電源設(shè)計流程精選(九篇)

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第1篇：電源設(shè)計流程范文

關(guān)鍵詞：水電站；混凝土；制冷系統(tǒng)；預(yù)冷系統(tǒng)；設(shè)計措施；建筑工程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TV544 文章編號：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作為一種常用的建筑材料，在澆筑后會有大量的水化熱釋放出來，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，使混凝土體積膨脹。而表面混凝土由于凝結(jié)快、散熱快，當(dāng)內(nèi)部溫度下降后體積收縮后容易出現(xiàn)收縮裂縫，為了避免出現(xiàn)混凝土裂縫，溫控方法是一種比較有效的方法。尤其是在氣溫比較高的季節(jié)，自然條件下混凝土的出機溫度會超過施工中的限制溫度，此時就需要采取相應(yīng)的人工降溫措施對骨料進(jìn)行預(yù)冷，在拌和過程中加冰、加冷水等。由于工程情況和自然情況存在一定的差異性，因此在設(shè)計制冷工藝時，需要在以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從多方面進(jìn)行對比和分析，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上追求設(shè)備和費用的最小化。

1 工程概況

加查水電站骨料加工系統(tǒng)及混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)工程主要承擔(dān)加查水電站導(dǎo)流工程和主體工程的混凝土供應(yīng)以及其他O施所需要的少量成品骨料及混凝土供應(yīng)。加查水電站骨料加工系統(tǒng)需滿足混凝土高峰月平均澆筑強度約9.6萬m3的粗細(xì)骨料供應(yīng)需求，系統(tǒng)毛料處理能力約1000t/h，成品骨料生產(chǎn)能力約800t/h，其中成品砂生產(chǎn)能力約240t/h。骨料加工系統(tǒng)承擔(dān)整個工程混凝土骨料的生產(chǎn)任務(wù)，供應(yīng)成品骨料總量不小于570萬t?；炷辽a(chǎn)系統(tǒng)混凝土生產(chǎn)總量約236萬m3，其中導(dǎo)流工程約44.7萬m3，主體工程約191.3萬m3，其中高溫季節(jié)需要預(yù)冷的溫控混凝土約96.21萬m3。

2 混凝土制冷系統(tǒng)設(shè)計原則

通過多年混凝土制冷設(shè)計經(jīng)驗，此次施工中采取如下施工流程進(jìn)行操作：按照骨料樓上風(fēng)冷、加冰、加冷水拌和的順序進(jìn)行施工，保證了混凝土出機口溫度符合施工實際所需。結(jié)合類似電站工程的施工經(jīng)驗，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場施工特征，得知只需設(shè)置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設(shè)備的這行效率，延長設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。

考慮到混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)施工流程復(fù)雜、規(guī)模大、施工難度大等特征，所以選取行之有效工藝技術(shù)對提高施工質(zhì)量具有可靠的保障。在選擇混凝土制冷系統(tǒng)中應(yīng)遵循以下原則：（1）結(jié)合工程所需，合理明確制冷容量；（2）在制冷設(shè)備的選擇中，應(yīng)挑選性能穩(wěn)定、功率合理的先進(jìn)設(shè)備；（3）制冷設(shè)備的安放應(yīng)綜合權(quán)衡施工場地的實際特征，以方便工程施工的基礎(chǔ)上，盡可能減少占地面積；（4）所需材料應(yīng)從正規(guī)廠家處購買，進(jìn)場前必須經(jīng)過全面檢查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成設(shè)備的現(xiàn)場安裝工作?；炷猎牧衔锢頍釋W(xué)性質(zhì)見表1。該系統(tǒng)設(shè)計以氣溫最高的7月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據(jù)進(jìn)行計算，其相關(guān)參數(shù)如下：（1）高溫月多年月平均氣溫16.4℃；（2）高溫月多年月平均水溫20℃；（3）片冰潛熱利用率90%；（4）混凝土拌和機械熱1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生產(chǎn)砂）6%。

本混凝土系統(tǒng)的溫控混凝土主要分為兩種類型，若在高溫季節(jié)施工，由于外界環(huán)境溫度較高，因此對拌和樓的出機口溫度較為嚴(yán)格，要選擇溫度在10℃以下的混凝土42.7萬m3，最大級配為四級配2萬m3；選擇溫度在14℃以下的混凝土約53.51萬m3，只針對粗料在樓上料倉進(jìn)行風(fēng)冷工藝。

對溫度在10℃以下的溫控混凝土主要采取風(fēng)冷、冷水、冰的預(yù)冷工藝流程，先將粗骨料溫度進(jìn)行冷卻，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃，拌和用冷水的溫度為4℃，冰預(yù)冷溫度在-5℃。通過計算得知每方混凝土中應(yīng)加入20kg左右的片冰。

對溫度在14℃以下的混凝土，對粗骨料進(jìn)行風(fēng)冷處理，主要在拌和樓料倉內(nèi)完成，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃。粗骨料拌和過程中，不管是制冷車間或者是輸冰設(shè)備等均應(yīng)做好保溫處理，控制在3℃～6℃為宜，以避免混凝土物料溫度的回升，影響施工效果。

3 預(yù)冷系統(tǒng)

3.1 預(yù)冷系統(tǒng)車間的布置

結(jié)合三峽、龍灘、索風(fēng)營等電站工程的施工經(jīng)驗，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場施工特征，得知只需設(shè)置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設(shè)備的用行效率，延長設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。制冷車間為三層鋼架結(jié)構(gòu)，將制冷車間布置在一定高度的平臺上，與拌和樓相鄰。

一臺車間需設(shè)置四臺制冷量達(dá)到100萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組以及一臺制冷量為50萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組，預(yù)冷系統(tǒng)車間所需要的設(shè)備如下：制冷空間一層主要設(shè)置有四臺型號為WN-500的臥式冷凝器，四臺型號為ZA-8的高壓貯氨器，一臺型號為CNF40-200氨泵，一臺型號為LZL240螺旋管式蒸發(fā)器，四臺冷卻循環(huán)水泵，兩臺冷水輸送水泵，四臺型號為DX-12的低壓循環(huán)貯液器。在制冷空間的二層分別設(shè)置了兩套30T冰庫與氣力輸送裝置。在制冷空間的三層設(shè)置有四臺產(chǎn)量為60T/d的片冰機。為了滿足制冷車間冷源需求，需設(shè)置兩臺拌和樓風(fēng)冷骨料，為車間提供所需冷源。此外，還需在每臺拌和樓上設(shè)置四臺空氣冷卻器與離心風(fēng)機，滿足設(shè)備運行所需。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程

3.2.1 系統(tǒng)骨料風(fēng)冷。粗骨料從膠帶機部位流出后被運送到拌和樓指定的料倉內(nèi)進(jìn)行風(fēng)冷處理。拌和樓料倉一共由四個料倉組成，可分別存放四種類型的骨料。料倉自上而下一共分成三個區(qū)域：（1）進(jìn)料區(qū)，骨料主要從該區(qū)域進(jìn)入到拌和樓的料倉中；（2）冷卻區(qū)，該區(qū)域主要是對粗骨料進(jìn)行冷卻處理的區(qū)域；（3）儲料區(qū)，經(jīng)冷卻處理完成的骨料會運送至該區(qū)域暫時存儲起來，以備后期使用所需。冷風(fēng)從下到上通過骨料，骨料會根據(jù)用料速度按照一定的順序進(jìn)行流動，借助風(fēng)冷這一環(huán)節(jié)可確保骨料降至設(shè)計所需。待冷卻完成的骨料經(jīng)稱量后進(jìn)入拌和機中進(jìn)行拌和處理。粗骨料經(jīng)由膠帶機送至篩分樓中進(jìn)行沖洗，將骨料中的雜物徹底清除干凈后進(jìn)入到調(diào)節(jié)料倉內(nèi)，調(diào)節(jié)料倉一共有三個分料倉，用于生產(chǎn)三級配的混凝土。在生產(chǎn)二級配混凝土?xí)r，可在大石料倉內(nèi)存儲中石，每個料倉也分為三分區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)與儲料區(qū)。通常情況下，在冷卻區(qū)內(nèi)專門設(shè)置有配風(fēng)裝置，這樣可確保冷氣均勻擴(kuò)散與骨料進(jìn)行熱交換。冷風(fēng)主要從冷卻區(qū)的底部進(jìn)入，與骨料流向相反的方向逐一穿過骨料區(qū)，對骨料進(jìn)行迅速冷卻，待溫度降至所需終溫時進(jìn)入儲料區(qū)。

3.2.2 二次風(fēng)冷骨料工藝流程。在調(diào)節(jié)倉內(nèi)將已完全冷卻的骨料經(jīng)由膠帶機運送至攪拌樓骨料倉內(nèi)，進(jìn)行二次風(fēng)冷。攪拌樓的特大石骨料倉分為三個區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)、儲料區(qū)。冷風(fēng)循環(huán)順序與一次分冷完全相同，將滿足設(shè)計終溫的骨料經(jīng)過稱量后運至集中生料斗中。

3.2.3 冰系統(tǒng)。制冷車間內(nèi)專門設(shè)置有冷系統(tǒng)，冷系統(tǒng)主要由兩部分組成：（1）片冰機；（2）冰庫。片冰機置于冰庫之上，由片冰機所生產(chǎn)出來的片冰落入貯冰庫中貯存起來，經(jīng)由氣力輸冰裝置送至拌和樓上的調(diào)節(jié)冰倉，借助調(diào)節(jié)冰倉下的螺旋輸送機將其運送至拌和樓中，稱取一定重量后送入集料斗中。冷系統(tǒng)中的冷源主要由氨制冷系統(tǒng)提供，拌和中所使用到的4℃低溫水由氨系統(tǒng)通過螺旋管蒸發(fā)器生產(chǎn)，借助泵運送到拌和樓的水箱中。生產(chǎn)的片冰直接落入到具有隔熱效能的冰庫中，片冰在冰庫內(nèi)會被冷卻干燥。冰庫有兩方面的作用：（1）可有效調(diào)節(jié)片冰產(chǎn)量與拌和樓冰量分布的不均勻性；（2）可提高冰機生產(chǎn)的效率。片冰通過一系列處理外會被排出庫外，通過氣力輸送裝置運輸至拌和樓的冰倉內(nèi)。

3.2.4 冷水系y。制冷車間內(nèi)冷水系統(tǒng)的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸發(fā)管將所生產(chǎn)出的混凝土拌和用冷水經(jīng)水泵運輸?shù)桨韬蜆侵校?jīng)過稱重后，將所需用量送入拌和機中，供施工所需。

4 結(jié)語

綜上所述，本工程在采用上述方法進(jìn)行混凝土制冷系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用后取得了良好的應(yīng)用效果，通過使用連續(xù)風(fēng)冷骨料的方法有效節(jié)省了占地面積，同時不會出現(xiàn)影響環(huán)境的廢水，投資效益顯著，為類似工程提供了借鑒和參考。

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第2篇：電源設(shè)計流程范文

關(guān)鍵詞：低功耗設(shè)計；邏輯綜合；UPF

中圖分類號：TP302文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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

隨著SOC(片上系統(tǒng))的集成度的擴(kuò)大和時鐘頻率的提高，以及便攜式的應(yīng)用的需求片的功耗和面積要求越來越高。面積制約著芯片的成本，功耗決定芯片的可靠性以及便攜設(shè)備的電池壽命。所以在便攜式設(shè)備上，低功耗設(shè)計變得越來越必不可少。傳統(tǒng)的低功耗技術(shù)，有控時鐘，多閾值電壓技術(shù)等。其中門控時鐘是最常用的低功耗技術(shù)，是在邏輯綜合的時候插入門控時鐘單元，這樣使得當(dāng)enable無效的情況下，關(guān)斷寄存器的時鐘，使之不翻轉(zhuǎn)，從而減小動態(tài)功耗。而多閾值電壓技術(shù)主要用于減小泄漏功耗，在65nm工藝及以后，泄漏功耗也成為芯片功耗的一個重要組成部分，優(yōu)化泄漏功耗主要通過在非關(guān)鍵路徑使用高閾值電壓的邏輯器件。 但這些已滿足不了現(xiàn)今低功耗設(shè)計的要求。先進(jìn)低功耗技術(shù)有：多電源多電壓技術(shù)，電源門控技術(shù)，動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)技術(shù)等[1]。

1) 多電源多電壓(Multi-source Multi- voltage)：可以有效地降低動態(tài)功耗。所謂多電源是指不同的邏輯模塊處于不同的電源域中，由不同的電源供電。這樣可以根據(jù)各個模塊性能的要求不同，采用不同的電壓。對于頻率要求比較高的模塊，可以采用高電壓，而一些相對低頻的模塊則可采用低電壓。但不同電壓域之間的信號交互則需要加入電平轉(zhuǎn)換單元（level shifter）。

2) 電源門控技術(shù)（Power Gating）：在不需要使用的時候，關(guān)閉模塊的供電電源，從而減少泄漏功耗。這里需要特殊的單元- 電源開關(guān)單元（power switch），當(dāng)芯片進(jìn)入休眠模式下，可以通過電源開關(guān)單元關(guān)閉某些模塊的電源，從而使得這些模塊的泄漏功耗趨于0。通常在電源關(guān)斷區(qū)域的輸出端還需要插入隔離單元（isolation cell），以防止關(guān)斷區(qū)的輸出信號對非關(guān)斷區(qū)造成影響。

3) 動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)技術(shù)（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）：是一種先進(jìn)的功耗管理技術(shù)，在一些處理器中已經(jīng)得到應(yīng)用。根據(jù)模塊不同情況下對性能的不同要求，動態(tài)調(diào)節(jié)模塊的供電電壓，從而減少功耗。

1 UPF的應(yīng)用

1.1 UPF的特性

統(tǒng)一功耗格式文件UPF（Unified Power Format）是IEEE 1801標(biāo)準(zhǔn)，由一系列TCL 類型的命令組成，用來定義設(shè)計的低功耗意圖[2]。UPF使得功耗這一重要的設(shè)計要素，通過設(shè)定與實現(xiàn)設(shè)計相關(guān)的功耗信息，在RTL級就得以考慮功耗。UPF提供了統(tǒng)一的設(shè)置功耗信息的格式，方便用于那些不能在HDL（Hardware Description Language）代碼里加入功耗信息的設(shè)計。而直接在HDL里設(shè)定功耗相關(guān)的信息，會使得邏輯設(shè)計限定于特定的電源實現(xiàn)[3]，使得設(shè)計的靈活性大大降低。

UPF可用于芯片電源管理的供電網(wǎng)絡(luò)，隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元，電源開關(guān)單元等各個方面。有了這種統(tǒng)一的UPF文件，在前端設(shè)計，邏輯綜合，物理實現(xiàn)，仿真驗證，等價性檢查，時序分析，等各方面就可以按照UPF里的定義的低功耗設(shè)計意圖來完成完整的低功耗設(shè)計流程。這樣通過一個文件將低功耗的意圖繼承下來，用于設(shè)計流程的各個環(huán)節(jié)，也降低了低功耗設(shè)計的風(fēng)險。同時UPF對各種EDA的軟件的支持也很好，為業(yè)界所廣泛使用。

1.2 UPF的設(shè)計意圖

在當(dāng)今的低功耗設(shè)計中，多種低功耗手段同時運用來降低芯片功耗，如內(nèi)核低電壓，電源關(guān)斷，多電壓域等。同時采取多種工作模式，用功耗管理單元（PMU）來管理各種工作模式下的功耗，從系統(tǒng)級降低芯片的功耗。如圖1所示的電壓域分布，芯片劃分為三個電壓區(qū)，分別為TOP，PD_DIG,PD_FLASH。其中TOP是常開區(qū)，PD_DIG是可變電壓區(qū)且關(guān)斷，PD_FLASH是關(guān)斷區(qū)。整個芯片由片內(nèi)的LDO供電，LDO可以輸出可變的VDD_DIG提供給PD_DIG電壓域，可以通過邏輯控制LDO來關(guān)斷VDD_DIG電源。而PD_FLASH的電源則由Power Switch flash_sw來關(guān)斷。

1.3 UPF的具體描述

UPF文件包括電壓域的創(chuàng)建，電源端口，電源線的創(chuàng)建，電源線與電源端口的連接，隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元，電源開關(guān)單元的設(shè)置，電源狀態(tài)表等。充分體現(xiàn)了設(shè)計的功耗信息。

1.3.1 電壓域的創(chuàng)建

電壓域是一系列具有相同主要電源的設(shè)計。采用create_power_domain命令定義一組設(shè)計的電源分布網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建電壓域。在劃分電壓域的時候，應(yīng)該考慮到設(shè)計的層次。

1.3.2 對于電源網(wǎng)絡(luò)的描述

采用create_supply_port命令創(chuàng)建電壓域上的電源端口（如VDD，VSS），create_supply_net命令創(chuàng)建電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線可以在各個電壓域內(nèi)共用（如VSS）。在創(chuàng)建好電源端口和電源線后，用命令connect_supply_net將相應(yīng)的電源線連接到電源端口上。用set_domain_supply_net命令設(shè)置電壓域默認(rèn)的電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線用于給電壓域里的所有單元供電。

1.3.3 隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元的規(guī)則

對于隔離單元的插入，set_isolation命令規(guī)定電壓域的單元按照指定的策略進(jìn)行隔離，如設(shè)定對于輸入隔離還是對于輸出隔離，隔離信號有效后隔離單元鉗位為0還是1等。對于只有一個關(guān)斷區(qū)的設(shè)計，將隔離單元放在隔離區(qū)輸出較為合適。而對于有多個關(guān)斷區(qū)的復(fù)雜設(shè)計，有時則需要在輸入的地方插入隔離單元。而鉗位0/1，則與隔離單元的控制信號有效電平是高/低有關(guān)。用set_isolation_control為相應(yīng)的隔離策略指定控制信號，同時指定插入的隔離單元所放置的位置（self，parent，fanout 等）。這兩個命令是需要成對出現(xiàn)的。

set_level_shifter命令設(shè)定電平轉(zhuǎn)換單元側(cè)插入策略。它指定插入的位置（電壓域的輸入/輸出，及放置的位置）。插入的原則是根據(jù)電壓域與外界電壓的高低不同，放置在目的電壓區(qū)。即從高電壓區(qū)到低電壓區(qū)，插入的高-低電平轉(zhuǎn)換單元放置在低電壓區(qū)；從低電壓區(qū)到高電壓區(qū)，插入的低-高電平轉(zhuǎn)換單元則放置在高電壓區(qū)。應(yīng)該注意的是，高-低的電平轉(zhuǎn)換單元的電源只需要連接到低電壓區(qū)的電源線，而低-高電平轉(zhuǎn)換單元的電源則需要兩套：低電壓和高電壓[4]。

1.3.4 電源開關(guān)單元的定義

create_power_switch命令為電壓域創(chuàng)建一個電源開關(guān)單元的實例。電源開關(guān)單元是在布局布線的階段插入的。

1.3.5 電源狀態(tài)表

add_port_state命令為電源端口添加狀態(tài)信息，定義芯片的電源電壓的水平及其狀態(tài)。這有利于驗證和分析，且不需要在驗證環(huán)境里創(chuàng)建電壓域和電源網(wǎng)絡(luò)。

create_pst命令根據(jù)指定順序的電源線來創(chuàng)建電源狀態(tài)表（Power State Table），主要用于綜合，分析，優(yōu)化等階段。它定義了一組合理的電源線狀態(tài)組合，即這些狀態(tài)的組合真實存在于實際芯片工作的情況。綜合工具會根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)來優(yōu)化設(shè)計。

2 基于UPF的邏輯綜合

低功耗流程下的邏輯綜合，是基于普通的綜合流程，加入一些額外的步驟，如讀入UPF文件，設(shè)定電壓，檢查多電壓設(shè)計。具體的步驟如下：

1) 設(shè)定好各種庫文件，其中包含電平轉(zhuǎn)換單元、隔離單元和電源開關(guān)的庫應(yīng)當(dāng)放入target_library，并位于標(biāo)準(zhǔn)單元庫的后面。如set target_library “sc_1v8_max.db sc_1v2_max.db iso_max.db lv_max.db pw_max.db”。

2) 設(shè)定好門控時鐘的插入形式。門控時鐘是最常用的低功耗技術(shù)，門控時鐘的插入，不但降低了動態(tài)功耗，而且減小了芯片的面積。

3) 讀入設(shè)計，用check_design命令檢查設(shè)計中存在的問題。

4) 讀入約束文件，用check_timing檢查時序約束是否正確。

5) 用load_upf命令讀入UPF文件，并用set_voltage命令設(shè)置電源線的工作電壓，通過指定的電壓，工具會自動選擇相應(yīng)的工作環(huán)境（operating condition）如：

set_voltage 1.62 Cobject_list {VDD}

為了防止約束里的set_operating_condition 和 set_voltage 不能唯一指定某個特殊的庫單元，可以使用命令set_target_library_subset 來指定特殊的庫單元為某個或多個特定的模塊所使用[4]。

6) 用命令（check_mv_design）檢查多電壓設(shè)計是否正確。要保證set_voltage命令里的電源線的電壓和set_operating_condition指定的工作條件的電壓和UPF里面電壓狀態(tài)表的電壓保持一致。用set_operating_condition命令設(shè)置當(dāng)前設(shè)計的工作條件，再用set_voltage命令設(shè)置各個供電電源線的電壓，這樣綜合的時候就會根據(jù)不同的電壓來進(jìn)行優(yōu)化。如果check_mv_design存在Error，則要返回檢查約束和UPF，如果存在Warning，則要檢查這些Warning是否合理，例如有些Warning是說明缺少電平轉(zhuǎn)換單元，這些則是需要在綜合的時候插入的，在這個步驟下出現(xiàn)這種Warning是正常的。

7) 用compile_ultra Cgate_clock 同時實現(xiàn)編譯和門控時鐘單元的插入，綜合工具根據(jù)驅(qū)動的原則進(jìn)行優(yōu)化。DesignCompile 2010.03版本對UPF流程提供了更好的支持，新加入的命令使得UPF流程變得更加容易實現(xiàn)?？梢杂胕nsert_mv_cell Call 在compile之前就插入電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元。這樣在compile之前就可以檢查電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元是否正確插入，檢查UPF設(shè)計是否合理。節(jié)省了綜合的迭代時間。

8) 用命令（check_mv_design）檢查compile后的網(wǎng)表的多電壓設(shè)計問題。

9) 分析時序，保存設(shè)計。命令save_upf 用于輸出綜合后所對應(yīng)的UPF文件，可以提供給后續(xù)的布局布線工具使用。

3 總結(jié)

低功耗設(shè)計相對于普通的設(shè)計要復(fù)雜不少，而邏輯綜合作為RTL-GDSII 流程實現(xiàn)的第一步，是極其重要的一步，大部分的優(yōu)化都是在這一步完成的。在基于UPF的設(shè)計中，設(shè)計層次的劃分和UPF中電壓域的劃分要綜合起來考慮，不合理的設(shè)計層次和電壓域劃分可能導(dǎo)致插入多余的電平轉(zhuǎn)換單元或隔離單元，或者無法插入需要的電平轉(zhuǎn)換等。同時在電壓域輸出端，要防止出現(xiàn)一條線輸出同時又成為該層次內(nèi)部的某個輸入這種情況。因為這種情況會導(dǎo)致無法插入電平轉(zhuǎn)換單元。對于時鐘網(wǎng)絡(luò)來說，也需要插入電平轉(zhuǎn)換單元，可以在綜合的時候插入，也可以在布局布線的某個階段插入。綜合的時候，要注意set_dont_touch命令的使用，如果net被設(shè)置成了dont_touch屬性，則不能插入電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元。在綜合完成后，一定要保證check_mv_design 通過，才能認(rèn)為UPF下的綜合完成。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳春章,艾霞,王國維.數(shù)字集成電路物理設(shè)計[M].北京:科學(xué)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：電源設(shè)計流程范文

一、測試系統(tǒng)設(shè)計

本測試系統(tǒng)在NI LabVIEW虛擬儀器平臺基礎(chǔ)上開發(fā)，由儀器硬件平臺和系統(tǒng)軟件平臺組成，其功能框圖如圖 1。硬件平臺以GPIB/RS232總線為基礎(chǔ)，基于工業(yè)控制計算機為處理平臺，以信號源、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等程控測試儀器完成信號參量和網(wǎng)絡(luò)參量的測試功能；應(yīng)用軟件基于NI LabVIEW為平臺，使用圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計開發(fā)，處理特點既采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法，又保持面向過程的靈活性。從設(shè)備底層到高層界面表述、數(shù)據(jù)庫處理，充分利用LabVIEW的優(yōu)點，完成軟件設(shè)計和代碼編寫。

圖 1 測試系統(tǒng)功能組成框圖

（一）軟件開發(fā)工具NI LabVIEW

測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計基于虛擬儀器開發(fā)平臺NI LabVIEW實現(xiàn)，NI LabVIEW具有圖形化的儀器編程環(huán)境，采用“畫流程圖式”的編程方法進(jìn)行程序設(shè)計和調(diào)試，每個方框圖代表一個功能模塊即子VI，程序執(zhí)行的過程是條件滿足方式，當(dāng)一個功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下一個模塊。程序的動態(tài)流程可以通過點亮程序框圖工具欄上的“高亮顯示執(zhí)行過程”小燈泡看到[2]。測試程序的設(shè)計包括3部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。程序前面板模擬真實儀表的前面板，用于輸入信號各項參數(shù)的設(shè)置和輸出信號的顯示，每一個程序前面板都對應(yīng)著相應(yīng)的程序框圖；框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向；圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI程序調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應(yīng)。

（二）測試系統(tǒng)子模塊設(shè)計

為簡化設(shè)計和調(diào)試流程，將測試系統(tǒng)中各個模塊分類并進(jìn)行子程序設(shè)計，包括電源子程序設(shè)計和測試儀器子程序設(shè)計。測試系統(tǒng)的電源采用DPS6333L，其程控指令通過RS232總線傳輸；測試儀器的程控是通過GPIB總線實現(xiàn)的，其程控指令集均符合SCPI規(guī)范。儀器的GPIB接口與計算機的連接通過NI公司的USB轉(zhuǎn)GPIB接口卡完成，安裝完相應(yīng)的I/O接口庫以及VISA驅(qū)動包后，就可以完成各儀器的程序控制。

以電源“工作模式設(shè)置”子VI程序設(shè)計為例，因其程控指令通過RS232總線傳輸，應(yīng)首先對串口進(jìn)行初始化配置：波特率為默認(rèn)值9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位、串口號為1，并設(shè)置I/O接收和發(fā)送緩沖區(qū)；然后通過VISA Write.vi向電源發(fā)送“O2/O3/O4/O5”等工作模式選擇指令，以確定電源的輸出模式，即串聯(lián)/并聯(lián)/正常/跟蹤模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對字符串的讀寫，因此在數(shù)據(jù)處理時，須進(jìn)行數(shù)字與字符串之間的轉(zhuǎn)換，在此通過調(diào)用一個“數(shù)值至十進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)換”子VI來實現(xiàn)；調(diào)用“清空I/O緩沖區(qū)”子VI后，發(fā)送指令“rm”檢查并輸出此時電源的工作模式，對整個“設(shè)置電源工作模式”的程序進(jìn)行封裝，電源工作模式設(shè)置的框圖程序如圖 2。按同樣方法進(jìn)行設(shè)置電壓/電流、電源保護(hù)、電源輸出等子VI程序的設(shè)計，最后連接電源模塊的所有子VI程序，對電源的前面板配置參數(shù)界面進(jìn)行設(shè)計并對電源模塊的子程序進(jìn)行封裝，最終完成電源設(shè)計。電源的前面板圖與程序框圖分別如圖 3和圖 4。

圖 2 電源工作模式設(shè)置的框圖程序

圖 3 直流程控電源DPS6333L前面板圖

圖 4 直流程控電源DPS6333L程序框圖

依次進(jìn)行信號源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等模塊的子程序設(shè)計，連接其框圖程序，完成測試系統(tǒng)主程序的的開發(fā)。圖 5是某放大器的部分設(shè)計程序。

圖 5 放大器測試程序前面板圖

二、測試結(jié)果

在系統(tǒng)搭建完成之后，進(jìn)行了放大器的測試，測試時通過按下窗口左上角的“運行”按鈕，等待兩分鐘后，便可得到放大器的頻率特性的曲線和記錄數(shù)據(jù)。測試結(jié)果如圖 6。

圖 6 放大器頻率特性曲線測試結(jié)果

三、結(jié)論

實際開發(fā)中，在程序設(shè)計和調(diào)試方面，LabVIEW表現(xiàn)了很好的靈活性。本文中的設(shè)計是基于LabVIEW的測試儀器控制系統(tǒng)，該自動測試系統(tǒng)基本涵蓋了基本的信號參量測試、網(wǎng)絡(luò)參量測試；具有自動化、高效化、準(zhǔn)確化的特點，大大縮短了測試時間，提高了測試效率，完善了測試數(shù)據(jù)的存儲和處理能力[3]。鑒于虛擬儀器開放性好、智能化程度高、界面友好以及可根據(jù)自己的需求設(shè)計儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢，正在被越來越多的工程測試人員所采用，而且隨著未來測控技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器必將會在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[]梁秋明，田夢君.基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子測量技術(shù)，2009，34（3）.

[]趙振華，馮涓.基于LabVIEW的單片機溫度自動測試系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，15.

第4篇：電源設(shè)計流程范文

由于電池技術(shù)并沒有顯著的進(jìn)展，系統(tǒng)設(shè)計人員遂開發(fā)了大量功率管理技術(shù)來應(yīng)付這些挑戰(zhàn)。其中一種技術(shù)允許系統(tǒng)設(shè)計人員“關(guān)斷”手機的某些電路以延長電池壽命。

在這些便攜式設(shè)備的設(shè)計流程中，系統(tǒng)設(shè)計人員如果知道半導(dǎo)體器件如何與功率管理方案配合，便能更快地完成設(shè)計。建立系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)流程與集成電路 (IC) 的開發(fā)流程是一樣的。半導(dǎo)體電路設(shè)計人員必須充分了解這些功率管理方案，并設(shè)計集成電路可在以后的任何系統(tǒng)中正常地工作。實現(xiàn)省電模式或關(guān)機模式的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體功能包括：

過壓容限

三態(tài)

自動重啟

上電期間瞬間脈沖電流消隱

本文將對這些功能進(jìn)行詳細(xì)說明，并確定執(zhí)行這些功能的電路設(shè)計技術(shù)。作為系統(tǒng)設(shè)計人員，理解這些功能在硅片中的實現(xiàn)方式將有助于進(jìn)行更好的系統(tǒng)功率管理設(shè)計，從而將最終問題解決。

過壓容限

圖1：讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上

過壓容限是輸入或輸出節(jié)點容忍信號級別大于器件電源電壓的能力。在手機設(shè)計中，從微處理器到存儲器或其它器件存在著多種直流電平。系統(tǒng)各獨立的電源子系統(tǒng)間吸入電流(“sinking”of current)會給器件帶來潛在的損害。例如，若一個電壓為3V的器件驅(qū)動另一個1.8V的器件，這種電勢差可使電壓較低的器件吸入電流。如果不用一些方法加以限制的話，系統(tǒng)架構(gòu)中兩器件都存在潛在危險。這種額外的電流吸入會增加系統(tǒng)功耗，從而加速電池消耗。這種額外的電流已證明在任何關(guān)注電源的設(shè)計中(如電池壽命有限的手機)，是造成高成本的因素。

有許多技術(shù)可以解決這個問題，較為傳統(tǒng)的方法之一是利用比較器來實現(xiàn)過壓容限。CMOS電路具有一個PMOS管Q2置于輸出和VCC之間，并必須將它的NWELL連接到電路中的最高電勢處，一般是Vcc。這樣，讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上，如圖1所示。若輸入/輸出(I/O)電壓超過VCC，則二極管D1向電源導(dǎo)通。如果利用額外的電路添加一個比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個電勢中的較高者。這使NWELL節(jié)點保持最高電勢，因此限制了D1二極管傳導(dǎo)電流，如圖2所示。

圖2：利用額外的電路添加一個比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個電勢中的較高者。這使NWELL節(jié)點保持最高電勢，限制了D1二極管傳導(dǎo)電流

在off狀態(tài)，控制模塊驅(qū)動PMOS門極到VCC。不過如果輸出端大于VCC+PMOS Q2晶體管的閾值電壓的話，從輸出到Vcc存在不必要的電流泄漏路徑。必須注意，圖2中驅(qū)動Q2門極的晶體管一般是由Vcc供電，故引起此問題。解決泄漏問題的方法如圖3所示，是增加一個從比較器輸出到PMOS Q2門驅(qū)動控制模塊的連接?？刂颇K會保證PMOS柵極驅(qū)動電壓為兩個電勢VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關(guān)斷狀態(tài)，從而消除泄漏路徑。

圖3：增加一個從比較器輸出到PMOS Q2門驅(qū)動控制模塊的連接。控制模塊會保證PMOS柵極驅(qū)動電壓為兩個電勢VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關(guān)斷狀態(tài)，從而消除泄漏路徑

了解這些電路如何工作，便可以加快設(shè)計流程。例如，即使一個器件具有過壓容忍功能，不同的實現(xiàn)方法將帶來完全不同的結(jié)果。吸入電流會存在電壓“窗口”，泄漏值比預(yù)期值高時會出現(xiàn)極端的過壓情形，而且，過壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)會起變化。結(jié)果，系統(tǒng)工程師可能會遭遇無法預(yù)見的問題。為了加快新設(shè)計的上市時間，系統(tǒng)設(shè)計人員并不希望從頭到尾追蹤可能的需要返工的問題。了解如何實現(xiàn)過壓容限有助于電源系統(tǒng)設(shè)計人員一開始就選擇正確的產(chǎn)品，最終并獲得成功。飛兆半導(dǎo)體提供的產(chǎn)品便具有過壓容限功能，并能把不需要的吸入電流限制到極低值(一般小于3μA)，如FSLV16211- 24位總線開關(guān)。

三態(tài)：在省電模式I/O保持高阻抗的能力

這種三態(tài)對多點下傳總線和子系統(tǒng)掉電十分有利。當(dāng)一個部件“掉電”時，I/O泄漏路徑會引起不需要的功耗，或者甚至對部件造成損害。因為I/O擁有至電源的泄漏路徑，它也可能導(dǎo)致器件甚至整個子系統(tǒng)自行上電。

由于功率浪費加上可靠性被損害，這些系統(tǒng)“小故障”會對所有功率管理方案造成影響。例如，當(dāng)一部揭蓋式手機待機時，功率管理IC會關(guān)斷電路板上的不同部分來保存能量。在關(guān)斷系統(tǒng)的不同部分時，工程人員關(guān)心的是每一微安的電流流動，因為它最終會影響電池壽命。如果一個器件在的多點下傳總線上仍然有效，不提供關(guān)機三態(tài)，就可能出現(xiàn)泄漏。這也許會破壞總線上的數(shù)據(jù)并消耗額外的功率。

在大多數(shù)半導(dǎo)體中，器件最普遍的泄漏路徑是通過連接到I/O上的PMOS管。類似于過壓的情形，PMOS的NWELL的寄生PN二極管可以變?yōu)檎蚱枚鴮?dǎo)通。此外，PMOS的門極為0，若I/O電壓高于PMOS的閾值電壓時，將產(chǎn)生不必要的從I/O到電源的電流路徑。這會被電路設(shè)計人員視為過壓的一種，其解決方案如圖3所示。

電路設(shè)計人員還必須提供靜電放電(electrostatic discharge，ESD) 解決方案，以消除到電源或接地的泄漏路徑。鑒于上述的原因，不能使用舊的端接到Vcc的PN ESD二極管。一些較新型的有源鉗位電路或觸發(fā)ESD電路,必須關(guān)注過壓容限和三態(tài)關(guān)機而進(jìn)行謹(jǐn)慎設(shè)計。柵級接地NMOS ESD解決方案因本身具有過壓容限特性，并在關(guān)電時不泄漏，因此得到廣泛采用。

開機重啟

當(dāng)電源確立以提供穩(wěn)定可靠的上電時，“開機重啟”提供了初始化產(chǎn)品的方法。一般而言，I/O是三態(tài)的(高阻抗)，而內(nèi)部寄存器被清除直到電源超過“安全”級別。

用于“開機重啟”的簡單技術(shù)是設(shè)計一個帶內(nèi)置滯后的比較器，把電源電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較。這是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態(tài)上電。當(dāng)電源電壓超過參考電壓時，比較器會產(chǎn)生重啟脈沖。

圖4：把電源電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態(tài)上電

如圖4所示，電阻R3和連接NMOS Q1/的二極管為比較器輸入提供參考電壓。電阻R1和R2作為電阻分壓器(resistor divider)，產(chǎn)生與VCC成正比的電壓。比較器COMP的設(shè)計帶有抵消功能，使到其輸出在兩個輸入端為低時保持為低。上電時，隨著電源電壓的攀升，比較器的參考電壓在節(jié)點1建立，其數(shù)值是通過電流限制電阻R3建立連接NMOS Q1的二極管的閾值電壓。它與由R1和R2組成電阻分壓器的輸出比較，該數(shù)值和VCC成正比，可用以設(shè)置所需與VCC相對的跳變電壓(trip voltage)。當(dāng)電源電壓大于期望值時，比較器的輸出變高，表示電源被確立。

當(dāng)利用這種重啟電路時，所有內(nèi)部器件都應(yīng)通過有源低信號實行重啟。“開機重啟”電路保持重啟節(jié)點為低電平，直到電源電壓值高到足以保證所有內(nèi)部節(jié)點正常工作，并有效地重啟器件。當(dāng)重啟電路的輸出變高時，可進(jìn)行正常工作。

電路設(shè)計人員必須謹(jǐn)慎選擇重啟電壓跳變點 (trip point)，如果過高，噪聲或電源波動會造成重啟電路故障；如果過低，所有器件可能無法重啟。對此，簡單的解決方案是利用高滯回比較器電路，或一旦重啟建立就將其鎖存。在電源確立以保存能量后，低功率設(shè)計會使比較器電路掉電。

設(shè)計“開機重啟”電路時，需要特別關(guān)注同一個器件上的多個電源引腳。通常，在所有電源電壓確立之前，應(yīng)該使產(chǎn)品保持在重啟模式，而不論其電源使用順序為何。假定“開機重啟”電路A由電源A供電，“開機重啟”電路B由電源B供電。電路設(shè)計人員必須確定即使A首先上電，芯片的B部分仍然被控制，反之亦然。系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)參考數(shù)據(jù)表或與制造商聯(lián)系，以確定對有多個電源的產(chǎn)品來說，是否需要特定的供電順序。

在那些很注重器件是否以正確模式開機的應(yīng)用中，如鎖相環(huán)(phased-locked loop)，“開機重啟”是必須采用的重要電路。否則，如果鎖相環(huán)以錯誤的狀態(tài)啟動，它可能鎖存于諧波頻率中，從而影響了器件的性能。

回到手機設(shè)計的題目上，使用這種 “開機重啟”的方法對用于揭蓋式手機鏈路傳輸數(shù)據(jù)的串化器/解串器很有用。在這些特定器件中，以正確的狀態(tài)啟動將決定來自應(yīng)用處理器的信號能否在屏幕上顯示正確的圖像。

無干擾上電

對系統(tǒng)設(shè)計人員而言，上電期間脈沖電流十分重要，因為在電源電壓的整個上升周期，產(chǎn)品的電源電流是受控的。如果內(nèi)部電路設(shè)計不正確，在上電期間就可能引起有害的電源對地短路。這對于系統(tǒng)設(shè)計人員非常重要，因為如果這個問題發(fā)生，整個系統(tǒng)便可能失效，從而帶來嚴(yán)重的可靠性問題。

傳統(tǒng)的CMOS設(shè)計要求電源電壓超過大約兩個晶體管閾值電壓時才能開始工作。在“開機重啟”電路建立并控制該器件之前的這個“死”域期間，問題可能發(fā)生。在重啟電路對內(nèi)部節(jié)點進(jìn)行控制之前，這些節(jié)點可能上電并消耗大量電源電流。一個例子是CMOS的輸出，在上電期間，PMOS和NMOS驅(qū)動同時浮至VCC/2，而且二者都接通。這種現(xiàn)象在VCC和接地之間建立了一個低阻抗路徑，對電源有不良影響。電路設(shè)計人員必須在這現(xiàn)象出現(xiàn)之前設(shè)計“開機重啟”電路，以維護(hù)和控制輸出。另一個解決方案包括設(shè)計系統(tǒng)邏輯在原本的關(guān)機狀態(tài)下上電，或提供無源電路如內(nèi)部上拉/下拉電阻來防止這問題發(fā)生。還必須設(shè)計觸發(fā)(flop)和鎖存(latch)，并在當(dāng)沒有“開機”重啟電路而電源持續(xù)攀升時，將其設(shè)定為穩(wěn)態(tài)。

數(shù)據(jù)表信息

了解這些不同功能后，設(shè)計人員便能夠更好地選擇所需產(chǎn)品以滿足其要求。選擇正確的產(chǎn)品將消除最終的功率循環(huán)問題，加快產(chǎn)品上市時間。飛兆半導(dǎo)體提供的產(chǎn)品便具有過壓容限、三態(tài)關(guān)機、“開機重啟”和無干擾上電等功能。

舉例說明：我們將分析飛兆半導(dǎo)體的24位總線開關(guān)FSLV16211數(shù)據(jù)表中的這些特性。在數(shù)據(jù)表的“DC電氣特性”一欄中可以找到大部分信息。從前面的論述中可知，不同的系統(tǒng)電壓電源能引起通過器件的泄漏電流，但可透過過壓容限予以阻止。在數(shù)據(jù)表上，過壓容限可經(jīng)由輸入泄漏電流 (標(biāo)注為II。)來確定。在表1中，過壓容忍測試在Vcc為2.3V或3.6V、VI在0V～3.6V間時進(jìn)行。測試結(jié)果顯示輸入泄漏電流僅為10μA或1μA，具體數(shù)值視測試而定。與不具備這一嵌入功能的器件相比較，泄漏電流顯著降低。

第5篇：電源設(shè)計流程范文

（1.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院，北京100191）

摘要：針對某型號光纖陀螺老煉測試需要長時監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲和故障保護(hù)等需求，采用工控機與MC9S12XEP100MAL單片機相結(jié)合的方案，設(shè)計光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，可以滿足光纖陀螺老煉測試的要求。

關(guān)鍵詞 ：光纖陀螺；電源監(jiān)控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類號：TN86?34；TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項目：航空科學(xué)基金：機載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號光纖陀螺在老煉測試時往往是多個陀螺成組進(jìn)行測試，每一個陀螺都由線性隔離電源獨立供電。由于對光纖陀螺的老煉測試一般都在幾十小時，甚至上百小時不間斷，這就要求供電電源連續(xù)可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會損壞待測陀螺，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對光纖陀螺供電電源進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以實時記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態(tài)，而且在電源出現(xiàn)過壓、欠壓或過流時，可以自動切斷供電電源，從而起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機作為上位機，基于LabVIEW 設(shè)計了12路陀螺電源數(shù)據(jù)監(jiān)控界面及數(shù)據(jù)存儲程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機作為下位機監(jiān)控電路的主控芯片，實現(xiàn)了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實時采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)。采用Modbus協(xié)議的RTU 模式，實現(xiàn)了上位機與下位機的數(shù)據(jù)傳輸?；谏鲜黾夹g(shù)，實現(xiàn)了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實時監(jiān)控。

1 光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)方案

1.1 技術(shù)要求

光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源。這12 個電源均采用朝陽4NIC?X20線性電源，各電源獨立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術(shù)要求如下：

（1）同時監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源；

（2）每一個陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓故障，電源監(jiān)測系統(tǒng)立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時進(jìn)行聲音報警（只有排除故障后，供電系統(tǒng)重新上電才可以恢復(fù)供電）；

（4）上位機實時顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實時記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)光纖陀螺供電電源監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要求，光纖陀螺供電電源監(jiān)測系統(tǒng)方案[1?2]設(shè)計如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個光纖陀螺電源供電。監(jiān)控電路分為3組，每組監(jiān)控4個電源，共同檢測12個電源的輸出電流和電壓，一旦檢測到某個電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應(yīng)的繼電器實現(xiàn)AC 220 V交流供電的自動切斷，起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

3組監(jiān)控電路再通過RS 485網(wǎng)絡(luò)連接至上位機，實現(xiàn)陀螺電源輸出電壓、電流數(shù)據(jù)的上傳。RS 485 串行數(shù)據(jù)通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機，實現(xiàn)陀螺電源電壓、電流數(shù)據(jù)的接收、顯示、報警和存儲。

2 監(jiān)控電路設(shè)計

光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構(gòu)成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監(jiān)控電路可以監(jiān)控4 個陀螺電源。由于每個陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監(jiān)控電路需要對8路電壓信號和8路電流信號進(jìn)行隔離采樣。

2.1 單片機選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機作為監(jiān)控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機是飛思卡爾16位單片機，最高總線頻率可達(dá)50 MHz，具有16個模擬量輸入通道，轉(zhuǎn)換精度為12位，可以滿足監(jiān)控電路對8路電壓信號和8路電流信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的需要。

2.2 隔離采樣電路設(shè)計

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進(jìn)行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運放，放大倍數(shù)為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進(jìn)行電流信號的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計算出當(dāng)原邊輸入電流為2 A時，輸出電流信號If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護(hù)電路設(shè)計

為了確保光纖陀螺安全可靠地運行，設(shè)計了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護(hù)電路。

在圖6中，輸出電壓的過壓值設(shè)置為+5.5 V，欠壓值設(shè)置為+4.5 V，過流值設(shè)置為2 A。

當(dāng)監(jiān)控電路檢測到某個陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障時，單片機將對應(yīng)的I/O端口輸出信號IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導(dǎo)通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實現(xiàn)陀螺電源出現(xiàn)過壓、過流或欠壓等故障保護(hù)。一旦陀螺電源保護(hù)，只有整個陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復(fù)供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括上位機監(jiān)控軟件及監(jiān)控界面設(shè)計、通信協(xié)議設(shè)計和下位機軟件設(shè)計三部分。

3.1 上位機軟件設(shè)計

采用LabVIEW 2013 來設(shè)計測控軟件的上位機界面以及與下機位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面，快速輕松采集實際信號、進(jìn)行分析以確定有用的數(shù)據(jù)、通信或存儲結(jié)果[3?4]。設(shè)計好的上位機光纖陀螺供電電源監(jiān)控界面如圖7所示。

在圖7中，系統(tǒng)可以同時監(jiān)控12個光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當(dāng)前工作狀態(tài)，是否出現(xiàn)過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現(xiàn)故障，相應(yīng)的指示燈會由綠色變?yōu)榧t色。

3.2 通信協(xié)議

工控機與下位機單片機之間的通信協(xié)議采用Mod?bus 協(xié)議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機作為主機，光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路1~3為從機[5?6]。

3.3 下位機軟件設(shè)計

下位機軟件設(shè)計主要包括系統(tǒng)上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統(tǒng)上電后，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化設(shè)置，包括MC9S12XEP100MAL單片機處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個陀螺電源的8個電壓信號和8個電流信號的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當(dāng)10 ms中斷產(chǎn)生進(jìn)入中斷子程序，單片機對16 個A/D 通道順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換后的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將其存入對應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待上位機請求數(shù)據(jù)時通過串口發(fā)送返回。電流電壓數(shù)據(jù)處理主要包括將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果變換成對應(yīng)的實際電流電壓值，以及進(jìn)行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現(xiàn)過壓、欠壓或過流等故障，單片機立即啟動保護(hù)電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序。工控機與3 路監(jiān)控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機向3路監(jiān)控電路發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令，監(jiān)控電路在響應(yīng)主機請求時返回8路電壓信號數(shù)據(jù)、8路電流信號數(shù)據(jù)和陀螺電源的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了減少串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收對單片機資源的占用，提高處理的效率，系統(tǒng)采用中斷的方式完成串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。串口中斷服務(wù)程序流程如圖10所示。在圖10中，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生時，串口中斷服務(wù)程序首先判斷串口中斷的來源，進(jìn)入串行數(shù)據(jù)接收或串行數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。發(fā)送數(shù)據(jù)時，從系統(tǒng)的發(fā)送緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，寫入相應(yīng)的串口寄存器發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時，從相應(yīng)的串口寄存器讀入數(shù)據(jù)，寫入系統(tǒng)的接收緩存區(qū)。

3.4 數(shù)據(jù)存儲

工控機接收到監(jiān)控電路返回的電流電壓數(shù)據(jù)后，除了將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面中，還定時將數(shù)據(jù)以Excel文件的格式存儲到工控機的硬盤中，以備陀螺電源運行數(shù)據(jù)的查詢。其中，數(shù)據(jù)存儲時間為10 s。

4 結(jié)論

本文采用工控機與MC9S12XEP100MAL 單片機相結(jié)合的方案，基于LabVIEW編程技術(shù)、隔離信號采樣技術(shù)，以及RS 485串行通信等技術(shù)，實現(xiàn)了光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可以同時監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護(hù)功能?，F(xiàn)場實際應(yīng)用表明，該光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)電流、電壓采樣精度高，數(shù)據(jù)采集和顯示實時性好，故障保護(hù)功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測試需要長時間監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄分析和故障保護(hù)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：電源設(shè)計流程范文

【關(guān)鍵詞】單片機;數(shù)字控制;過流保護(hù)

1.總體設(shè)計方案

數(shù)控穩(wěn)壓電源主要由整流穩(wěn)壓模塊[1]、D/A轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、單片機控制模塊、按鍵模塊、過流保護(hù)模塊、運算放大器模塊、蜂鳴器模塊組成。總框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

方案一：采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點在于使用一套十進(jìn)制計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓譯碼顯示，另一方面輸出作為EPROM的輸出經(jīng)MCP4921（D/A）轉(zhuǎn)換去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出。

方案二：采用單片機AT89C52作為整機的主要控制器件，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過MCP4921進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。利用51系列單片機為主控制器，通過按鍵來設(shè)置直流電源的輸出電壓，并可由LCD液晶顯示實際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。

綜上所述，經(jīng)比較，方案二硬件電路簡單，利用程序控制來完成。采用方案二來完成本項目。

2.硬件電路設(shè)計

2.1 電源模塊

采用橋式整流經(jīng)過電容濾波、7815、7905、7805穩(wěn)壓得15V、+5V、-5V電壓，提供給單片機、MCP4921、運算放大器等供電，如圖2所示。

圖2 電源模塊

2.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊

如圖3所示，采用MCP4921對單片機信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換[2]，MCP4921芯片的VREFA腳由TL431提供基準(zhǔn)電壓。VOUTA腳輸出模擬電壓，其計算公式（1）如下：

（1）

=外部基準(zhǔn)電壓;=DAC的輸入代碼;n=12（DAC分辨率）;G=增益選擇（G=2時<>位=0;G=1時<>位=1）。

圖3 D/A轉(zhuǎn)換電路

2.3 過流保護(hù)模塊

采用TL074構(gòu)成的比較器，當(dāng)比較器輸出端為低電平時，三極管導(dǎo)通從而給單片機一個信號，從而起到過流保護(hù)[3]，如圖4所示。

圖4 過流保護(hù)電路

3.軟件系統(tǒng)流程

3.1 主程序

本設(shè)計的總程序流程圖如圖5所示，主控程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后讀入預(yù)置電壓值，輸出相應(yīng)的電壓控制字，等待按鍵輸入。[4]根據(jù)按鍵的不同輸入，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用程序。

圖5 總程序流程圖

3.2 外部中斷程序

過流保護(hù)由外部中斷0實現(xiàn)，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行保護(hù)操作[5]，中斷服務(wù)程序框圖如圖6所示。

圖6 中斷流程圖

4.測試方案及測試結(jié)果分析

4.1 按鍵測試

通過按鍵能設(shè)置直流電源的輸出電壓，具體按鍵功能如表1所示。

表1 按鍵功能表

按鍵 功能

S1 每按鍵一次加1

S2 每按鍵一次減1

S3 每按鍵一次移位一次

S4 按鍵一次確認(rèn)輸出

4.2 輸出電壓的方法

方法1：通過不同的調(diào)節(jié)電位器粗調(diào)如圖7和微調(diào)圖8輸出電壓[6]。

圖7 粗調(diào) 圖8 微調(diào)

方法2：通過按鍵設(shè)置12V輸出，如圖9所示，液晶顯示12V。

圖9 液晶顯示

5.設(shè)計結(jié)論

數(shù)控穩(wěn)壓電源可以實現(xiàn)以下功能：

（1）用LCD液晶顯示輸出電壓且輸出電壓范圍0-12步進(jìn)值為0.1V。

（2）電路調(diào)壓，可直接對電位器調(diào)節(jié)，也可以利用單片機進(jìn)行數(shù)字控制。

（3）具有過流保護(hù)和短路保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：電源設(shè)計流程范文

ATMT自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)符合IEC60947-1、IEC60947-2 、IEC60947-6-1、GB14048.1-2008（總則） 、GB14048.2-2008（斷路器）、GB14048.11-2008（自動轉(zhuǎn)換開關(guān)）。630A-6300A自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)污染等級符合IEC 60664-1 4級，已通過各種極限大氣環(huán)境條件的實驗，可以運行在IEC 947規(guī)定的工業(yè)環(huán)境中，污染等級達(dá)到四級，建議安裝在無過多灰塵且溫度適宜的開關(guān)柜中。其電氣和機械特性適用于環(huán)境溫度-5ºC~+70 ºC，貯存條件是-25 ºC ~+85 ºC ，-35 ºC時可確保合閘。在EMC電磁兼容性方面，靜電放電符合IEC 61000-4-2，Level2標(biāo)準(zhǔn)；射頻電磁場-輻射抗擾度符合IEC 61000-4-3 ，Level3標(biāo)準(zhǔn)；電快速瞬變脈沖符合IEC 61000-4-4，Level3標(biāo)準(zhǔn)；浪涌沖擊符合IEC 61000-4-5，Level4標(biāo)準(zhǔn)；射頻電磁場-傳導(dǎo)抗擾度符合IEC 61000-4-6，Level3標(biāo)準(zhǔn)。

ATMT電源級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)由控制器、適配器和執(zhí)行斷路器構(gòu)成。執(zhí)行斷路器選用Masterpact MT或者M(jìn)TE抽屜式空氣斷路器，2臺或3臺斷路器分別加裝適配器。電源狀況經(jīng)適配器采樣，控制器通過控制連接線與適配器連接，實現(xiàn)對供電電源的檢測，通過可編程的操作流程完成電源間的轉(zhuǎn)換。其中，控制器完成對常用電源、備用電源的供電品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，對進(jìn)線電源的供電品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，頻率計頻率差檢測，相位差監(jiān)測，當(dāng)供電電源狀態(tài)超出設(shè)定閥值時，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動作，即電壓幅值差監(jiān)測，同時，控制器具有過電壓保護(hù)功能，長期過壓能正常工作(130%Ue)。適配器用于電源監(jiān)測與電氣聯(lián)鎖的重要組成部分，并采集供電電源的電壓幅值、頻率、相位等參數(shù)，供控制器作比較判斷。同時，適配器具有可靠的隔離轉(zhuǎn)換開關(guān)強、弱部分，保證轉(zhuǎn)換開關(guān)運行的高可靠性，它的過壓保護(hù)功能，又能保證長期過壓能夠正常工作（130%Ue）。ATMT電源級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的執(zhí)行斷路器部分采用Masterpact MT或者M(jìn)TE抽屜式空氣斷路器，適應(yīng)進(jìn)線電源轉(zhuǎn)換方案的多樣性。

ATMT電源級自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制器部分包括：2A型，2B型，3A型，3B型，TA型，TB型六種。下面針對這六種控制器類型，進(jìn)行分別詳述：

（1）2A型:適用于兩電源；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；具有發(fā)電機啟動/停止控制功能；電氣互鎖。

（2）2B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與2A型不同的是，該類型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能；及手動并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能。

（3）3A型:適用于兩電源一母聯(lián)的情況；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測機自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；電氣互鎖。

（4）3B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測機自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與3A類型不同的是，該類型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能。

（5）TA型:適用于三電源轉(zhuǎn)換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；具備發(fā)電機啟動/控制功能；電氣互鎖。

（6）TB型: 適用于三電源轉(zhuǎn)換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與TA型不同的是，該類型具有頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能；具備發(fā)電機啟動/控制功能。

綜上所述，帶B型的產(chǎn)品比帶A型的產(chǎn)品的優(yōu)勢是，具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能，而帶A型的產(chǎn)品與帶B型的產(chǎn)品不同的是，具備電氣互鎖的功能，所以，在選型時，應(yīng)根據(jù)工藝需要，結(jié)合用戶需求，從而選擇不同的控制器類型。

下面，從動作流程方面，對2A型和2B型控制器的ATMT自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)這兩種較常用的類型分別進(jìn)行詳述：

首先，ATMT-2A型自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)或電網(wǎng)-發(fā)電機之間的切換，當(dāng)常用電源不能供電時（如欠壓、過壓、斷相等），切換至備用電源供電。

（1）ATMT-2A型自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)時，有兩種動作流程，一種是自動狀態(tài)自投自復(fù)，另一種是自動狀態(tài)自投不自復(fù)。

自動狀態(tài)自投自復(fù)情況：當(dāng)常用電源故障時，常用電源切除同時，備用電源投入供電，當(dāng)常用電源恢復(fù)時，備用電源斷開，同時，常用電源投入供電，常用電源正常運行。故障和恢復(fù)時間均為0.5s到64s可調(diào)。自動狀態(tài)自投不自復(fù)情況：當(dāng)常用電源故障時，常用電源切除，同時，備用電源投入供電，進(jìn)行正常運行狀態(tài)，當(dāng)常用電源恢復(fù)時，備用電源仍處在正常運行狀態(tài)。當(dāng)備用電源故障時，備用電源切除，同時，已恢復(fù)的常用電源投入供電，從而常用電源進(jìn)入正常運行狀態(tài)。

（2）ATMT-2A型自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-發(fā)電機時，有一種動作流程，即自動狀態(tài)自投自復(fù)情況。當(dāng)常用電源故障時，發(fā)電機啟動，并輸出達(dá)到整定值卸載，與此同時，常用電源切除，備用電源投入供電，進(jìn)入發(fā)電機電源供電狀態(tài)。當(dāng)常用電源恢復(fù)時，發(fā)電機停機，備用電源切除，常用電源投入，進(jìn)入常用電源運行狀態(tài)。

其次，ATMT-2B型自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于兩路電源間的自動切換，以及短時的并聯(lián)切換，當(dāng)常用電源不能正常供電時（如欠壓、過壓、斷相等），切換至備用電源供電。它的手動狀態(tài)并聯(lián)切換功能，就是用戶設(shè)定并聯(lián)切換條件范圍，當(dāng)常用、備用電源正常，并滿足設(shè)定條件，通過“手動”按鍵選擇人工控制。實現(xiàn)供電不間斷切換，保證重要負(fù)荷供電回路的連續(xù)供電，極大的簡化了運行操作，縮短了操作時間，減少了輔助設(shè)備的操作次數(shù)，從而提高了配電的安全運行水平和供電連續(xù)性。其動作流程與2A型的相同。

以上是ATMT自動電源轉(zhuǎn)換開關(guān)中比較簡單，同時也非常常用的兩種自動電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

出廠前，適配器與斷路器一同安裝，通過二次接線分別與控制器相連，為控制器提供電源狀態(tài)信號，同時，適配器之間通過二次線互聯(lián)，作為電氣聯(lián)鎖的一部分，保證轉(zhuǎn)換開關(guān)可靠的運行。適配器固定于空氣斷路器側(cè)面，在ATMT出廠前已安裝完畢，用戶僅需連接二次線纜即可。

第8篇：電源設(shè)計流程范文

關(guān)鍵詞：電源模塊；傳感器；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

步進(jìn)電動機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或線位移的一種特殊的執(zhí)行電動機。它不需要交換，能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移，因而很適合作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。此外，它的轉(zhuǎn)速在電機的負(fù)載范圍內(nèi)與電脈沖頻率成正比，而與電壓電流等無直接聯(lián)系。計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展，給步進(jìn)電機的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，應(yīng)用非常廣泛，如數(shù)控機床、繪圖儀、自動記錄儀、遙控裝置和航空系統(tǒng)等，都大量使用步進(jìn)電動機。本系統(tǒng)以智能小車為載體，以汽車電子為背景，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制原理、傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)、電子技術(shù)等學(xué)科知識。通過硬件電路設(shè)計和軟件編程實現(xiàn)對步進(jìn)電機的智能化控制。

1 硬件電路設(shè)計

1.1 總體方案

系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示：STC89C52單片機為控制系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)處理傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，將處理的結(jié)果作為電機驅(qū)動模塊的輸入信號控制電機的運行。并將電機的運行狀態(tài)在LCD1602液晶上顯示。傳感器模塊承擔(dān)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，為控制器決策提供信息支撐。電源模塊為整個系統(tǒng)提供電能。

1.2 電源電路設(shè)計

電源是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件，為了提高整個系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性設(shè)計兩套相互獨立的電源分別供電機驅(qū)動和控制測量等電路使用。如圖2所示，7.4V的鎳鎘可充電電池經(jīng)MIC29302穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓后供電機驅(qū)動使用，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓后供控制測量等電路使用。Power為擴(kuò)展的電源接口備用。

1.3 主控電路設(shè)計

主控電路是整個系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)處理傳感器測量的數(shù)據(jù)并將處理的結(jié)果送給驅(qū)動電路控制電機的運行?？紤]系統(tǒng)的控制要求及性價比，選擇STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片。主控電路如圖3所示。

1.4 傳感器測量電路設(shè)計

傳感器測量的結(jié)果作為控制器的輸入，其測量的精度、靈敏度、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)的優(yōu)劣決定整個系統(tǒng)的性能。紅外壁障傳感器E18-D80NK的技術(shù)指標(biāo)見表1。

黑白線檢測傳感器TCRT5000的技術(shù)指標(biāo)見表2。

上述2種傳感器均能滿足測量要求。測量電路如圖4所示。

1.5 電機驅(qū)動電路設(shè)計

驅(qū)動電路由兩片L298N H橋式步進(jìn)電機專用驅(qū)動芯片及續(xù)流肖特基二極管組成，輸入端口直接接主控芯片的P1口。電機驅(qū)動電路如圖5所示。

1.6 液晶顯示與在線編程接口電路設(shè)計

液晶顯示與在線編程接口電路如圖6所示，LCD1602用來顯示小車當(dāng)前的運行狀態(tài)、行程等信息。串口進(jìn)行燒寫與在線調(diào)試。方便開發(fā)和維護(hù)工作。

2系統(tǒng)控制程序設(shè)計

2.1 循線算法程序流程圖

小車在循線模式下工作時：在開放有限的地面空間貼有任意黑色線條，小車在沒有任何人為干預(yù)條件下自主尋找黑色線條。在找到黑色線條后在黑色線條上找到一點使之到小車初始位置的距離最短(最優(yōu)路徑)，在找到最優(yōu)路徑后回到起始點并沿最優(yōu)路徑再次循線。小車循線程序流程圖如圖7所示。

由表3小車尋線實測數(shù)據(jù)分析，小車在尋線模式下工作時其誤差在1.2%～5%之間。

2.2 避障算法程序流程圖

小車在避障模式下工作時：在有限的迷宮內(nèi)小車能夠沿著迷宮內(nèi)的可行駛通道避開各個方向的障礙物，并且找到一條能駛出迷宮的通道。實驗證明由于小車車體關(guān)系，迷宮的寬度必須大于24cm，高度在10～10.5cm。小車避障程序流程圖如圖8所示。

3結(jié)束語

以單片機為核心的控制系統(tǒng)為步進(jìn)電機的智能化控制開辟了新的途徑。引入避障算法實現(xiàn)最優(yōu)路徑的尋找。硬件與軟件的結(jié)合提高系統(tǒng)的可靠性。通過現(xiàn)場試驗測試，按以上方案系統(tǒng)運行良好，在實現(xiàn)電機速度控制，定位控制的同時，能保證最優(yōu)路徑自能化的實現(xiàn)。為工業(yè)現(xiàn)場控制提供了智能車模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 程明，林明耀，張潤和.微特電機及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2007

[2] 陶紅艷，余成波.傳感器與現(xiàn)代檢測技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009

[3] 康光華，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)―模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2005

第9篇：電源設(shè)計流程范文

關(guān)鍵詞：K60 藍(lán)牙遙控 電機驅(qū)動

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1003-9082 （2017） 04-0216-03

一、引言

APP監(jiān)控機器人在家庭、工廠、醫(yī)護(hù)等需監(jiān)視的場合發(fā)揮著重要的作用，它可以有效避免一些意外事故的發(fā)生。互聯(lián)網(wǎng)、手機APP安卓系統(tǒng)的開發(fā)，使得人們通過手機就可以輕松控制機器人的移動。無線遙控實現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅外、射頻等幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢，目前被廣泛應(yīng)用在信息家電方面，各種家電共用遙控，并在可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)中連接，共享有用信息。藍(lán)牙技術(shù)實現(xiàn)無線遙控具有很高的市場價值及廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計通過結(jié)合ARM開發(fā)板，利用無線通信及K60藍(lán)牙處理、硬件測試，達(dá)到機器人實時監(jiān)控、運動的目的。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)以K60單片機為核心控制器，通過接在K60主板上的藍(lán)牙從機接受來自ARM開發(fā)板的指令，傳給K60讓其做出相應(yīng)處理，通過PWM調(diào)制頻率，使電機驅(qū)動模塊工作。利用H橋電機驅(qū)動電路，控制兩個電機差速，從而改變輪子的轉(zhuǎn)向，達(dá)到控制小車運動的目的。通過超聲波避障模塊使小車安全行駛。整個藍(lán)牙小車模塊通過一個模塊電源供電，根據(jù)不同模塊的工作需求，電源模塊提供了3.3V、5V的電源。系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計見圖1。

2.系統(tǒng)主要硬件模塊介紹

機器人小車硬件模塊主要有K60單片機、機器人小車底盤、藍(lán)牙串口模塊、電機驅(qū)動模塊、機器人小車電源模塊、7.2V鎳鎘電池。

2.1 K60單片機

K60芯片電源類引腳，BGA封裝22個，LQFP封裝27個，其中BGA封裝的芯片有五個引腳未使用。芯片使用多組電源引腳分別為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器、I/O引腳驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換等電路供電，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為內(nèi)核和振蕩器。為了電源穩(wěn)定，MCU內(nèi)部包含多組電源電路，同時給出多處電源引出腳，便于外接濾波電容。K60最小系統(tǒng)芯片上同時具有藍(lán)牙接收模塊，這樣在設(shè)計主板上就節(jié)省了引出藍(lán)牙從機的插槽。

設(shè)計K60單片機的整個主板硬件控制電路，其中包括K60最小核心板及電機驅(qū)動PWM的接口，K60硬件主板引腳功能說明見表1。K60最小系統(tǒng)的引腳及主板設(shè)計的原理圖見圖2。

2.2 機器人底盤及電機

為了方便機器人運動轉(zhuǎn)向，本設(shè)計選擇了兩個電機分別控制兩個車輪，一個萬向輪在底盤前面，這樣利用電機的差速驅(qū)動左右電機不同轉(zhuǎn)速，就可以實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向，圖3所示是小車的3輪底盤。由于驅(qū)動機器人需要很大的轉(zhuǎn)矩，所以選擇扭矩大，負(fù)載能力強的大功率直流電機。

2.3藍(lán)牙串口模塊

在K60最小系統(tǒng)板上有通用的藍(lán)牙接口模塊，通過外接藍(lán)牙從機模塊，就可以實現(xiàn)藍(lán)牙從機接收外部信號，傳送給K60單片機做出相應(yīng)處理。本設(shè)計采用LQ-BTM藍(lán)牙從機，在與K60連接時要注意正確的通訊，BTM的RXD要與K60的TXD連接，K60的RXD要與BTM的TXD連接。藍(lán)牙從機接上K60后，LED燈常亮，表示藍(lán)牙連接狀態(tài)，閃爍表示沒有藍(lán)牙連接。通過手機APP界面的藍(lán)牙端發(fā)送指令，從機接收信號指令傳到K60，就可以進(jìn)行運動處理，藍(lán)牙接口正確通訊連接見圖4。

2.4電機驅(qū)動模塊

機器人小車采用兩個直流電機進(jìn)行差速運動，電機驅(qū)動模塊是典型的H橋電路，工作原理見圖5。

它是由四個三級管和四個二極管組成的控制電路，由于它的形狀酷似字母H，所以電路得名“H橋驅(qū)動電路”。要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動電機往某一方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。

根據(jù)H橋驅(qū)動電路，合理設(shè)計機器人小車電機驅(qū)動模塊，采用IRF3205共8個MOS管組成兩個電機的驅(qū)動電路，更好的實現(xiàn)電流、電壓的可逆，使小車更加穩(wěn)定運動。雙電機驅(qū)動模塊接口原理圖見圖6，電機驅(qū)動電路見圖7。

2.5電源模塊

電機驅(qū)動模塊需要5V電源，利用LM1117-5穩(wěn)壓芯片將來自外部7.2V的鎳鎘電池穩(wěn)壓成5V。同理利用L6932芯片，采用多電容濾波，使穩(wěn)壓后的3.3V電源更加穩(wěn)定。圖8所示是5V和3.3V穩(wěn)壓電路原理圖。

三、軟件設(shè)計實現(xiàn)

1.系統(tǒng)流程圖

本設(shè)計的系統(tǒng)流程圖見圖9，包含主程序流程圖及串口中斷服務(wù)函數(shù)。實現(xiàn)藍(lán)牙接收手機端發(fā)送過來的指令送給單片機進(jìn)行處理，控制機器人小車運動，并實現(xiàn)自動避障功能，使機器人小車穩(wěn)定運動。利用IAR軟件編程，燒寫程序進(jìn)入K60單片機。整個設(shè)計涉及到藍(lán)牙模塊的設(shè)置，電機驅(qū)動輸出頻率的控制，以及串口中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計。

2.電機驅(qū)動PWM控制

在K60單片機中，利用FTM產(chǎn)生PWM來控制電機輸出占空比，從而使電機能夠進(jìn)行差速，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。程序中利用FTM_PWM_Duty（）函擔(dān)來控制FTM產(chǎn)生PWM調(diào)制波進(jìn)而產(chǎn)生不同占空比。電機驅(qū)動程序如下：

void Moto_Forward//前進(jìn)