【《某数控电源的硬件和软件系统设计案例》2100字】

某数控电源的硬件和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u11786某数控电源的硬件和软件系统设计案例 1282351硬件电路设计 123452系统整体框图 1288961.1全桥软开关保护电路 189901.2STC12单片机电路 2228331.3信号采样电路 4101811.4辅助电源电路 592371.5PWM驱动电路 61966总电路图详见附录1 7248841.6Buck主电路参数设计 7240331.6.1占空比计算 7188261.6.2滤波电感计算 7105481.6.3滤波电容计算 828691.6.4开关器件选取 8264682系统软件设计 9319232.1系统软件总体构成 9281312.2按键设置 10150862.3LCD显示设置 111硬件电路设计系统整体框图图1.1系统整体框图1.1全桥软开关保护电路本设计的电路的输出电压需要通过闭环控制输出稳定的直流电压，所以首先应该进行电压值的采样处理，常用的采样方法便是电阻分压方法，并且为了得到可调的输出电压分压电阻采用了可变电阻。另外为了防止输入电压过压而将开关管击穿，本设计进行了详细的电压采样分析后，对单片机的计算控制能力进行了检查。图1.1移相全桥软开关保护电路图1.2STC12单片机电路(1)STC12单片机外围模块本设计采用经典的C51单片机来实现buck数字电源的控制，单片机对电源的控制主要体现在PWM驱动脉冲的发出以及对电源各项参数的AD采样上。STC12单片机外围只需要搭配上简单的电路就可以实现控制功能。单片机外部电路中最重要的便是晶振电路，此电路的主要作用便是激活单片机进行起振，单片机只有起振了才能够完成一系列的控制功能。另外复位电路也是需要的，但在操作过程中发现程序跑乱或者没有响应的时候，可以通过复位按键使得单片机复位，这就省去了频繁上下电的操作。另外单片机的电源引脚处需要放置一颗0.1uF的去耦电容，单片机在工作时容易受到外围器件产生的干扰的影响，因此有必要在单片机的供电电源引脚处加入一颗容值比较小的去耦电容来减小干扰的影响。图1.2STC12外围电路图(2)通讯模块为了方便对电源的数据进行处理，电路中设计了通讯电路，通讯主要是利用单片机的RXD和TXD引脚与外界接口进行单双共串行通讯，利用通讯模块可以方便的在计算机上通过相关软件读取关于电源的相关参数。图1.3通讯电路(3)LCD显示模块本设计的数控Buck电源的显示采用LCD屏显示，LCD屏是一种性价比比较高的显示屏，它比以往的数码管显示屏分辨率要高，显示的数据比较清晰，并且LCD屏的价格也比较低。本设计LCD显示如图1.4所示，LCD想要显示数据需要有电源进行供电，这里选择5V电源给LCD供电，图中R14为可变电阻，主要作用是控制LCD的实际亮度，亮度和电阻的具体阻值有密切联系。图1.4LCD显示电路1.3信号采样电路(1)电流采样电路为了满足双闭环控制要求，还需要对输出电流进行采样分析，并将其转换为单片机能够识别的信号。本设计中为了提高采样结果的准确性，使用了霍尔电流传感器，此传感器能够控制电流的实际大小，然后利用电阻在电路中的作用获得电压信号，随后电压信号就会传输到单片机中进行处理。运放电路的目的是对霍尔传感器的输出进行了放大处理，霍尔传感器的输出需要满足跟随器阻抗的要求，然后经过负反馈电路将电压放大，电压的具体大小需要结合反馈电阻进行确定。(2)电压采样电路电压信号采集电路在本章第一节已经介绍过，由于设计的BUCK变换器输出电压比较低，因此只需要通过简单地电阻分压就可以实现对输出电压的采样。1.4辅助电源电路辅助供电电路如图1.8所示，辅助电源负责对电路中不同芯片提供电流，辅助电源的设计采用了buck和LDO两种结构，首先输入电压经过BUCK电路将电压变换为12V输出，12V输出电压可以为电路中的大部分芯片进行供电；另外电路中还需要5V电源，同样利用buck电路得到5V电源。从图1.8可以看到有两路输出5V电压的电路，这是因为其中一路LDO输出5V是给单片机供电，由于单片机属于控制电路，控制电路极易受到高频功率电路干扰的影响，因此利用LDO输出电压给单片机供电可以有效地降低干扰的风险。图1.8辅助电源电路1.5PWM驱动电路PWM驱动电路主要作用是提供开关管所需要的驱动信号。单片机中传输的信号振幅为5V，不满足MOSFET要求，并且由于buck电路开关管源极离地，所以需要安设专门的驱动电路负责控制开关管。PWM驱动电路如图1.9所示。驱动电路采用芯片IR2104，IR2104是一种驱动能力比较强的开关管浮地驱动芯片，IR2104的自举电容可以提供开关管的浮地驱动电压。单片机输出的低压PWM信号经过IR2104后就可以输出幅值为12V的浮地驱动电压，用该驱动电压就可以直接驱动buck电路的开关管。图1.9PWM驱动电路总电路图详见附录11.6Buck主电路参数设计设计的Buck变换器参数为：输入电压Uin：30-50V，额定48V输出电压Uo：24V输出电流I0:0.1A-5A开关频率f:30KHZ输出电压纹波Vout(p-p)：<25mv1.6.1占空比计算占空比的变化范围计算方式如下：（3-1）1.6.2滤波电感计算（1）电感量Lf计算电感计算可由下式得：（3-2）由Lf≥Lf(min)，取Lf=330uH。1.6.3滤波电容计算（1）滤波电容量Cf计算滤波电容的大小需要结合实际电压波纹确定。本设计中的输出电压纹波Vout(p-p)<25mv。设，电容在时间间隔内充放电，则可以计算出充电电流大小：（3-9）电容峰峰值纹波电压为：（3-10）因此，得：（3-11）取，D=0.4时，Cf的值最大。即：（3-12）实际选择容值为470uF的铝电解电容。1.6.4开关器件选取设计要求电路输入电压在30V~50V之间，开关管耐压值设定为50V，最大电流计算方式为：（3-13）考虑留有一定的裕量，因此选用的MOSFET管IRF3205，其额定值为。4系统软件设计2.1系统软件总体构成通过按键来控制STC12产生PWM脉冲波的占空比来实现电压值的改变，实现按