基于基于PWM技术的数控恒流源电路设计技术的数控恒流源电路设计
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
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98b9d643865d.jpg" style="WIDTH: 308px; HEIGHT: 193px" />
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
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