电源电路设计方案精选(九篇)
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第1篇：电源电路设计方案范文
作者：陆召振 周树艳 陆伟宏 王宁 单位：无锡油泵油嘴研究所
共轨系统通常正常工作电压选择28~30V，即需要满足Ur≧30V。2）最小击穿电压UbUb分为5%和10%两种。对于5%的Ub来说，Ur=0.85Ub；对于10%的Ub来说，Ur=0.81Ub。当电压高于此值后，TVS发生雪崩击穿，此后，TVS两端电压将一直保持在钳位电压Uc。3）最大钳位电压Uc当TVS管承受瞬态高能量冲击击穿后，管子中流过大电流，峰值为IP，端电压由Ur值上升到Uc值就不再上升了，从而实现了保护作用。Uc与Ub之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间，计算多代入为1.3。其他诸如反向漏电流、结电容等参数也需要考虑电路静态电流以及信号频响等因素进行择优选择。最大允许瞬时功率Pp根据车用电源系统电路抗干扰标准要求须至少大于6000W。防反接保护电路设计防反接保护使用一个普通二极管就可以实现，或者采用其他MOS管防反接电路。普通二极管防反接保护电路优点是电路简单，器件少，但由于受二极管额定功耗的限制，这种防反接不能承受长时间的反接故障。图3为防反接保护二极管在电路中的设计位置，二极管选择时考虑ECU的整体功耗，选择正向导通电流大于正常工作最大电流，同时防反接保护二极管尽量选择低压降快恢复二极管，反向耐压满足电路要求。过电流保护电路ECU电源电路在过载或者负载短路等故障发生时，需要在外部线束中或电源处理电路回路中设计过流保护电路，否则电路将损毁不能正常工作。通常在开关电源设计中采用自恢复熔断丝串联在回路中，或设计电路采样闭环控制电路等。
从以上自恢复熔断丝的原理可以看出，当电路发生过流时，可能存在大量热量的产生，由于ECU通常安装在相对封闭的空间内，热量无法快速消散，因此可能会对ECU其他电路的工作产生影响，再加上自恢复熔断丝存在不好安装及精度不高的问题，因此ECU过流保护电路通常不选用这种方案。图4为一种闭环电流采样控制保护电路，T1用来检测负载电流IL，采样电阻R1产生成比例的电压。电流过载发生时，电容C1充电电压会增加到稳压二极管Z1的导通电压，此时三极管Q1导通，集电极输出信号关闭后续电路的控制级，从而切断电源电路的工作。类似过流保护电路设计时，需要注意变压器的设计选型，由于车用ECU对成本的要求越来越高，此电路设计成本较高，且占用ECU体积大，目前在ECU上采用较少。综上，我们似乎没有非常完美的过流保护电路方案，幸运的是目前世界上一些著名半导体公司都提供带有过流自动保护的电路控制芯片。比如美国国家半导体公司的汽车DC/DC控制芯片，德国英飞凌公司的汽车级LDO电源处理芯片，这些芯片都能提供过流自动保护功能。因此在ECU电源电路设计时，尽量选用类似集成芯片作为电路核心元件，这些芯片通常都经过汽车等级的测试，可以放心采用。共模抑制电路设计ECU电源系统电路通常采用共模扼流圈设计共模抑制电路。共模扼流圈，也叫共模电感（Com-monmodeChoke），是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。
在电源电路设计时，采用共模扼流圈能够有效地消除共模干扰，提高ECU电磁兼容性能。目前一些著名的无源器件生产厂家均提供ECU专用的电源系统电路共模扼流圈，比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU电源线设计，TDK公司提供的这种共模扼流圈通过专用磁芯设计而成的方形闭磁路磁芯，在保持原有特性的同时实现了小型化，便于安装。同时具有高阻抗特性，可发挥优异的共模噪声抑制效果，最大电流可高达8A。滤波电路设计共轨系统ECU电源电路的输入是从汽车蓄电池直接引入的。由于汽车上所有电子设备都共用这一个电源，其他电子设备的干扰可能通过电源耦合到ECU。另外，车用蓄电池的电源高频干扰、汽车电机的启动停止以及负载的突然变化均会将干扰带入ECU。在设计电源处理电路时必须设计滤波电路来滤除这些干扰。通常采用∏形滤波电路设计串联在电源处理回路中，主要对差模干扰起到抑制作用，图6为基本的∏形滤波电路。在实际的∏形滤波电路设计时，需要根据ECU实际使用需求进行电感L及电容C1和C2的参数选择，电容C3根据负载功率的大小调整容值及耐压参数。电源系统设计方案总结共轨系统ECU电源系统电路设计时需要综合以上的各种保护电路的设计，同时选择合适的DC/DC控制芯片。控制芯片的PWM调制频率设置需要综合考虑电源处理的效率和EMC性能。常用的ECU电源系统电路设计方案如图7所示。ECU通过点火钥匙开关处理电路，将汽车蓄电池电源输入，然后通过各种保护电路将稳定的电压输入DC/DC处理电路，最后通过汽车专用低压降线性稳压电源（LDO）处理成多路电源分别给ECU各电路模块供电。
在设计电源系统处理电路时，不仅应考虑基本电压处理电路的精度和效率，还应设计不同的保护电路，应对各种可能出现的干扰和故障情况。保护电路的设计需要考虑整个电源系统电路的工作原理，合理的布局保护电路在整个电源系统电路中的位置；各种保护电路的器件选择则需要综合电路原理、成本、安装及厂家品牌等诸多因素进行合理选择。除了本文提到的几种保护电路设计外，或许还有其他应对整车复杂故障情况的电路选择，这就需要在ECU的实际使用过程中进行不断的积累和研究。
第2篇：电源电路设计方案范文
Lu Zhuwei；Chen Yuming
（①Sanjiang University，Nanjing 210012，China；②Wiscom Electrical Co.，Ltd.，Nanjing 211100，China）
摘要：研究了开关线性复合功率变换技术，提出一种复合型精密电流源的方案。该电源结合了高频开关电源和推挽线性功放电路的优点，输出波形好，效率高、体积小。同时采用三态自适应滞环电流控制方式，有效地减小了输出电流的脉动纹波。根据设计的方案制作了一台样机，实验结果表明该电流源纹波系数小、效率高，验证了方案的可行性。
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.
关键词：开关线性 精密电流源 滞环控制
Key words: switch-linearity；precise current source；hysteretic control
中图分类号：TM1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0036-02
0引言
随着电力事业的发展，用电单位越来越多，对电能表进行准确的校验是保证电力安全、电能计量准确的必要手段。在仪表校准中，希望交流电压源或电流源的精度与分辨率足够高，因为这是仪表能否校准好的关键所在。线性功率放大器具有设计简单、波形失真度小等优点，目前在精密功率源中一般都用它进行功率放大。但线性功率放大器的效率很低，特别是工频电工式仪表多为感性负载，此时线性功率放大器发热更为严重，因而在精密测量领域中的应用受到制约。精密开关电源能省去工频变压器，效率高，虽然纹波系数较大，但把它作为集成恒流源的前级，复合成精密恒流源，可将二者的优势互补，使其稳定性等技术指标大大提高。
1开关线性复合技术
开关线性复合技术（SLH）主要的特点是将电力电子纯开关功率变换电路与线性功率放大电路有机的结合起来，即把常规的PWM电压型变频器作为B类功率放大器的供电电源，由于射极跟随器的负反馈形成的系统具有强有力的抗干扰特点，使得系统具有较高的效率和较强的鲁棒性，从而构成的新型功率变换器，可以互补综合，优化性能。
该技术的本质在于开关滤波电路只作为复合线性电路的特殊供电电源，那么整体系统可以看成是一个比例放大器，从而获得极快的动态响应和比较准确地跟踪效果，而同时又因为具有压控射极输出特性的线性单元的高阻输入、低阻输出的特性，近似于功率级的缓冲器，阻隔了输入输出信号之间的相互干扰，很好的保证了系统的正常工作，实现了THD指标和效率指标的兼顾，符合目前大家追求的高保真、绿色、环保等电源变换的要求。
SLH的结构图如图1所示，由图可以看出，开关线性复合器由参考信号、前置功放、前置放大、开关电源、线性功率放大等组成。产生标准正弦信号作为参考信号，同时控制开关变换单元和线性功率放大单元，是系统输出理想波形的参考；将参考信号前置放大的目的是驱动线性功率放大装置中的功率开关器件；开关电源的作用就是为线性功率放大装置中的功率开关器件提供脉动正弦供电电源。
2基于开关线性复合技术的电流源方案设计
2.1 系统总体设计方案本文设计一种开关电源和线性功率放大器复合的电流源，将开关电源作为复合电源的前级，开关电源的输出整流滤波成馒头波后为线性功率放大器的功率放大管供电，且馒头波与系统输出电压接近线性放大器功率管的管压降，这样就大大提高了电源的整体效率。这种复合电源既保留了传统电源的优点，又根据实际需要对现有传统电源的不足作了改善。复合电源总体设计方案如图2所示，输入为50Hz、220V交流电压，经整流滤波后得到311V直流电压，采用DC/DC变换器将直流电压变换成100Hz、最大值为80V的馒头波。该馒头波经滤波后作为DC/AC逆变器的输入，DC/AC逆变器采用了三态滞环和自适应滞环相结合的电流控制方式，使输出的电压波形具有较小的波形失真度。
2.2 DC/DC变换电路设计开关电源DC/DC电路的设计方案如图3所示。交错型双晶体管正激变换器在保留双管正激变换器功率开关管电压应力低和可靠性高的优点同时，克服了等效占空比小、副边二极管电压应力高、输出电流脉动大等缺点。与全桥变换器或半桥变换器相比，它的每一个桥臂都是由一个二极管和一个开关管串联组成，从结构上消除了桥臂直通现象，可靠性高，特别适合输出中等功率、输入电压较高的应用场合。因此，DC/DC变换电路采用交错并联的双晶体管正激变换电路。
2.3 DC/AC电路设计方案开关电源DC/AC电路的设计方案如图4所示。开关电源DC/AC电路的输入为变换成100Hz、最大值为80V的馒头波。再经全桥逆变为正弦交流电压，并经LC滤波网络滤去高次谐波，最后得到所需的正弦波作为输出。吸收电容用于吸收负载以及滤波电容的回馈能量,防止直流母线电压上冲。该逆变器控制电路采用输出电流外环加电感电流内环的双环控制方案，采用三态滞环控制进一步减小输出电流的THD，采用自适应滞环控制解决了输出小电流、低电压情况下电流的THD超标问题。
2.4 后级线性电源设计后级线性电源的设计方案如图5所示，基准正弦电压经PI调节器后经差分对管输入，经中间放大级电路放大，输出采用乙类互补推挽功放电路。前级开关电源DC/AC逆变电路输出电压经整流滤波后，输出电压波形与线性功率放大器的输出波形的电压差近似为功率放大管的饱和管压降，作为线性功率放大器中功率放大管的供电电源。线性功率放大器的输出电压跟随负载的变化而变化，DC/AC逆变电路的输出电压根据功率放大管的管压降实时调整，保证电压差始终接近功率放大管的饱和管压降值。
3系统实验分析
根据设计的方案制作了一台样机，在样机实验中，负载为1A时，线性功放输出电压及电流波形如图6所示。负载为3A时，线性功放输出电压及电流波形如图7所示。
复合电源的实验数据如表1所示。由此可以看出电流源能输出高质量的正弦电流，有较好的稳定性，谐波失真度不超过0.5%。
4结论
文章将精密开关电源作为集成恒流源的前级，将线性放大电路作为后级，将二者的优势互补，复合成精密恒流源，使其技术指标大大提高。采用了三态滞环和自适应滞环相结合的控制方式，作为全桥逆变电路的电流环控制方式，减小了输出电流的脉动，减小了逆变桥开关次数，使输出电流的THD在输出电流和负载变化时均能满足小于0.5%的要求。
参考文献：
[1]黄松清.开关线性复合技术及其在电力电子变换领域中的应用[J].北京：电气技术，2006.
[2]周谦之.开关线性复合功率变换技术及其应用[J].北京：电工技术学报，2004.
[3]胡文斌，哈进兵，严仰光.自适应滞环控制高频软开关电流源的研究[J].西安：电力电子术，2004.
第3篇：电源电路设计方案范文
关键词：液压支架；监测；电路设计
1 液压支架监测系统模型的建立
1.1 无线通信技术
液压支架工作环境比较复杂，通信频率、巷道的倾斜程度和井下的导体等多种因素都会影响无线通信信号。因此在设计矿井液压支架压力监测系统时必须要考虑到井下的特殊环境，考虑数据传输的可靠性。通过对目前市场上常用的无线通信技术比较，本文将ZigBee短距离无线通信技术应用于矿井环境监测中。
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率的双向无线通信技术，有自己的标准协议，可以在很多鞲衅骷浣行通信，具有很强的自适应性，主要应用于自动控制领域，同时可以实现系统定位，具有低功耗、近距离、短延迟、低速率、低成本、网络容量大、高安全性、工作频段灵活的特点。
1.2 液压支架监测系统组网模型
液压支架会随着煤矿开采工作的推进而移动，但移动的距离很短。液压支架的排列呈直线型，针对液压支架的这种物理排布情况，节点的分布也应是带状的。采用星形与网状的混合网，网络中的路由节点与协调器组成网状结构，结构简洁、节点功耗减少，每个星形网络内的通信采用单跳通信，网状结构中的路由节点采用多跳通信。在实际工作环境中，每个液压支架上放置一个采集节点，每隔3个液压支架放置一个路由节点。在矿井实际环境中，液压支架的排列呈直线型，节点的分布是带状的，整体网络组成簇型线状网络拓扑结构。
2 电路详细设计方案
监测系统的硬件设计方案分为2部分，一是终端采集节点，二是路由节点。终端采集节点包括电源管理模块、传感器、信号调理电路。终端节点采用定时唤醒模式，降低功耗，提高监测系统的使用寿命。终端采集节点与路由节点通过线缆连接。每个路由节点最大可以连接3个传感器节点，即相邻的三个液压支架需要采用同一个路由节点。每个路由节点配备一个5V的电池供路由节点与传感器节点使用。路由节点将从终端节点获得的模拟信号经过ADC芯片转换为数字信号，并通过ZigBee射频口传送给井下汇聚节点。路由节点也带有显示功能与按键，可以任何时候被唤醒查看3个终端节点的压力数值。
终端采集节点的作用如下：将压力传感器转换的微弱模拟信号进行放大并通过线缆传输给路由节点；每个终端采集节点带有一片数据记录芯片，对由于传感器及放大电路带来的误差进行偏差校准。
路由节点的作用主要如下：每个路由节点需要有一个5V电池供电路板使用；每个路由节点可以连接3个终端采集节点，对终端采集节点的模拟信号进行处理并通过RF模块传送给井下汇聚节点；路由节点带有简单的显示模块，便于工人就近查看支架压力；路由节点需要有相应的按键，以便在屏幕关闭情况下唤醒屏幕；路由节点电路板能对每个功能模块进行电源管理，便于降低整个系统功耗；路由节点单片机必须采用低功耗单片机；路由节点的电压输入需要适应较宽的电压范围。
终端节点电路板设计能使用目前市场上绝大部分的压力传感器，且内部带有数字校准芯片，可以对每一套终端节点由于分离元器件带来的偏差进行校准。
煤矿中的电磁干扰较大，为了调高测量精度，此方案设计必须把压力传感器与信号放大电路就近放置。且此方法可以把由传感器与放大校准电路组成的模块变为一个液压监测的一个标准化变送器。
2.1 放大电路部分设计
为了能更好的调配放大电路的带宽、放大倍率，放大器没有选择专用的仪表放大器而选择了四个独立的高性能放大器TI公司的OP4376，相对于普通的仪表放大器一般偏置电流在几十pA以上，输入偏置电压在几十微伏级别，OP4376有较低的输入偏置电流典型值0.2pA与输入偏置电压典型值5uV，可以对uV级的信号变动进行采集。且此运放的价格TI官网公布为1.4$，并不贵。经过实测此电路设计的输入采样精度能达到5uV。
2.2 电源部分设计
电源芯片采用的是MCP1252，为目前市场上用量较大的一款电源芯片，输入电压范围相对较宽，且属于无感式开关电源芯片，可以缩小终端节点的体积。效率相对也比较高。而且带有电源管理控制引脚，可以对终端节点的功耗进行有效管理进而降低整个系统的功耗。
2.3 校准电路设计
本文建议校准芯片采用一线制的数字EEPROM芯片，具体型号不再指导。
2.4 路由节点电路设计：
2.4.1 电源模块设计
整个系统输入电源由电池供电，电压比较稳定，考虑到电池在满电与低电压两种情况下压差较大，本文采用了宽范围的输入电源芯片TPS63060（输入电压范围2.5-12V），此电压范围能使用大量的本安电源。且此电源芯片的电流高达2.25A足够整个系统使用，即使是输入的电压降到2.5V级别。
本设计还采用了3个mos开关管对系统的不同终端节点的电源进行管理，在电源功率方面采用了信号控制与电源切断双重保护的方式来降低功耗。
2.4.2 接口电路
接口电路中有3个连接终端节点接插件，包括插头输入检测（插头第6引脚与第5引脚通过在插头上短路，进行判断终端节点的接通），对输入信号做了RC滤波与SMBD7000钳位保护处理。
在与ZigBee模块通信上采用了串口通信，此处不再做介绍。
整个系统的单片机采用TI公司的MSP430低功耗系列。此芯片有8路12位ADC输入引脚。可以利用此引脚直接对终端节点传来的信号进行模数转换。为了现场方便查看设置了两个按键开关（KEY1 KEY2）与6位8段数码管，可以通过软件编写实现现场的液压支柱压力检测、电池电压检测、RF通信连接等功能。
整个电路在设计中严格按照矿用本安电路设计，属于本安型电路，若再配本安型电池为系统供电后，本系统就可以变为本安型矿用液压支柱监测系统。此系统电路经过实际测试正常情况下整个系统功耗在mW级别，且经过15个月的测试未发现任何不良现象，完全能够使用到实际现场。
参考文献
第4篇：电源电路设计方案范文
关键词:波形发生器 SPCE061A 串行通信
1引言
波形发生器又叫信号发生器,在教学、试验、测控等各个领域都有着十分广泛的应用,而且随着现代电子通讯技术的发展,常常需要高精度,频率可方便调节且应用性强的波形信号发生器。而现有的波形发生器大多为单机操作型,通过按键来控制产生各种波形。在一些特殊的工作环境下(如高温高压,有辐射等),无法进行人工操作,无法满足特殊环境的工作需要。因此需要一种有效的方法来实现波形发生器的远程控制。借助PC机,结合串行通信技术可以用来实现对波形发生器的远程控制。本设计正是研究通过PC机来远程控制由SPCE061A 嵌入式芯片设计的简易数字波形发生器,该波形发生器能产生数字式的三角波、正弦波、锯齿波等频率可调的常用信号,应用于某些特殊的工作环境(如高温高压,有辐射等),给生产生活带来方便。
2 系统方案设计
波形发生器的实现方法通常有以下几种:(1)用分立元件组成的函数发生器,通常是单函数发生器且频率不高,其工作不很稳定,不易调试;(2)用集成芯片的函数发生器,可达到较高的频率和产生多种波形信号,但电路较为复杂且不易调试;(3)利用单片集成芯片的函数发生器,能产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试;(4)利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器,能产生任意波形并达到很高的频率,但成本较高。
本设计采用第三种方法,直接采用凌阳作为波形发生器。PC机作为远端控制端,通过PC的RS232串行接口与SPCE061A最小系统的串行接口相连,由PC直接控制波形发生器输出波形。其系统结构框图如图1所示。
图1 系统结构框图
3 系统硬件电路设计
系统硬件电路设计主要包括以下电路:单片机SPCE061A小系统、电源电路、滤波放大电路、键盘电路以及单片机SPCE061A与PC机的通信接口电路。
3.1单片机SPCE061A
SPCE061A[1]嵌入式芯片其内部采用总线结构,把各功能部件模块化地集成在一个芯片里,这样就有效地减少了各功能部件之间的连线,提高了可靠性和抗干扰能力。SPCE061A单片机的通用串行通信接口为标准全双工的通用异步接收器/ 发送器URAT 模块。UART的接收信号Rx发送信号Tx分别是SPCE061A嵌入式芯片的并行I/ O口IOB7和IOB10共用,属于B 口的特殊功能。SPCE061A嵌入式芯片内部集成了两路十位D/ A转换器,因此可以方便的输出电压信号。
3.2系统电源电路设计
SPCE061A内核电压要求为3.3V,而I/O 端口的电压可以选择3.3V 也可以选择5V。所以,可以具有两种工作电压:5V和3.3V。5V供电电压采用LM2575与ILC7660两片芯片构成的电路来产生,5V电压经过一个二极管DN4148进行电源定向,再通过LM1117-3.3进行DC-DC电压转换。在电源模块中通过三个电容进行电源稳压滤波,为单片机系统提供稳定的3.3V电源。电源模块中通过一个LED灯指示电源状态,当电源模块有通电时,LED灯点亮,反之,LED灯熄灭。3.3V电源电路如图2所示.。
图2 3.3V系统电源电路原理图
3.3滤波放大电路设计
滤波器是一种能使有用频率的信号通过而同时能对无用频率的信号进行抑制或衰减的电子装置[2]。在工程上,滤波器常被用在信号的处理、数据的传送和干扰的抑制等方面。由运算放大器和电阻、电容(不含电感)组成的滤波器称为 RC 有源滤波器。滤波器按照所允许通过的信号的频率范围可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。其中,低通滤波器只允许低于某一频率的信号通过,而不允许高于该频率的信号通过。高通滤波器只允许高于某一频率的信号通过而不允许低于该频率的信号通过。带通滤波器只允许某一频率范围内的信号通过而不允许该频率范围以外的信号通过。本设计采用二阶压控电压源低通滤波器,它由两节RC滤波电路和同向放大电路组成,此电路具有元件少、增益稳定和频带宽等特点。其电路原理图如图3所示。
图3 滤波放大电路原理图
3.4通信接口电路设计
虽然PC机与SPCE061A单片机都是采用异步串行通信,但是PC机和单片机的通信却不能够用电缆直接进行连接,原因是PC机RS232串口的电平标准和单片机的TTL电平不一致,PC机的电平是+12V,而单片机一般输入,输出电平都是+(0~5)V。因此单片机和PC机之间的串口通讯必须要有一个RS232/TTL电平转换电路。
4 系统软件设计
图4示出了PC控制界面图[3]。预输出波形栏可以显示输出波形的大概形状;通过波形选择按钮,可以任意选择正弦波、三角波、锯齿波这三种波形;通过频率选择粗调和微调,可以精确设置输出波形频率;串口和波特率栏用于设置单片机与PC机通信模式。
图4 PC机控制界面图
整个波形发生器的软件设计方案如图5所示,采用外部中断二来中断目前所显示波形,以便进入下一波形的编辑和输出,在波形输出的同时利用外部中断一来实现同步的频率调节。
图5 主程序流程图
本设计波形的具体产生是通过两路DAC来产生的。启动控制程序后,首先进行波形频率选择(粗调频率),波形频率的粗调是根据CPU的频率变换而变换的,SPCE061A单片机的32768Hz的实时时钟经过PLL倍频电路产生系统时钟频率(Fosc),Fosc再经过分频得到CPU时钟频率(CPUCLK)可通过对P_SystemClock单元编程来控制,这就为我们设计提供了丰富的CPU时钟选择。默认的Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。我们可以通过对P_SystemClock单元编程完成对系统时钟和CPU时钟频率的定义,改变设置将可提供多种频率选择。但由于SPCE061A芯片本身的性能,所产生波形的频率不会很高。然后选择要输出的波形。而由外部中断一实现的同步频率调节(微调频率),是通过改变抽取点的间隔及延时的改变来实现的。
5结语
在凌阳IDE集成开发环境下编程实现了锯齿波、三角波和正弦波的波形程序,并实现了和PC机远程通信串口程序,以及波形发生器的控制程序。最终能够通过PC机远程控制波形发生器输出锯齿波、三角波和正弦波三种周期性波形,并实现了波形频率和幅度调节功能。
参考文献
[1] 北阳电子公司技资室.凌阳单片机.2001.
[2] 何希才.新型集成电路及其应用实例.北京:北京科技出版社,2002.
第5篇：电源电路设计方案范文
伏安法测电阻是中考的常见题型，不过许多时候考题会把条件作些改动.最常见的两种情况是：变成了只有一个电流表或只有一个电压表，再加上其它已知条件(如一个阻值已知的定值电阻或一个已知最大阻值的滑动变阻器)，进行实验设计，完善实验步骤，最后根据实验设计的原理，求出未知电阻Rx的表达式.
下面分两种情况进行讨论：
第一种情况：只有一个电流表时测未知电阻Rx的阻值
1.题目：一个阻值为R0的定值电阻，电源、开关和导线若干，电源电压恒定，测量未知电阻Rx的阻值.
(1)实验方案1：电路图如图2所示，实验操作步骤如下：
①闭合S、S1，此时Rx被短路，读出电流表的示数I0；
②闭合S、断开S1，此时R0、Rx串联，读出电流表的示数Ix；
③求Rx的表达式.
由于电源电压恒定，所以I0R0=Ix(R0+Rx)
Rx的表达式为Rx=(I0-Ix)R0Ix.
(2)实验方案2：电路图如图3所示.与图2比较，图3是把开关S1并在了R0的两端，实验操作步骤与方案1完全一样，但测量的对象发生了变化,实验操作步骤如下：
①闭合S、S1，此时R0被短路，读出电流表的示数Ix；
②闭合S、断开S1，此时R0、Rx串联，读出电流表的示数I；
③求Rx的表达式.
由于电源电压恒定，所以IxRx=I (R0+Rx).
Rx的表达式为Rx=IR0Ix-I.
(3)实验方案3：电路图如图4所示，实验操作步骤如下：
①只闭合S1，读出电流表的示数I1；
②只闭合S2，读出电流表的示数I2；
③求Rx的表达式.
由于电源电压恒定，所以I1R0=I2Rx，
Rx的表达式为Rx=I1R0I2.
第三设计方案中，开关的断开、闭合有多种变化，Rx的表达式也会各不相同，所列举的是最简单的一种.
2.题目：一个已知最大阻值为R0的滑动变阻器，电源、开关和导线若干，电源电压恒定，测量未知电阻Rx的阻值.
电路图如图5所示，实验操作步骤如下：
①闭合开关S，把变阻器的滑片P移到a端，变阻器短路，读出电流表的示数I1；
②把变阻器的滑片P移到b端，此时变阻器R0全部接入，读出电流表的示数I2；
③求Rx的表达式.
由于电源电压恒定，所以I1Rx=I2(Rx+ R0).
Rx的表达式为Rx=I2R0I1-I2.
实际上，在图2、图3、图4、图5的四种电路设计中，当电流表与定值电阻R0串联或滑动变阻器移到阻值最大的一端时与电流表的串联，都是等效于起到了一个“电压表”的作用，是变化了的“伏安法”测电阻.
第二种情况：只有一个电压表时测未知电阻Rx的阻值
1.题目：一个阻值为R0的定值电阻，电源、开关和导线若干，电源电压恒定，测量未知电阻Rx的阻值.
实验方案1：电路图如图6所示，实验操作步骤如下：
①闭合S、S1，此时Rx被短路，读出电压表的示数U；
②闭合S、断开S1，此时R0、Rx串联，读出电压表的示数U0；
③求Rx的表达式.
步骤①读出的电压表的示数U就是电源电压，应用伏安法原理R=UI,
所以Rx的表达式为Rx=U-U0U0/R0=U-U0U0R0.
(2)实验方案2：电路图如图7所示.跟图6比较，图7是把电压表并在了Rx的两端，实验操作步骤与第一种设计完全一样，但测量的对象发生了变化,实验操作步骤如下：
①闭合S、S1，此时R0被短路，读出电压表的示数U；
②闭合S、断开S1，此时R0、Rx串联，读出电压表的示数Ux；
③求Rx的表达式.
步骤①读出的电压表的示数U就是电源电压，应用伏安法原理R=UI,所以Rx的表达式为Rx=UxU-UxR0=UxU-UxR0.
(3)实验方案3：电路图如图8所示，实验操作步骤如下：
①把电压表并联在R0的两端，闭合S，读出电压表的示数U0；
②把电压表并联在Rx的两端，闭合S，读出电压表的示数Ux；
③求Rx的表达式.
应用伏安法原理R=UI,
所以Rx的表达式为Rx=UxU0/R0=UxU0R0.
实际上，在图6、图7、图8的三种电路设计中，当电压表与定值电阻R0并联时，都是等效于起到了一个“电流表”的作用，是变化了的“伏安法”测电阻.
2.题目：一个已知最大阻值为R0的滑动变阻器，电源、开关和导线若干，电源电压恒定，测量未知电阻Rx的阻值.
电路图如图9所示，实验操作步骤如下：
①闭合开关S，把变阻器的滑片P移到a端，变阻器短路，读出电压表的示数U1；
②把变阻器的滑片P移到b端，此时变阻器R0全部接入，读出电压表的示数U2；
③求Rx的表达式.
第6篇：电源电路设计方案范文
【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.
【关键词】自动化控制系统；PLC技术；集成设计
【Keywords】automatic control system； PLC technology； integrated design
【中图分类号】F407.67 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0100-02
1 引言
在衡量一个国家生产力发展水平以及生产发展中，工业自动化水平是一个重要的指标，并且在工业自动化中，电气自动化是其重要的组成部分。在基于可编程控制器基础之上PLC技术的发展和生产，不仅仅克服了之前控制的许多缺点，还提升了电气自动化控制的水平，解决了甚多技术上的难题，有着较好的应用和推广前景。该研究中所提到的单片机选择变频器与PLC，方便用户管理，维修相对比较方便。为了较好地发挥PLC自动化控制系统所产生的积极作用，论文就从PLC自动化控制系统以及PLC技术优化设计的基本论述出发，对基于PLC技术的自动化控制系统的集成设计展开讨论。
2 PLC自动化控制系统以及PLC技术优化设计
2.1 PLC自动化控制系统
每一种控制系统所进行的优化设计都是为了更好地提升自动化生产的效率和质量，更好地满足被控制对象的基本工艺要求，然而在PLC自动化控制系统中，不仅要遵循优化设计的原则，还需要依据一定的生产工艺要求[1]。
2.1.1系统安全性的保证
在控制系统进行优化的设计过程中，应该保证可靠、安全这一条主线，在保证不断提升PLC自动化控制系统质量以及效率的过程中，保证系统的使用可靠性和安全性。
2.1.2 被控制对象基本工艺要求的满足
优化设计最基本的原则，就是要最大限度地满足被控制对象的基本工艺要求。在PLC自动化控制系统进行优化设计之前，就需要先进行必要的调查研究，关于控制系统的重要应用环境和基本用途，将相关的数据资料进行整理和搜集。详细地优化设计方案的形成就需要有专业的设计人员并做好准备工作。协同各方面的关系积极解决设计过程中出现的问题。
2.1.3 生产效率的提升
在PLC自动化控制系统的优化设计中，生产效率的提升就是其目的，这样的过程还需要在许多工艺的改进和生产路线伴随之下进行。所以在选择PLC容量的过程中，紧密地联系实际，为日后优化改造留有一定余地，并确定合理的容量。
2.1.4 优化设计方案的优化
对于PLC自动化控制系统而言，为了使基本的使用功能不受影响，就需要在最大的可能之下优化PLC自动化控制系统的优化设计方案。为了实现合理而且经济简便的优化设计方案，就需要达到更佳的控制效果并进行更为简单的设计。
2.2 PLC技术
所谓的PLC技术，就是一个关于可编程控制器的简称，自身的计算机技术的一种表现，也是在计算机基础之上发展而来的一种全新的技术，而且这样的技术日趋成熟，也为电子自动化生产创造出了一种具有较强专业性的自动化控制器，不断地被应用在电气自动化控制中。实现电气自动化的控制实现，就需要按照不同用户的需求，依据既定的顺序和命令进行处理，通过相关的软件进行控制。与传统的电气自动化控制系统进行比较，PLC控制系统进行连接只需要通过相关的软件，以及较少的接线量，通常情况下其他的线路是不需要实际线路连接的。另外，还可以依据既定的程序，将这种系统所涉及的信息存储、处理以及获取进行。
3 PLC自动化控制系统的集成设计
相较于传统的电气自动化控制系统而言，其需要通过多种连接线才可以将处理和连接实现，从而消耗较多的财力、物力以及人力，还不能够积极地促进高效维护和统一管理，各式各样的障碍对系统的正常运行产生着严重的阻碍。然而，随着时间的发展，在先进的计算机控制技术以及电气自动化控制技术的基础之上所发展开来的PLC自动化控制系统，已经在许多的领域被积极地运用，并且自身迅速地发展[2]。
3.1 集成设计之软件设计
在PLC 控制系统的设计上，首先要设计出电源回路（见图1）。选用80 至240VAC 的电源作为PLC 的供电装置。由于适用于PLC 的电源较多，其对电源的适应范围较广，因此在安装电源时要加装电源净化元件，以此来达到抗干扰的目的。抗干扰元件选择1：1 的隔离变压器、电源滤波器等装置。按照控制要求将工艺流程图转化成梯形图，这就是软件设计的主要任务，也是PLC应用最关键的问题，并且软件设计的具体表现就是程序的编写。在控制工程的应用中，优秀的软件设计方便工程技术人员对系统进行日常的维护以及系统调试。生产过程控制复杂程度不同，模块化程序以及基本程序的结构分类也不同。
3.2 集成设计之硬件设计
3.2.1 硬件设计之PLC自动化控制系统的输出电路设计
在对于输出电路进行设计的时候，做好相关的电路设计准备工作，就需要按照基本的生产工艺要求进行，通过晶体管将输出电路所需要的各式频器的调速和控制以及指示灯输出，需要晶体管作为支撑的，最主要的就是频率过高的PLC控制系统。通过继电器输出，说明其有着过低的频率，不仅设计简单还可以提升系统的负载能力。
3.2.2 硬件设计之PLC自动化控制系统的输出电路设计分析
对于PLC自动化控制系统的输入电源而言，AC85-240V就是通常情况下供电电源的电压，有着比较多的应用和比较广的适用范围。在电源上面安装必要的电源净化原件，更好地减少外界环境对电源的干扰，隔离变压器和电源滤波器就是最主要的。我们所引入的双层隔离技术，就是在隔离变压器的使用过程中引入的，可以通过屏蔽层减少高低频脉冲的干扰。
4 结语
PLC作为一种电子操作系统，专门在工业环境下进行，使用时可以在没有任何保护措施的情况之下。当有着电磁干扰以及过分恶劣的工作环境的时候，就会有整个系统或者设备失灵的现象发生。所以将PLC自动化控制系统进行进一步的优化设计就成为了必要选择。PLC自动化控制系统的优化设计以及集成设计，是一个非常系统化的工程，为了实现最优化的设计，就需要在反复的设计和实践过程中对其进行不断地优化和总结，优化其集成设计。
【参考文献】
第7篇：电源电路设计方案范文
关键词：高性能数字信号处理器；swift designer；电源设计；TPS54312
中图分类号：TN79 文献标识码：B
文章编号：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
随着近年来芯片制造技术的不断发展，以及市场对高性能数字信号处理器的需求，新的功能更强，速度更快，功耗更低的数字信号处理器(DSP)产品不断推出，给电路设计带来了极大的方便。但与此同时，这些高性能器件的使用对供电模块的设计提出了更高的要求。高效、稳定、满足上电次序的供电模块设计具有重要意义，将直接影响整个系统的稳定，甚至整个系统的实现。
当前，DSP、FPGA等芯片的供电方式主要有3种：采用线性电源芯片，采用开关电源芯片，采用电源模块。这3种方式的一个总体对比如表1所示。
线性电源的基本原理是根据负载电阻的变化情况来调节自身的内阻，从而保证输出端的电压在要求的范围之内。由于采用线性调节原理，瞬态特性好，本质上没有输出纹波。但随着输入输出电压差的增大或是输出电流增加，芯片发热会成比例增加，因此线性电源要求有较好的散热处理控制。线性电源的输入电流接近于输出电流，它的效率(输出功率/输入功率)接近于输出/输入电压比。因此，压差是一个非常重要的性能，因为更低的压差意味着更高的效率。LDO线性电源的低压差特性有利于改善电路的总体效率。线性电源对电流输入较小的应用系统提供了一种体积小、廉价的设计方案。
开关电源利用磁场储能，无论升压、降压或是两者同时进行，都可以实现相当高的变换效率。由于变换效率高，因此发热很小，散热处理得以简化。又由于是开关稳压器电源， 与LDO线性电源相比，DC/DC调整器输出纹波电压较大、瞬时恢复时间较慢、容易产生电磁干扰(EMI)。要取得低纹波、低EMI、低噪声的电源，关键在于电路设计，尤其是输入/输出电容、输出电感的选择和布局。因此在三种电源设计方案中，开关电源的设计要较另两种电源设计方案复杂。但由于开关电源设计灵活，耗热小，成本也较低，在系统电源模块设计中，仍不失一种较好的选择。
电源模块原理上讲是个开关稳压器，效率非常高。相对于普通开关稳压器，它的集成度更高，只需要一个输入电容和一个输出电容即能工作，设计简便，适合D要求开发周期非常短的应用。
2 芯片选型和功能介绍
由于ADSPTS101信号处理部分仅是整个系统的一个子部分，结合其他部分的供电要求，FPGA芯片采用ATERA公司的EP1C12F324，IO电压3.3 V，内核电压1.5 V，ADSPTS101的IO供电压3.3 V，内核电压1.2 V。其中EP1C12F324对上电次序的要求并不是太严格，电源设计较为简单，采用AS2830-1.5电源芯片即可达到要求。而ADSPTS101对上电次序有较为严格的要求，当上电次序没有达到要求时，既使上电后进行复位初始化后，初始状态仍然可能不对。因此，系统电源部分设计的重点在于满足ADSPTS101的上电要求。当然，采用电源模块，如PT6944芯片可以满足设计要求，但基于开关电源和电源模块的比较优势，本系统采用开关电源进行设计。采用的电源芯片为TI公司的TPS54616和TPS54312。
TPS54616是一款TI公司推出的适合DSP,FPGA,ASIC等多芯片系统供电的电源芯片，是一款低电压输入、大电流输出的同步降压DC/DC调整器， 内含30MQ、12 A峰值电流的MOSFET开关管，最大可输出6 A电流。输出电压固定3.3 V，误差率为1%。开关频率可固定在350 kHz或550 kHz，也可以在280 kHz到700 kHz之间调整。另外，它还具有限流电路、低压闭锁电路和过热关断电路。
TPS54312也同样是TI推出的一款低电压输入，大电流输出的同步降压DC/DC调整器。所不同的是，TPS54312对于连续3 A的电流高效输出，集成的MOSFET开关管为60MQ，同时其固定电压输出为1.2 V。
另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化设计，减少了元件数量和体积，因此，可广泛用于低电压输入、大电流输出的分散电源系统中。
TPS54616和TPS54312功能管脚定义类似，其引脚封装分别如图1所示。
以TPS54616为例，简述各引脚功能，TPS54312对应命名相同的引脚功能相似。
AGND：模拟地；BOOT：启动输入，应和PH脚间连接一个0.02~0.1 μF的电容；NC：不连；PGND：电源地，使用时与AGND单点连接；PH：电压输出端；PWRGD：当VSENSE>90%参考电压时，输出为高阻，否则输出为低电平，利用这点，可用于I/O口电压和内核电压的控制，设计出符合要求的上电次序；RT：频率设置电阻输入，选择不同的阻值连接，可设置不同的电源开关频率；SS/ENA：慢启动或输入输出使能控制；FSEL：频率选择；VBIAS：内部偏压调节，与AGND间应连接一个0.1~1 μF的陶瓷电容;VIN：外部电压输入;VSENSE：误差放大反馈输入,可直接连到输出电压端。
3 电路设计
在Protel中搭建原理图，如图2所示。
设计主要考虑了输入滤波、反馈回路、频率操作、输出滤波、延时启动等问题。
3.1 输入输出滤波
两电源芯片输入电压均为5 V，为有效虑除输入电源中的高频分量，输入端均接一个10 μF的旁路电容。同时，为减少输入纹波电压，各接入一个100 μF和180 μF的滤波电容。经过这样的组合滤波，可以得到一较为干净的输入电源。
在输出端，为了得到质量较好的输出波形，输出滤波网络由一个4.7 μH电感及一个470 μF和1 000 pF的电容组成。
3.2 反馈回路
TPS54312上为直接反馈，经过滤波输出后的电压直接连接到VSENSE上，TPS54616加上一个反馈电阻，作用其实是相同的，都是直接反馈。
3.3 开关频率设计
如果让RT脚空接，FSEL接地或接在VIN上，则开关频率为350 kHz或550 kHz。如果采用外接电阻进行开关频率选择，有计算阻值的公式为：R=500 kHz/选择的开关频率×100 kΩ。设计中选用开关频率700 MHz，计算得应接电阻阻值为71.5 kΩ。
3.4 延时启动
两芯片均有慢启动和输出输入使能控制功能。通过在脚SS/EN上连接不同容值的电容，可以获得不同的慢启动时间。尽管有专门的计算公式可以进行计算，但这里设计可以利用TI为专门电源设计推出的软件swift designer，可以为设计提供很大的方便。swift designer提供一系列的电源芯片支持设计，包括对TPS54312和TPS54616的支持。
在swift designer中设置参数，然后按“GO”，软件即能自动按照要求的参数选择电源芯片和搭建好电路。设参数为：输出电压1.2 V，输出电流3 A，输入最小电压4.8 V，最大5.2 V，慢启动时间3 ms，开关频率700 kHz。软件可以自动生成电路图，软件自动选择的电源芯片是TPS54312，同时电路已经连接好。
同样修改参数，输出电压3.3 V，输出电流6 A，输入最小电压4.8 V，最大5.2 V，慢启动时间6 ms，开关频率700 kHz。同样，这时软件自动生成5 V转3.3 V的电路图(略)。
在swift designer软件的帮助下，使设计变得灵活和简便。要获得正确的上电次序，设计中还应做一些调整。将TPS54312的PWRGD脚接至TPS54616的SS/ENA脚，如图2中原理图所示，同时接成上拉状态。这样，只有当TPS54312输出电压大于 1.2 V*90%时，脚PWRGD输出为低，从而使能TPS54616，产生3.3 V的电压输出，从而获得正确的上电次序要求。在TPS54312输出电压没有达到要求时，TPS54616被上拉，不能产生3.3 V输出。这样通过慢启动时间的设置和对使能端引脚的控制两重保险，可以完全确保正确的上电延时和上电次序。同时，我们可以根据不同芯片对上电延时和上电的次序进行灵活调整，满足上电要求。
4 仿真分析
swift designer软件还提供了初步的仿真分析，能直观地给出分析表，循环响应图，输入电压抖动的影响图，效率图和PCB布线图。下面是一系列相关仿真分析。
从仿真可以看出，设计所采用的电源转换具有较高的转换效率，同时由于输入抖动而带来的影响也在系统可接受范围之内，加上电容滤波后，输出电压纹波效果还会有所改进。由于软件没有对上电次序的先后给出直观仿真，但通过对两电源芯片慢启动时间的设置先后和使能端的控制，系统上电次序得到了较好保证。
5 结 语
供电模块设计对整个系统实现和系统良好运行意义重大，尤其对一些特殊供电要求的高性能器件而言更是如此。在电源模块的设计中，要综合考虑系统要求，设计灵活性，实现难易程度，成本、效率、封装等相应因素，从而做出全面的、折衷的考虑，以寻求最佳的设计方案。经过在雷达信号处理板上的实际应用，设计满足各项电压、电流和功耗要求，同时由于采用较好的上电次序设计，保证了ADSPTS101的内核先于IO上电，从而使整个系统稳定性和可靠性得到了较好保证。
参 考 文 献
［1］韩江涛,胡庆生,孙远.基于TPS54610的FPGA供电模块设计［J］.电子技术应用,2006,32(10):114-117.
［2］高可靠DC-DC电源模块［J］.国外电子元器件,2003(8):78.
［3］童刚,裴昌幸.DSP的双电源解决方案［J］.电子工程师,2002(11):19-21.
［4］黄天戍,霍鹏.基于DSP+CPLD的新型智能监测系统设计与开发\[J\].微计算机信息,2006(8Z):182-184.
［5］Designing with the TPS54311 through TPS54316Synchronous Buck Regulators［P］..2007.
\[6\]Switchmode-Power Supplies Reference Manual and Design Guide［P］..1999.
作者简介
杨 进 男，1983年出生，硕士研究生。主要从事FPGA、DSP结合信号处理的应用开发工作。
邱兆坤 男，1977年出生，副教授，博士。主要从事雷达信号处理，时频信号分析。
第8篇：电源电路设计方案范文
关键词：GSM模块；设计方案；系统硬件；核心器件
随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。目前，电子密码防盗锁用密码代替钥匙，从根本上解决了普通门锁保密性差的缺点。新颖的多功能电子锁，集电子锁、防盗报警器等功能于一身，而且还具有定时器呼唤，断电自动报知，显示屋内有无人和自动留言等诸多附加功能。多功能电子密码锁以其新颖的功能，低廉的价格，必将受到广大使用者的欢迎。本设计的电子密码防盗锁利用串行E2PROM存储器，将设置的密码存入E2PROM中，从而克服了旧式电子密码锁电路断电后所设置密码丢失的缺点。另外，该锁还具有报警等辅助功能，是典型的机电一体化产品。
一、本设计所要实现的目标
本设计采用单片机作为主控制器，当电路通电后，单片机首先检测外部数据存储器24C02芯片是否存有密码，如果没有的话，则把初始密码“123”存入外部数据存储器，再检测外部数据存储器是否键入手机号码，如果没有，则提示用户输入目标手机号码。检测完密码和手机号码后单片机就开始检测模块。首先检测GSM模块是否上电，待GSM模块上电后检测模块是否插入SIM卡，并发送字符格式命令，设置TE字符格式为UCS2格式。检测完毕后，模块自动向目标手机发送“模块已上线！”的短信内容，告知用户系统处于正常运行状态。信息发送完后，系统进入授权码输入状态，液晶显示“请输入授权码！”提示我们输入授权码。为了提高安全性，系统授权码的输入并不是简单的数字输入，而是汉字、数字、字母、标点符号结合的输入，打破了传统的密码设计输入，提高了安全性。当系统工作时，用户通过按键输入授权码，按下“确认”键后，单片机将输入密码与设定密码进行比较，若密码不正确，则向目标手机号发短信，提醒用户。若用户同意授权，则系统发出开锁信号，将锁打开；若密码不正确，系统就提示用户，要求重新输入。重新输入次数不能超过3次，若3次输入都不正确，则发出报警信号，并且每次输入都会通过短信的形式向用户手机实施报警。锁打开后可通过按下“修改/重置”功能键，重新设置新密码或目标手机号，但必须经过授权才可修改。
二、总体设计方案
本系统采用以51单片机为核心的控制方案，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加声光提示功能甚至还能添加掉电存储和遥控控制功能等，能在很大程度上扩展功能，方便对系统进行升级。主要由单片机控制电路为核心，包括液晶显示电路、I2C（即断电不掉密码集成块）、TC35i模块、独立式键盘、光敏二极管控制电路、电源电路、功放电路等部分的设计。电子密码锁的设计主要是要通过独立式键盘输入密码，经过单片机以及一些电路对键盘输入的键码信号进行加密、识别处理，再与内部预定的密码进行对比判断，若密码不相符就发出声光报警。
三、系统硬件设计
系统硬件的设计主要就是电路的功能单元设计以及选择电子元件，主要有开锁机构电路设计、按键电路设计、密码锁的电源电路设计、掉电存储系统电路设计以及总体电路图的设计，这些电路图的设计主要是应用所学过的Protel软件，根据设计方案画出实际电路图，再通过调试、检测电路是否可行方可使用。
四、系统软件设计
系统软件设计主要就是对51单片机的使用，了解51单片机的基本特点，根据电路图对电子密码锁要实现的功能进行编程，只有在程序编好的情况下，51单片机核心才能够对硬件进行控制，所以说只有设计好了系统软件，也就是整个电子密码锁的核心系统，整个系统才可以使用，软件设计是基础也是根本。
五、核心器件的介绍
1.芯片ATMEL89S52的介绍：
AT89S52单片机是美国ATMEL公司的，它与Intel公司MCS-51系列单片机兼容，采用CMOS工艺制造，节电性能好。AT89S52提供了以下的标准功能：片内含8KB字节的可重编程闪速存储器E2PROM和256字节的内部RAM、32位I/O引线、3个16位定时器/计数器、1个6向量2级中断结构、1个全双工串行口、1个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。另外还具有低功耗空载的特点和掉电保存方式供选用。20脚双列直插封装也能达到体积的要求，是对嵌入式控制应用提供的一个高度灵活和成本低的解决方案。控制系统的设计充分利用了AT89C2051的上述优点和功能，加以必要的辅助硬件电路。
2.GSM模块介绍
目前，在远程监控领域，SMS是广泛采用的通信方式，其作为GSM网络的基本业务，得到越来越多的系统运营商和开发商的重视。基于SMS业务可开发出多种极具发展前景的应用。本设计采用的是西门子TC35系列的TC35i。这种无线模块在功能上与TC35i兼容，设计紧凑，大大缩小了电路的体积。
3.外部程序存储器W29C011
W29C011A是台湾Winbond公司生产的128k×8bitsCMOS闪速存储器芯片，共有32个引脚，有DIP、SOP、PLCC 3种封装结构。该芯片在5V电源的系统中可以在线编程和擦除，不需要外加专门的编程电压，读写操作方便。
参考文献：
[1]刘志平.电子密码锁.投资指南，2006（16）：55.
[2]李明喜.新型电子密码锁的设计.机电产品开发与创新，2004，17（3）：40.
[3]王宽仁.可靠安全的智能密码锁.电子技术应用，2005（16）：33.
第9篇：电源电路设计方案范文
关键词：TMS320F28335； 浮点型； 动态范围； 数字信号处理器
中图分类号：TN71034； TP368文献标识码：A文章编号：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
基金项目：高层次人才科研启动基金项目（11GK55）TMS320F28335是TI公司最新推出的32位浮点型DSP，可直接参与浮点型数据的运算，无需Q格式的转换，其主要特点为：高性能的静态CMOS技术，在最高为150 MHz振荡频率下，指令周期为6.67 ns；高性能的32位CPU,单精度浮点运算单元（FPU），采用哈佛总线结构，能快速中断响应和处理，并有统一的存储器规划，可用C/C++语言实现复杂的算法；控制时钟系统具有片内振荡器和看门狗定时器模块，支持动态改变锁相环（PLL）的参数值以改变CPU的输入时钟频率；8个外部中断，相对于TMS320F281x系列DSP，无专门的中断引脚；支持58个外设中断的外设中断扩展寄存器（PIE），管理片上外设和外部引脚引起的中断请求；增强型的外设模块；12位A/D转换器，可实现16通道的数据转换；88个可编程的分时复用GPIO引脚；低功耗模式，1.9 V或1.8 V内核，3.3 V I/O供电［12］。设计一个集这些优点于一身的DSP开发系统，对于初学者和开发人员有着重要的意义。本文首先分析和对比DSP电源设计方案，选择合适的设计方案并详细介绍；然后设计存储器扩展电路，并给出其存储范围；通过对比时钟电路的各种实现方案，择优选择适合于该系统的时钟电路并详细介绍；最后给出复位电路的设计方法和提高硬件抗干扰能力的措施。
1系统电源设计
TI公司的DSP系列一般都有独立的内核和I/O电源。因为在DSP在系统中要承担大量的数据计算，在CPU内部，部件的高频率的转换会使系统功耗大大增加［3］。所以采用双电源的供电方式，F28335一路为I/O提供3.3 V电压，另一路为CPU内核提供1.8 V或1.9 V电压，这样可大大降低系统的功耗。
电源设计方案一：两路电源独立设计，其优点是调试方便且互不干扰，缺点是不能适合某些对上电次序有要求的DSP，成本较高。
电源设计方案二：采用TI公司的双路低压差电压调整器。TPS767D3xx系列电压调整器是TI公司为DSP开发的电源管理芯片［4］，通过简单的设计，可以适合某些系列DSP内核与I/O电压的上电顺序问题。
本设计采用方案二，利用TI公司的双路低压差电压调整器TPS767D301。它的特点是：带有可独立供电的双路输出，一路固定输出为3.3 V，另一路可以在1.5～5.5 V调整，每路输出电流范围为0～1 A；电压差大小与输出电流成正比，且在最大输出电流为1 A时，最大电压差仅为350 mA；超低的静态电流85 μA，器件无状态时，静态电流仅为1 μA。
TMS320F28335对内核和I/O的上电顺序没有要求，可以同时上电，使得电源电路大大简化。具体电路如图1所示。
图1系统供电电路TPS767D301的输出端1OUT的电压由式(1)确定：Vo=Vref(1+R1/R2)(1)式中：Vref =1.183 4 V为电压调整器的内部参考电压；R1和R2的取值应保证驱动电流近似为50 μA。如果电阻过小，会使电流过大，消耗电力；如果电阻过大，FB引脚会出现电流脉冲尖峰，会使输出电压波动［5］。典型电压输出时，R1和R2的取值如表1所示。
表1典型电压输出取样电阻取值
输出电压 /VR1 /kΩR2 /kΩ1.918.230.12.533.230.13.353.630.13.661.930.14.7590.830.1
为了提高输出电压的稳定性，模拟电源与数字电源之间通过铁氧体磁珠和电容进行滤波，铁氧体磁珠具有可以忽略的寄生电容，电气特性和一般的电感相似，这样可以减少来自模拟电源或其他并联电路所产生的噪声生干扰。
2系统RAM扩展
在TMS320F28335的片上已经集成了34 K×16 b的RAM，且内部RAM的访问速度可达150 MIPS，通常用于放置系统对运算速度要求较高的程序。F28335的片上还集成了256 K×16 b的FLASH，但由于FLASH烧写次数有限，而且烧写速度慢，操作麻烦。使用外扩RAM后，仿真时程序可以放入外扩RAM中运行，程序长度不受限制，这样程序的设计和调试就非常方便。在调试完成后通过修改.cmd文件等方法将程序烧进FLASH中运行。同时，外扩RAM还可以开放给其他任务。外扩RAM选用ISSI公司的IS61LV25616，存储容量为256 K×16 b，3.3 V的供电电压。使用区间6作为外扩存储区间，存储地址范围为0x100000～0x13FFFF。由于IS61LV25616的访问速度有8 ns,10 ns,12 ns,15 ns可选择，而当CPU运行在150 MHz时，地址和数据的最小有效时间为3个时钟周期，即20 ns，所以不用考虑时序问题［6］。存储器的地址线和数据线分别对应DSP的地址线和数据线，片选端CS和DSP的GPIO28连接，存储器的读/写端口分和DSP的读/写端口连接，具体电路图如2所示。
图2存储器扩展电路3时钟电路设计
TI的DSP时钟电路分为三类：晶体电路、晶振电路和可编程时钟电路。其中时钟电路如图3所示。
图3内部时钟源其特点是：结构简单，但频率范围较小，一般为20 kHz～60 MHz，驱动能力较弱。晶振电路利用外部独立的时钟源给系统提供时钟。其特点是：频率范围较大，一般为1 Hz～400 MHz，驱动能力强，可为具有相同时钟的多DSP系统使用。可编程时钟电路可以为外设提供不同的时钟，适用于不同时钟源的系统使用，频带宽度可达［7］200 MHz。F28335的外部时钟可以有两种输入方法，如图4～图5所示。
图41.9 V外部时钟源图53.3 V外部时钟源该设计使用1.9 V的外部时钟源晶振电路，如图6所示。其中，100 Ω电阻用来衰减外部杂波的干扰，提高时钟波形的质量，SN74LVC1G14是单路施密特反向触发器［8］。
图6晶振电路4复位电路设计
复位电路是在系统上电或程序跑飞时对系统自动或手动的初始化。该设计采用TI公司推出的三端监控芯片TPS3307系列来实现系统初始化和电源监控功能［9］。TMS320F28335采用1.8 V或1.9 V内核电压，3.3 V I/O电压。利用TPS330718来实现对系统的自动和手动复位。SENSE1,SENSE2和SENSE3管脚分别对3.3 V I/O电压、1.8 V内核电压和3.3 V模拟电压监控。手动复位MR引脚接至复位键，当按下时RESET变为低有效，实现手动复位的功能。具体电路如图7所示。在上电期间，当电源电压高于1.1 V时，RESET开始有效，然后开始监控SESEN输入管脚的电压。当SENSE1，SENSE2和SENSE3分别低于门限电压2.93 V，1.68 V和2.5 V时，TPS330718的RESET向F28335发出低电平复位信号，实现自动复位的功能。
5结语
基于DSP开发系统的PCB设计对最终系统的性能有着重要的影响。特别是对于DSP，管脚多且管脚间的间距小，导致布线时线间距受到限制，容易受到干扰。为了有效抑制干扰，在布局时输入时钟应尽可能靠近DSP，使其输入线路尽可能短，并使晶振外壳接地；为了减小芯片上的电源电压瞬时过冲，在电源的输入端使用去耦电容；电源是系统的主要干扰源，使用旁路电容及去耦电容来尽量减小电源对系统的影响。在设计中，可以利用0.1 μF的电容来避免内在的振动和高频噪声，利用10～100 μF的旁路电容减小电压输出的脉动［10］。基于以上考虑，DSP开发系统才能够稳定可靠地运行。
图7复位电路参考文献
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