侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

功率设计

正文

基于AVR单片机PWM功能的数控恒流源研制

导读: 随着电子技术的深入发展,各种智能仪器越来越多,涉及领域越来越广,而仪器对电源的要求也越来越高。现今,电源设备有朝着数字化方向发展的趋势。然而绝大多数数控电源设计是通过高位数的A/D和D/A芯片来实现的,这虽然能获得较高的精度,但也使得成本大为增加。

  随着电子技术的深入发展,各种智能仪器越来越多,涉及领域越来越广,而仪器对电源的要求也越来越高。现今,电源设备有朝着数字化方向发展的趋势。然而绝大多数数控电源设计是通过高位数的A/D和D/A芯片来实现的,这虽然能获得较高的精度,但也使得成本大为增加。本文介绍一种基于AVR单片机PWM功能的低成本高精度数控恒流源,能够精确实现0~2A恒流。

 

  系统框图

 

  图1为系统的总体框图。本系统通过小键盘和LCD实现人机交流,小键盘负责接收要实现的电流值,LCD 12864负责显示。AVR单片机根据输入的电流值产生对应的PWM波,经过滤波和功放电路后对压控恒流元件进行控制,产生电流,电流再经过采样电阻到达负载。同时,对采样电阻两端信号进行差分和放大,送入ADC。单片机根据采集到的值调整PWM输出,从而调整了输出电流。如此反复,直到电流达到设定要求。

 

  

  图1 数控恒流源系统框图

 

  模块介绍

 

  1 人机接口模块

  本模块包括小键盘电路和液晶显示电路。键盘设计为3×4键盘,由数字键0~9,功能键“删除”及“确认”组成,采用反转法实现键值识别。显示电路由带中文字库的LCD 12864构成,该液晶可以每行8个汉字显示4行。由于这部分电路比较简单,在此不详述。

  2 核心控制模块

  系统的核心控制模块为AVR单片机(ATMEGA 16L)。主要使用了AVR的PWM功能和A/D功能。

  AVR单片机片内有一个具有16位PWM功能的定时/计数器。在普通模式下,计数器不停地累加,计到最大值(TOP=0xffff)后溢出,返回到最小值0x0000重新开始。当启用PWM功能即在单片机的快速PWM模式下,通过调整OCR1A的值可实现输出PWM波的占空比变化。产生PWM波形的机理是:PWM引脚电平在发生匹配时(匹配值为0~0xffff之间的值,如图2中的C),以及在计数器清零(从MAX变为BOTTOM)的那一个定时器时钟周期内发生跳变,具体实现过程如图2所示。

 

  

  图2 PWM波产生过程

 

  图2中的C~F为OCR1A匹配值。从图中可见,波形在每个匹配值处以及计数清零时输出发生变化,从而实现了PWM波。由于OCR1A的值可以从0x0000到0xffff,共有65535个值,因此PWM波的最大分辨率为1/65535,满足系统分辨率设计要求。PWM波的频率为:

   (1)

  其中,fclk_I/O为系统时钟频率 (7.3728MHz),N为分频系数(取1、8、64、256或1024)。在N取1时,根据式(1)得PWM波的最大频率为7.3728MHz;当N取1024时,PWM波的最小频率为 7.2kHz。本系统N取256,PWM波频率为28.8kHz。

  单片机内部有1个10位的逐次逼近型ADC,当使用片内VCC作为参考电压Vref,其分辨率为:

   (2)

  若使用片内的2.56V基准源作为参考电压,依据式(2)可得到其分辨率为0.003V。

  当系统需要更高的分辨率时,可以通过软件补偿的方法来实现。具体实现方法可参考相关资料。

  3 滤波和功放模块

 

  

  图3 二阶RC低通滤波电路

 

  PWM波产生后不能直接用于控制MOSFET,需把其变成能随占空比变化而变化的直流电压。在此,我们选用二阶RC低通无源滤波器,并取得了很好的效果。

  二阶RC低通无源滤波器的系统函数为:

   (3)

  其中,A为通带增益,Q为品质因素, ω0为截止频率。根据式(1)算出PWM波的频率,取截止频率为30kHz,由式(3)可确定对应的电阻、电容值。

  由于无源滤波器的负载能力差,信号经过二阶无源滤波网络后衰减比较厉害,需要增加一级功率放大电路。功放电路比较简单,也有经典电路,限于篇幅不再赘述。

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: