基于avr单片机的整流模块控制器设计与实现

1、基于单片机的整流模块控制器设计与实现张屿毛征刘瑞东，北京工业大学电了信息与控制二程学院北京市朝阳区、严乐园号北京动力源科技股份有限公司北京市丰台区科技园星火路号，摘要：本文介绍，通信电源中以争片机为核心的整流模块控制器的工作原理，讨论了它的硬件结构和软件设计思想。该控制器是连接通信电源主控制器和整流模块的功能单元。它通过与通信电源主控制器通信：挤同主控制器实现埘整流模块的智能控制，即监测整流模块的各种实时运行数据及状态，自动检测整流模块故障，实时处理整流模块的状态参数和控制信号。它具有组态简单、抗干扰性强、成本低等特点，适用于不同功率型号的通信电源产品。关键词。单片机模块控制器主控制器整流模块

2、，：，血；，：引言通信电源是整个通信网络的关键基础设备。微处理器监控、系统内部通信、系统智能化以及分布式控制是通信电源技术的发展方向。在通信电源中，主控制器是中央处理单元；整流模块（以下简称模块）的功能是将输入的高压交流电转换成输出的低压直流电；模块控制器是联结电源主控制器与模块之问的数据通信、信号采集与指令控制的功能单元。因此，通信电源产品中，模块控制器必不可少。另外，在研发同一系列的通信电源产品中，不同的嵌入式工程师具有不同的软硬件殴计思想，造成芯片应用、电路架构、软件数据结构等的差异，这就给产品的维护与升级带来困难。本文介绍一种基于单片机（以下简称“”）设计的整流模块控制器（以下简称“模

3、块控制器”），该方案采用实时性与智能化控制原理，组态性与扩展性强、电气性能与抗干扰性能优越、成本低。经测试，运行效果良好。同时，对该方案如何适用于同一系列不同功率型号的通信电源产品做了探讨。组成及工作原理模块控制器集电子、通信、自动控制为一体，其功能由硬件和软件两大部分协调完成。硬件部分主要完成信号采集、转换、通信等，软件部分主要完成信号的处理及控制功能。具体的工作原理是：依次电技术应用采集并转换每个模块的状态信号，检测模块告警信号，然后根据这些信号构造状态数据包，通过串行总线发送到主控制器，吲时接收并解析主控制器发来的模块调压、模块限流、模块开关机等控制信号数据包，最后向模块发送并执行这些控

4、制信号。硬件构成模块控制器硬件主要包括以下个部分：丰控部分、通信部分、采集转换部分、控制部分，如图所示。其中实现对外嗣硬件的控制以及信号处理功能；通信部分实现与主控制器之间的通信功能；采集转换部分实现每个模块电流信号采集并进行转换，以及对每个模块告警信号的采集和转换：控制部分使用波控制模块调压和限流值，摔制模块开关机。下面结合图，具体说明各硬件部分的组成、功能和特点。模块控制器巡懿二图模块控制器硬件结构一群一一主控部分模块控制器芯片采用公司生产的系列单片机中高端工业级产品。它具有如下特点。（）富的外设，有效降低开发成本：片内配置可编程、，内置通道位，可预分频的位定时计数器（可作通道），具有、端

5、】，内置看门狗，：电复位电路，电路等。这就有充足的硬件资源满足模块控制器功能的需要，可为不同功率通信电源提供统一的模块控制器硬件设计平台，并可预留若干资源咀备扩充时使用。（）高速、低辐射、低功耗：采用位增强的结构和结构，具有的性能，最大工作频率为，品振频率低。这就相应地使模块控制器具有运行速度高、功耗低、抗干扰性强等特点。（）强大的语言支持能力，代码效率高：具有多数据总线结构和丰富的中断源，结合的片内：，硬件乘法器，以及优秀的编译器，有助于生成快速、高教代码。这就使模块控制器的软件可读性、兼容性和规范性得到保证，可为不同功率通信电源提供统一的数据结构设计。（）可在线下载程序，支持在线下载调试，

6、为实现程序烧录、修改提供方便，从而缩短开发周期，降低产品成本。主控部分对采集转换部分输入数据进行实时运算、处理，通过控制部分实现控制器的各种逻辑控制功能，并通过通信部分与通信电源主控制器进行通信。另外，不同功率型号通信电源产品（如、等）的模块控制器硬件构成完全一致，故在该控制器上设置了拨码开关，以针对不同电源产品选择不同的应用程序段。通信部分串行通信部分由一片组成。它采用公司的隔离技术，逻辑端与总线端的额定隔离电压为，最大数据传输率为，足以保证通常情况下的通信正常。使用与使用光耦组合电路功能相同、成本相当，故组态简单、抗干扰性强是通信部分的特点。使用端口，波特率采用，按照制定的通信协议以半双工

7、通信模式与主控制器进行数据通信。现代电子信息技术理论与应用采集转换部分模块的输出电流状态信号反映了模块输出负载电流情况，模块控制器使用内置的采集状态信号。采用循环的单通道单次转换模式，对组个模块输入的路肛状态信号分别进行转换。采用逐次逼近方法完成转换，按照转换结果的精度和稳定度要求，每次转换时间约为。由于模块需要稳定准确的调压信号，故再使用路采集并转换输出的调压信号，以各后用。从模块采集的路过压和欠压状态信号，需输入到电压比较电路。若状态信号电压值大于由电压基准电路产生的，则产生模块告警信号输入；若低于，则产生模块不在位信号输入。控制部分模块输出电压值的准确和稳定是通信电源的重要特性。从模块控

8、制器输入模块的调压信号电压值。，与模块输出电压值之间的控制关系为：。一（）由于供电电路、的输出电路以及转换电路都将产生传导噪声，造成【厂。，不稳定，这就极易造成。的漂移（参考（）式），这是通信电源稳压要求所不允许的。因此，模块控制器采用波闭环控制方法来确保。，的准确和稳定。使用的位定时计数器产生电压矩形波，经过二阶低通巴特沃兹有源滤波器（即转换），生成。它一方面被输入模块，控制。，另一方面，进入节所述的采集转换电路，构成闭环控制的反馈回路，如图所示。这样，。，经过软硬件处理能够控制。自误差小于±，达到产品技术要求。调压信号输出图闭环控制模块调压值硬件结构箍于通信电源仅仅要求模块输出限

9、流值，。达到误差小于±的技术指标，因此模块控制器使用通道产生模块限流信号，。，并直接输入模块来控制厶，毋需反馈电路。另外，该控制器分别控制每个模块的开关机动作。抗干扰设计通信电源的模块、交流和直流等功能单元以及开关机动作都有较强的，另外通信电源长时间处于露天应用场合，极易受雷电干扰。这样，模块控制器问题就凸现出来，须采取软硬件相配合的抗干扰措施，使该控制器稳定、可靠运行。概括地讲，主要采用以下个措施。（）采用抗干扰工作电源：模块控制器供电线路是干扰的主要来源，故采用对主控部分、通信部分和转换电路分别供电的方式来避免干扰，并为每个有源器件的电源和地之间并联滤波电容。同时，良好的接地是电

10、路稳定工作的重要条件，因此该控制器采用模拟地与数字地分开的设计方法。通信部分采用电路地与机壳（大地）隔离的结构，隔断接地环路并减小环路电流，有效防止。（）转换电路的抗干扰措施：为保证转换结果的精确，的电源端、参考电压端、接地端和模拟电压输入电路均与其他数字电路隔离。在电流信号的采集传输路径上使用低通滤波电路。设计软件时，在每个通道转换时使用防脉冲干扰平均滤波法，将传导噪声降到最小。（）光电隔离：在控制模块开关机的通道上采用光耦将与模块的地电位从电气上隔离开来。（）复位措施：当中应用程序跑飞时，使用其内置的看门狗将程序拉回到复位状态。（）屏蔽措施：在通信电源机柜中，块该控制器板插在模块控制背板上

11、，目前，它们分别控制排共个模块。背板嵌入机柜中间层，由金属屏蔽罩包围。电子技术应用软件设计使用语言编写的软件易于实现模块化，生成代码质量高、可读性和可移植性强，所以模块控制器的应用程序在上采用语言编写，并在环境下进行编译。应用程序采用前后台系统编程思想，由主程序和中断予程序组成。主程序是一个无限循环，循环中调用相应的函数完成规定的功能性操作，这部分是后台程序：中断处理子程序处理异步事件（时间相关性强的关键操作），这部分是前台程序。该控制器主程序流程图如图所示，它由以下个任务组成：（）软硬件初始化：完成口、定时，计数器、看门狗等的初始化；判断拨码开关的设置以选择相应电源型号的变量设置和数据结构，

12、读取本控制器所要控制的模块组排的号。（）数据采集：等待转换结束，得到转换结果；对每一个模块电流信号分别进行采样和量化处理，同时测量模块调压反馈信号。（）处理模块关机：向每一个模块发送开关机指令。（）处理模块告警：获得模块的告警信号和在位信号。（）产生波：将数据采集部分测算的模块调压信号反馈值与主控制器发来的调压信号值进行比较，将得出的误差对输出值积分步长进行调整，修正实际输出值；直接产生限流波输出值。该控制器有种中断源，分别是异步串行通信接收完成中断和发送完成中断：（）接收完成，：接收并解析主控制器发来的模块状态查询信号、模块调压和限流信号、模块开关机状态等数据包。（）发送完成：将模块状态信号

13、、模块调压和限流信号、模块开关机状态信号构造成数据包，发送到主控制器。图主程序流程囤调试选用公司出品的作为仿真调试器，它与机上仿真调试软件组成一套完善的调试接口，可阻在运行过程中实现实时仿真，控制内部资源，节省开发周期，降低产品成本。在仿真调试阶段，采用“自底向上逐步集成”的策略，逐个软硬件功能进行在线仿真调试，在此基础上逐步集成。最后，将该控制器嵌入不同型号的通信电源机柜进行整机联调。结论本文提出的基于模块控制器的设计与实施方案，自年月至今试用于和通信电源产品中，性能稳定，采样精度高，报警、控制准确度，通信误码率极低。同时，具有组态简单，软硬件可扩展性和软件设计规范性等优点，为同一系列不同功

14、率型号通信电源产品的维护和升级创建了平台。参考文献（）沈文，詹卫前单片机语言开发入门指导北京：清华大学出版社，。，基于AVR单片机的整流模块控制器设计与实现作者：作者单位：张屿， 毛征， 刘瑞东张屿,毛征(北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京市,100022)， 刘瑞东(北京动力源科技股份有限公司,100070)相似文献(1条)1.学位论文 张屿 统一化软硬件平台的通信电源中整流模块控制器的设计 2006DUM系列智能开关通信电源的嵌入式监控系统是北京动力源科技股份有限公司研发生产的核心产品。由于各个系统性能存在差异以及工程师在系统硬件和软件设计思路上的不同，使当前系统模块化和标准化程度不够，系统管理维护和更新上的困难，导致成本提高。为了解决上述问题，本文针对通信电源嵌入式监控系统中的整流模块控制器，提出一套软硬件平台的统一化设计方案。 整流模块控制器硬件平台以运算速度高、功能强大的8位单片机ATmega16L为核心，建立系统级硬件单元的组态形式，即通信单元、检测单元和控制单元通过主控单元实现功能上的连接与协调，然后对各个功能单元分别进行硬件设计。与以往的设计相比，该硬件平台提高了系统集成度和电磁兼容性能，同时易于维护和管理。 整流模块控制器软件设计以源码公开的嵌入式实时操作系统C/OS-为基础，在ATmega16L上移植并配置C/O