电源设计流程精选(九篇)

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第1篇：电源设计流程范文

关键词：水电站；混凝土；制冷系统；预冷系统；设计措施；建筑工程 文献标识码：A

中图分类号：TV544 文章编号：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作为一种常用的建筑材料，在浇筑后会有大量的水化热释放出来，导致混凝土结构内部温度升高，使混凝土体积膨胀。而表面混凝土由于凝结快、散热快，当内部温度下降后体积收缩后容易出现收缩裂缝，为了避免出现混凝土裂缝，温控方法是一种比较有效的方法。尤其是在气温比较高的季节，自然条件下混凝土的出机温度会超过施工中的限制温度，此时就需要采取相应的人工降温措施对骨料进行预冷，在拌和过程中加冰、加冷水等。由于工程情况和自然情况存在一定的差异性，因此在设计制冷工艺时，需要在以往经验的基础上，从多方面进行对比和分析，在满足技术要求的基础上追求设备和费用的最小化。

1 工程概况

加查水电站骨料加工系统及混凝土生产系统工程主要承担加查水电站导流工程和主体工程的混凝土供应以及其他O施所需要的少量成品骨料及混凝土供应。加查水电站骨料加工系统需满足混凝土高峰月平均浇筑强度约9.6万m3的粗细骨料供应需求，系统毛料处理能力约1000t/h，成品骨料生产能力约800t/h，其中成品砂生产能力约240t/h。骨料加工系统承担整个工程混凝土骨料的生产任务，供应成品骨料总量不小于570万t。混凝土生产系统混凝土生产总量约236万m3，其中导流工程约44.7万m3，主体工程约191.3万m3，其中高温季节需要预冷的温控混凝土约96.21万m3。

2 混凝土制冷系统设计原则

通过多年混凝土制冷设计经验，此次施工中采取如下施工流程进行操作：按照骨料楼上风冷、加冰、加冷水拌和的顺序进行施工，保证了混凝土出机口温度符合施工实际所需。结合类似电站工程的施工经验，并综合权衡现场施工特征，得知只需设置一个制冷车间即可满足两台拌和楼运行所需，而且在一定程度上还能提高制冷系统的预冷效果。将氨压机与拌和机布置在一起一方面可提高设备的这行效率，延长设备的使用年限；另一方面也能为施工人员创设安全的作业环境。

考虑到混凝土生产系统施工流程复杂、规模大、施工难度大等特征，所以选取行之有效工艺技术对提高施工质量具有可靠的保障。在选择混凝土制冷系统中应遵循以下原则：（1）结合工程所需，合理明确制冷容量；（2）在制冷设备的选择中，应挑选性能稳定、功率合理的先进设备；（3）制冷设备的安放应综合权衡施工场地的实际特征，以方便工程施工的基础上，尽可能减少占地面积；（4）所需材料应从正规厂家处购买，进场前必须经过全面检查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成设备的现场安装工作。混凝土原材料物理热学性质见表1。该系统设计以气温最高的7月份多年月平均气温、多年月平均水温及混凝土各原材料配比为依据进行计算，其相关参数如下：（1）高温月多年月平均气温16.4℃；（2）高温月多年月平均水温20℃；（3）片冰潜热利用率90%；（4）混凝土拌和机械热1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生产砂）6%。

本混凝土系统的温控混凝土主要分为两种类型，若在高温季节施工，由于外界环境温度较高，因此对拌和楼的出机口温度较为严格，要选择温度在10℃以下的混凝土42.7万m3，最大级配为四级配2万m3；选择温度在14℃以下的混凝土约53.51万m3，只针对粗料在楼上料仓进行风冷工艺。

对温度在10℃以下的温控混凝土主要采取风冷、冷水、冰的预冷工艺流程，先将粗骨料温度进行冷却，使其从16.4℃平均冷却到9.0℃，拌和用冷水的温度为4℃，冰预冷温度在-5℃。通过计算得知每方混凝土中应加入20kg左右的片冰。

对温度在14℃以下的混凝土，对粗骨料进行风冷处理，主要在拌和楼料仓内完成，使其从16.4℃平均冷却到9.0℃。粗骨料拌和过程中，不管是制冷车间或者是输冰设备等均应做好保温处理，控制在3℃～6℃为宜，以避免混凝土物料温度的回升，影响施工效果。

3 预冷系统

3.1 预冷系统车间的布置

结合三峡、龙滩、索风营等电站工程的施工经验，并综合权衡现场施工特征，得知只需设置一个制冷车间即可满足两台拌和楼运行所需，而且在一定程度上还能提高制冷系统的预冷效果。将氨压机与拌和机布置在一起一方面可提高设备的用行效率，延长设备的使用年限；另一方面也能为施工人员创设安全的作业环境。制冷车间为三层钢架结构，将制冷车间布置在一定高度的平台上，与拌和楼相邻。

一台车间需设置四台制冷量达到100万kcal/h的螺杆制冷压缩机组以及一台制冷量为50万kcal/h的螺杆制冷压缩机组，预冷系统车间所需要的设备如下：制冷空间一层主要设置有四台型号为WN-500的卧式冷凝器，四台型号为ZA-8的高压贮氨器，一台型号为CNF40-200氨泵，一台型号为LZL240螺旋管式蒸发器，四台冷却循环水泵，两台冷水输送水泵，四台型号为DX-12的低压循环贮液器。在制冷空间的二层分别设置了两套30T冰库与气力输送装置。在制冷空间的三层设置有四台产量为60T/d的片冰机。为了满足制冷车间冷源需求，需设置两台拌和楼风冷骨料，为车间提供所需冷源。此外，还需在每台拌和楼上设置四台空气冷却器与离心风机，满足设备运行所需。

3.2 预冷系统工艺流程

3.2.1 系统骨料风冷。粗骨料从胶带机部位流出后被运送到拌和楼指定的料仓内进行风冷处理。拌和楼料仓一共由四个料仓组成，可分别存放四种类型的骨料。料仓自上而下一共分成三个区域：（1）进料区，骨料主要从该区域进入到拌和楼的料仓中；（2）冷却区，该区域主要是对粗骨料进行冷却处理的区域；（3）储料区，经冷却处理完成的骨料会运送至该区域暂时存储起来，以备后期使用所需。冷风从下到上通过骨料，骨料会根据用料速度按照一定的顺序进行流动，借助风冷这一环节可确保骨料降至设计所需。待冷却完成的骨料经称量后进入拌和机中进行拌和处理。粗骨料经由胶带机送至筛分楼中进行冲洗，将骨料中的杂物彻底清除干净后进入到调节料仓内，调节料仓一共有三个分料仓，用于生产三级配的混凝土。在生产二级配混凝土时，可在大石料仓内存储中石，每个料仓也分为三分区域，即进料区、冷却区与储料区。通常情况下，在冷却区内专门设置有配风装置，这样可确保冷气均匀扩散与骨料进行热交换。冷风主要从冷却区的底部进入，与骨料流向相反的方向逐一穿过骨料区，对骨料进行迅速冷却，待温度降至所需终温时进入储料区。

3.2.2 二次风冷骨料工艺流程。在调节仓内将已完全冷却的骨料经由胶带机运送至搅拌楼骨料仓内，进行二次风冷。搅拌楼的特大石骨料仓分为三个区域，即进料区、冷却区、储料区。冷风循环顺序与一次分冷完全相同，将满足设计终温的骨料经过称量后运至集中生料斗中。

3.2.3 冰系统。制冷车间内专门设置有冷系统，冷系统主要由两部分组成：（1）片冰机；（2）冰库。片冰机置于冰库之上，由片冰机所生产出来的片冰落入贮冰库中贮存起来，经由气力输冰装置送至拌和楼上的调节冰仓，借助调节冰仓下的螺旋输送机将其运送至拌和楼中，称取一定重量后送入集料斗中。冷系统中的冷源主要由氨制冷系统提供，拌和中所使用到的4℃低温水由氨系统通过螺旋管蒸发器生产，借助泵运送到拌和楼的水箱中。生产的片冰直接落入到具有隔热效能的冰库中，片冰在冰库内会被冷却干燥。冰库有两方面的作用：（1）可有效调节片冰产量与拌和楼冰量分布的不均匀性；（2）可提高冰机生产的效率。片冰通过一系列处理外会被排出库外，通过气力输送装置运输至拌和楼的冰仓内。

3.2.4 冷水系y。制冷车间内冷水系统的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸发管将所生产出的混凝土拌和用冷水经水泵运输到拌和楼中，经过称重后，将所需用量送入拌和机中，供施工所需。

4 结语

综上所述，本工程在采用上述方法进行混凝土制冷系统的设计和应用后取得了良好的应用效果，通过使用连续风冷骨料的方法有效节省了占地面积，同时不会出现影响环境的废水，投资效益显著，为类似工程提供了借鉴和参考。

参考文献

[1] 许有清.浅谈混凝土制冷系统的工艺设计[J].建筑机

械化，2011，（2）.

[2] 何妹珍.混凝土拌和及制冷系统工艺设计[J].企业科

技与发展，2013，（8）.

[3] 工业循环冷却水处理设计规范（GB 50050-2007）

[S].北京：中国计划出版社，2008.

[4] 混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-2013）[S].北

京：中国水利水电出版社，2013.

[5] 陈笠.大华桥水电站大坝混凝土生产系统工艺设计与

第2篇：电源设计流程范文

关键词：低功耗设计；逻辑综合；UPF

中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)16-3955-02

UPF-based Logic Synthesis of Low-Power Design

LIU Yi, WU Xiu-long, KE Lie-jin

(School of Electronics and Information Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

Abstract: This paper introduces some implementation strategies for UPF-based low-power designs, especially significance and usage of correlative UPF commands. Then it explains UPF-based logic synthesis of low-power design and its steps. Finally given the summary and some experience of low-power logic synthesis.

Key words: low-power design; logic synthesis; UPF

随着SOC(片上系统)的集成度的扩大和时钟频率的提高，以及便携式的应用的需求片的功耗和面积要求越来越高。面积制约着芯片的成本，功耗决定芯片的可靠性以及便携设备的电池寿命。所以在便携式设备上，低功耗设计变得越来越必不可少。传统的低功耗技术，有控时钟，多阈值电压技术等。其中门控时钟是最常用的低功耗技术，是在逻辑综合的时候插入门控时钟单元，这样使得当enable无效的情况下，关断寄存器的时钟，使之不翻转，从而减小动态功耗。而多阈值电压技术主要用于减小泄漏功耗，在65nm工艺及以后，泄漏功耗也成为芯片功耗的一个重要组成部分，优化泄漏功耗主要通过在非关键路径使用高阈值电压的逻辑器件。 但这些已满足不了现今低功耗设计的要求。先进低功耗技术有：多电源多电压技术，电源门控技术，动态电压与频率调节技术等[1]。

1) 多电源多电压(Multi-source Multi- voltage)：可以有效地降低动态功耗。所谓多电源是指不同的逻辑模块处于不同的电源域中，由不同的电源供电。这样可以根据各个模块性能的要求不同，采用不同的电压。对于频率要求比较高的模块，可以采用高电压，而一些相对低频的模块则可采用低电压。但不同电压域之间的信号交互则需要加入电平转换单元（level shifter）。

2) 电源门控技术（Power Gating）：在不需要使用的时候，关闭模块的供电电源，从而减少泄漏功耗。这里需要特殊的单元- 电源开关单元（power switch），当芯片进入休眠模式下，可以通过电源开关单元关闭某些模块的电源，从而使得这些模块的泄漏功耗趋于0。通常在电源关断区域的输出端还需要插入隔离单元（isolation cell），以防止关断区的输出信号对非关断区造成影响。

3) 动态电压与频率调节技术（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）：是一种先进的功耗管理技术，在一些处理器中已经得到应用。根据模块不同情况下对性能的不同要求，动态调节模块的供电电压，从而减少功耗。

1 UPF的应用

1.1 UPF的特性

统一功耗格式文件UPF（Unified Power Format）是IEEE 1801标准，由一系列TCL 类型的命令组成，用来定义设计的低功耗意图[2]。UPF使得功耗这一重要的设计要素，通过设定与实现设计相关的功耗信息，在RTL级就得以考虑功耗。UPF提供了统一的设置功耗信息的格式，方便用于那些不能在HDL（Hardware Description Language）代码里加入功耗信息的设计。而直接在HDL里设定功耗相关的信息，会使得逻辑设计限定于特定的电源实现[3]，使得设计的灵活性大大降低。

UPF可用于芯片电源管理的供电网络，隔离单元，电平转换单元，电源开关单元等各个方面。有了这种统一的UPF文件，在前端设计，逻辑综合，物理实现，仿真验证，等价性检查，时序分析，等各方面就可以按照UPF里的定义的低功耗设计意图来完成完整的低功耗设计流程。这样通过一个文件将低功耗的意图继承下来，用于设计流程的各个环节，也降低了低功耗设计的风险。同时UPF对各种EDA的软件的支持也很好，为业界所广泛使用。

1.2 UPF的设计意图

在当今的低功耗设计中，多种低功耗手段同时运用来降低芯片功耗，如内核低电压，电源关断，多电压域等。同时采取多种工作模式，用功耗管理单元（PMU）来管理各种工作模式下的功耗，从系统级降低芯片的功耗。如图1所示的电压域分布，芯片划分为三个电压区，分别为TOP，PD_DIG,PD_FLASH。其中TOP是常开区，PD_DIG是可变电压区且关断，PD_FLASH是关断区。整个芯片由片内的LDO供电，LDO可以输出可变的VDD_DIG提供给PD_DIG电压域，可以通过逻辑控制LDO来关断VDD_DIG电源。而PD_FLASH的电源则由Power Switch flash_sw来关断。

1.3 UPF的具体描述

UPF文件包括电压域的创建，电源端口，电源线的创建，电源线与电源端口的连接，隔离单元，电平转换单元，电源开关单元的设置，电源状态表等。充分体现了设计的功耗信息。

1.3.1 电压域的创建

电压域是一系列具有相同主要电源的设计。采用create_power_domain命令定义一组设计的电源分布网络，创建电压域。在划分电压域的时候，应该考虑到设计的层次。

1.3.2 对于电源网络的描述

采用create_supply_port命令创建电压域上的电源端口（如VDD，VSS），create_supply_net命令创建电源线（如VDD_net，VSS_net），这些电源线可以在各个电压域内共用（如VSS）。在创建好电源端口和电源线后，用命令connect_supply_net将相应的电源线连接到电源端口上。用set_domain_supply_net命令设置电压域默认的电源线（如VDD_net，VSS_net），这些电源线用于给电压域里的所有单元供电。

1.3.3 隔离单元，电平转换单元的规则

对于隔离单元的插入，set_isolation命令规定电压域的单元按照指定的策略进行隔离，如设定对于输入隔离还是对于输出隔离，隔离信号有效后隔离单元钳位为0还是1等。对于只有一个关断区的设计，将隔离单元放在隔离区输出较为合适。而对于有多个关断区的复杂设计，有时则需要在输入的地方插入隔离单元。而钳位0/1，则与隔离单元的控制信号有效电平是高/低有关。用set_isolation_control为相应的隔离策略指定控制信号，同时指定插入的隔离单元所放置的位置（self，parent，fanout 等）。这两个命令是需要成对出现的。

set_level_shifter命令设定电平转换单元侧插入策略。它指定插入的位置（电压域的输入/输出，及放置的位置）。插入的原则是根据电压域与外界电压的高低不同，放置在目的电压区。即从高电压区到低电压区，插入的高-低电平转换单元放置在低电压区；从低电压区到高电压区，插入的低-高电平转换单元则放置在高电压区。应该注意的是，高-低的电平转换单元的电源只需要连接到低电压区的电源线，而低-高电平转换单元的电源则需要两套：低电压和高电压[4]。

1.3.4 电源开关单元的定义

create_power_switch命令为电压域创建一个电源开关单元的实例。电源开关单元是在布局布线的阶段插入的。

1.3.5 电源状态表

add_port_state命令为电源端口添加状态信息，定义芯片的电源电压的水平及其状态。这有利于验证和分析，且不需要在验证环境里创建电压域和电源网络。

create_pst命令根据指定顺序的电源线来创建电源状态表（Power State Table），主要用于综合，分析，优化等阶段。它定义了一组合理的电源线状态组合，即这些状态的组合真实存在于实际芯片工作的情况。综合工具会根据相应的状态来优化设计。

2 基于UPF的逻辑综合

低功耗流程下的逻辑综合，是基于普通的综合流程，加入一些额外的步骤，如读入UPF文件，设定电压，检查多电压设计。具体的步骤如下：

1) 设定好各种库文件，其中包含电平转换单元、隔离单元和电源开关的库应当放入target_library，并位于标准单元库的后面。如set target_library “sc_1v8_max.db sc_1v2_max.db iso_max.db lv_max.db pw_max.db”。

2) 设定好门控时钟的插入形式。门控时钟是最常用的低功耗技术，门控时钟的插入，不但降低了动态功耗，而且减小了芯片的面积。

3) 读入设计，用check_design命令检查设计中存在的问题。

4) 读入约束文件，用check_timing检查时序约束是否正确。

5) 用load_upf命令读入UPF文件，并用set_voltage命令设置电源线的工作电压，通过指定的电压，工具会自动选择相应的工作环境（operating condition）如：

set_voltage 1.62 Cobject_list {VDD}

为了防止约束里的set_operating_condition 和 set_voltage 不能唯一指定某个特殊的库单元，可以使用命令set_target_library_subset 来指定特殊的库单元为某个或多个特定的模块所使用[4]。

6) 用命令（check_mv_design）检查多电压设计是否正确。要保证set_voltage命令里的电源线的电压和set_operating_condition指定的工作条件的电压和UPF里面电压状态表的电压保持一致。用set_operating_condition命令设置当前设计的工作条件，再用set_voltage命令设置各个供电电源线的电压，这样综合的时候就会根据不同的电压来进行优化。如果check_mv_design存在Error，则要返回检查约束和UPF，如果存在Warning，则要检查这些Warning是否合理，例如有些Warning是说明缺少电平转换单元，这些则是需要在综合的时候插入的，在这个步骤下出现这种Warning是正常的。

7) 用compile_ultra Cgate_clock 同时实现编译和门控时钟单元的插入，综合工具根据驱动的原则进行优化。DesignCompile 2010.03版本对UPF流程提供了更好的支持，新加入的命令使得UPF流程变得更加容易实现。可以用insert_mv_cell Call 在compile之前就插入电平转换单元和隔离单元。这样在compile之前就可以检查电平转换单元和隔离单元是否正确插入，检查UPF设计是否合理。节省了综合的迭代时间。

8) 用命令（check_mv_design）检查compile后的网表的多电压设计问题。

9) 分析时序，保存设计。命令save_upf 用于输出综合后所对应的UPF文件，可以提供给后续的布局布线工具使用。

3 总结

低功耗设计相对于普通的设计要复杂不少，而逻辑综合作为RTL-GDSII 流程实现的第一步，是极其重要的一步，大部分的优化都是在这一步完成的。在基于UPF的设计中，设计层次的划分和UPF中电压域的划分要综合起来考虑，不合理的设计层次和电压域划分可能导致插入多余的电平转换单元或隔离单元，或者无法插入需要的电平转换等。同时在电压域输出端，要防止出现一条线输出同时又成为该层次内部的某个输入这种情况。因为这种情况会导致无法插入电平转换单元。对于时钟网络来说，也需要插入电平转换单元，可以在综合的时候插入，也可以在布局布线的某个阶段插入。综合的时候，要注意set_dont_touch命令的使用，如果net被设置成了dont_touch属性，则不能插入电平转换单元和隔离单元。在综合完成后，一定要保证check_mv_design 通过，才能认为UPF下的综合完成。

参考文献：

[1] 陈春章,艾霞,王国维.数字集成电路物理设计[M].北京:科学出版社,2008(8).

[2] Michael Keating, Low Power Methodology Manual For System-on-Chip Design,2007,26-27.

[3] Unified Power Format(UPF) Standard ,Version 1.0,2007:1-2.

第3篇：电源设计流程范文

一、测试系统设计

本测试系统在NI LabVIEW虚拟仪器平台基础上开发，由仪器硬件平台和系统软件平台组成，其功能框图如图 1。硬件平台以GPIB/RS232总线为基础，基于工业控制计算机为处理平台，以信号源、频谱分析仪、网络分析仪等程控测试仪器完成信号参量和网络参量的测试功能；应用软件基于NI LabVIEW为平台，使用图形化编程语言LabVIEW设计开发，处理特点既采用面向对象程序设计方法，又保持面向过程的灵活性。从设备底层到高层界面表述、数据库处理，充分利用LabVIEW的优点，完成软件设计和代码编写。

图 1 测试系统功能组成框图

（一）软件开发工具NI LabVIEW

测试系统的软件设计基于虚拟仪器开发平台NI LabVIEW实现，NI LabVIEW具有图形化的仪器编程环境，采用“画流程图式”的编程方法进行程序设计和调试，每个方框图代表一个功能模块即子VI，程序执行的过程是条件满足方式，当一个功能模块的所有输入都齐备后，此功能模块产生输出，传送给下一个模块。程序的动态流程可以通过点亮程序框图工具栏上的“高亮显示执行过程”小灯泡看到[2]。测试程序的设计包括3部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板模拟真实仪表的前面板，用于输入信号各项参数的设置和输出信号的显示，每一个程序前面板都对应着相应的程序框图；框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向；图标/连接器是子VI被其它VI程序调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。

（二）测试系统子模块设计

为简化设计和调试流程，将测试系统中各个模块分类并进行子程序设计，包括电源子程序设计和测试仪器子程序设计。测试系统的电源采用DPS6333L，其程控指令通过RS232总线传输；测试仪器的程控是通过GPIB总线实现的，其程控指令集均符合SCPI规范。仪器的GPIB接口与计算机的连接通过NI公司的USB转GPIB接口卡完成，安装完相应的I/O接口库以及VISA驱动包后，就可以完成各仪器的程序控制。

以电源“工作模式设置”子VI程序设计为例，因其程控指令通过RS232总线传输，应首先对串口进行初始化配置：波特率为默认值9600、8位数据位、1位停止位、无校验位、串口号为1，并设置I/O接收和发送缓冲区；然后通过VISA Write.vi向电源发送“O2/O3/O4/O5”等工作模式选择指令，以确定电源的输出模式，即串联/并联/正常/跟踪模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允许对字符串的读写，因此在数据处理时，须进行数字与字符串之间的转换，在此通过调用一个“数值至十进制字符串转换”子VI来实现；调用“清空I/O缓冲区”子VI后，发送指令“rm”检查并输出此时电源的工作模式，对整个“设置电源工作模式”的程序进行封装，电源工作模式设置的框图程序如图 2。按同样方法进行设置电压/电流、电源保护、电源输出等子VI程序的设计，最后连接电源模块的所有子VI程序，对电源的前面板配置参数界面进行设计并对电源模块的子程序进行封装，最终完成电源设计。电源的前面板图与程序框图分别如图 3和图 4。

图 2 电源工作模式设置的框图程序

图 3 直流程控电源DPS6333L前面板图

图 4 直流程控电源DPS6333L程序框图

依次进行信号源、频谱仪、网络分析仪等模块的子程序设计，连接其框图程序，完成测试系统主程序的的开发。图 5是某放大器的部分设计程序。

图 5 放大器测试程序前面板图

二、测试结果

在系统搭建完成之后，进行了放大器的测试，测试时通过按下窗口左上角的“运行”按钮，等待两分钟后，便可得到放大器的频率特性的曲线和记录数据。测试结果如图 6。

图 6 放大器频率特性曲线测试结果

三、结论

实际开发中，在程序设计和调试方面，LabVIEW表现了很好的灵活性。本文中的设计是基于LabVIEW的测试仪器控制系统，该自动测试系统基本涵盖了基本的信号参量测试、网络参量测试；具有自动化、高效化、准确化的特点，大大缩短了测试时间，提高了测试效率，完善了测试数据的存储和处理能力[3]。鉴于虚拟仪器开放性好、智能化程度高、界面友好以及可根据自己的需求设计仪器系统的优势，正在被越来越多的工程测试人员所采用，而且随着未来测控技术的发展，虚拟仪器必将会在更多的领域发挥重要作用。

参考文献

[]梁秋明，田梦君.基于LabVIEW的虚拟示波器的设计与实现[J].电子测量技术，2009，34（3）.

[]赵振华，冯涓.基于LabVIEW的单片机温度自动测试系统[J].现代电子技术，2007，15.

第4篇：电源设计流程范文

由于电池技术并没有显著的进展，系统设计人员遂开发了大量功率管理技术来应付这些挑战。其中一种技术允许系统设计人员“关断”手机的某些电路以延长电池寿命。

在这些便携式设备的设计流程中，系统设计人员如果知道半导体器件如何与功率管理方案配合，便能更快地完成设计。建立系统设计的标准流程与集成电路 (IC) 的开发流程是一样的。半导体电路设计人员必须充分了解这些功率管理方案，并设计集成电路可在以后的任何系统中正常地工作。实现省电模式或关机模式的标准半导体功能包括：

过压容限

三态

自动重启

上电期间瞬间脉冲电流消隐

本文将对这些功能进行详细说明，并确定执行这些功能的电路设计技术。作为系统设计人员，理解这些功能在硅片中的实现方式将有助于进行更好的系统功率管理设计，从而将最终问题解决。

过压容限

图1：让寄生二极管D2短路，寄生二极管D1的阴极连接到电源上

过压容限是输入或输出节点容忍信号级别大于器件电源电压的能力。在手机设计中，从微处理器到存储器或其它器件存在着多种直流电平。系统各独立的电源子系统间吸入电流(“sinking”of current)会给器件带来潜在的损害。例如，若一个电压为3V的器件驱动另一个1.8V的器件，这种电势差可使电压较低的器件吸入电流。如果不用一些方法加以限制的话，系统架构中两器件都存在潜在危险。这种额外的电流吸入会增加系统功耗，从而加速电池消耗。这种额外的电流已证明在任何关注电源的设计中(如电池寿命有限的手机)，是造成高成本的因素。

有许多技术可以解决这个问题，较为传统的方法之一是利用比较器来实现过压容限。CMOS电路具有一个PMOS管Q2置于输出和VCC之间，并必须将它的NWELL连接到电路中的最高电势处，一般是Vcc。这样，让寄生二极管D2短路，寄生二极管D1的阴极连接到电源上，如图1所示。若输入/输出(I/O)电压超过VCC，则二极管D1向电源导通。如果利用额外的电路添加一个比较器电路(COMP)，NWELL线路可以被连接到VCC或输出两个电势中的较高者。这使NWELL节点保持最高电势，因此限制了D1二极管传导电流，如图2所示。

图2：利用额外的电路添加一个比较器电路(COMP)，NWELL线路可以被连接到VCC或输出两个电势中的较高者。这使NWELL节点保持最高电势，限制了D1二极管传导电流

在off状态，控制模块驱动PMOS门极到VCC。不过如果输出端大于VCC+PMOS Q2晶体管的阈值电压的话，从输出到Vcc存在不必要的电流泄漏路径。必须注意，图2中驱动Q2门极的晶体管一般是由Vcc供电，故引起此问题。解决泄漏问题的方法如图3所示，是增加一个从比较器输出到PMOS Q2门驱动控制模块的连接。控制模块会保证PMOS栅极驱动电压为两个电势VCC或输出的较高者，确保PMOS保持关断状态，从而消除泄漏路径。

图3：增加一个从比较器输出到PMOS Q2门驱动控制模块的连接。控制模块会保证PMOS栅极驱动电压为两个电势VCC或输出的较高者，确保PMOS保持关断状态，从而消除泄漏路径

了解这些电路如何工作，便可以加快设计流程。例如，即使一个器件具有过压容忍功能，不同的实现方法将带来完全不同的结果。吸入电流会存在电压“窗口”，泄漏值比预期值高时会出现极端的过压情形，而且，过压电路的瞬态响应会起变化。结果，系统工程师可能会遭遇无法预见的问题。为了加快新设计的上市时间，系统设计人员并不希望从头到尾追踪可能的需要返工的问题。了解如何实现过压容限有助于电源系统设计人员一开始就选择正确的产品，最终并获得成功。飞兆半导体提供的产品便具有过压容限功能，并能把不需要的吸入电流限制到极低值(一般小于3μA)，如FSLV16211- 24位总线开关。

三态：在省电模式I/O保持高阻抗的能力

这种三态对多点下传总线和子系统掉电十分有利。当一个部件“掉电”时，I/O泄漏路径会引起不需要的功耗，或者甚至对部件造成损害。因为I/O拥有至电源的泄漏路径，它也可能导致器件甚至整个子系统自行上电。

由于功率浪费加上可靠性被损害，这些系统“小故障”会对所有功率管理方案造成影响。例如，当一部揭盖式手机待机时，功率管理IC会关断电路板上的不同部分来保存能量。在关断系统的不同部分时，工程人员关心的是每一微安的电流流动，因为它最终会影响电池寿命。如果一个器件在的多点下传总线上仍然有效，不提供关机三态，就可能出现泄漏。这也许会破坏总线上的数据并消耗额外的功率。

在大多数半导体中，器件最普遍的泄漏路径是通过连接到I/O上的PMOS管。类似于过压的情形，PMOS的NWELL的寄生PN二极管可以变为正向偏置而导通。此外，PMOS的门极为0，若I/O电压高于PMOS的阈值电压时，将产生不必要的从I/O到电源的电流路径。这会被电路设计人员视为过压的一种，其解决方案如图3所示。

电路设计人员还必须提供静电放电(electrostatic discharge，ESD) 解决方案，以消除到电源或接地的泄漏路径。鉴于上述的原因，不能使用旧的端接到Vcc的PN ESD二极管。一些较新型的有源钳位电路或触发ESD电路,必须关注过压容限和三态关机而进行谨慎设计。栅级接地NMOS ESD解决方案因本身具有过压容限特性，并在关电时不泄漏，因此得到广泛采用。

开机重启

当电源确立以提供稳定可靠的上电时，“开机重启”提供了初始化产品的方法。一般而言，I/O是三态的(高阻抗)，而内部寄存器被清除直到电源超过“安全”级别。

用于“开机重启”的简单技术是设计一个带内置滞后的比较器，把电源电压和内部产生的参考电压进行比较。这是惯用的作法，可确保器件以已知的状态上电。当电源电压超过参考电压时，比较器会产生重启脉冲。

图4：把电源电压和内部产生的参考电压进行比较是惯用的作法，可确保器件以已知的状态上电

如图4所示，电阻R3和连接NMOS Q1/的二极管为比较器输入提供参考电压。电阻R1和R2作为电阻分压器(resistor divider)，产生与VCC成正比的电压。比较器COMP的设计带有抵消功能，使到其输出在两个输入端为低时保持为低。上电时，随着电源电压的攀升，比较器的参考电压在节点1建立，其数值是通过电流限制电阻R3建立连接NMOS Q1的二极管的阈值电压。它与由R1和R2组成电阻分压器的输出比较，该数值和VCC成正比，可用以设置所需与VCC相对的跳变电压(trip voltage)。当电源电压大于期望值时，比较器的输出变高，表示电源被确立。

当利用这种重启电路时，所有内部器件都应通过有源低信号实行重启。“开机重启”电路保持重启节点为低电平，直到电源电压值高到足以保证所有内部节点正常工作，并有效地重启器件。当重启电路的输出变高时，可进行正常工作。

电路设计人员必须谨慎选择重启电压跳变点 (trip point)，如果过高，噪声或电源波动会造成重启电路故障；如果过低，所有器件可能无法重启。对此，简单的解决方案是利用高滞回比较器电路，或一旦重启建立就将其锁存。在电源确立以保存能量后，低功率设计会使比较器电路掉电。

设计“开机重启”电路时，需要特别关注同一个器件上的多个电源引脚。通常，在所有电源电压确立之前，应该使产品保持在重启模式，而不论其电源使用顺序为何。假定“开机重启”电路A由电源A供电，“开机重启”电路B由电源B供电。电路设计人员必须确定即使A首先上电，芯片的B部分仍然被控制，反之亦然。系统设计人员应参考数据表或与制造商联系，以确定对有多个电源的产品来说，是否需要特定的供电顺序。

在那些很注重器件是否以正确模式开机的应用中，如锁相环(phased-locked loop)，“开机重启”是必须采用的重要电路。否则，如果锁相环以错误的状态启动，它可能锁存于谐波频率中，从而影响了器件的性能。

回到手机设计的题目上，使用这种 “开机重启”的方法对用于揭盖式手机链路传输数据的串化器/解串器很有用。在这些特定器件中，以正确的状态启动将决定来自应用处理器的信号能否在屏幕上显示正确的图像。

无干扰上电

对系统设计人员而言，上电期间脉冲电流十分重要，因为在电源电压的整个上升周期，产品的电源电流是受控的。如果内部电路设计不正确，在上电期间就可能引起有害的电源对地短路。这对于系统设计人员非常重要，因为如果这个问题发生，整个系统便可能失效，从而带来严重的可靠性问题。

传统的CMOS设计要求电源电压超过大约两个晶体管阈值电压时才能开始工作。在“开机重启”电路建立并控制该器件之前的这个“死”域期间，问题可能发生。在重启电路对内部节点进行控制之前，这些节点可能上电并消耗大量电源电流。一个例子是CMOS的输出，在上电期间，PMOS和NMOS驱动同时浮至VCC/2，而且二者都接通。这种现象在VCC和接地之间建立了一个低阻抗路径，对电源有不良影响。电路设计人员必须在这现象出现之前设计“开机重启”电路，以维护和控制输出。另一个解决方案包括设计系统逻辑在原本的关机状态下上电，或提供无源电路如内部上拉/下拉电阻来防止这问题发生。还必须设计触发(flop)和锁存(latch)，并在当没有“开机”重启电路而电源持续攀升时，将其设定为稳态。

数据表信息

了解这些不同功能后，设计人员便能够更好地选择所需产品以满足其要求。选择正确的产品将消除最终的功率循环问题，加快产品上市时间。飞兆半导体提供的产品便具有过压容限、三态关机、“开机重启”和无干扰上电等功能。

举例说明：我们将分析飞兆半导体的24位总线开关FSLV16211数据表中的这些特性。在数据表的“DC电气特性”一栏中可以找到大部分信息。从前面的论述中可知，不同的系统电压电源能引起通过器件的泄漏电流，但可透过过压容限予以阻止。在数据表上，过压容限可经由输入泄漏电流 (标注为II。)来确定。在表1中，过压容忍测试在Vcc为2.3V或3.6V、VI在0V～3.6V间时进行。测试结果显示输入泄漏电流仅为10μA或1μA，具体数值视测试而定。与不具备这一嵌入功能的器件相比较，泄漏电流显著降低。

第5篇：电源设计流程范文

（1.中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710068；2.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191）

摘要：针对某型号光纤陀螺老炼测试需要长时监控、数据存储和故障保护等需求，采用工控机与MC9S12XEP100MAL单片机相结合的方案，设计光纤陀螺供电电源监控系统。该系统可以实时监控12路光纤陀螺供电电源的输出电压和输出电流，且具有数据存储，过压、欠压和过流等故障保护功能，达到了预期的技术指标，可以满足光纤陀螺老炼测试的要求。

关键词 ：光纤陀螺；电源监控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中图分类号：TN86?34；TP274 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金项目：航空科学基金：机载电子芯片热模型研究（20100231001）

0 引言

某型号光纤陀螺在老炼测试时往往是多个陀螺成组进行测试，每一个陀螺都由线性隔离电源独立供电。由于对光纤陀螺的老炼测试一般都在几十小时，甚至上百小时不间断，这就要求供电电源连续可靠地工作。反之，一旦电源过压、欠压或者过流就会损坏待测陀螺，造成巨大的经济损失。因此，对光纤陀螺供电电源进行监控，不仅可以实时记录电源的输出电压电流，有利于分析陀螺的工作状态，而且在电源出现过压、欠压或过流时，可以自动切断供电电源，从而起到保护光纤陀螺的作用。

本文采用研华的Advantech IPC?610H 工控机作为上位机，基于LabVIEW 设计了12路陀螺电源数据监控界面及数据存储程序。选取MC9S12XEP100MAL 单片机作为下位机监控电路的主控芯片，实现了陀螺电源输出电压和输出电流的实时采集，以及过压、欠压和过流等故障保护。采用Modbus协议的RTU 模式，实现了上位机与下位机的数据传输。基于上述技术，实现了12 路光纤陀螺供电电源输出电流和电压的实时监控。

1 光纤陀螺供电电源监控系统方案

1.1 技术要求

光纤陀螺供电电源监控系统要求能够监控12个光纤陀螺供电电源。这12 个电源均采用朝阳4NIC?X20线性电源，各电源独立隔离供电。4NIC?X20 线性电源的输入为AC 220 V，输出电压为+5 V和-5 V，两路的输出电流最大均为2 A。

具体的技术要求如下：

（1）同时监控12个光纤陀螺供电电源；

（2）每一个陀螺供电电源的输出电压和输出电流采样必须为隔离采样；

（3）一旦某个电源出现过压、过流或欠压故障，电源监测系统立即切断该电源的AC 220 V 输入，同时进行声音报警（只有排除故障后，供电系统重新上电才可以恢复供电）；

（4）上位机实时显示陀螺电源的输出电压和电流，并实时记录各电源的输出电压、电流。

1.2 系统方案设计

根据光纤陀螺供电电源监测系统的技术要求，光纤陀螺供电电源监测系统方案[1?2]设计如图1所示。

在图1中，AC 220 V交流电通过继电器组控制后为12个光纤陀螺电源供电。监控电路分为3组，每组监控4个电源，共同检测12个电源的输出电流和电压，一旦检测到某个电源出现过压、过流或欠压等故障，则可以通过控制相应的继电器实现AC 220 V交流供电的自动切断，起到保护光纤陀螺的作用。

3组监控电路再通过RS 485网络连接至上位机，实现陀螺电源输出电压、电流数据的上传。RS 485 串行数据通信卡选用研华的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位机采用研华的AdvantechIPC?610H 工控机，实现陀螺电源电压、电流数据的接收、显示、报警和存储。

2 监控电路设计

光纤陀螺供电电源监控电路主要由电流、电压隔离采样电路、A/D采样电路、单片机及其外围电路、RS 485隔离通信电路、继电器控制电路和继电器组构成，如图2所示。

在图2 中，每一组监控电路可以监控4 个陀螺电源。由于每个陀螺电源输出为+5 V 和-5 V 两路电压，监控电路需要对8路电压信号和8路电流信号进行隔离采样。

2.1 单片机选型

选择飞思卡尔MC9S12XEP100MAL 单片机作为监控电路主控芯片。MC9S12XEP100MAL单片机是飞思卡尔16位单片机，最高总线频率可达50 MHz，具有16个模拟量输入通道，转换精度为12位，可以满足监控电路对8路电压信号和8路电流信号进行A/D转换的需要。

2.2 隔离采样电路设计

电压采样电路选取BB公司的变压器隔离放大电路ISO124 进行陀螺电源输出电压的隔离采样，具体的电路图如图3所示。

ISO124 为精密变压器隔离运放，放大倍数为1∶1，非常适合陀螺电源输出+5 V电压的隔离采样。

电流采样电路选取LEM 公司LA25?NP/SP7霍尔电流传感器进行电流信号的隔离采样，具体的采样电路如图4所示。

LA25?NP/SP7 霍尔电流传感器的变比为1∶100，原边额定电流为2.5 A，最高测量频率为150 kHz。

在图4中，电阻R3取值为200 Ω，则可以计算出当原边输入电流为2 A时，输出电流信号If1为4 V。

2.3 RS 485通信电路设计

为了提高系统的抗干扰性能，选取集成光电隔离功能的ADM2484作为RS 485通信电路的电平转换芯片，设计好的隔离通信电路如图5所示。

2.4 保护电路设计

为了确保光纤陀螺安全可靠地运行，设计了如图6所示的过压、过流和欠压保护电路。

在图6中，输出电压的过压值设置为+5.5 V，欠压值设置为+4.5 V，过流值设置为2 A。

当监控电路检测到某个陀螺电源出现过压、过流或欠压等故障时，单片机将对应的I/O端口输出信号IOPA1置为低电平，则光电耦合器TLP121输出为高电平，使晶体管Q1 导通，继电器JDQ2 的线圈得电，其常闭触点JDQ1 断开，切断该陀螺电源的AC 220 V 输入，从而实现陀螺电源出现过压、过流或欠压等故障保护。一旦陀螺电源保护，只有整个陀螺电源供电模块重新上电才可以恢复供电。

3 系统软件设计

系统软件设计主要包括上位机监控软件及监控界面设计、通信协议设计和下位机软件设计三部分。

3.1 上位机软件设计

采用LabVIEW 2013 来设计测控软件的上位机界面以及与下机位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，提供了很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面，快速轻松采集实际信号、进行分析以确定有用的数据、通信或存储结果[3?4]。设计好的上位机光纤陀螺供电电源监控界面如图7所示。

在图7中，系统可以同时监控12个光纤陀螺供电电源的+5 V 输出电压和输出电流，-5 V 输出电压和输出电流，并且显示电源的当前工作状态，是否出现过压、过流和欠压等故障；一旦出现故障，相应的指示灯会由绿色变为红色。

3.2 通信协议

工控机与下位机单片机之间的通信协议采用Mod?bus 协议中的RTU 传输模式，波特率为38 400 b/s。其中，工控机作为主机，光纤陀螺供电电源监控电路1~3为从机[5?6]。

3.3 下位机软件设计

下位机软件设计主要包括系统上电初始化子程序、10 ms中断子程序，串口数据发送/接收中断子程序三部分。

（1）上电初始化子程序。系统上电后，首先需要进行系统的初始化设置，包括MC9S12XEP100MAL单片机处理器初始化、A/D采样模块初始化、10 ms定时中断模块初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如图8所示。

（2）10 ms 中断子程序。在10 ms 中断子程序中，主要完成4个陀螺电源的8个电压信号和8个电流信号的采集。10 ms中断子程序流程如图9所示。

在图9中，当10 ms中断产生进入中断子程序，单片机对16 个A/D 通道顺序进行转换，并对转换后的电压电流数据进行处理，然后将其存入对应的数据缓冲区，等待上位机请求数据时通过串口发送返回。电流电压数据处理主要包括将A/D 转换结果变换成对应的实际电流电压值，以及进行电压的过压、欠压判断，电流的过流判断。一旦出现过压、欠压或过流等故障，单片机立即启动保护电路切断陀螺电源的AC 220 V输入。

（3） 串口数据发送/接收中断子程序。工控机与3 路监控电路之间的通信采用主从通信模式，即工控机向3路监控电路发送数据请求命令，监控电路在响应主机请求时返回8路电压信号数据、8路电流信号数据和陀螺电源的工作状态数据。为了减少串口数据发送/接收对单片机资源的占用，提高处理的效率，系统采用中断的方式完成串口数据的接收和发送。串口中断服务程序流程如图10所示。在图10中，当串口中断产生时，串口中断服务程序首先判断串口中断的来源，进入串行数据接收或串行数据发送子程序。发送数据时，从系统的发送缓存区读取数据，写入相应的串口寄存器发送；接收数据时，从相应的串口寄存器读入数据，写入系统的接收缓存区。

3.4 数据存储

工控机接收到监控电路返回的电流电压数据后，除了将数据显示在监控界面中，还定时将数据以Excel文件的格式存储到工控机的硬盘中，以备陀螺电源运行数据的查询。其中，数据存储时间为10 s。

4 结论

本文采用工控机与MC9S12XEP100MAL 单片机相结合的方案，基于LabVIEW编程技术、隔离信号采样技术，以及RS 485串行通信等技术，实现了光纤陀螺供电电源监控系统的设计。该系统可以同时监控12路光纤陀螺供电电源的输出电压和输出电流，且具有数据存储，过压、欠压和过流等故障保护功能。现场实际应用表明，该光纤陀螺供电电源监控系统电流、电压采样精度高，数据采集和显示实时性好，故障保护功能可靠，满足了光纤陀螺老炼测试需要长时间监控、数据记录分析和故障保护的要求，达到了预期的技术指标。

参考文献

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[2] 袁迹，王建生，韩强.基于I2C总线的CPU温度监控系统[J].航空计算技术，2012，42（4）：120?122.

[3] 林仕立，丘东元，张波，等.基于LabVIEW的电源健康凭条设计与实现[J].电测与仪表，2011（3）：50?53.

[4] 吴慧君，韩志引，柳溪.基于LabVIEW 的数据采集系统设计[J].数字技术与应用，2014（2）：170?170.

[5] 胡文翔，蔡政，郭伟玮，等.面向RS?485控制网络的Modbus协议扩展及应用[J].自动化仪表，2013，34（4）：59?61.

[6] 李永强，单鸣雪，朱昌平.基于Modbus协议的多功能数据采集器设计[J].计算机测量与控制，2014，22（3）：839?841.

第6篇：电源设计流程范文

【关键词】单片机;数字控制;过流保护

1.总体设计方案

数控稳压电源主要由整流稳压模块[1]、D/A转换模块、LCD显示模块、单片机控制模块、按键模块、过流保护模块、运算放大器模块、蜂鸣器模块组成。总框图如图1所示。

图1 系统总体框图

方案一：采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能，一方面完成电压译码显示，另一方面输出作为EPROM的输出经MCP4921（D/A）转换去控制误差放大的基准电压，以控制输出。

方案二：采用单片机AT89C52作为整机的主要控制器件，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过MCP4921进行数模转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。利用51系列单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，并可由LCD液晶显示实际输出电压值和电压设定值。

综上所述，经比较，方案二硬件电路简单，利用程序控制来完成。采用方案二来完成本项目。

2.硬件电路设计

2.1 电源模块

采用桥式整流经过电容滤波、7815、7905、7805稳压得15V、+5V、-5V电压，提供给单片机、MCP4921、运算放大器等供电，如图2所示。

图2 电源模块

2.2 D/A转换模块

如图3所示，采用MCP4921对单片机信号进行数模转换[2]，MCP4921芯片的VREFA脚由TL431提供基准电压。VOUTA脚输出模拟电压，其计算公式（1）如下：

（1）

=外部基准电压;=DAC的输入代码;n=12（DAC分辨率）;G=增益选择（G=2时<>位=0;G=1时<>位=1）。

图3 D/A转换电路

2.3 过流保护模块

采用TL074构成的比较器，当比较器输出端为低电平时，三极管导通从而给单片机一个信号，从而起到过流保护[3]，如图4所示。

图4 过流保护电路

3.软件系统流程

3.1 主程序

本设计的总程序流程图如图5所示，主控程序首先进行系统初始化，然后读入预置电压值，输出相应的电压控制字，等待按键输入。[4]根据按键的不同输入，转入相应的应用程序。

图5 总程序流程图

3.2 外部中断程序

过流保护由外部中断0实现，在中断服务程序中进行保护操作[5]，中断服务程序框图如图6所示。

图6 中断流程图

4.测试方案及测试结果分析

4.1 按键测试

通过按键能设置直流电源的输出电压，具体按键功能如表1所示。

表1 按键功能表

按键 功能

S1 每按键一次加1

S2 每按键一次减1

S3 每按键一次移位一次

S4 按键一次确认输出

4.2 输出电压的方法

方法1：通过不同的调节电位器粗调如图7和微调图8输出电压[6]。

图7 粗调 图8 微调

方法2：通过按键设置12V输出，如图9所示，液晶显示12V。

图9 液晶显示

5.设计结论

数控稳压电源可以实现以下功能：

（1）用LCD液晶显示输出电压且输出电压范围0-12步进值为0.1V。

（2）电路调压，可直接对电位器调节，也可以利用单片机进行数字控制。

（3）具有过流保护和短路保护功能。

参考文献

[1]张明锐，姜以宁.基于51单片机的多功能数控电流源设计[J].电子设计工程，2012，20（1）：132-133.

[2]王维斌.数控直流电流源的设计[J].科技信息，2011：412-413.

[3]李银祥.数控电流源[J].现代科学仪器，2001（6）：52-53.

[4]赵东坡.基于单片机的数控直流电流源设计与实现[J].2008（6）：58-60.

第7篇：电源设计流程范文

ATMT自动电源转换开关符合IEC60947-1、IEC60947-2 、IEC60947-6-1、GB14048.1-2008（总则） 、GB14048.2-2008（断路器）、GB14048.11-2008（自动转换开关）。630A-6300A自动电源转换开关污染等级符合IEC 60664-1 4级，已通过各种极限大气环境条件的实验，可以运行在IEC 947规定的工业环境中，污染等级达到四级，建议安装在无过多灰尘且温度适宜的开关柜中。其电气和机械特性适用于环境温度-5ºC~+70 ºC，贮存条件是-25 ºC ~+85 ºC ，-35 ºC时可确保合闸。在EMC电磁兼容性方面，静电放电符合IEC 61000-4-2，Level2标准；射频电磁场-辐射抗扰度符合IEC 61000-4-3 ，Level3标准；电快速瞬变脉冲符合IEC 61000-4-4，Level3标准；浪涌冲击符合IEC 61000-4-5，Level4标准；射频电磁场-传导抗扰度符合IEC 61000-4-6，Level3标准。

ATMT电源级自动转换开关由控制器、适配器和执行断路器构成。执行断路器选用Masterpact MT或者MTE抽屉式空气断路器，2台或3台断路器分别加装适配器。电源状况经适配器采样，控制器通过控制连接线与适配器连接，实现对供电电源的检测，通过可编程的操作流程完成电源间的转换。其中，控制器完成对常用电源、备用电源的供电品质进行监测，对进线电源的供电品质进行监测，频率计频率差检测，相位差监测，当供电电源状态超出设定阀值时，进行转换动作，即电压幅值差监测，同时，控制器具有过电压保护功能，长期过压能正常工作(130%Ue)。适配器用于电源监测与电气联锁的重要组成部分，并采集供电电源的电压幅值、频率、相位等参数，供控制器作比较判断。同时，适配器具有可靠的隔离转换开关强、弱部分，保证转换开关运行的高可靠性，它的过压保护功能，又能保证长期过压能够正常工作（130%Ue）。ATMT电源级自动转换开关的执行断路器部分采用Masterpact MT或者MTE抽屉式空气断路器，适应进线电源转换方案的多样性。

ATMT电源级自动转换开关的控制器部分包括：2A型，2B型，3A型，3B型，TA型，TB型六种。下面针对这六种控制器类型，进行分别详述：

（1）2A型:适用于两电源；具备主、备回路电源失压、断相、欠压、过压检测及自动、延时（连续可调）转换功能；具有发电机启动/停止控制功能；电气互锁。

（2）2B型: 具备主、备回路电源失压、断相、欠压、过压检测及自动、延时（连续可调）转换功能；与2A型不同的是，该类型具备频率、相位和电压幅值差检测功能；及手动并联转换功能。

（3）3A型:适用于两电源一母联的情况；具备主、备回路电源失压、断相、欠压、过压检测机自动、延时（连续可调）转换功能；电气互锁。

（4）3B型: 具备主、备回路电源失压、断相、欠压、过压检测机自动、延时（连续可调）转换功能；与3A类型不同的是，该类型具备频率、相位和电压幅值差检测功能，及手动并联转换功能。

（5）TA型:适用于三电源转换的情况，具备三电源失压、断相、欠压、过压检测及自动、延时（连续可调）转换功能；具备发电机启动/控制功能；电气互锁。

（6）TB型: 适用于三电源转换的情况，具备三电源失压、断相、欠压、过压检测及自动、延时（连续可调）转换功能；与TA型不同的是，该类型具有频率、相位和电压幅值差检测功能，及手动并联转换功能；具备发电机启动/控制功能。

综上所述，带B型的产品比带A型的产品的优势是，具备频率、相位和电压幅值差检测功能，及手动并联转换功能，而带A型的产品与带B型的产品不同的是，具备电气互锁的功能，所以，在选型时，应根据工艺需要，结合用户需求，从而选择不同的控制器类型。

下面，从动作流程方面，对2A型和2B型控制器的ATMT自动电源转换开关这两种较常用的类型分别进行详述：

首先，ATMT-2A型自动电源转换系统用于电网-电网或电网-发电机之间的切换，当常用电源不能供电时（如欠压、过压、断相等），切换至备用电源供电。

（1）ATMT-2A型自动电源转换系统用于电网-电网时，有两种动作流程，一种是自动状态自投自复，另一种是自动状态自投不自复。

自动状态自投自复情况：当常用电源故障时，常用电源切除同时，备用电源投入供电，当常用电源恢复时，备用电源断开，同时，常用电源投入供电，常用电源正常运行。故障和恢复时间均为0.5s到64s可调。自动状态自投不自复情况：当常用电源故障时，常用电源切除，同时，备用电源投入供电，进行正常运行状态，当常用电源恢复时，备用电源仍处在正常运行状态。当备用电源故障时，备用电源切除，同时，已恢复的常用电源投入供电，从而常用电源进入正常运行状态。

（2）ATMT-2A型自动电源转换系统用于电网-发电机时，有一种动作流程，即自动状态自投自复情况。当常用电源故障时，发电机启动，并输出达到整定值卸载，与此同时，常用电源切除，备用电源投入供电，进入发电机电源供电状态。当常用电源恢复时，发电机停机，备用电源切除，常用电源投入，进入常用电源运行状态。

其次，ATMT-2B型自动电源转换系统用于两路电源间的自动切换，以及短时的并联切换，当常用电源不能正常供电时（如欠压、过压、断相等），切换至备用电源供电。它的手动状态并联切换功能，就是用户设定并联切换条件范围，当常用、备用电源正常，并满足设定条件，通过“手动”按键选择人工控制。实现供电不间断切换，保证重要负荷供电回路的连续供电，极大的简化了运行操作，缩短了操作时间，减少了辅助设备的操作次数，从而提高了配电的安全运行水平和供电连续性。其动作流程与2A型的相同。

以上是ATMT自动电源转换开关中比较简单，同时也非常常用的两种自动电源转换系统。

出厂前，适配器与断路器一同安装，通过二次接线分别与控制器相连，为控制器提供电源状态信号，同时，适配器之间通过二次线互联，作为电气联锁的一部分，保证转换开关可靠的运行。适配器固定于空气断路器侧面，在ATMT出厂前已安装完毕，用户仅需连接二次线缆即可。

第8篇：电源设计流程范文

关键词：电源模块；传感器；控制器；智能控制

Intelligent control of the step motor by the microcomputer

Xu Hongfu, Chen Yongzhi, Yao Min, Xie Guangqi

Xiangnan university, Chenzhou, 423000, China

Abstract: This design is supplied by two sets of independent power supply module, using infrared sensors of the E18 - D80NK and black and white lines sensors of the TCRT5000 to collect traffic information. With the purpose of the path recognition, the microcomputer chip of the STC89C52 which is the core controller controlled the step motor driver module. The states of the car are displayed by the LCD1602 LCD module. Intelligent control of the step motor by the microcomputer achieved independent follow line and counterguard function of the car.

Key words: power supply module; sensors; controller; intelligent control

步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或线位移的一种特殊的执行电动机。它不需要交换，能直接将数字脉冲信号转换成相应的角位移或线位移，因而很适合作为数字控制系统的伺服元件。此外，它的转速在电机的负载范围内与电脉冲频率成正比，而与电压电流等无直接联系。计算机技术、电力电子技术、微电子技术、控制理论与控制技术的发展，给步进电机的应用开辟了广阔的前景，应用非常广泛，如数控机床、绘图仪、自动记录仪、遥控装置和航空系统等，都大量使用步进电动机。本系统以智能小车为载体，以汽车电子为背景，结合计算机技术、自动控制原理、传感器与现代检测技术、电子技术等学科知识。通过硬件电路设计和软件编程实现对步进电机的智能化控制。

1 硬件电路设计

1.1 总体方案

系统总体设计方案如图1所示：STC89C52单片机为控制系统的控制中心，主要负责处理传感器检测到的数据，将处理的结果作为电机驱动模块的输入信号控制电机的运行。并将电机的运行状态在LCD1602液晶上显示。传感器模块承担数据采集的任务，为控制器决策提供信息支撑。电源模块为整个系统提供电能。

1.2 电源电路设计

电源是系统稳定运行的必要条件，为了提高整个系统的可靠性、稳定性设计两套相互独立的电源分别供电机驱动和控制测量等电路使用。如图2所示，7.4V的镍镉可充电电池经MIC29302稳压块稳压后供电机驱动使用，经LM7805稳压块稳压后供控制测量等电路使用。Power为扩展的电源接口备用。

1.3 主控电路设计

主控电路是整个系统的控制中心，主要负责处理传感器测量的数据并将处理的结果送给驱动电路控制电机的运行。考虑系统的控制要求及性价比，选择STC89C52作为系统的主控芯片。主控电路如图3所示。

1.4 传感器测量电路设计

传感器测量的结果作为控制器的输入，其测量的精度、灵敏度、响应速度等性能指标的优劣决定整个系统的性能。红外壁障传感器E18-D80NK的技术指标见表1。

黑白线检测传感器TCRT5000的技术指标见表2。

上述2种传感器均能满足测量要求。测量电路如图4所示。

1.5 电机驱动电路设计

驱动电路由两片L298N H桥式步进电机专用驱动芯片及续流肖特基二极管组成，输入端口直接接主控芯片的P1口。电机驱动电路如图5所示。

1.6 液晶显示与在线编程接口电路设计

液晶显示与在线编程接口电路如图6所示，LCD1602用来显示小车当前的运行状态、行程等信息。串口进行烧写与在线调试。方便开发和维护工作。

2系统控制程序设计

2.1 循线算法程序流程图

小车在循线模式下工作时：在开放有限的地面空间贴有任意黑色线条，小车在没有任何人为干预条件下自主寻找黑色线条。在找到黑色线条后在黑色线条上找到一点使之到小车初始位置的距离最短(最优路径)，在找到最优路径后回到起始点并沿最优路径再次循线。小车循线程序流程图如图7所示。

由表3小车寻线实测数据分析，小车在寻线模式下工作时其误差在1.2%～5%之间。

2.2 避障算法程序流程图

小车在避障模式下工作时：在有限的迷宫内小车能够沿着迷宫内的可行驶通道避开各个方向的障碍物，并且找到一条能驶出迷宫的通道。实验证明由于小车车体关系，迷宫的宽度必须大于24cm，高度在10～10.5cm。小车避障程序流程图如图8所示。

3结束语

以单片机为核心的控制系统为步进电机的智能化控制开辟了新的途径。引入避障算法实现最优路径的寻找。硬件与软件的结合提高系统的可靠性。通过现场试验测试，按以上方案系统运行良好，在实现电机速度控制，定位控制的同时，能保证最优路径自能化的实现。为工业现场控制提供了智能车模型。

参考文献

[1] 程明，林明耀，张润和.微特电机及系统[M].北京：中国电力出版社，2007

[2] 陶红艳，余成波.传感器与现代检测技术[M].北京：清华大学出版社，2009

[3] 康光华，陈大钦，张林.电子技术基础―模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2005

第9篇：电源设计流程范文

关键词：K60 蓝牙遥控 电机驱动

中图分类号：TP242 文献标识码：B 文章编号：1003-9082 （2017） 04-0216-03

一、引言

APP监控机器人在家庭、工厂、医护等需监视的场合发挥着重要的作用，它可以有效避免一些意外事故的发生。互联网、手机APP安卓系统的开发，使得人们通过手机就可以轻松控制机器人的移动。无线遥控实现方法包括蓝牙、红外、射频等几种，其中蓝牙技术具有一定优势，目前被广泛应用在信息家电方面，各种家电共用遥控，并在可组网与公众互联网中连接，共享有用信息。蓝牙技术实现无线遥控具有很高的市场价值及广阔的应用前景。本设计通过结合ARM开发板，利用无线通信及K60蓝牙处理、硬件测试，达到机器人实时监控、运动的目的。

二、系统硬件设计

1.总体方案设计

本系统以K60单片机为核心控制器，通过接在K60主板上的蓝牙从机接受来自ARM开发板的指令，传给K60让其做出相应处理，通过PWM调制频率，使电机驱动模块工作。利用H桥电机驱动电路，控制两个电机差速，从而改变轮子的转向，达到控制小车运动的目的。通过超声波避障模块使小车安全行驶。整个蓝牙小车模块通过一个模块电源供电，根据不同模块的工作需求，电源模块提供了3.3V、5V的电源。系统硬件框图设计见图1。

2.系统主要硬件模块介绍

机器人小车硬件模块主要有K60单片机、机器人小车底盘、蓝牙串口模块、电机驱动模块、机器人小车电源模块、7.2V镍镉电池。

2.1 K60单片机

K60芯片电源类引脚，BGA封装22个，LQFP封装27个，其中BGA封装的芯片有五个引脚未使用。芯片使用多组电源引脚分别为内部电压调节器、I/O引脚驱动、A/D转换等电路供电，内部电压调节器为内核和振荡器。为了电源稳定，MCU内部包含多组电源电路，同时给出多处电源引出脚，便于外接滤波电容。K60最小系统芯片上同时具有蓝牙接收模块，这样在设计主板上就节省了引出蓝牙从机的插槽。

设计K60单片机的整个主板硬件控制电路，其中包括K60最小核心板及电机驱动PWM的接口，K60硬件主板引脚功能说明见表1。K60最小系统的引脚及主板设计的原理图见图2。

2.2 机器人底盘及电机

为了方便机器人运动转向，本设计选择了两个电机分别控制两个车轮，一个万向轮在底盘前面，这样利用电机的差速驱动左右电机不同转速，就可以实现小车的转向，图3所示是小车的3轮底盘。由于驱动机器人需要很大的转矩，所以选择扭矩大，负载能力强的大功率直流电机。

2.3蓝牙串口模块

在K60最小系统板上有通用的蓝牙接口模块，通过外接蓝牙从机模块，就可以实现蓝牙从机接收外部信号，传送给K60单片机做出相应处理。本设计采用LQ-BTM蓝牙从机，在与K60连接时要注意正确的通讯，BTM的RXD要与K60的TXD连接，K60的RXD要与BTM的TXD连接。蓝牙从机接上K60后，LED灯常亮，表示蓝牙连接状态，闪烁表示没有蓝牙连接。通过手机APP界面的蓝牙端发送指令，从机接收信号指令传到K60，就可以进行运动处理，蓝牙接口正确通讯连接见图4。

2.4电机驱动模块

机器人小车采用两个直流电机进行差速运动，电机驱动模块是典型的H桥电路，工作原理见图5。

它是由四个三级管和四个二极管组成的控制电路，由于它的形状酷似字母H，所以电路得名“H桥驱动电路”。要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。假设当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极，该流向的电流将驱动电机往某一方向转动；当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动，实现电机的正反转。

根据H桥驱动电路，合理设计机器人小车电机驱动模块，采用IRF3205共8个MOS管组成两个电机的驱动电路，更好的实现电流、电压的可逆，使小车更加稳定运动。双电机驱动模块接口原理图见图6，电机驱动电路见图7。

2.5电源模块

电机驱动模块需要5V电源，利用LM1117-5稳压芯片将来自外部7.2V的镍镉电池稳压成5V。同理利用L6932芯片，采用多电容滤波，使稳压后的3.3V电源更加稳定。图8所示是5V和3.3V稳压电路原理图。

三、软件设计实现

1.系统流程图

本设计的系统流程图见图9，包含主程序流程图及串口中断服务函数。实现蓝牙接收手机端发送过来的指令送给单片机进行处理，控制机器人小车运动，并实现自动避障功能，使机器人小车稳定运动。利用IAR软件编程，烧写程序进入K60单片机。整个设计涉及到蓝牙模块的设置，电机驱动输出频率的控制，以及串口中断服务函数设计。

2.电机驱动PWM控制

在K60单片机中，利用FTM产生PWM来控制电机输出占空比，从而使电机能够进行差速，进而达到转向的目的。程序中利用FTM_PWM_Duty（）函担来控制FTM产生PWM调制波进而产生不同占空比。电机驱动程序如下：

void Moto_Forward//前进