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畢業(yè)設(shè)計(jì)——高壓電源的設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

2025-01-19 04:19本頁(yè)面

【導(dǎo)讀】測(cè)器和靜電噴涂等技術(shù)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的高壓電源多采用線性技術(shù),這種結(jié)構(gòu)形式造成電。源變換效率低,體積大,重量沉,操作維修不方便。壓電源的轉(zhuǎn)換效率和帶負(fù)載能力提出了更高的要求。小,重量輕,效率高的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為電源行業(yè)的主流形式。本論文設(shè)計(jì)研究了一種。以單片機(jī)和脈寬調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的高壓開(kāi)關(guān)電源。該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié),模數(shù)電路相互結(jié)合,具有輸出電壓高,紋波小,輸出功率較高等優(yōu)點(diǎn)。

  

【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ 第 19 頁(yè) 共 27 頁(yè) PE[3:2] PK[7,5:0] PM[7:6] PH[7:0] (帶中斷輸入 ) PJ[7:6] (帶中斷輸入 ) PJ[1:0] (帶中斷輸入 ) 脈沖寬度調(diào)制模塊 XS128具有 8位 8通道的 PWM,相鄰的兩個(gè)通道可以級(jí)聯(lián)組成 16位的通道。 PWME: PWM通道使能寄存器。 PWMEx=1將立即使能該通道 PWM波形輸出。若兩個(gè)通道級(jí)聯(lián)組成一個(gè)16位通道,則低位通道(通道數(shù)大的)的使能寄存器成為該級(jí)聯(lián)通道的使能寄存器,高位通道(通道數(shù)小的)的使能寄存器和高位的波形輸出是無(wú)效的。 PWMPOL: PWM極性寄存器。 PPOLx=1,則該通道的周期初始 輸出為高電平,達(dá)到占空比后變?yōu)榈碗娖剑幌喾?,?PPOLx=0,則初始輸出為低電平,達(dá)到占空比后變?yōu)楦唠娖健? PWMCLK: PWM時(shí)鐘源 選擇寄存器。 0、 5通道, PCLKx=0使用 Clock A, PCLKx=1使用 Clock SA; 7通道, PCLKx=0使用 Clock B, PCLKx=1使用 Clock SB。 PWMPRCLK: PWM預(yù)分頻時(shí)鐘源選擇寄存器。 控制 Clock A、 Clock B的值。 PWMCAE: PWM中心對(duì)齊使能寄存器。 CAEx=1,該通道為中心對(duì)齊; CAEx=0,該通道為左對(duì)齊。 PWMCTL: PWM控制寄存器。 CONxx=1,則相應(yīng)的兩個(gè)通道級(jí)聯(lián)使用,否則單獨(dú)使用。級(jí)聯(lián)后,整個(gè)級(jí)聯(lián)通道由低位通道(通道數(shù)大的)的各個(gè)寄存器控制,高位通道(通道數(shù)小的)不起作用。 級(jí)聯(lián)模式下,向高位通道或低位通道計(jì)數(shù)器寄存器寫(xiě)值,等同于向 16位級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)器寄存器寫(xiě)值,也即重置為 0。 PWMSCLA: PWM標(biāo)度 A寄存器。用于控制 Clock SA的值, Clock SA = Clock A / (2 * PWMSCLA),當(dāng) PWMSCLA=0x00時(shí),相當(dāng)于 PWMSCLA=256。 PWMSCLB: PWM標(biāo)度 B寄存器。用于控制 Clock SB的值, Clock SB = Clock A / (2 * PWMSCLB),當(dāng) PWMSCLB=0x00時(shí),相當(dāng)于 PWMSCLB=256。 PWMCNTx: PWM通道計(jì)數(shù)寄存器。 每個(gè)通道都有一個(gè)獨(dú)立的 8位計(jì)數(shù)器,其計(jì)數(shù)速率由所選擇的時(shí)鐘源決定。計(jì)數(shù)器的值可 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ 第 20 頁(yè) 共 27 頁(yè) 以隨時(shí)讀取而不影響計(jì)數(shù)器運(yùn)行,也不影響 PWM波形輸出。在左對(duì)齊模式時(shí),計(jì)數(shù)器從 0計(jì)數(shù)至周期寄存器的值減 1;在中心對(duì)齊模式,計(jì)數(shù)器從 0計(jì)數(shù)至周期寄存器的值,然后再倒計(jì)數(shù)至 0。 向計(jì)數(shù)器 寫(xiě)入任何值都將導(dǎo)致計(jì)數(shù)器復(fù)位至 0、計(jì)數(shù)方向重置為向上。在有效周期末,計(jì)數(shù)器同樣會(huì)被清零。只有當(dāng)通道使能時(shí)計(jì)數(shù)器才進(jìn)行計(jì)數(shù)。改變計(jì)數(shù)器的值應(yīng)該在該通道禁止時(shí)進(jìn)行。 若某個(gè)通道正在執(zhí)行 PWM功能,使用 PWMEx=0禁止該通道,則該通道的計(jì)數(shù)器將“凍結(jié)”,下次使能該通道時(shí),計(jì)數(shù)器將接著上次停止的地方繼續(xù)計(jì)數(shù),而不是重新從 0開(kāi)始。若要開(kāi)始一個(gè)新的 PWM脈沖波形,則應(yīng)在使能前寫(xiě)一次計(jì)數(shù)器。 PWMPERx: PWM通道周期寄存器。 每個(gè)通道都有一個(gè)獨(dú)立的 8位周期寄存器,它的值將間接決定該通道的 PWM波形周期。該寄存 器采用雙緩沖器設(shè)計(jì),即寫(xiě)入的新值不立即生效,直到本次有效周期結(jié)束或者計(jì)數(shù)器寄存器清零或者該通道被禁止。讀該寄存器將返回最近一次寫(xiě)入的值(不一定是當(dāng)前生效的值)。復(fù)位將重置值為 0xFF。 PWMDTYx: PWM占空寄存器。每個(gè)通道都有一個(gè)獨(dú)立的 8位占空寄存器,它的值將間接決定該通道的PWM波形占空比。該寄存器采用雙緩沖器設(shè)計(jì),即寫(xiě)入的新值不立即生效,直到本次有效周期結(jié)束或者計(jì)數(shù)器寄存器清零或者該通道被禁止。讀該寄存器將返回最近一次寫(xiě)入的值(不一定是當(dāng)前生效的值)。復(fù)位將重置值為 0xFF。 A/D 模塊 MC9S12XS128 MCU 的 16位 A/D 轉(zhuǎn)換模塊引腳為 AN15/PAD15AN0/PAD0,每個(gè)引腳都可以實(shí)現(xiàn)模擬量( ANx) /數(shù)字量( PADx)的復(fù)用。為了與外部信號(hào)同步進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換,A/D 模塊具有 4個(gè)外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換通道 ETRIG3ETRIG0,可以選定觸發(fā)的方式。 MC9S12XS128 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊由 27 個(gè)寄存器,包括 6 個(gè) A/D 控制寄存器, 2 個(gè) A/D狀態(tài)寄存器,一個(gè) A/D 比較使能寄存器,一個(gè) A/D 輸入使能寄存器,一個(gè) A/D 比較方式寄存器, 16 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器。通過(guò)這些寄存器的編程,就 可以獲取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 A/D模塊的基本編程方法, A/D轉(zhuǎn)換編程主要涉及 6個(gè)控制寄存( ATDCTL0ATDCTL5), 狀態(tài)寄存器 0( ATDSTAT0),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器( ATDDR0)。 1, A/D轉(zhuǎn)換初始化 在程序初始化時(shí)應(yīng)對(duì) A/D轉(zhuǎn)換的 5個(gè)控制寄存器( ATDCTL0ATDCTL4)寫(xiě)入控制字節(jié),決定序列長(zhǎng)度,設(shè)置分頻系數(shù)和轉(zhuǎn)換精度等, ATD0CTL4=0b11101011。 //設(shè)置采樣時(shí)間和頻率, fATDCLK=fBUS/( 2*( PRS+1)) ATD0CTL3=0b10001000; //采樣結(jié)果 右對(duì)齊,每個(gè)序列的轉(zhuǎn)換個(gè)數(shù)為 1 ATD0CTL2=0b00001111; //外部觸發(fā)時(shí)選擇通道 15 ATD0CTL1=0b01001111; //12位精度,采樣前不卸載內(nèi)部采樣電容 ATD0CTL0=0b01000010; //下降沿觸發(fā),不接受外部信號(hào),禁用 A/D比較中斷請(qǐng)求 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ 第 21 頁(yè) 共 27 頁(yè) 2, 啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換 對(duì) A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)和控制寄存器 ATDCTL5寫(xiě)入控制字節(jié),選取要轉(zhuǎn)換的通道寄存器和結(jié)果寄存器的調(diào)整方式,設(shè)置是連續(xù)轉(zhuǎn)換還是一次轉(zhuǎn)換,由此就開(kāi)始了一條 A/D轉(zhuǎn)換。 ATDCTL5=channel。//channel為設(shè) 置的數(shù),可以根據(jù)此決定控制方式 3獲得 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 若是中斷方式,在 A/D中斷程序中取得,若是查詢方式通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)寄存器 0( ATDSTAT0)的第七位( SCF位)取得,當(dāng) SCF=1時(shí)可從 A/D數(shù)據(jù)寄存器中取得數(shù)據(jù)。 //取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 for(。) //判斷 ATDSTAT0的第七位是否為 1 if((ATD0STAT0amp。(17))!=0) { temp=ATD0DR0。//從 A/D數(shù)據(jù)寄存器 0種讀 12位數(shù)據(jù) break。 } return temp。 軟件設(shè)計(jì)部分概述 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選 擇考慮到所要實(shí)現(xiàn)的功能較多, 雖然 匯編語(yǔ)言產(chǎn)生的目標(biāo)程序簡(jiǎn)短,占用存儲(chǔ)空間較小,實(shí)時(shí)性強(qiáng) , C 語(yǔ)言編程會(huì)占用較大的存儲(chǔ)空間,而且 C 語(yǔ)言的實(shí)時(shí)性較差 ,但是 C語(yǔ)言 編程比較簡(jiǎn)單 。本次設(shè)計(jì)利用 C語(yǔ)言作為主程序,分別調(diào)用了 AD 轉(zhuǎn)換 子程序, PWM 子程序, 編碼器 中斷子程序, 串口中斷子程序, 數(shù)碼管LED 顯示子程序。 程序設(shè)計(jì)方法 ( 1)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì):是給程序施加一定的約束,它限定采用規(guī)定的結(jié)構(gòu)類型和操作順序。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)規(guī)定任何程序序列必須由直線順序結(jié)構(gòu),條件結(jié)構(gòu),循環(huán)結(jié)構(gòu)基本形式組成。 但 它只考慮操作的順序而 不考慮數(shù)據(jù)因此不適 合 數(shù)據(jù)處理。 ( 2)自頂向下的程序設(shè)計(jì):這種設(shè)計(jì)方法是先從系統(tǒng)一級(jí)的管理程序開(kāi)始設(shè)計(jì),從屬的程序或子程序用一些程序符號(hào)來(lái)代替。當(dāng)系統(tǒng)一級(jí)的程序編寫(xiě)后,在將各 個(gè) 標(biāo)志擴(kuò)展成從屬程序或子程序,最后完成整個(gè)系統(tǒng)程序 。 ( 3)模塊化程序設(shè)計(jì):模塊實(shí)質(zhì)就是具有一定功能,相對(duì)獨(dú)立的程序段。模塊能夠獨(dú)立地完成一定功能,能獨(dú)立設(shè)計(jì)、查錯(cuò)、調(diào)試、修改與維護(hù)。模塊化程序設(shè)計(jì)是把整個(gè)系統(tǒng)按照一定規(guī)則劃分成若干個(gè)模塊,并且對(duì)劃分的模塊可進(jìn)一步詳細(xì)劃分,直到最下層的每個(gè)模塊能相對(duì)獨(dú)立且容易編程為止。本次設(shè)計(jì)就是采用了 模塊化的程序設(shè)計(jì)思想,基于這種思想,縮短了程序開(kāi)發(fā)的周期。 軟件設(shè)計(jì)步驟 ( 1)系統(tǒng)定義:就是清楚地列出系統(tǒng)的各個(gè)部分與軟件設(shè)計(jì)有關(guān)的特點(diǎn),并進(jìn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ 第 22 頁(yè) 共 27 頁(yè) 行定義,以作為軟件設(shè)計(jì)的依據(jù),系統(tǒng)定義是對(duì)系統(tǒng)任務(wù)的描述。 ( 2)程序設(shè)計(jì):程序設(shè)計(jì)是制定程序的綱要,也就是將系統(tǒng)定義的問(wèn)題用程序的方式進(jìn)行描述、繪制流程圖,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)、模塊化程序設(shè)計(jì)和自頂向下設(shè)計(jì)等,都是此步驟的有效方法。 ( 3)文件編制:文件編制是用流程圖、注釋、存儲(chǔ)器分配說(shuō)明等方法來(lái)描述程序來(lái)形成文件,以便用戶和操作人員了解。文件編制的好壞,直 接影響到程序的使用、維護(hù)和擴(kuò)充。 ( 4)維護(hù)和再設(shè)計(jì):當(dāng)軟件投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí),一方面可能會(huì)發(fā)生各種現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題,因而需要 進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行改造和完善;另一方面,用戶往往會(huì)由于環(huán)境或技術(shù)條件的變化,提出比原計(jì)劃更多的要求,因而需要對(duì)原系統(tǒng)軟件進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)充,然后再重新固化,以適應(yīng)情況變化的要求。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 在設(shè)計(jì)電源的時(shí)候要充分考慮控制系統(tǒng)的抗干擾性,由于數(shù)字系統(tǒng)防干擾的能力較弱,所以在設(shè)計(jì)電源時(shí)要充分減少電源對(duì)控制端的影響。 切斷干擾途徑要注意以下幾個(gè)問(wèn)題: 1 、充分考慮電 源對(duì)單片機(jī)的影響,電源做得好個(gè)路的抗干擾就解決了 一半,許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感,要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,以 減少電源,噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。 注意晶振布線,晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近,用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái), 晶振外殼接地并固定。 電路板合理分區(qū),盡可能把干擾源與單片機(jī)遠(yuǎn)離。 4 、地線把數(shù)字與模擬區(qū)隔離,數(shù)字地與模擬地要分離,最后接于電源地, A/D, D/A 芯片布線也以此為原則。 5 、單片機(jī)和大功率器件的地線要單獨(dú)接地,以減少相互干擾,大功率器件 可能放在電路邊緣。 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ 第 23 頁(yè) 共 27 頁(yè) 第 6 章輔助電路的設(shè)計(jì) 輔助電源的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中要用到的各個(gè)直流電壓等級(jí)分別為 5V(用于單片機(jī)供電), 12V(用于散熱風(fēng)扇供電), 15V(用于驅(qū)動(dòng) MOSFET)??紤]采用工頻降壓,經(jīng)過(guò)整流橋后再分別由 7805, 7812,7815穩(wěn)壓芯片得到 DC5V, DC12V, DC15V。電路圖如下所示, 圖 輔助電源 驅(qū)動(dòng)電路 MOSFET 由于開(kāi)關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動(dòng)功率低等優(yōu)點(diǎn)已成為開(kāi)關(guān)電源最常用的功率開(kāi)關(guān)器件之一。而驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接影響開(kāi)關(guān)電源工 作的可靠性及性能指標(biāo)。一個(gè)好的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路的要求是: ( 1)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通瞬時(shí) ,驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使 MOSFET 柵源極間電壓迅速上升到所需值 ,保證開(kāi)關(guān)管能快速開(kāi)通且不存在上升沿的高頻振蕩 。 ( 2)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證 MOSFET 柵源極間電壓保持穩(wěn)定使可靠導(dǎo)通 。 ( 3)關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供 MOSFET 柵源極間電容電壓的快速泄放 ,保證開(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷 。 ( 4)關(guān)斷期間驅(qū)動(dòng)電路最好能提供一定的負(fù)電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通 。 ( 5)另外要求驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單可靠 ,損耗小
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