【正文】 P1Header 24700uFC1VOUT 圖 43 BUCK斬波電路圖 如上圖： C C5 為輸入濾 波電容， D L C 組成了 BUCK 電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。如下圖所示： 綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 D1T1220uFC15103C14AC 220V 50HzINGNEOUTASM1117INGNEOUT7805INGNEOUT7812GNDC8GND220uFC9C10C11220uFC12C13GNDC16220uFC17C18GND12VD2D3D4 圖 42 電源電路原理圖 AC220V50Hz 市電經(jīng)過(guò)變壓器降壓過(guò)后，輸出電壓幅值較小的交流電壓，然后通過(guò)橋式整流 變?yōu)?脈動(dòng)的直流電壓，經(jīng)過(guò)后級(jí)的大電容濾波形成脈動(dòng)較小的直流電壓最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成非常穩(wěn)定的直流電壓。 2 個(gè) SPI 接口和 I2C 接口， 3 個(gè) USART，一個(gè) USB 與 CAN 總線接口。 4MHz16MHz 的晶振。 當(dāng)時(shí)鐘為 72MHz 時(shí)，其運(yùn)算速度為每秒執(zhí)行 690 10? 條指令。當(dāng)鏈接點(diǎn)的溫度小于關(guān)斷溫度的 14 度，電路將會(huì)重 啟。因此誤差電壓就被轉(zhuǎn)換為同比例占空比的脈沖電壓。在該處也有個(gè)上拉電流源，因此該引腳可以懸空。 參考電壓由一個(gè)帶溫度補(bǔ)償?shù)?帶隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生，該電路在生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)被校準(zhǔn)過(guò)使其輸出 的電壓。 VSENSE 為反饋電壓調(diào)節(jié)端，將輸出電壓經(jīng)電阻分壓后連接到該引腳。內(nèi)部自帶 110m? 導(dǎo)通內(nèi)阻的 MOS 開(kāi)關(guān)管，其效率可達(dá) 95% 。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 斷時(shí)，經(jīng)過(guò) VD、 L、 R 形成續(xù)流回路，存儲(chǔ)于電感中的電能釋放保持回路中的電流穩(wěn)定，電容 C 也向電阻 R 放電以維持電流、電壓的穩(wěn)定。 降壓斬波電路 降壓斬波電路原理 BUCK 電路也叫降壓斬波電路，是一種 DCDC 的降壓電路。表示我們對(duì)通道 D 操作。 當(dāng)指令裝載到轉(zhuǎn)移寄存器時(shí)，高位（ MSB）先被裝載，依此其 裝載 他位。在本設(shè)計(jì)中我們使用通道 D,則最大輸出電壓為 。如果在 31 個(gè)連續(xù)位前 SYNC 被拉低， 則這將復(fù)位 SPI 接口，不會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)。 DAC8568 的讀寫時(shí)序圖如下所示： 當(dāng) SYNC 信號(hào)線被拉低時(shí)，一個(gè)寫時(shí)序就開(kāi)始了，數(shù)據(jù)線 IND 上的數(shù)據(jù)在每一個(gè)時(shí)鐘線上的下降沿被鎖存到 32 位的轉(zhuǎn)移寄存器。 CLR 為異步清空輸入信號(hào)，由于在該設(shè)計(jì)中僅僅用了一路 DA，所以該端口接高電平。 DAC8568 的引腳配置圖如下： 圖 34 DAC8568引腳圖 如上圖可知： VOUT_A 至 VOUT_H 為 8個(gè) DA 輸出通道， AVDD 與 GND 為芯片的供電電壓輸入端，輸入電壓范圍為： 。該參考電壓可以提供 20mA的拉電流或者灌電流。 與 AD 類似， DA 輸出也有 2020 中狀態(tài)，選用的 DA 轉(zhuǎn)換器 只需大于等于 12 位即可。步進(jìn)有 10mA與 1mA 兩種。 綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 cv C L K ( L SB ) ( MSB) OUTv C 1 INv 控制邏輯 逐次逼近型寄存器 DA 轉(zhuǎn)換器 ( MSB) ( L SB ) 并行數(shù)字輸出 脈沖源 轉(zhuǎn)換控制信號(hào) 圖 33 反饋型比較型 AD轉(zhuǎn)換原理框圖 雙積分型 AD 轉(zhuǎn)換器與 VF 變換型 AD 轉(zhuǎn)換器都為間接型的 AD 轉(zhuǎn)換器。 其原理框圖如下所示： 轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，將寄存器清零，于是加給 DA 的數(shù)字量也是 0。首先它取一數(shù)字量加到DA 轉(zhuǎn)換器上，得到一 對(duì)應(yīng)的模擬輸出電壓，然后將這個(gè)電壓與輸入模擬電壓比較，如果兩者不等，則調(diào)整數(shù)字量，直到兩個(gè)模擬電壓相等為止。圖示 用電阻鏈 將參考電壓分壓，當(dāng) 輸出電壓小于 115VREF時(shí)， 那么 所有比較 器輸出全部為 低電平， 當(dāng) CLK 上 升沿到來(lái)后寄存器所有觸發(fā)器被置為 0 狀態(tài)。 AD 轉(zhuǎn)換為了分為四個(gè)步驟：采樣、保持、量化和編碼。此時(shí)當(dāng)流過(guò)采樣電阻的電流為 200mA 時(shí)，經(jīng)過(guò)放大后采樣電阻兩端的電壓為 V=25*=。最大電壓為：m a x 5 0 2 0 0 0 0 .1u m A m A V? ? ?。 增 量式 PID 算法可由位置式算法 推導(dǎo)得 出。 其 控制系統(tǒng) 圖如下所示： y ( t ) r ( t ) + + + — + x ( t ) e ( t ) 比例 積分 微分 被控對(duì)象 圖 31 PID控制框圖 數(shù)字式 PID 控制算 法 將 PID 公式進(jìn)行離散化處理： 以 T 為采樣周期， k 為采樣序號(hào)，那么連續(xù)時(shí)間可用離散采樣時(shí)間 KT 表示，再利用矩形法 數(shù)字積分近似代替積分，將一階后向差分近似代替微分，則有下式 ： ( 0 , 1 , 2. ... ..)t k T k?? 公 式 （ 32） 綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 0 00( ) ( )kkttjjje t d T e jT T e??????? 公 式 （ 33） 1( ) ( ) [ ( 1 ) ] kkeed e t e k T e k Td t T T ?????? 公 式 （ 34） 將上述三式代入式 21 得到 : 10[]k kkk p k jj eeTu K e e TdTi T???? ? ?? 公 式 （ 35） 再 簡(jiǎn)化 為 ： 10* ( )kk k j k kju K p e K i e K d e e ??? ? ? ?? 公 式 （ 36） k ： 采樣序號(hào)， k ＝ 0， 1， 2，??； ku ： 第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值； ke ： 第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； 1ke? ：第 k1 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； Kp：比例系數(shù)； Ki：積分系數(shù)； Kd： 微分系數(shù)； 如果 采樣周期 T 足夠小，那么式 35 與 36 的計(jì)算結(jié)果將獲得足夠的精確度且 可能 與連續(xù) PID 控制過(guò)程相當(dāng) 。 Ti ―― 積分系數(shù)。 模擬 PID 算法的原理為給定量 r(t)與實(shí)際 輸出值 y(t)相 比較 ,其差值 為 e(t)= r(t) y(t),這個(gè)差值作為 PID 控制器 的輸入信號(hào)。由于在 MOS 管的G極加一個(gè)電壓就可以控制 MOS 的通道狀態(tài)。線性穩(wěn)壓電路的 系統(tǒng) 原理 圖如下所示 ： C2RLC1VINR2GNDIqVOUTVxxVINGNDOUTU 圖 22 線性穩(wěn)壓電路 綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 如圖 13 所示： U 是一個(gè)三端穩(wěn)壓器件， VIN是輸入電壓， VOUT 是輸出電壓， 則輸出電流： 其中： qI 為穩(wěn)壓器靜態(tài)電流。該方案具有功耗損耗小、 體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。其原理圖如下所示： 這是一個(gè) BUCK 斬波電路， 輸出電壓 VOUT 經(jīng)過(guò) R2， R3 分壓后，與 VREF 經(jīng)過(guò) R1 分壓后的電壓比較當(dāng)兩者達(dá)到相同的值時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定，且輸出電 壓為：? ?2 3 2( ) /OUTV V R R R???，（ V? 為 TL494 第 2 腳電壓）。 恒 流模塊 方案一 ： 采用開(kāi)關(guān)電源的 PWM 方式 恒流 如下圖所示： TL494 是一種規(guī)定頻率脈寬調(diào)制的 IC。 STM32 微控制器運(yùn)算速度快，資源豐富。該調(diào)節(jié)方案具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。精密電阻具有穩(wěn)定型好，功率大，而且阻值不會(huì)隨著環(huán)境的變化而變化的特 點(diǎn)。但是 普通大功率電阻的阻值 不但 不精確而且還隨著 環(huán)境的變化而變化， 在本設(shè)計(jì)中因?yàn)殡娐冯娏骺筛哌_(dá) 2A,必然會(huì)使其溫度升高，從而導(dǎo)致阻值變化。 且高達(dá) 72MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘可方便的檢測(cè)被控器件的變化以便做出反應(yīng)。 因此 在參數(shù)要求比較高的產(chǎn)品中難以實(shí)現(xiàn)。 綿陽(yáng)師范學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 方案比較 與 論證 微處理器 模塊 方案一：采用 AT89S52 作為主控芯片。系統(tǒng)主要由恒流電路、采樣電路組成。該設(shè)計(jì)具有步進(jìn)“ +”，“ ”功能，步進(jìn)值有 1mA， 10mA。恒流電源的應(yīng)用非常廣泛，例如在大功率 LED 驅(qū)動(dòng)電路中，需要使 LED的電流恒定在一定的范圍內(nèi)，否則會(huì)減小 LED 的使用壽命，更嚴(yán)重的會(huì)燒毀 LED。 關(guān)鍵詞 ： STM32； 精密電阻 ； 穩(wěn)壓 ； 斬波 綿陽(yáng)師范學(xué) 院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Digital Controlled Constant Current Source Undergraduate: Supervisor: Abstract: This design by STM32 microcontroller as the control core, stepdown chopper TPS5430 chip as the system power supply module, ac 220 v voltage after the power transformer, rectifier, filter access stepdown chopper chip, after epression, make the output voltage is less than 10 v. And then connect to the MOS tube and its precision of sampling resistance. Load series precision resistance will change current into a voltage, and then through the operational amplifier will weak voltage signal amplification, using STM32 own 12 AD to realtime sampling of output current, then use micro controller and the PID algorithm operation, adjustment, finally is controlled by a microcontr