基于ARM和CPLD的直流稳压电源设计

摘要

电源作为各种电子设备正常运行的必备部件，广泛影响着设备的正常使用情况。尤其在一些对电源要求比较高的场合，对电源的稳定性以及精度等各种功能提出了严格的要求。直流线性稳压电源由于其纹波小的优良特性一直是人们做电子实验时的理想供电设备，这种情况尤其在科研院所场合比较明显。本设计课题正是基于在平时实验中直流线性稳压电源出现的问题而提出，具有一定的实际意义。在平时的学习过程中，使用实验室里的国产某款线性稳压电源曾出现过设置数据与输出数据差别较大以及控制部分出现死机的现象，对所供电的电路板造成一定程度的损坏。
　　 针对遇到的问题，决定对问题电源进行改造设计。本设计针对实验用直流线性稳压电源的各个模块进行了分析研究，在参照安捷伦公司较为成熟的E3631电源稳压电路的基础上，着重对整个控制系统进行了重新设计，并对稳压电源的模拟电路进行了仿真分析。
　　 本设计首先对所要设计的线性稳压电源的整体控制系统给出设计方案，整体控制部分采用ARM+CPLD的模式。然后分章节详细地对系统各部分给出设计。首先使用ARM控制器LPC2138对主控模块进行了设计，包括显示模块和按键输入模块，并给出数据校准分析。在尽量节省微控制器I/O口资源的前提下设计出硬件电路并给予软件实现。然后设计A/D转换电路和D/A转换电路，A/D转换选用8通道带符号位的12位转换器AD7328，D/A转换选用了16位的串行输入转换器AD1851，。为便于A/D和D/A与控制器的连接，采用一个小规模的可编程逻辑芯片CPLD作为连接中心，CPLD与控制器ARM之间通过SPI进行数据传输，使得A/D、D/A接口都可以统一到SPI线上来。然后对各个接口分析并写出相应的硬件描述语言，并通过仿真波形进行验证。
　　 最后，对线性稳压电源模拟电路的各模块进行了分析说明，重点对线性稳压电源的稳压模块一串联反馈调整型稳压电路的工作机理进行了说明。稳压电路是电源的核心电路，本设计在参照安捷伦稳压电源稳压电路的基础上，对稳压电路进行了分析和研究，并作仿真分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外发展历史及现状

1．3 存在的问题

1．4 论文结构及章节安排

第二章 线性稳压电源总体设计

2．1 电源系统构成

2．2 电源系统设计方案

2．2．1 控制模块

2．2．2 CPLD接口模块

2．2．3 模拟电路

2．3 本章小结

第三章 主控系统部分设计

3．1 本章主要内容

3．2 显示屏设计

3．2．1 硬件电路设计

3．2．2 软件设计

3．3 键盘输入设计

3．3．1 串联式输入键盘原理及设计

3．3．2 增量式旋转编码器

3．3．3 编码器的软件实现

3．4 微控制器及外围电路

3．4．1 LPC2138简介

3．4．2 电源电路

3．4．3 系统时钟电路

3．4．4 JTAG接口电路

3．4．5 模拟参考电压

3．4．6 复位电路

3．5 隔离电路

3．6 数据校准

3．7 本章小结

第四章 CPLD模块设计与仿真

4．1 CPLD及其外围电路

4．1．1 可编程逻辑器件概述

4．1．2 CPLD及外围电路

4．2 SPI接口设计

4．2．1 SPI总线配置

4．2．2 SPI数据传输

4．2．3 SPI接口方案设计

4．2．4 SPI接口仿真

4．3 A／D转换及接口设计

4．3．1 AD7328简介

4．3．2 A／D转换器电路

4．3．3 A／D接口方案设计

4．3．4 A／D接口仿真

4．4 D／A转换及接口设计

4．4．1 AD1851简介

4．4．2 D／A转换器电路设计

4．4．3 D／A接口方案设计

4．4．4 D／A接口仿真

4．5 中断信号INT

4．6 本章小结

第五章 电源电路分析及仿真

5．1 直流线性稳压电源概论

5．2 供电电路

5．3 串联反馈调整型电路原理

5．3．1 电路原理

5．3．2 调整管的选择

5．4 整流器电路

5．5 电容滤波电路原理

5．6 电路的分析及仿真

5．6．1 整流和滤波电路

5．6．2 稳压电路分析与仿真

5．7 性能指标仿真分析

5．7．1 负载调整率分析

5．7．2 电源调整率分析

5．7．3 实用性分析小结

5．8 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表