Buck 變換器論文

1、 Buck變換器畢業(yè)論文 基于ARM的Buck變換器制作 電子技術近年來發(fā)展迅猛，直流開關電源廣泛應用于個人計算機、電信通信、 系統(tǒng)、航空航天和生物醫(yī)療等領域，對開關電源的性能、功率密度、工作效率和可靠性的電子系統(tǒng)中有著廣泛的應用，小型化成為必然的要求。本文對Buck 變換器的整體電路和硬件電路進行了討論。首先，對Buck 變換器的背景，發(fā)展狀況進行闡述。其次，對Buck 變換器的硬件設計進行了介紹，STM32 處理器的簡介和內部主要結構介紹，還有對變換器中的主要電路進行介紹，功率及驅動電路、電源電路、保護電路、軟開關電路及控制、電流傳感器的電路原理。再次，對整體電路進行一些簡單的描述。最后，

2、在附錄中，本文還將給出一些必要的系統(tǒng)設計資料，供參考之用。關鍵詞：Buck 變換器，STM32 處理器，硬件電路，整體電路Based on the arm of the changes made a buckAbstractElectronic technology development in recent years, the dc power supply has the wide application in personal computers and telecom communications, the electrical system, air space and biolo

3、gical and medical fields, switching power supplies of power, performance,efficiency and reliability have made a higher demands. Buck change in the battery power of computer, and many consumer products have the power supply of electronic systems are widely used, advocate small-size become inevitable.

4、 To buck this transformation of theelectrical circuits and hardware circuit discussed.First, buck to change the background and development in the paper. Secondly, the buck from the hardware design, stm32 processors, and internal structure, and to introduce major changes in the main circuits to intro

5、duce, power and driven circuit, power supply circuits, the protection circuit and the electrical and control, the principle of the circuit. Current sensors.Thirdly, the circuit to make some brief description. Finally, in the annex, this will also give some necessary system design, data for reference

6、 only.Key words: Buck changes, hardware circuit stm32 processor, the circuitBuck 變換器畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論.1 1.1 課題背景介紹.1 1.2 課題研究狀況.1 1.3 課題研究方法.2第2章 STM32處理器.3 2.1 STM32 處理器介紹.32.2 高級控制定時器(TIM1).4 2.2.1 簡介.4 2.2.2 主要特性.4 2.3 通用定時器(TIMx).5 2.3.1 概述.5 2.3.2 主要特性.5 2.3.3 功能概述.62.4 模擬/數字轉換(ADC).7 2.4.1 介紹.7 2.

7、4.2 主要特征.7 2.4.3 引腳描述. 8 2.4.4 功能描述.9第3章 系統(tǒng)硬件設計.11 3.1 Buck 電路的開關過程分析.11 3.2 功率及驅動電路設計.12 3.2.1 IR2110 簡介.12 3.2.2 IR2110 內部結構和特點.12 3.3 電源電路及保護電路設計.13 3.3.1 電源電路設計.14 3.3.2 保護電路設計.143.4 軟開關電路及控制電路設計.183.5 電流傳感器的電路設計.21 3.5.1 電流傳感器的介紹.21 3.5.2 工作原理.21 3.5.3 模擬霍爾傳感器SS495 介紹.22結論.25致謝.26參考文 第1章 緒論1.1

8、課題背景介紹 開關電源技術的發(fā)展、應用領域的擴大，特別是近幾年便攜式電子產品的飛速發(fā)展,使高效率、高可靠性、高精度、高功率密度成為開關電源的發(fā)展方向，對集成電路設計提出了挑戰(zhàn)。當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。 現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經歷了整流器時代、逆

9、變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET 和IGBT 為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經進入現(xiàn)代電力電子時代。計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環(huán)境保護署l992 年6 月17 日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的外圍設備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30 瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200 瓦開

10、關電源而言,電源自身要消耗50 瓦的能源。1.2 課題研究狀況 近30 年來，開關型功率調節(jié)器已經發(fā)展成輕型、高效的直流電源。在各類Buck 變換器中。PWM 型DCDC 變換器結構種類多，發(fā)展快，術領先，于實現(xiàn)，成為最大的一類。目前，無論在電力電子，還是在控制領域中，IMDCDC 變換器都是研究的熱點。PWM 型變換器中。率器件工作在開關狀態(tài),著開關頻率的提高,常用的理想元件級模型進行仿真,需要的仿真時間會增加，至在諸如諧振變換器等場合會導致仿真不收斂。由于種種限制,在DCDC 變換器的控制方面只是最近幾年才有了較為集中的研究,且由于DCDC 變換器的精確模型較難建立,傳統(tǒng)的控制方法較難得到

11、好的控制特性。隨著微電子技術，現(xiàn)代控制理論以及E DA 技術等領域的飛速發(fā)展，越多的先進控制方法被用來控制DCDC 變換器,大的改善了其性能。對這些先進控制方法的仿真具有重要的現(xiàn)實意義。1.3 課題研究方法 本文主要研究Buck變換器的硬件電路部分，硬件電路主要是由STM32處理器和一些電路組成，這些電路包括：功率及驅動電路，電源電路及保護電路，軟開關電路及控制,電流傳感器。然后對Buck的整體電路在進行研究和討論。1.4 整體框圖 第2章 Buck電路的相關原理分析2.1 ARM工作原理 外部信號輸入到ARM里，ARM進行內部的信號處理后產生一個PWM波，然后PWM波輸入到外部驅動上，完成相

12、應的工作。2.2 Buck電路原理硬件電路設計包括DC-DC變換電路、控制電路、輸出電壓電流采樣電路、數字顯示電路如圖1.2.1所示。輸入電壓為直流電壓24V，通過DC-DC模塊（BUCK斬波電路）將電源電壓轉換成0-20V可調的輸出直流電壓，控制電路采用TL494芯片的穩(wěn)壓電路如圖1.2.2所示。圖中與決定開關電源的開關頻率，輸入電壓可以在15-40V范圍內變化 2.3Buck電路的參數設計 圖2.1.2 Buck電路工作時的等效電路從圖2.1.2的電路等效模型可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，串聯(lián)一個電感，使輸出電流波形較為平滑，能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。在整流電路中并聯(lián)一

13、個電容，在輸入電壓升高時，給電容器充電，可把部分能量儲存在電容器中。而輸入電壓降低時，電容兩端電壓以指數規(guī)律放電，就可以把儲存的能量釋放出來。經過濾波電路向負載放電，負載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。在整流電路中并聯(lián)一個電阻，將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，可以明顯改善濾波效果。此濾波器設計的原則是使的直流分量可以通過，而抑制的諧波分量通過；電容上輸出電壓就是的直流分量在附加微小紋波。電容上的紋波實際由電容的充放電引起，當電路穩(wěn)態(tài)工作時，由于開關工作頻率很高，電容充、放電的時間都非常短，電容上電荷變化量一般很小，由此引起的紋波必然很小，通常相對于電容上輸出的紋波電壓峰峰值為 （2

14、-3）又因為本設計要求中紋波電壓峰峰值為0.2V由式2-3得 (2-4)其中設計為50%按照原則來講，紋波電壓越小，電源供電方范圍越大，但同時電容也越大，同樣對系統(tǒng)有影響。當VT截止關斷時由于電感L續(xù)流，導致VD導通，電路拓撲等效圖如圖2.1.3所示。 (a)晶閘管關斷時 （b）晶閘管導通時 圖（2.1.3）相關參數為Ud=030V， Uo=Ui， 假定=ton/T=40%我們可以把Buck電路等效于圖2.1.4，其中開關S等效于VT、VD的協(xié)同動作效果。在圖2.1.4中，當開關S置于“1”位時，電感器電流的增加，電感器進行儲能;當開關S置于“2”位置時，電感電流減小電感能量進行釋放。假定一個

15、開關周期的電流增加大于電流減小量，在一個開關周期T上的電感器的磁通增量，這個增量將產生一個平均的EMF。根據電磁感應定律，這種潛在的存在將減少在電感器電流上升速度的下一個周期，并同時減緩的電感器電流的下降速度，也就是說，下一個周期的電感電流凈量內將被減少。電路繼續(xù)正常操作，則此操作最終導致了持續(xù)的周期電感電流平均增量是零，電路達到穩(wěn)定狀態(tài);磁通電感增量在一個開關周期小于零的狀態(tài)也是相同的。圖2.1.2中給定輸入電壓,則輸出電壓，其中，則輸入輸出電壓關系如圖2.1.5所示。電感上電壓關系如圖2.1.6所示，電感上電壓為 (2-5)由分析可以得到相應的電流連續(xù)時工作波形如圖（2.1.4）所示如下：

16、 電流連續(xù)工作波形（2.1.4） 原則上講，電流越小，電源的供電范圍越大，供電效果越好，但這樣電感就會越大，會對電路的總體性能有影響。本設計中斷續(xù)電流1A，則電感電流峰峰值為2A，在開關管開通時間內，按照正向計算由式2-5得 （2-6）其中式中,或按照負向計算得 （2-7）其中式中, 根據該電路的狀態(tài)，一個開關周期電感電流平均增量（或磁通平均增量穩(wěn)態(tài)運行是零的現(xiàn)象稱為電感伏秒平衡，有一個一般的功率，前提是在電路穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下進行操作。 開關管、二極管的選擇：開關管VT采用大功率晶體管 TIP32A，續(xù)流二極管常采用快恢復二極管或肖特基二極管，他本身存在有優(yōu)勢耐壓高、正向電流、開關特性好大等優(yōu)點

17、。2.2Buck變換器的開環(huán)仿真（物理模型）以Buck變換器原理電路圖為基礎，應用MATLAB繪制出其仿真電路圖，如2.2.1所示。 開環(huán)Buck電路仿真圖（2.2.1）設計目標參數：輸入電壓： Ui=24V 輸出電壓：U0=12V 開關頻率：f=20kHz 穩(wěn)定度 ：1% 紋波電壓：U=0.2V 20kHz的開關頻率控制晶閘管的導通與關斷，當晶閘管導通時，電源給電路提供電壓，而當晶閘管關斷時，二極管起到續(xù)流的作用，陰極和陽極相反，和電容以及電感構成續(xù)流回路，對電路進行工作。 Scope4的相應波形（2.2.2） 2.2.2所示圖形為電源相應的波形030V。 Scope3的相應波形（2.2.3

18、）2.2.3中所示為電感上的電壓和紋波電流，其中=40%。 op 輸出電壓波形圖（2.2.5） 圖（2.2.5）中的波形為輸入030V電壓經過降壓電路輸出的012V的電壓，其中=40%。2.3Buck變換器的開環(huán)仿真（動態(tài)模型） 圖（2.2.6） 動態(tài)模型說明：輸入電壓為030V，因為=40%，所以為12V，30為輸入電壓，和是晶閘管觸發(fā)電路和整流電路可以被看作是純滯后環(huán)節(jié)，中的11.25和L,C有關，2.99和L,R有關，改變R的大小，可以看到不同的波形。 圖（2.2.7）Scope1的圖形 圖（2.2.7）是L=0.0018 C=62.5 R=1時的開環(huán)變換器物理模型的波形， 圖（2.2.

19、8）圖（2.2.8）是L=0.0018 C=62.5 R=6時的開環(huán)變換器動態(tài)模型的波形。開環(huán)傳遞函數： 利用狀態(tài)平均法構建開環(huán)Buck變換器的傳遞函數。BUCK 變換器有兩種工作狀態(tài):開關管導通模式(圖2.1.8所示)和開關管關斷模式( 圖2.1.9所示)。為簡單起假定開關是理想的, 同時認為狀態(tài)轉換是瞬間完成的, 且工作于電流連續(xù)的狀態(tài)。 圖（2.2.9）Buck變換器原理圖 圖（2.2.10） 從圖（2.2.9）Buck變換器原理圖可以得到如下（2-8）公式： (2-8) = 可得開環(huán)Buck變換器的傳遞函數為： = (2-9)其中， (2-10) 為了驗證此平均模型的可靠性, 可以讓它

20、工作于一定占空比下, 可將其響應曲線與理想器件級模型(開關模型) 在相同占空比下的響應曲線進行比較。2.4.Buck變換器的閉環(huán)仿真（物理模型） Buck變換器閉環(huán)仿真的物理模型（2.4.1）首先需要設計出PI控制框圖，如圖(2.4.11), 其中，給定值為期望的輸出電壓，本設計取開環(huán)Buck電路的設計輸出電壓24V,原件參數繼續(xù)使用之前的開環(huán)Buck電路的參數值，但是PI控制器的參數需要進行后續(xù)計算，通過Buck電路原理圖以及PI控制控制框圖，確定仿真電路圖.在系統(tǒng)中加上PI控制器可以減小系統(tǒng)的幅頻特性，相當于整條幅頻特性曲線下移，從而達到減小穿越頻率的目的。它用積分代替了滯后網絡傳遞函數分

21、母的慣性環(huán)節(jié)，所以可以提高系統(tǒng)的誤差型別。又因為它有又半平面的開環(huán)零點，可以緩和PI零極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性產生響。具體方法如下。PI控制器的傳遞函數如為： (3-1)由系統(tǒng)穩(wěn)定準則知系統(tǒng)穩(wěn)定時的穿越頻率取值范圍為（40005000）Hz取開關頻率為4.5kHz，根據系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖，其對應的賦值為6.3dB。取𝐾𝑃=100，所以對應的PI參數P=0.63，I=100.在實際的調整過程中有對參數進行了微調，最終P=0.49，I=100.最終得到閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數如下: Scope3的波形（2.4.2）2.4.2的第一個波形中有一個滯環(huán)比較器，用來調節(jié)有波動的系統(tǒng)時

22、的緩沖，當信號小于一定值時，才會輸出0.為了使信號調節(jié)有一個足夠的范圍寬度，不至于每個周期都調節(jié)。第三個波形就是輸出的連續(xù)的序列。L/R=0.00015Bode圖 （2.4.3） 2.4.3所示的Bode圖是當R=1.2時，經計算=1.2，此時的諧振很小，近似于0，經與震蕩環(huán)節(jié)的對數頻率曲線對比，結論相互符合。L/R=0.00005時域圖（2.4.8）L/R=0.00006Bode圖（2.4.9）L/R=0.00006時域圖（2.4.10）L/R=0.00007Bode圖（2.4.11）L/R=0.00007時域圖（2.4.12）L/R=0.00008Bode圖（2.4.13）L/R=0.00

23、008時域圖（2.4.14） 從以上的圖形可以看出在一定范圍內L/R越大即（阻尼比）越大，諧振波越小，最后趨于0，同時，超調量越小，上升時間越長。2.5 Buck變換器的閉環(huán)仿真（動態(tài)模型）Buck變換器的閉環(huán)動態(tài)模型（2.5.1） 圖2.5.1中是一個PI調節(jié)器根據反饋對電路進行穩(wěn)態(tài)調節(jié),根據開環(huán)系統(tǒng)的Bode圖并結合PI控制器的特點可知在系統(tǒng)中加上PI控制器可以減小系統(tǒng)的幅頻特性，相當于整條幅頻特性曲線下移，從而達到減小穿越頻率的目的。它用積分代替了滯后網絡傳遞函數分母的慣性環(huán)節(jié)，所以可以提高系統(tǒng)的誤差型別。又因為它有又半平面的開環(huán)零點，可以緩和PI零極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性產生的不利影響除了改善

24、系統(tǒng)的動態(tài)性能外，PI控制器還可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，所以PI控制器的效果優(yōu)于滯后校正網絡。與之后校正網絡相同的是由于其復制的高頻衰減作用，他也是系統(tǒng)的響應速度下降，這也是PI控制器的主要缺點。和是晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置經泰勒級數展開的傳遞函數，因為晶閘管觸發(fā)與整流裝置是一個純滯后環(huán)節(jié)，25是輸入的電壓（范圍在030V之間），中的由系統(tǒng)決定，和L,C有關，0.0001和L,R有關，因此0.0001是一個可調量，反映負載的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第3章 STM32處理器3.1 STM32 處理器介紹 微控制器全球領導廠商意法半導體宣布最新的STM32 互聯(lián)系(Connectivity Line

25、)微控制器已全面投產，基于ARM Cortex TM - M3 處理器的這款新產品如預期準時上市。S TM3 2 互聯(lián)系列讓設計人員可以在同時需要以太網、US B、CAN 和音頻級1 2 S接口的產品設計中發(fā)揮工業(yè)標準的32 位微處理器的優(yōu)異性能。目前互聯(lián)系列下設兩個產品系列：STM32F105和STM32F107。STM32F105 系列集成一個全速USB2.0HostDeviceOTG接口和兩個具有先進過濾功能的CAN2.0 控制器；STM32F107 系列則在STM32F1O5 系列基礎增加一個10 100 以太網媒體訪問控制器( MAC)，以完整的硬件支持IEEE1588 精確時間協(xié)議

26、，使設計人員能夠為實時應用開發(fā)以太網連接功能。內置專用緩存讓USBATB、兩CAN 控制器和以太網接口同時工作，以滿足通信網關應用的需求，以及各種需要靈活的工業(yè)標準連接功能的挑戰(zhàn)性需求。兩個系列產品都支持音頻級I2S通信，配合USBhost；F口SPI 功能讓微控制器可以讀取USB 大容量外存、MP3 播放器或SD 記憶卡等外存中的音頻文件，并通過12 接口進行音頻解碼和輸出。這些功能是家庭音響設備的必備功能，如音響底座系統(tǒng)、鬧鐘音樂播放器和家庭影院。ARMCortex-M3 出色的處理性能讓開發(fā)人員可以用軟件實現(xiàn)重要的功能(如語音編解碼)和人機接口功能(如顯示數據處理、播放和停止按鈕)，從而

27、節(jié)省外部元器件?！拔覀冊谑褂肁RM Cortex-M3 內核方面積累了大量的技術知識，可以迅速地推出新產品，在一個工業(yè)標準內核上實現(xiàn)高能效運行、優(yōu)異的實時性能和創(chuàng)新的共享外設，”意法半導體微控制器產品部總經理Jim Nicholas 表示，“目前量產中的四個STM32系列產品，以及一個正在開發(fā)的超低功耗STM32L微控制器平臺,還有更多規(guī)劃中的創(chuàng)新產品，我們可靠的產品開發(fā)藍圖使我們的客戶能夠鎖定現(xiàn)有市場并掌握新興市場機會?！?STM32 互聯(lián)系列由72 MHz 微控制器組成，能夠滿足網絡連接、數據記錄、USB連接和外設擴展或現(xiàn)場升級等需求，可用于以工業(yè)、醫(yī)療、家電、消費電子和物業(yè)服務為目標用的

28、產品，如電力線通信(PLC)、電機控制、病人監(jiān)控、家庭音響、保安系統(tǒng)、電表控制面板。 目前STM32 系列共有70 款產品在產，36MHz 到72MHz 的產品在軟件和引腳上相互兼容，提供多種共用外設選擇，以滿足多元化的應用需求，共計八種封裝選擇，片上閃存密度從16KB到512KB。內置64KB、128KB 或256KB 閃存的STM32F105 和內置128K 或256KB 閃存的STM32F107 立即上市，這兩個系列產品采用LQFP64 或LQFP100 封裝。3. 2 STM32F GPIO 3.2.1 簡介通用的GPIO引腳通常分組為PA,PB,PC,PD和PE等。每組中各端口根據G

29、PIO寄存器中每位對應的位置又分別編號為015。每個I/O端口都有特定的硬件特征，GPIO端口的每個位可以由軟件分別配置成：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入、開漏輸出、推挽式輸出、推挽式復用功能和開漏復用功能等多種模式。類別模式簡介通用輸出推挽上拉輸出開漏如果需要上拉，則必須外接復用輸出推挽片上外設控制輸出開漏片上外設控制輸出，如果需要外設，必須外接輸入模擬輸入再模擬模式下 ，數字輸入總為1浮空輸入內部沒有上拉或下拉的數字輸入下拉輸入帶內部下拉的數字輸入上拉輸入帶內部上拉的數字輸入 GPIO輸入/輸出模式（3-1）3.3 高級控制定時器(TIM1)3.3.1 簡介 高級控制定時器(TIM

30、1)由一個16 位的自動裝載計數器組成，它由一個可編程預分頻器驅動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時間的互補PWM輸出，單脈沖輸出等)。 使用定時器預分頻器和RCC 時鐘控制預分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個微秒到幾個毫秒的調節(jié)。高級控制(TIM1)和通用(TIMx)定時器是完全獨立的，它們不共享任何資源。3.3.2 主要特性 高級TIM1定時器的功能包括： （1）16 位向上，向下，向上/向下自動裝載計數器。 （2）16 位可編程（可以實時修改）預分頻器，計數器時鐘頻率的分頻系數為165535 之間的任意數值。 （

31、3）4 個獨立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； 單脈沖模式輸出； 死區(qū)時間可編程的互補輸出； PWM 生成(邊緣或中間對齊模式)； （4）在指定數目的計數器周期之后更新定時器寄存器； 剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復位狀態(tài)或者一個已知狀態(tài)。 如下事件發(fā)生時產生中斷/DMA 更新：計數器向上溢出/向下溢出， 計數器初始化(通過軟件或者內部/外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計數器啟動，停止，初始化或者由內部/外部觸發(fā)計數)； 輸入捕獲； 輸出比較； 剎車信號輸入；3.4 通用定時器(TIMx)3.4.1 概述 通用定時器是一個通過可編程預分頻器驅動的16 位自動裝載計數器構成。它適用于多種場合，包括測

32、量輸入信號的脈沖長度(輸入采集)或者產生輸出波形(輸出比較和PWM)。使用定時器預分頻器和RCC 時鐘控制器預分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調整。定時器是完全獨立的，而且沒有互相共享任何資源。它們可以一起同步操作。3.4.2 主要特性通用TIMX定時器的功能包括：（1）16 位向上，向下，向上/向下自動裝載計數器。（2）16 位可編程（可以實時修改）預分頻器，計數器時鐘頻率的分頻系數為165535 之間的任意數值。（3）4 個獨立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； 單脈沖模式輸出； PWM 生成(邊緣或中間對齊模式)； 使用外部信號控制定時器和定時器互聯(lián)的同步電路。 如下事件

33、發(fā)生時產生中斷/DMA； 更新：計數器向上溢出/向下溢出， 計數器初始化(通過軟件或者內部/外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計數器啟動，停止，初始化或者由內部/外部觸發(fā)計數)； 輸入捕獲 輸出比較；3.4.3 功能描述 輸入捕獲模式 在輸入捕獲模式下，當檢測到ICx 信號上相應的邊沿后，捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)被用來鎖存計數器的值。當一個捕獲事件發(fā)生時，相應的CCXIF 標志(TIMx_SR 寄存器)被置1，如果開放了中斷或者DMA 操作，則將產生中斷或者DMA操作。如果一個捕獲事件發(fā)生時CCxIF 標志已經為高， 那么重復捕獲標志CCxOF(TIMx_SR 寄存器)被置1。寫CCxIF

34、=0 可清除CCxIF，或讀取存儲在TIMx_CCRx寄存器中的捕獲數據也可清除CCxIF。寫CCxOF=0 可清除CCxOF。 以下例子說明如何在TI1 輸入的上升沿時捕獲計數器的值到TIMx_CCR1寄存器中，步驟如下：選擇有效輸入端：TIMx_CCR1 必須連接到TI1 輸入，所以寫入TIMx_CCR1 寄存器中的CC1S=01， 一旦CC1S 不為00 時， 通道被配置為輸入， 并且TM1_CCR1 寄存器變?yōu)橹蛔x。根據輸入信號的特點，配置輸入濾波器為所需的帶寬(輸入為TIx 時，TIMx_CCMRx 寄存器中的ICxF 位)。假設輸入信號在最多5 個時鐘周期的時間內抖動，我們須配置濾

35、波器的帶寬長于5 個時鐘周期。因此我們可以(以fDTS 頻率)連續(xù)采樣8次，以確認在TI1 上一次真實的邊沿變換，即在TIMx_CCMR1 寄存器中寫入IC1F=0011。選擇TI1 通道的有效轉換邊沿，在TIMx_CCER 寄存器中寫入CC1P=0(即上升沿)。配置輸入預分頻器。在本例中，我們希望捕獲發(fā)生在每一個有效的電平轉換時刻，因此預分頻器被禁止(寫TIMx_CCMR1 寄存器的IC1PS=00)。 設置TIMx_CCER 寄存器的CC1E=1，允許捕獲計數器的值到捕獲寄存器中。如果需要，通過設置TIMx_DIER 寄存器中的CC1IE 位允許相關中斷請求，通過設置TIMx_DIER 寄

36、存器中的CC1DE 位允許DMA 請求。發(fā)生當一個輸入捕獲時：當產生有效的電平轉換時，計數器的值被傳送到TIMx_CCR1 寄存器。CC1IF 標志被設置(中斷標志)。當發(fā)生至少2 個連續(xù)的捕獲時，而CC1IF 未曾被清除，CC1OF 也被置1。如設置了CC1IE 位，則會產生一個中斷。如設置了CC1DE 位，則還會產生一個DMA請求。為了處理捕獲溢出，建議在讀出捕獲溢出標志之前讀取數據，這是為了避免丟失在讀出捕獲溢出標志之后和讀取數據之前可能產生的捕獲溢出信息。3.5 模擬/數字轉換(ADC)3.5.1 介紹 12 位ADC 是一種逐次逼近型模擬數字轉換器。它有18 個通道，可測量16 個外

37、部和2 個內部信號源。各通道的A/轉換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC 的結果可以左對齊或右對齊方式存儲在16 位數據寄存器中。模擬看門狗特性允許應用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。3.5.2 基本參數 ADC基本參數為12位分辨率；供電要求2.43.6V；輸入范圍03.6V(VREF- VIN VREF+)對于STM32F103xx增強型產品，ADC轉換時間跟時鐘頻率有關。3.5.3 基本功能 （1）轉換結束，注入轉換結束和發(fā)生模擬看門狗事件時產生中斷； （2）自校準；在每次ADC開始轉換前進行一次自校準； （3）規(guī)則通道轉換期間有DMA 請求產生； （4）帶內嵌數據

38、一致的數據對齊； （5）通道之間采樣間隔可編程； （6）規(guī)則轉換和注入轉換均有外部觸發(fā)選項； （7）可設置成單次,連續(xù)，掃描，間斷模式進行； （8）雙ADC模式，帶兩個ADC設備ADC1和ADC2，有8種轉換方式。 注意：如果有VREF-管腳(取決于封裝)，必須和VSSA 相連接。3.5.4 引腳描述名稱信號類型注解輸入，模擬參考正極ADC使用的高端/正極參考電壓，2.4V輸入，模擬電源等效于的模擬電源且2.4V(3.6V)輸入，模擬參考負極ADC使用的底端/負極參考電壓，=輸入，模擬電源地等效于Vss的模擬電源地ADCx_IN15:0模擬輸入信號16個模擬輸入通道3.5.5 功能描述1、AD

39、C 開關控制 通過設置ADC_CR1 寄存器的ADON 位可給ADC 上電。當第一次設置ADON 位時，它將ADC 從斷電狀態(tài)下喚醒。ADC 上電延遲一段時間后(tSTAB)，再次設置ADON位時開始進行轉換。通過清除ADON 位可以停止轉換，并ADC 置于斷電模式。在這個模式中，ADC 幾乎不耗電(僅幾個A)。2、ADC 時鐘 由時鐘控制器提供的ADCCLK時鐘和PCLK2(APB2 時鐘)同步。CLK控制器為ADC時鐘提供一個專用的可編程預分頻器。3、通道選擇 有16 個多路通道?？梢园艳D換分成兩組：規(guī)則的和注入的。在任意多個通道上以任意順序進行的一系列轉換構成成組轉換。例如，可以如下順序

40、完成轉換：通道3、通道8、通道2、通道2、通道0、通道2、通道2、通道15。規(guī)則組由多達16 個轉換組成。規(guī)則通道和它們的轉換順序在ADC_SQRx 寄存器中選擇。規(guī)則組中轉換的總數寫入ADC_SQR1 寄存器的L3:0位中。注入組由多達4 個轉換組成。注入通道和它們的轉換順序在ADC_JSQR 寄存器中選擇。注入組里的轉換總數目寫入ADC_JSQR 寄存器的L1:0位中。如果ADC_SQRx 或ADC_JSQR 寄存器在轉換期間被更改，當前的轉換被清除，一個新的啟動脈沖將發(fā)送到ADC 以轉換新選擇的組。溫度傳感器/ VREFINT 內部通道溫度傳感器和通道ADC_IN16 相連接，內部參考電

41、壓VREFINT 和ADC_IN17相連接?？梢园醋⑷牖蛞?guī)則通道對這兩個內部通道進行轉換。注意：傳感器和VREFINT只能出現(xiàn)在主ADC 中。4、單次轉換模式 單次轉換模式里，ADC 只執(zhí)行一次轉換。這個模式既可通過設置ADC_CR2 寄存器的ADON位(只適用于規(guī)則通道)啟動也可通過外部觸發(fā)啟動(適用于規(guī)則通道或注入通道)，這時CONT位為0。一旦選擇通道的轉換完成：如果一個規(guī)則通道被轉換： 轉換數據被儲存在16 位ADC_DR 寄存器中； EOC(轉換結束)標志被設置； 如果設置了EOCIE，則產生中斷。 如果一個注入通道被轉換： 轉換數據被儲存在16 位的ADC_DRJ1 寄存器中； J

42、EOC(注入轉換結束)標志被設置； 如果設置了JEOCIE 位，則產生中斷，然后ADC 停止。5、連續(xù)轉換模式 在連續(xù)轉換模式中，當前面ADC 轉換一結束馬上就啟動另一次轉換。此模式可通過外部觸發(fā)啟動或通過設置ADC_CR2 寄存器上的ADON 位啟動，此CONT 位是1。每個轉換后： 如果一個規(guī)則通道被轉換： 轉換數據被儲存在16 位的ADC_DR 寄存器中； EOC(轉換結束)標志被設置； 如果設置了EOCIE，則產生中斷。 如果一個注入通道被轉換： 轉換數據被儲存在16 位的ADC_DRJ1 寄存器中； JEOC(注入轉換結束)標志被設置； 如果設置了JEOCIE 位，則產生中斷。 3、

43、時序圖 如圖2.4 所示，ADC 在開始精確轉換前需要一個穩(wěn)定時間tSTAB。在開始ADC 轉換和14 個時鐘周期后，EOC 標志被設置，16 位ADC 數據寄存器包含轉換的結果。. 3.6 STM32的DMA3.6.1 DMA簡介 存儲器直接訪問DMA,傳送方式如一種高速的數據傳輸操作，允許在外部設備和存儲器之間利用系統(tǒng)總線直接讀/寫數據，既不通過微處理器，也不需要微處理器干預。整個數據傳輸在一個稱為“DMA控制器”的控制下進行。微處理器除了在數據傳輸開始和結束時控制一下，在傳輸過程中微處理器可以進行其他的工作。DMA還有一個特點是“分散-收集”，它允許在一次單一的DMA處理中傳輸大量數據到

44、存儲區(qū)域。3.6.2 DMA的基本功能（1）7個獨立可配置的通道。（2）每個通道都可以硬件請求或軟件觸發(fā)，這些功能及傳輸的長度、傳輸的源地址或目的地址都可以通過軟件來配置。（3）在7個請求之間的優(yōu)先權可以通過軟件編程設置（共有4級：很高、高、中等和低），在優(yōu)先權相等時通過硬件決定誰優(yōu)先（請求0優(yōu)先于請求1，依次類推）。（4）每個通道有3事件標志(DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯)，這三個事件標志通過邏輯“或”形成一個單獨的中斷請求。（5）獨立的源和目標數據區(qū)的傳輸寬度（8位字節(jié)、16位半字和32位全字），源地址和目標地址按數據傳輸寬度對齊，支持循環(huán)的緩沖期管理。（6）可編程的數據傳輸數量最大為65536.（7）STM32的DMA可在如下區(qū)域傳輸：外設到存儲器（I2C/UART等獲取數據并送入SARM）;SARM的兩個區(qū)域之間；存儲器到外設（如SARM中預先保存的數據送入DAC產生各種波形）；外設到外設（如ADC讀取數據后送到TIM1控制產生不同的PWM占空比）；允許將Flash、SRAM、APB1外設和APB2外設作為訪問的源和目標