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一种用于汽车电磁阀质量测试电源的设计

2011-01-06 10:35
蓝林笑生
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  电磁阀在现代汽车中应用十分广泛,电磁阀的性能与汽车的性能紧密相关。施加到电磁阀的电源在实际工作时的状态是异常复杂的,主要表现在电磁阀电源的电压幅度、频率、占空比的复杂性和随机性。为了保证电磁阀出厂的质量,本文设计并制作了一种便于模拟汽车电磁阀实际工作状态的电源。根据电磁阀在汽车中的工作要求,对电磁阀在各种工作状态下的质量要求进行模拟测试。同时解决测试出口电磁阀产品性能指标的难题,为我国电磁阀的出口产品提供必要的技术性能测试设备。

  1 系统结构与工作原理

  如图1所示,整个系统包括单片机、I/O扩展电路、D/A转换电路、PWM产生电路、频率选择电路、光电隔离和驱动电路及键盘和显示电路。系统以单片机为控制中心,采用DDS芯片AD9851和PWM控制芯片SG3525为波形发生设备,采用8255A扩展单片机外围接口作为三路D/A转换电路数据输入口,三路模拟电压分别用于控制频率、占空比和幅度。通过单片机处理数据控制波形发生设备输出信号的频率和占空比,再通过后级的频率选择电路和光耦隔离与驱动电路,实现输出频率、占空比和幅度可调的PWM信号。此外,人机接口采用键盘和LCD显示,通过RS 232串口进行通信后,由PC机实现。

  

  2 信号产生与控制电路设计

  系统要求产生频率在O~25 000 Hz之间占空比可调的PWM信号,采用PWM控制芯片SG3525可以很方便地产生频率和占空比独立可调的PWM信号,但由于SG3525在150 Hz以下频率极不稳定,因此需要将信号分为两个频率段进行设计,其中低频段为O~200 Hz,采用AD9851作为信号发生器,高频段为200~25 000 Hz,采用SG3525作为信号发生器。

  2.1 低频段PWM信号产生电路

  AD9851是高集成度的直接数字频率合成器,该器件频带宽、频率与相位均可控。其主要组成为:相位累加器、相位相加器、波形存储器、数字相乘器和D/A 转换器。基本工作为:在采样时钟信号的控制下,通过由频率码控制的相位累加器输出相位码,将存储于只读存储器中的波形量化采样数据值按一定的规律读出,经 D/A转换和低通滤波后输出正弦信号。

  低频段信号产生电路如图2所示,设计电路中,AD9851外接30 MHz有源晶振作为参考频率源。单片机与AD9851采用高速并行接口工作方式,以AT89C55的引脚P1.0~P1.7作为AD9851的并行数据输入端口,P2.O,P2.1,P2.2作为I/O口输出数据对AD9851的RESET,FQ_UD,W_CLK进行控制。AD9851输出频率可变的方波送到单片机外部中断INT0,P2.3为低频PWM信号输出端口。单片机具体输入方式为:有效复位信号RESET使输入数据地址指针指向第1个输入寄存器,W_CLK上升沿写入第1组8位数据,指针指向下一个输入寄存器。连续5个W_CLK上升沿完成全部40位控制数据的输入。此后WCLK信号上升沿无效。FQ_UD上升沿到来时这40位控制数据由输入寄存器写入频率,相位控制寄存器,更新输出频率和相位,同时把地址指针复位到第1个输入寄存器,等待下一组新数据的写入。

  

  AD9851首先通过IOUT引输出频谱纯净的正弦信号,输出经外部无源低通滤波后,由引脚VINP进入AD9851内部高速比较器,最后由引脚 VOUTN输出得到稳定性很好的方波。将方波引入单片机外部中断引脚,中断设置为下降沿触发,将单片机端口P2.3设置为低频PWM信号输出端。如图3所示,P2.3口输出频率与INT0一致,占空比可调的矩形波。

  

  具体控制占空比过程如下:单片机进入外部中断之后,将P2.3置高电平,延时一段时间t,再将P2.3置低电平。这样P2.3口就输出占空比q%=t/T的矩形波,通过改变延时t就能改变占空比,延时函数如下:

  单片机晶振为12 MHz时,此函数延时8c μs,假设AD9851输出频率为f的方波送给INT0,例如需要产生占空比为q%的矩形波,则满足如下关系:

  

  因此延时时间t=delay(1 250q/f)时,即可由P2.3口输出频率为f,占空比为q%的矩形波。需要注意的是,如果频率很高,T很小,因为延时函数t延时8μs整数倍,所以占空比控制精度将会无法保证,频率越高,精度越低。由于本设计低频率段在0~200 Hz范围内,AD9851送给外部中断引脚的方波周期比较大,因此采用上述方法可以比较精确地控制q在O~100内变化,输出比较理想的频率占空比独立可调的低频PWM信号。

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