濾波與SMBD7000鉗位保護處理。
在與ZigBee模塊通信上采用了串口通信，此處不再做介紹。
整個系統的單片機采用TI公司的MSP430低功耗系列。此芯片有8路12位ADC輸入引腳。可以利用此引腳直接對終端節點傳來的信號進行模數轉換。為了現場方便查看設置了兩個按鍵開關（KEY1 KEY2）與6位8段數碼管，可以通過軟件編寫實現現場的液壓支柱壓力檢測、電池電壓檢測、RF通信連接等功能。
整個電路在設計中嚴格按照礦用本安電路設計，屬于本安型電路，若再配本安型電池為系統供電后，本系統就可以變為本安型礦用液壓支柱監測系統。此系統電路經過實際測試正常情況下整個系統功耗在mW級別，且經過15個月的測試未發現任何不良現象，完全能夠使用到實際現場。
參考文獻
第4篇：電源電路設計方案范文
關鍵詞:波形發生器 SPCE061A 串行通信
1引言
波形發生器又叫信號發生器,在教學、試驗、測控等各個領域都有著十分廣泛的應用,而且隨著現代電子通訊技術的發展,常常需要高精度,頻率可方便調節且應用性強的波形信號發生器。而現有的波形發生器大多為單機操作型,通過按鍵來控制產生各種波形。在一些特殊的工作環境下(如高溫高壓,有輻射等),無法進行人工操作,無法滿足特殊環境的工作需要。因此需要一種有效的方法來實現波形發生器的遠程控制。借助PC機,結合串行通信技術可以用來實現對波形發生器的遠程控制。本設計正是研究通過PC機來遠程控制由SPCE061A 嵌入式芯片設計的簡易數字波形發生器,該波形發生器能產生數字式的三角波、正弦波、鋸齒波等頻率可調的常用信號,應用于某些特殊的工作環境(如高溫高壓,有輻射等),給生產生活帶來方便。
2 系統方案設計
波形發生器的實現方法通常有以下幾種:(1)用分立元件組成的函數發生器,通常是單函數發生器且頻率不高,其工作不很穩定,不易調試;(2)用集成芯片的函數發生器,可達到較高的頻率和產生多種波形信號,但電路較為復雜且不易調試;(3)利用單片集成芯片的函數發生器,能產生多種波形,達到較高的頻率,且易于調試;(4)利用專用直接數字合成DDS芯片的函數發生器,能產生任意波形并達到很高的頻率,但成本較高。
本設計采用第三種方法,直接采用凌陽作為波形發生器。PC機作為遠端控制端,通過PC的RS232串行接口與SPCE061A最小系統的串行接口相連,由PC直接控制波形發生器輸出波形。其系統結構框圖如圖1所示。
圖1 系統結構框圖
3 系統硬件電路設計
系統硬件電路設計主要包括以下電路:單片機SPCE061A小系統、電源電路、濾波放大電路、鍵盤電路以及單片機SPCE061A與PC機的通信接口電路。
3.1單片機SPCE061A
SPCE061A[1]嵌入式芯片其內部采用總線結構,把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里,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單片機的通用串行通信接口為標準全雙工的通用異步接收器/ 發送器URAT 模塊。UART的接收信號Rx發送信號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嵌入式芯片內部集成了兩路十位D/ A轉換器,因此可以方便的輸出電壓信號。
3.2系統電源電路設計
SPCE061A內核電壓要求為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ILC7660兩片芯片構成的電路來產生,5V電壓經過一個二極管DN4148進行電源定向,再通過LM1117-3.3進行DC-DC電壓轉換。在電源模塊中通過三個電容進行電源穩壓濾波,為單片機系統提供穩定的3.3V電源。電源模塊中通過一個LED燈指示電源狀態,當電源模塊有通電時,LED燈點亮,反之,LED燈熄滅。3.3V電源電路如圖2所示.。
圖2 3.3V系統電源電路原理圖
3.3濾波放大電路設計
濾波器是一種能使有用頻率的信號通過而同時能對無用頻率的信號進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、數據的傳送和干擾的抑制等方面。由運算放大器和電阻、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的信號通過而不允許該頻率范圍以外的信號通過。本設計采用二階壓控電壓源低通濾波器,它由兩節RC濾波電路和同向放大電路組成,此電路具有元件少、增益穩定和頻帶寬等特點。其電路原理圖如圖3所示。
圖3 濾波放大電路原理圖
3.4通信接口電路設計
雖然PC機與SPCE061A單片機都是采用異步串行通信,但是PC機和單片機的通信卻不能夠用電纜直接進行連接,原因是PC機RS232串口的電平標準和單片機的TTL電平不一致,PC機的電平是+12V,而單片機一般輸入,輸出電平都是+(0~5)V。因此單片機和PC機之間的串口通訊必須要有一個RS232/TTL電平轉換電路。
4 系統軟件設計
圖4示出了PC控制界面圖[3]。預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;通過頻率選擇粗調和微調,可以精確設置輸出波形頻率;串口和波特率欄用于設置單片機與PC機通信模式。
圖4 PC機控制界面圖
整個波形發生器的軟件設計方案如圖5所示,采用外部中斷二來中斷目前所顯示波形,以便進入下一波形的編輯和輸出,在波形輸出的同時利用外部中斷一來實現同步的頻率調節。
圖5 主程序流程圖
本設計波形的具體產生是通過兩路DAC來產生的。啟動控制程序后,首先進行波形頻率選擇(粗調頻率),波形頻率的粗調是根據CPU的頻率變換而變換的,SPCE061A單片機的32768Hz的實時時鐘經過PLL倍頻電路產生系統時鐘頻率(Fosc),Fosc再經過分頻得到CPU時鐘頻率(CPUCLK)可通過對P_SystemClock單元編程來控制,這就為我們設計提供了豐富的CPU時鐘選擇。默認的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時鐘和CPU時鐘頻率的定義,改變設置將可提供多種頻率選擇。但由于SPCE061A芯片本身的性能,所產生波形的頻率不會很高。然后選擇要輸出的波形。而由外部中斷一實現的同步頻率調節(微調頻率),是通過改變抽取點的間隔及延時的改變來實現的。
5結語
在凌陽IDE集成開發環境下編程實現了鋸齒波、三角波和正弦波的波形程序,并實現了和PC機遠程通信串口程序,以及波形發生器的控制程序。最終能夠通過PC機遠程控制波形發生器輸出鋸齒波、三角波和正弦波三種周期性波形,并實現了波形頻率和幅度調節功能。
參考文獻
[1] 北陽電子公司技資室.凌陽單片機.2001.
[2] 何希才.新型集成電路及其應用實例.北京:北京科技出版社,2002.
第5篇：電源電路設計方案范文
伏安法測電阻是中考的常見題型，不過許多時候考題會把條件作些改動.最常見的兩種情況是：變成了只有一個電流表或只有一個電壓表，再加上其它已知條件(如一個阻值已知的定值電阻或一個已知最大阻值的滑動變阻器)，進行實驗設計，完善實驗步驟，最后根據實驗設計的原理，求出未知電阻Rx的表達式.
下面分兩種情況進行討論：
第一種情況：只有一個電流表時測未知電阻Rx的阻值
1.題目：一個阻值為R0的定值電阻，電源、開關和導線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.
(1)實驗方案1：電路圖如圖2所示，實驗操作步驟如下：
①閉合S、S1，此時Rx被短路，讀出電流表的示數I0；
②閉合S、斷開S1，此時R0、Rx串聯，讀出電流表的示數Ix；
③求Rx的表達式.
由于電源電壓恒定，所以I0R0=Ix(R0+Rx)
Rx的表達式為Rx=(I0-Ix)R0Ix.
(2)實驗方案2：電路圖如圖3所示.與圖2比較，圖3是把開關S1并在了R0的兩端，實驗操作步驟與方案1完全一樣，但測量的對象發生了變化,實驗操作步驟如下：
①閉合S、S1，此時R0被短路，讀出電流表的示數Ix；
②閉合S、斷開S1，此時R0、Rx串聯，讀出電流表的示數I；
③求Rx的表達式.
由于電源電壓恒定，所以IxRx=I (R0+Rx).
Rx的表達式為Rx=IR0Ix-I.
(3)實驗方案3：電路圖如圖4所示，實驗操作步驟如下：
①只閉合S1，讀出電流表的示數I1；
②只閉合S2，讀出電流表的示數I2；
③求Rx的表達式.
由于電源電壓恒定，所以I1R0=I2Rx，
Rx的表達式為Rx=I1R0I2.
第三設計方案中，開關的斷開、閉合有多種變化，Rx的表達式也會各不相同，所列舉的是最簡單的一種.
2.題目：一個已知最大阻值為R0的滑動變阻器，電源、開關和導線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.
電路圖如圖5所示，實驗操作步驟如下：
①閉合開關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I1；
②把變阻器的滑片P移到b端，此時變阻器R0全部接入，讀出電流表的示數I2；
③求Rx的表達式.
由于電源電壓恒定，所以I1Rx=I2(Rx+ R0).
Rx的表達式為Rx=I2R0I1-I2.
實際上，在圖2、圖3、圖4、圖5的四種電路設計中，當電流表與定值電阻R0串聯或滑動變阻器移到阻值最大的一端時與電流表的串聯，都是等效于起到了一個“電壓表”的作用，是變化了的“伏安法”測電阻.
第二種情況：只有一個電壓表時測未知電阻Rx的阻值
1.題目：一個阻值為R0的定值電阻，電源、開關和導線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.
實驗方案1：電路圖如圖6所示，實驗操作步驟如下：
①閉合S、S1，此時Rx被短路，讀出電壓表的示數U；
②閉合S、斷開S1，此時R0、Rx串聯，讀出電壓表的示數U0；
③求Rx的表達式.
步驟①讀出的電壓表的示數U就是電源電壓，應用伏安法原理R=UI,
所以Rx的表達式為Rx=U-U0U0/R0=U-U0U0R0.
(2)實驗方案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，實驗操作步驟與第一種設計完全一樣，但測量的對象發生了變化,實驗操作步驟如下：
①閉合S、S1，此時R0被短路，讀出電壓表的示數U；
②閉合S、斷開S1，此時R0、Rx串聯，讀出電壓表的示數Ux；
③求Rx的表達式.
步驟①讀出的電壓表的示數U就是電源電壓，應用伏安法原理R=UI,所以Rx的表達式為Rx=UxU-UxR0=UxU-UxR0.
(3)實驗方案3：電路圖如圖8所示，實驗操作步驟如下：
①把電壓表并聯在R0的兩端，閉合S，讀出電壓表的示數U0；
②把電壓表并聯在Rx的兩端，閉合S，讀出電壓表的示數Ux；
③求Rx的表達式.
應用伏安法原理R=UI,
所以Rx的表達式為Rx=UxU0/R0=UxU0R0.
實際上，在圖6、圖7、圖8的三種電路設計中，當電壓表與定值電阻R0并聯時，都是等效于起到了一個“電流表”的作用，是變化了的“伏安法”測電阻.
2.題目：一個已知最大阻值為R0的滑動變阻器，電源、開關和導線若干，電源電壓恒定，測量未知電阻Rx的阻值.
電路圖如圖9所示，實驗操作步驟如下：
①閉合開關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U1；
②把變阻器的滑片P移到b端，此時變阻器R0全部接入，讀出電壓表的示數U2；
③求Rx的表達式.
第6篇：電源電路設計方案范文
【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.
【關鍵詞】自動化控制系統；PLC技術；集成設計
【Keywords】automatic control system； PLC technology； integrated design
【中圖分類號】F407.67 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0100-02
1 引言
在衡量一個國家生產力發展水平以及生產發展中，工業自動化水平是一個重要的指標，并且在工業自動化中，電氣自動化是其重要的組成部分。在基于可編程控制器基礎之上PLC技術的發展和生產，不僅僅克服了之前控制的許多缺點，還提升了電氣自動化控制的水平，解決了甚多技術上的難題，有著較好的應用和推廣前景。該研究中所提到的單片機選擇變頻器與PLC，方便用戶管理，維修相對比較方便。為了較好地發揮PLC自動化控制系統所產生的積極作用，論文就從PLC自動化控制系統以及PLC技術優化設計的基本論述出發，對基于PLC技術的自動化控制系統的集成設計展開討論。
2 PLC自動化控制系統以及PLC技術優化設計
2.1 PLC自動化控制系統
每一種控制系統所進行的優化設計都是為了更好地提升自動化生產的效率和質量，更好地滿足被控制對象的基本工藝要求，然而在PLC自動化控制系統中，不僅要遵循優化設計的原則，還需要依據一定的生產工藝要求[1]。
2.1.1系統安全性的保證
在控制系統進行優化的設計過程中，應該保證可靠、安全這一條主線，在保證不斷提升PLC自動化控制系統質量以及效率的過程中，保證系統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
優化設計最基本的原則，就是要最大限度地滿足被控制對象的基本工藝要求。在PLC自動化控制系統進行優化設計之前，就需要先進行必要的調查研究，關于控制系統的重要應用環境和基本用途，將相關的數據資料進行整理和搜集。詳細地優化設計方案的形成就需要有專業的設計人員并做好準備工作。協同各方面的關系積極解決設計過程中出現的問題。
2.1.3 生產效率的提升
在PLC自動化控制系統的優化設計中，生產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和生產路線伴隨之下進行。所以在選擇PLC容量的過程中，緊密地聯系實際，為日后優化改造留有一定余地，并確定合理的容量。
2.1.4 優化設計方案的優化
對于PLC自動化控制系統而言，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化PLC自動化控制系統的優化設計方案。為了實現合理而且經濟簡便的優化設計方案，就需要達到更佳的控制效果并進行更為簡單的設計。
2.2 PLC技術
所謂的PLC技術，就是一個關于可編程控制器的簡稱，自身的計算機技術的一種表現，也是在計算機基礎之上發展而來的一種全新的技術，而且這樣的技術日趨成熟，也為電子自動化生產創造出了一種具有較強專業性的自動化控制器，不斷地被應用在電氣自動化控制中。實現電氣自動化的控制實現，就需要按照不同用戶的需求，依據既定的順序和命令進行處理，通過相關的軟件進行控制。與傳統的電氣自動化控制系統進行比較，PLC控制系統進行連接只需要通過相關的軟件，以及較少的接線量，通常情況下其他的線路是不需要實際線路連接的。另外，還可以依據既定的程序，將這種系統所涉及的信息存儲、處理以及獲取進行。
3 PLC自動化控制系統的集成設計
相較于傳統的電氣自動化控制系統而言，其需要通過多種連接線才可以將處理和連接實現，從而消耗較多的財力、物力以及人力，還不能夠積極地促進高效維護和統一管理，各式各樣的障礙對系統的正常運行產生著嚴重的阻礙。然而，隨著時間的發展，在先進的計算機控制技術以及電氣自動化控制技術的基礎之上所發展開來的PLC自動化控制系統，已經在許多的領域被積極地運用，并且自身迅速地發展[2]。
3.1 集成設計之軟件設計
在PLC 控制系統的設計上，首先要設計出電源回路（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，其對電源的適應范圍較廣，因此在安裝電源時要加裝電源凈化元件，以此來達到抗干擾的目的。抗干擾元件選擇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化成梯形圖，這就是軟件設計的主要任務，也是PLC應用最關鍵的問題，并且軟件設計的具體表現就是程序的編寫。在控制工程的應用中，優秀的軟件設計方便工程技術人員對系統進行日常的維護以及系統調試。生產過程控制復雜程度不同，模塊化程序以及基本程序的結構分類也不同。
3.2 集成設計之硬件設計
3.2.1 硬件設計之PLC自動化控制系統的輸出電路設計
在對于輸出電路進行設計的時候，做好相關的電路設計準備工作，就需要按照基本的生產工藝要求進行，通過晶體管將輸出電路所需要的各式頻器的調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。通過繼電器輸出，說明其有著過低的頻率，不僅設計簡單還可以提升系統的負載能力。
3.2.2 硬件設計之PLC自動化控制系統的輸出電路設計分析
對于PLC自動化控制系統的輸入電源而言，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，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 結語
PLC作為一種電子操作系統，專門在工業環境下進行，使用時可以在沒有任何保護措施的情況之下。當有著電磁干擾以及過分惡劣的工作環境的時候，就會有整個系統或者設備失靈的現象發生。所以將PLC自動化控制系統進行進一步的優化設計就成為了必要選擇。PLC自動化控制系統的優化設計以及集成設計，是一個非常系統化的工程，為了實現最優化的設計，就需要在反復的設計和實踐過程中對其進行不斷地優化和總結，優化其集成設計。
【參考文獻】
第7篇：電源電路設計方案范文
關鍵詞：高性能數字信號處理器；swift designer；電源設計；TPS54312
中圖分類號：TN79 文獻標識碼：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的不斷發展，以及市場對高性能數字信號處理器的需求，新的功能更強，速度更快，功耗更低的數字信號處理器(DSP)產品不斷推出，給電路設計帶來了極大的方便。但與此同時，這些高性能器件的使用對供電模塊的設計提出了更高的要求。高效、穩定、滿足上電次序的供電模塊設計具有重要意義，將直接影響整個系統的穩定，甚至整個系統的實現。
當前，DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種：采用線性電源芯片，采用開關電源芯片，采用電源模塊。這3種方式的一個總體對比如表1所示。
線性電源的基本原理是根據負載電阻的變化情況來調節自身的內阻，從而保證輸出端的電壓在要求的范圍之內。由于采用線性調節原理，瞬態特性好，本質上沒有輸出紋波。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，壓差是一個非常重要的性能，因為更低的壓差意味著更高的效率。LDO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用系統提供了一種體積小、廉價的設計方案。
開關電源利用磁場儲能，無論升壓、降壓或是兩者同時進行，都可以實現相當高的變換效率。由于變換效率高，因此發熱很小，散熱處理得以簡化。又由于是開關穩壓器電源， 與LDO線性電源相比，DC/DC調整器輸出紋波電壓較大、瞬時恢復時間較慢、容易產生電磁干擾(EMI)。要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源，關鍵在于電路設計，尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。因此在三種電源設計方案中，開關電源的設計要較另兩種電源設計方案復雜。但由于開關電源設計靈活，耗熱小，成本也較低，在系統電源模塊設計中，仍不失一種較好的選擇。
電源模塊原理上講是個開關穩壓器，效率非常高。相對于普通開關穩壓器，它的集成度更高，只需要一個輸入電容和一個輸出電容即能工作，設計簡便，適合D要求開發周期非常短的應用。
2 芯片選型和功能介紹
由于ADSPTS101信號處理部分僅是整個系統的一個子部分，結合其他部分的供電要求，FPGA芯片采用ATERA公司的EP1C12F324，IO電壓3.3 V，內核電壓1.5 V，ADSPTS101的IO供電壓3.3 V，內核電壓1.2 V。其中EP1C12F324對上電次序的要求并不是太嚴格，電源設計較為簡單，采用AS2830-1.5電源芯片即可達到要求。而ADSPTS101對上電次序有較為嚴格的要求，當上電次序沒有達到要求時，既使上電后進行復位初始化后，初始狀態仍然可能不對。因此，系統電源部分設計的重點在于滿足ADSPTS101的上電要求。當然，采用電源模塊，如PT6944芯片可以滿足設計要求，但基于開關電源和電源模塊的比較優勢，本系統采用開關電源進行設計。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調整器， 內含30MQ、12 A峰值電流的MOSFET開關管，最大可輸出6 A電流。輸出電壓固定3.3 V，誤差率為1%。開關頻率可固定在350 kHz或550 kHz，也可以在280 kHz到700 kHz之間調整。另外，它還具有限流電路、低壓閉鎖電路和過熱關斷電路。
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調整器。所不同的是，TPS54312對于連續3 A的電流高效輸出，集成的MOSFET開關管為60MQ，同時其固定電壓輸出為1.2 V。
另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化設計，減少了元件數量和體積，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對應命名相同的引腳功能相似。
AGND：模擬地；BOOT：啟動輸入，應和PH腳間連接一個0.02~0.1 μF的電容；NC：不連；PGND：電源地，使用時與AGND單點連接；PH：電壓輸出端；PWRGD：當VSENSE>90%參考電壓時，輸出為高阻，否則輸出為低電平，利用這點，可用于I/O口電壓和內核電壓的控制，設計出符合要求的上電次序；RT：頻率設置電阻輸入，選擇不同的阻值連接，可設置不同的電源開關頻率；SS/ENA：慢啟動或輸入輸出使能控制；FSEL：頻率選擇；VBIAS：內部偏壓調節，與AGND間應連接一個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 電路設計
在Protel中搭建原理圖，如圖2所示。
設計主要考慮了輸入濾波、反饋回路、頻率操作、輸出濾波、延時啟動等問題。
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10 μF的旁路電容。同時，為減少輸入紋波電壓，各接入一個100 μF和180 μF的濾波電容。經過這樣的組合濾波，可以得到一較為干凈的輸入電源。
在輸出端，為了得到質量較好的輸出波形，輸出濾波網絡由一個4.7 μH電感及一個470 μF和1 000 pF的電容組成。
3.2 反饋回路
TPS54312上為直接反饋，經過濾波輸出后的電壓直接連接到VSENSE上，TPS54616加上一個反饋電阻，作用其實是相同的，都是直接反饋。
3.3 開關頻率設計
如果讓RT腳空接，FSEL接地或接在VIN上，則開關頻率為350 kHz或550 kHz。如果采用外接電阻進行開關頻率選擇，有計算阻值的公式為：R=500 kHz/選擇的開關頻率×100 kΩ。設計中選用開關頻率700 MHz，計算得應接電阻阻值為71.5 kΩ。
3.4 延時啟動
兩芯片均有慢啟動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時間。盡管有專門的計算公式可以進行計算，但這里設計可以利用TI為專門電源設計推出的軟件swift designer，可以為設計提供很大的方便。swift designer提供一系列的電源芯片支持設計，包括對TPS54312和TPS54616的支持。
在swift designer中設置參數，然后按“GO”，軟件即能自動按照要求的參數選擇電源芯片和搭建好電路。設參數為：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，慢啟動時間3 ms，開關頻率700 kHz。軟件可以自動生成電路圖，軟件自動選擇的電源芯片是TPS54312，同時電路已經連接好。
同樣修改參數，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，慢啟動時間6 ms，開關頻率700 kHz。同樣，這時軟件自動生成5 V轉3.3 V的電路圖(略)。
在swift designer軟件的幫助下，使設計變得靈活和簡便。要獲得正確的上電次序，設計中還應做一些調整。將TPS54312的PWRGD腳接至TPS54616的SS/ENA腳，如圖2中原理圖所示，同時接成上拉狀態。這樣，只有當TPS54312輸出電壓大于 1.2 V*90%時，腳PWRGD輸出為低，從而使能TPS54616，產生3.3 V的電壓輸出，從而獲得正確的上電次序要求。在TPS54312輸出電壓沒有達到要求時，TPS54616被上拉，不能產生3.3 V輸出。這樣通過慢啟動時間的設置和對使能端引腳的控制兩重保險，可以完全確保正確的上電延時和上電次序。同時，我們可以根據不同芯片對上電延時和上電的次序進行靈活調整，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，循環響應圖，輸入電壓抖動的影響圖，效率圖和PCB布線圖。下面是一系列相關仿真分析。
從仿真可以看出，設計所采用的電源轉換具有較高的轉換效率，同時由于輸入抖動而帶來的影響也在系統可接受范圍之內，加上電容濾波后，輸出電壓紋波效果還會有所改進。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時間的設置先后和使能端的控制，系統上電次序得到了較好保證。
5 結 語
供電模塊設計對整個系統實現和系統良好運行意義重大，尤其對一些特殊供電要求的高性能器件而言更是如此。在電源模塊的設計中，要綜合考慮系統要求，設計靈活性，實現難易程度，成本、效率、封裝等相應因素，從而做出全面的、折衷的考慮，以尋求最佳的設計方案。經過在雷達信號處理板上的實際應用，設計滿足各項電壓、電流和功耗要求，同時由于采用較好的上電次序設計，保證了ADSPTS101的內核先于IO上電，從而使整個系統穩定性和可靠性得到了較好保證。
參 考 文 獻
［1］韓江濤,胡慶生,孫遠.基于TPS54610的FPGA供電模塊設計［J］.電子技術應用,2006,32(10):114-117.
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［3］童剛,裴昌幸.DSP的雙電源解決方案［J］.電子工程師,2002(11):19-21.
［4］黃天戍,霍鵬.基于DSP+CPLD的新型智能監測系統設計與開發\[J\].微計算機信息,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 男，1983年出生，碩士研究生。主要從事FPGA、DSP結合信號處理的應用開發工作。
邱兆坤 男，1977年出生，副教授，博士。主要從事雷達信號處理，時頻信號分析。
第8篇：電源電路設計方案范文
關鍵詞：GSM模塊；設計方案；系統硬件；核心器件
隨著社會物質財富的日益增長，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。新穎的多功能電子鎖，集電子鎖、防盜報警器等功能于一身，而且還具有定時器呼喚，斷電自動報知，顯示屋內有無人和自動留言等諸多附加功能。多功能電子密碼鎖以其新穎的功能，低廉的價格，必將受到廣大使用者的歡迎。本設計的電子密碼防盜鎖利用串行E2PROM存儲器，將設置的密碼存入E2PROM中，從而克服了舊式電子密碼鎖電路斷電后所設置密碼丟失的缺點。另外，該鎖還具有報警等輔助功能，是典型的機電一體化產品。
一、本設計所要實現的目標
本設計采用單片機作為主控制器，當電路通電后，單片機首先檢測外部數據存儲器24C02芯片是否存有密碼，如果沒有的話，則把初始密碼“123”存入外部數據存儲器，再檢測外部數據存儲器是否鍵入手機號碼，如果沒有，則提示用戶輸入目標手機號碼。檢測完密碼和手機號碼后單片機就開始檢測模塊。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，并發送字符格式命令，設置TE字符格式為UCS2格式。檢測完畢后，模塊自動向目標手機發送“模塊已上線！”的短信內容，告知用戶系統處于正常運行狀態。信息發送完后，系統進入授權碼輸入狀態，液晶顯示“請輸入授權碼！”提示我們輸入授權碼。為了提高安全性，系統授權碼的輸入并不是簡單的數字輸入，而是漢字、數字、字母、標點符號結合的輸入，打破了傳統的密碼設計輸入，提高了安全性。當系統工作時，用戶通過按鍵輸入授權碼，按下“確認”鍵后，單片機將輸入密碼與設定密碼進行比較，若密碼不正確，則向目標手機號發短信，提醒用戶。若用戶同意授權，則系統發出開鎖信號，將鎖打開；若密碼不正確，系統就提示用戶，要求重新輸入。重新輸入次數不能超過3次，若3次輸入都不正確，則發出報警信號，并且每次輸入都會通過短信的形式向用戶手機實施報警。鎖打開后可通過按下“修改/重置”功能鍵，重新設置新密碼或目標手機號，但必須經過授權才可修改。
二、總體設計方案
本系統采用以51單片機為核心的控制方案，利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，不但能實現基本的密碼鎖功能，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，能在很大程度上擴展功能，方便對系統進行升級。主要由單片機控制電路為核心，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計。電子密碼鎖的設計主要是要通過獨立式鍵盤輸入密碼，經過單片機以及一些電路對鍵盤輸入的鍵碼信號進行加密、識別處理，再與內部預定的密碼進行對比判斷，若密碼不相符就發出聲光報警。
三、系統硬件設計
系統硬件的設計主要就是電路的功能單元設計以及選擇電子元件，主要有開鎖機構電路設計、按鍵電路設計、密碼鎖的電源電路設計、掉電存儲系統電路設計以及總體電路圖的設計，這些電路圖的設計主要是應用所學過的Protel軟件，根據設計方案畫出實際電路圖，再通過調試、檢測電路是否可行方可使用。
四、系統軟件設計
系統軟件設計主要就是對51單片機的使用，了解51單片機的基本特點，根據電路圖對電子密碼鎖要實現的功能進行編程，只有在程序編好的情況下，51單片機核心才能夠對硬件進行控制，所以說只有設計好了系統軟件，也就是整個電子密碼鎖的核心系統，整個系統才可以使用，軟件設計是基礎也是根本。
五、核心器件的介紹
1.芯片ATMEL89S52的介紹：
AT89S52單片機是美國ATMEL公司的，它與Intel公司MCS-51系列單片機兼容，采用CMOS工藝制造，節電性能好。AT89S52提供了以下的標準功能：片內含8KB字節的可重編程閃速存儲器E2PROM和256字節的內部RAM、32位I/O引線、3個16位定時器/計數器、1個6向量2級中斷結構、1個全雙工串行口、1個精密模擬比較器以及片內振蕩器和時鐘電路。另外還具有低功耗空載的特點和掉電保存方式供選用。20腳雙列直插封裝也能達到體積的要求，是對嵌入式控制應用提供的一個高度靈活和成本低的解決方案。控制系統的設計充分利用了AT89C2051的上述優點和功能，加以必要的輔助硬件電路。
2.GSM模塊介紹
目前，在遠程監控領域，SMS是廣泛采用的通信方式，其作為GSM網絡的基本業務，得到越來越多的系統運營商和開發商的重視。基于SMS業務可開發出多種極具發展前景的應用。本設計采用的是西門子TC35系列的TC35i。這種無線模塊在功能上與TC35i兼容，設計緊湊，大大縮小了電路的體積。
3.外部程序存儲器W29C011
W29C011A是臺灣Winbond公司生產的128k×8bitsCMOS閃速存儲器芯片，共有32個引腳，有DIP、SOP、PLCC 3種封裝結構。該芯片在5V電源的系統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。
參考文獻：
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第9篇：電源電路設計方案范文
關鍵詞：TMS320F28335； 浮點型； 動態范圍； 數字信號處理器
中圖分類號：TN71034； TP368文獻標識碼：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
基金項目：高層次人才科研啟動基金項目（11GK55）TMS320F28335是TI公司最新推出的32位浮點型DSP，可直接參與浮點型數據的運算，無需Q格式的轉換，其主要特點為：高性能的靜態CMOS技術，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,單精度浮點運算單元（FPU），采用哈佛總線結構，能快速中斷響應和處理，并有統一的存儲器規劃，可用C/C++語言實現復雜的算法；控制時鐘系統具有片內振蕩器和看門狗定時器模塊，支持動態改變鎖相環（PLL）的參數值以改變CPU的輸入時鐘頻率；8個外部中斷，相對于TMS320F281x系列DSP，無專門的中斷引腳；支持58個外設中斷的外設中斷擴展寄存器（PIE），管理片上外設和外部引腳引起的中斷請求；增強型的外設模塊；12位A/D轉換器，可實現16通道的數據轉換；88個可編程的分時復用GPIO引腳；低功耗模式，1.9 V或1.8 V內核，3.3 V I/O供電［12］。設計一個集這些優點于一身的DSP開發系統，對于初學者和開發人員有著重要的意義。本文首先分析和對比DSP電源設計方案，選擇合適的設計方案并詳細介紹；然后設計存儲器擴展電路，并給出其存儲范圍；通過對比時鐘電路的各種實現方案，擇優選擇適合于該系統的時鐘電路并詳細介紹；最后給出復位電路的設計方法和提高硬件抗干擾能力的措施。
1系統電源設計
TI公司的DSP系列一般都有獨立的內核和I/O電源。因為在DSP在系統中要承擔大量的數據計算，在CPU內部，部件的高頻率的轉換會使系統功耗大大增加［3］。所以采用雙電源的供電方式，F28335一路為I/O提供3.3 V電壓，另一路為CPU內核提供1.8 V或1.9 V電壓，這樣可大大降低系統的功耗。
電源設計方案一：兩路電源獨立設計，其優點是調試方便且互不干擾，缺點是不能適合某些對上電次序有要求的DSP，成本較高。
電源設計方案二：采用TI公司的雙路低壓差電壓調整器。TPS767D3xx系列電壓調整器是TI公司為DSP開發的電源管理芯片［4］，通過簡單的設計，可以適合某些系列DSP內核與I/O電壓的上電順序問題。
本設計采用方案二，利用TI公司的雙路低壓差電壓調整器TPS767D301。它的特點是：帶有可獨立供電的雙路輸出，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，最大電壓差僅為350 mA；超低的靜態電流85 μA，器件無狀態時，靜態電流僅為1 μA。
TMS320F28335對內核和I/O的上電順序沒有要求，可以同時上電，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為電壓調整器的內部參考電壓；R1和R2的取值應保證驅動電流近似為50 μA。如果電阻過小，會使電流過大，消耗電力；如果電阻過大，FB引腳會出現電流脈沖尖峰，會使輸出電壓波動［5］。典型電壓輸出時，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定性，模擬電源與數字電源之間通過鐵氧體磁珠和電容進行濾波，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電路所產生的噪聲生干擾。
2系統RAM擴展
在TMS320F28335的片上已經集成了34 K×16 b的RAM，且內部RAM的訪問速度可達150 MIPS，通常用于放置系統對運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燒寫次數有限，而且燒寫速度慢，操作麻煩。使用外擴RAM后，仿真時程序可以放入外擴RAM中運行，程序長度不受限制，這樣程序的設計和調試就非常方便。在調試完成后通過修改.cmd文件等方法將程序燒進FLASH中運行。同時，外擴RAM還可以開放給其他任務。外擴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。使用區間6作為外擴存儲區間，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CPU運行在150 MHz時，地址和數據的最小有效時間為3個時鐘周期，即20 ns，所以不用考慮時序問題［6］。存儲器的地址線和數據線分別對應DSP的地址線和數據線，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存儲器擴展電路3時鐘電路設計
TI的DSP時鐘電路分為三類：晶體電路、晶振電路和可編程時鐘電路。其中時鐘電路如圖3所示。
圖3內部時鐘源其特點是：結構簡單，但頻率范圍較小，一般為20 kHz～60 MHz，驅動能力較弱。晶振電路利用外部獨立的時鐘源給系統提供時鐘。其特點是：頻率范圍較大，一般為1 Hz～400 MHz，驅動能力強，可為具有相同時鐘的多DSP系統使用。可編程時鐘電路可以為外設提供不同的時鐘，適用于不同時鐘源的系統使用，頻帶寬度可達［7］200 MHz。F28335的外部時鐘可以有兩種輸入方法，如圖4～圖5所示。
圖41.9 V外部時鐘源圖53.3 V外部時鐘源該設計使用1.9 V的外部時鐘源晶振電路，如圖6所示。其中，100 Ω電阻用來衰減外部雜波的干擾，提高時鐘波形的質量，SN74LVC1G14是單路施密特反向觸發器［8］。
圖6晶振電路4復位電路設計
復位電路是在系統上電或程序跑飛時對系統自動或手動的初始化。該設計采用TI公司推出的三端監控芯片TPS3307系列來實現系統初始化和電源監控功能［9］。TMS320F28335采用1.8 V或1.9 V內核電壓，3.3 V I/O電壓。利用TPS330718來實現對系統的自動和手動復位。SENSE1,SENSE2和SENSE3管腳分別對3.3 V I/O電壓、1.8 V內核電壓和3.3 V模擬電壓監控。手動復位MR引腳接至復位鍵，當按下時RESET變為低有效，實現手動復位的功能。具體電路如圖7所示。在上電期間，當電源電壓高于1.1 V時，RESET開始有效，然后開始監控SESEN輸入管腳的電壓。當SENSE1，SENSE2和SENSE3分別低于門限電壓2.93 V，1.68 V和2.5 V時，TPS330718的RESET向F28335發出低電平復位信號，實現自動復位的功能。
5結語
基于DSP開發系統的PCB設計對最終系統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，導致布線時線間距受到限制，容易受到干擾。為了有效抑制干擾，在布局時輸入時鐘應盡可能靠近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過沖，在電源的輸入端使用去耦電容；電源是系統的主要干擾源，使用旁路電容及去耦電容來盡量減小電源對系統的影響。在設計中，可以利用0.1 μF的電容來避免內在的振動和高頻噪聲，利用10～100 μF的旁路電容減小電壓輸出的脈動［10］。基于以上考慮，DSP開發系統才能夠穩定可靠地運行。
圖7復位電路參考文獻
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