一種基于單片機和dsp的dc-dc轉(zhuǎn)換器研究實驗平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研究實驗平臺，屬于DC-DC轉(zhuǎn)換器研究【技術(shù)領(lǐng)域】。本實用新型的電源模塊為數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊供電；數(shù)據(jù)處理DSP模塊通過電平轉(zhuǎn)換模塊與主控單片機模塊相連；主控單片機模塊的輸入端與信號采集模塊相連，輸出端連接驅(qū)動隔離模塊，主控單片機模塊通過信號采集模塊采集實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的信號，且主控單片機模塊通過驅(qū)動隔離模塊控制實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器；該主控單片機模塊還連接有顯示模塊和按鍵控制模塊。本實用新型采用AVR單片機+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)，對DC-DC轉(zhuǎn)換器進行一系列研究，并對仿真結(jié)果進行檢證，操作簡單、便于推廣應用。
【專利說明】一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研究實驗平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺。

【背景技術(shù)】
[0002]DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，在遠程及數(shù)據(jù)通訊、計算機、辦公自動化設備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域有非常廣泛的應用。也正是因為DC-DC轉(zhuǎn)換器的應用越來越普遍，對其性能的研宄得到了相關(guān)領(lǐng)域人員的高度重視。
[0003]對以Buck轉(zhuǎn)換器和Boost轉(zhuǎn)換器為主的DC-DC轉(zhuǎn)換器進行小信號模型分析，建立非理想狀態(tài)下的Buck和Boost轉(zhuǎn)換器狀態(tài)空間數(shù)學模型，進一步研宄轉(zhuǎn)換器的時域、頻域特性。在狀態(tài)空間模型的基礎(chǔ)上建立交流小信號模型，并對非線性控制方法進行研宄，設計具有“雙零點”、“雙極點”的新型補償網(wǎng)絡控制器，用Matlab軟件對設計結(jié)果進行仿真研宄，檢驗小信號模型和新型補償網(wǎng)絡的正確性與合理性。上述研宄項目都有著非常重要的實際意義，但現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有能夠綜合完成上述所有研宄的實驗平臺，這成為了研宄DC-DC轉(zhuǎn)換器的瓶頸。
[0004]經(jīng)檢索，中國專利號ZL201320633413.4，授權(quán)公告日為2014年4月9日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種DSP、單片機與CPLD —體的實驗平臺，該申請案包括處理電路板、輸出模塊板、輸入模塊板、網(wǎng)絡通信模塊板、USB通信模塊板、傳感器模塊板、AD/DA模塊板、驅(qū)動模塊板和電源模塊板；電源模塊板通過電源接口為處理電路板、輸出模塊板、輸入模塊板、網(wǎng)絡通信模塊板、USB通信模塊板、傳感器模塊板、AD/DA模塊板、驅(qū)動模塊板供電。該申請案既可以完成DSP、單片機、CPLD處理器單方向的基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容，又可以將三個處理器結(jié)合與其他功能模塊電路綜合出復雜的應用性實驗，但該申請案結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，且根據(jù)分析并不能很好的應用到對DC/DC轉(zhuǎn)換器的研宄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1.實用新型要解決的技術(shù)問題
[0006]本實用新型針對上述問題，設計了一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺；本實用新型采用AVR單片機+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)作為整個實驗平臺的運算和控制核心，對DC-DC轉(zhuǎn)換器進行小信號模型和新型補償網(wǎng)絡的正確性、合理性等一系列研宄，并對仿真結(jié)果進行檢證，操作簡單、便于推廣應用。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]為達到上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為:
[0009]本實用新型的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，包括電源模塊、數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊、信號采集模塊、驅(qū)動隔離模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊，其中:
[0010]所述的電源模塊為數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊供電；
[0011]所述的數(shù)據(jù)處理DSP模塊的HPI接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊與主控單片機模塊的HPI接口相連；
[0012]所述的主控單片機模塊的輸入端與信號采集模塊相連，該主控單片機模塊的輸出端連接驅(qū)動隔離模塊，主控單片機模塊通過信號采集模塊采集實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的信號，且主控單片機模塊通過驅(qū)動隔離模塊控制實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器；該主控單片機模塊還連接有顯示模塊和按鍵控制模塊。
[0013]作為本實用新型更進一步的改進，所述的數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊的JTAG接口分別與上位機或功能擴展模塊相連。
[0014]作為本實用新型更進一步的改進，所述的按鍵控制模塊設置有4個按鍵，分別為ON/OFF 鍵、“ + ” 鍵、“”鍵和 H/L 鍵。
[0015]作為本實用新型更進一步的改進，所述的主控單片機模塊采用ATmega64L微控制器，數(shù)據(jù)處理DSP模塊采用TMS320VC5402DSP芯片。
[0016]3.有益效果
[0017]采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0018](1)本實用新型的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，采用AVR單片機+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)作為整個實驗平臺的運算和控制核心，單片機和DSP結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補，硬件上可以豐富片內(nèi)資源、簡化電路設計，軟件上程序設計簡潔、宜于修改、執(zhí)行效率高；
[0019](2)本實用新型的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，采集實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓、輸入電流和輸出電壓并進行處理，再根據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生PWM信號控制實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器，對數(shù)學建模的仿真結(jié)果進行驗證，該實驗平臺可以適應轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)面對的不同工作情況，且操作簡單、搭建成本低、實用性強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺的組成框圖。

【具體實施方式】
[0021]為進一步了解本實用新型的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作詳細描述。
[0022]實施例1
[0023]參看圖1，本實施例的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，包括電源模塊、數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊、信號采集模塊、驅(qū)動隔離模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊。其中，所述的電源模塊主要用于產(chǎn)生實驗平臺中各部分所需要的電源，該電源模塊先將220V的交流電壓降壓整流為12v的直流電，再轉(zhuǎn)換為+5v的直流電壓供主控單片機模塊使用，和+3.3v的直流電壓供數(shù)據(jù)處理DSP模塊使用。
[0024]所述的數(shù)據(jù)處理DSP模塊選用TI公司的TMS320VC5402高性能DSP芯片，該數(shù)據(jù)處理DSP模塊的HPI接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊與主控單片機模塊的HPI接口相連，電平轉(zhuǎn)換模塊采用74LVC16245A電平轉(zhuǎn)換芯片，主控單片機模塊與數(shù)據(jù)處理DSP模塊通過HPI接口實時高速通信。本實施例中數(shù)據(jù)處理DSP模塊的主要功能是接收主控單片機模塊輸送的實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器和比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓、輸入電流和輸出電壓，按照事先編寫的算法進行運算和處理，并把處理后的信息傳回到主控單片機模塊。
[0025]所述的主控單片機模塊選用ATMEL公司的ATmega64L微控制器，主控單片機模塊的輸入端與信號采集模塊相連，信號采集模塊對實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓 '、輸入電流L和輸出電壓￥2進行采集，同時對比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓V/、輸入電流V和輸出電壓AV進行采集，并將采集的電壓、電流信號輸送給主控單片機模塊進行預處理。主控單片機模塊的輸出端連接驅(qū)動隔離模塊，主控單片機模塊輸送電壓、電流信號給數(shù)據(jù)處理DSP模塊后，實時接收數(shù)據(jù)處理DSP模塊發(fā)送的控制信息，并產(chǎn)生PWM波形通過驅(qū)動隔離模塊對實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器進行控制。
[0026]本實施例的主控單片機模塊還連接有顯示模塊和按鍵控制模塊，所述的顯示模塊采用IXD顯示屏。待機狀態(tài)下，IXD顯示屏上面一排數(shù)字顯示設定的實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值；工作狀態(tài)下，IXD顯示屏上面一排數(shù)字顯示采集到的實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器實際輸出電壓值，下面一排數(shù)字顯示比較DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓值，單位均為V。
[0027]所述的按鍵控制模塊設置有4個按鍵，分別為ON/OFF鍵、“ + ”鍵、鍵和H/L鍵。ON/OFF鍵主要用于控制實驗平臺處于待機狀態(tài)或工作狀態(tài)?！?+ ”鍵和鍵用于在待機狀態(tài)下設定實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值，未設定時其缺省值是12V，“ + ”鍵表示輸出電壓值增加，鍵表示輸出電壓值減小。H/L鍵用于切換一次加減輸出電壓值的幅度為IV還是 0.0lVo
[0028]值得說明的是，本實施例為了便于后續(xù)的功能擴展及調(diào)試，設置數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊的JTAG接口分別與上位機或功能擴展模塊相連。如此，本實施例的實驗平臺能夠很方便的進行在線編程調(diào)試及功能擴展。
[0029]本實施例采用AVR單片機+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)作為整個實驗平臺的運算和控制核心，單片機和DSP結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補，減少單一 CPU的工作壓力，提供更多的外部接口，有利于實驗平臺功能的擴展。硬件上可以豐富片內(nèi)資源、簡化電路設計，提高電路工作的可靠性；軟件上，由于單片機以控制能力見長而運算能力一般，與DSP結(jié)合將單片機用作外設控制和數(shù)據(jù)I/O接口，完成外設控制和多路信號的采集功能，而DSP完成單純的采集后數(shù)據(jù)處理算法功能，軟件資源分配及程序設計均相對獨立，程序設計簡潔，宜于修改，且程序執(zhí)行效率高，如此更充分地發(fā)揮了單片機和DSP各自的功效和特長，且AVR單片機+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)的電路搭建成本低、操作簡單、實用性強。
[0030]實際使用時，在數(shù)學建模和MATLAB仿真的基礎(chǔ)上，本實施例的實驗平臺利用主控單片機模塊進行數(shù)據(jù)采集并通過高速HPI接口發(fā)送給數(shù)據(jù)處理DSP模塊，由數(shù)據(jù)處理DSP模塊進行算法分析和運算，將結(jié)果再傳給主控單片機模塊產(chǎn)生相應的PWM時序，去控制實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器，對數(shù)學建模的仿真結(jié)果進行驗證，該實驗平臺可以適應轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)面對的不同工作情況，通過軟件算法的提升改變系統(tǒng)性能，可以靈活完成并實現(xiàn)控制系統(tǒng)中復雜的控制算法，在有必要的情況下還可以與已有的DC-DC轉(zhuǎn)換器進行比較。
[0031]以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，其特征在于:包括電源模塊、數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊、信號采集模塊、驅(qū)動隔離模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊，其中: 所述的電源模塊為數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊供電； 所述的數(shù)據(jù)處理DSP模塊的HPI接口通過電平轉(zhuǎn)換模塊與主控單片機模塊的HPI接口相連； 所述的主控單片機模塊的輸入端與信號采集模塊相連，該主控單片機模塊的輸出端連接驅(qū)動隔離模塊，主控單片機模塊通過信號采集模塊采集實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器、比較DC-DC轉(zhuǎn)換器的信號，且主控單片機模塊通過驅(qū)動隔離模塊控制實驗DC-DC轉(zhuǎn)換器；該主控單片機模塊還連接有顯示模塊和按鍵控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理DSP模塊、主控單片機模塊的JTAG接口分別與上位機或功能擴展模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，其特征在于:所述的按鍵控制模塊設置有4個按鍵，分別為ON/OFF鍵、“ + ”鍵、鍵和H/L鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于單片機和DSP的DC-DC轉(zhuǎn)換器研宄實驗平臺，其特征在于:所述的主控單片機模塊采用ATmega64L微控制器，數(shù)據(jù)處理DSP模塊采用TMS320VC5402DSP 芯片。
【文檔編號】G01R31/00GK204228860SQ201420738181
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】潘小波, 夏興國, 寧平華 申請人:馬鞍山職業(yè)技術(shù)學院