基于STM32的LED驅(qū)動電源設(shè)計

1、基于STM32的LED驅(qū)動電源設(shè)計摘 要高亮LED是當(dāng)今照明技術(shù)的重大進(jìn)步。LED驅(qū)動電源的控制核心采用ARM系列微處理器STM32，實現(xiàn)LED驅(qū)動的智能控制。ARM系列微處理器的應(yīng)用越來越廣泛， 其采用當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)計理念，使得性能大大提升。能使我們在微控制器、集成開發(fā)軟件、編程語言等知識的學(xué)習(xí)和掌握水平，使我們在微控制器設(shè)計、軟件編程等方面的應(yīng)用能力得到全面訓(xùn)練和提高。對于一般照明而言，人們更需要白色的的光源。作為一種新型的光源，LED具有無污染、長壽命、耐振動和抗沖擊的鮮明特點。雖然白光LED的發(fā)光效率正在逐步提高，但是與LED燈配套的驅(qū)動器性能不佳，故障率高成了LED推廣應(yīng)用的瓶頸。因

2、此眾多廠家選用恒流方式驅(qū)動LED，從而設(shè)計的開關(guān)電源就需要一個能恒流的直流驅(qū)動電源。傳統(tǒng)的開關(guān)電源控制集成電路具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。完全適合用來驅(qū)動LED的開關(guān)電源。本文主要通過設(shè)計一個恒流驅(qū)動電源來驅(qū)動LED。通過各種電力電子組件和電力電子電路組成一個恒流的電源，達(dá)到設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：LED，電源，驅(qū)動，STM32STM32-based software design of the LED drive power Author : Dai Yuanwei Tutor : Zhang YuxiangAbstractBright LED lighting te

3、chnology is today a major advancement. LED drive power control core with ARM family of microprocessor STM32, realization of LED-driven intelligent control.ARM family of microprocessor used more widely, which uses the most advanced design concepts, making the performance greatly enhanced.Allow us to

4、micro-controllers, integrated development software, programming languages, such as knowledge, learning and mastery level, so that we in micro-controller design, software programming and other aspects of competency have been fully trained and improved.For general lighting purposes, people need white

5、light.As a new type of light source, LED has no pollution, long life, resistance to vibration and shock of the distinct characteristics.Although the luminous efficiency white LED is gradually improving, but with LED lights matching drive poor performance, promote the use of LED failure rate has beco

6、me the bottleneck.So many manufacturers use constant current mode to drive LED, and thus the design of switching power supply will need a constant current of the DC drive power.The conventional switching power supply control IC with high efficiency, output stability, high reliability, and offer feat

7、ures such as remote control.Entirely suitable for driving LED's switching power supply. In this paper, through the design of a constant current drive power to drive the LED.Through a variety of power electronic components and power electronic circuits to form a constant current power supply, to

8、meet the design requirements.Key words: LED, Power , Drive, STM32 目 錄1 緒論1 1.1 課題背景介紹1 1.2 課題研究方案1 1.3 課題研究方法.2 1.4 整體電路框圖22 系統(tǒng)所用主要芯片介紹32.1 STM32處理器功能介紹32.2 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)132.2.1 介紹132.2.2 主要特征13 2.2.3 引腳描述.14 2.2.4 功能描述.153 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計17 3.1 LED驅(qū)動電路的分析過程17 3.2 功率及驅(qū)動電路設(shè)計18 3.2.1 IR2110簡介.18 3.2.2 IR2110內(nèi)

9、部結(jié)構(gòu)和特點.19 3.3 反饋和保護(hù)電路設(shè)計.20 3.3.1 綜述.20 3.3.2 軟啟動電路設(shè)計.21 3.3.3 電源電路設(shè)計.21 3.3.4 開關(guān)電源保護(hù)電路設(shè)計.224 PWM控制電路.27 4.4.1 組件選擇和基本原理應(yīng)用.27結(jié)論.31致謝32參考文獻(xiàn)30 1 緒論1.1 課題背景介紹 在20世紀(jì)愛迪生發(fā)明的白熾燈經(jīng)受住了時間的考驗，成為標(biāo)準(zhǔn)的通用照明工具。但是在21世紀(jì)的今天白熾燈即將和我們告別了，新的照明技術(shù)尤其是發(fā)光二極管將最終代替白熾燈和熒光燈。 當(dāng)整個世界都在因為日益上升的能源成本而節(jié)約能源預(yù)算時，白熾燈照明技術(shù)顯然站在了不經(jīng)濟(jì)的一邊。一個白熾燈的消耗的能源中有

10、97%被浪費。熒光燈雖然稍好一點，但仍然浪費了85%的能量。而且，這種燈的平均使用壽命大約5000個小時。另外，熒光燈還使用了用毒的汞，發(fā)出的光更是顏色粗糙。兩種技術(shù)都無法和白光LED相比它不僅使用壽命是前者的10倍，也不使用有毒物質(zhì)，而且?guī)缀跄馨l(fā)出任何顏色的光。更重要的是它的光轉(zhuǎn)換效率絕不亞于熒光燈。因此，在通用照明領(lǐng)域，向LED技術(shù)的過度將大大降低能源消耗。 盡管白光LED是當(dāng)今的大規(guī)模照明的一個理想方案，但要把驅(qū)動LED的電子設(shè)備普及到每一個燈泡中，設(shè)計者還面臨著不小的挑戰(zhàn)。主要問題是目前LED驅(qū)動電路的性能還沒有實現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，其中關(guān)鍵的技術(shù)問題是驅(qū)動電子系統(tǒng)的電子能量轉(zhuǎn)換效率由于離散

11、范圍極大、參數(shù)難于控制，其高低和穩(wěn)定性就成了整個LED實用技術(shù)與產(chǎn)品參數(shù)的重中之重。其次，空間的限制要求LED驅(qū)動器必須小巧而高效。另外還要考慮散熱和EMI（電磁干擾）因素，兩者對于照明設(shè)備的可靠性有重要影響，給設(shè)計密度帶來了限制。 接觸過LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡即正向動態(tài)電阻非常小，要給LED供電就比較困難。不能像普通白熾燈一樣，直接用電壓源供電，否則電壓波動少增，電流就會增大到將LED燒毀的程度。為了穩(wěn)住LED的工作電流，保證LED能正常可靠的工作，各種各樣的LED驅(qū)動電路就應(yīng)運而生。1.2 課題研究方案LED驅(qū)動電路中最簡單的就是串聯(lián)一只鎮(zhèn)流電阻，而復(fù)雜的是用許多電

12、子元件構(gòu)成的恒流驅(qū)動器。本課題研究的照明用LED高效控制器屬于恒流驅(qū)動器，它將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，同時按照LED器件的要求完成與LED的電壓和電流的匹配。本裝置在設(shè)計上具有以下特點：（1） 采用開關(guān)電源供電方式，輸入電壓范圍廣、抗干擾性好、工作電壓輸出穩(wěn)定。（2） 采用傳統(tǒng)的調(diào)光方式PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)，系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖。（3） 采用電容降壓電路其具有體積小成本低電流相對恒定等。1.3 課題研究方法本文主要研究LED驅(qū)動電源的硬件電路部分，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(qū)動電路，電源電路及保護(hù)電路，軟開關(guān)電路及控制，電流傳感器。然

13、后對LED驅(qū)動電源的整體電路在進(jìn)行研究和討論。1.4 整體電路框圖 2 系統(tǒng)所用主要芯片介紹2.1 STM32處理器功能介紹 控制系統(tǒng)電路中的MCU（微控制器）選用了STM32系列高性能單片機(jī)。STM32具有MCU應(yīng)用領(lǐng)域的32位處理器的性能，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最

14、佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。STM32是屬于單片機(jī)中的高端產(chǎn)品，這里僅僅需學(xué)習(xí)其中的一些指令就可以了，STM32指令大多是單周期指令。振蕩器/時鐘的輸入頻率為72MHz，指令周期為200ns。高精度內(nèi)部振蕩器，雙速啟動模式，適用于關(guān)鍵應(yīng)用的晶振故障檢測，在節(jié)能模式下工作時，可進(jìn)行時鐘模式切換，微控制器還能產(chǎn)生一個25MHz或50MHz的時鐘輸出，驅(qū)動外部以太網(wǎng)PHY層芯片，從而為客戶節(jié)省了一個附加晶振?？删幊檀a保護(hù)

15、，高耐用性閃存單元，可經(jīng)受十萬次操作，保護(hù)時間超過四十年。節(jié)能的休閑模式，寬工作電壓范圍（2V到3.6V），容忍5V的I/O管腳。具有很好的低功耗特性。在72MHz時消耗36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，待機(jī)時下降到2A。一流的外設(shè)。1s的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉(zhuǎn)速度。最大的集成度。復(fù)位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等。具有單獨方向操控的十二個I/O引腳，高灌/拉電流可直接驅(qū)動LED。引腳電平變化中斷，獨立的可編程弱上拉，超低功耗喚醒。單周期硬件乘法和除法能加快計算。 存儲器。從32K字節(jié)至128K字節(jié)閃存程序存儲器，從6K

16、字節(jié)至20K字節(jié)SRAM ，多重自舉功能。多達(dá)7個定時器。測器(PVD)、掉電監(jiān)測器，多達(dá)3個同步的16位定時器，每個定時器有，內(nèi)嵌4至16MHz高速晶體振蕩器，多達(dá)4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器。沖計數(shù)的通道，內(nèi)嵌40kHz的RC振蕩器，16位6通道高級控制定時器，內(nèi)嵌PLL供應(yīng)CPU時鐘，多達(dá)6路PWM輸出，內(nèi)嵌使用外部32kHz晶體的RTC振蕩器，死區(qū)控制、邊緣/中間對齊波形和緊急制動。2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時間(16通道)，多達(dá)2個I2C接口(SMBus/PMBus)，轉(zhuǎn)換范圍是0至3.6V，多達(dá)3個USART接口，支持ISO78

17、16，雙采樣和保持功能 LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制，溫度傳感器，多達(dá)2個SPI同步串行接口(18兆位/秒) 調(diào)試模式。CAN接口(2.0B 主動)，串行線調(diào)試(SWD)和JTAG接口，USB 2.0全速接口。ECOPACK(R)封裝（兼容RoHS），7通道DMA控制器，支持的外設(shè)：定時器、ADC、SPI、I2C。由于STM32的資源豐富且功能強(qiáng)大，在本系統(tǒng)中只是使用其中的部分功能。現(xiàn)在對使用的片內(nèi)的外設(shè)進(jìn)行詳細(xì)分析。1. 復(fù)位和時鐘控制STM32F支持三種復(fù)位形式，分別為系統(tǒng)復(fù)位、上電復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位將復(fù)位除時鐘控制寄存器CSR中的復(fù)位標(biāo)志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存

18、器，當(dāng)以下事件中的一件發(fā)生時，產(chǎn)生一個系統(tǒng)復(fù)位： (1). NRST管腳上的低電平（外部復(fù)位）(2). 窗口看門狗計數(shù)終止（WWDG復(fù)位）(3). 獨立看門狗計數(shù)終止（IWDG復(fù)位）(4). 軟件復(fù)位（SW復(fù)位）(5). 低功耗管理復(fù)位可通過查看RCC_CSR控制狀態(tài)寄存器中的復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位來確認(rèn)復(fù)位事件來源。軟件復(fù)位通過將Cortex-M3中斷應(yīng)用和復(fù)位控制寄存器中的SYSRESETREQ位置1，可實現(xiàn)軟件復(fù)位。低功耗管理復(fù)位在以下兩種情況下可產(chǎn)生低功耗管理復(fù)位：(1). 在進(jìn)入待機(jī)模式時產(chǎn)生低功耗管理復(fù)位： 通過將用戶選擇字節(jié)中的nRST_STDBY位置1將使能該復(fù)位。這時，即使執(zhí)行了進(jìn)入

19、待機(jī)模式的過程，系統(tǒng)將被復(fù)位而不是進(jìn)入待機(jī)模式。(2). 在進(jìn)入停止模式時產(chǎn)生低功耗管理復(fù)位：通過將用戶選擇字節(jié)中的nRST_STOP位置1將使能該復(fù)位。這時，即使執(zhí)行了進(jìn)入停機(jī)模式的過程，系統(tǒng)將被復(fù)位而不是進(jìn)入停機(jī)模式。電源復(fù)位當(dāng)以下事件中之一發(fā)生時，產(chǎn)生電源復(fù)位：(1). 上電/掉電復(fù)位（POR/PDR復(fù)位）(2). 從待機(jī)模式中返回電源復(fù)位將復(fù)位除了備份區(qū)域外的所有寄存器。復(fù)位源將最終作用于RESET管腳，并在復(fù)位過程中保持低電平。復(fù)位入口矢量被固定在,地址0x0000_00000x0000_0004。圖2.1 復(fù)位電路備份域復(fù)位當(dāng)以下事件中之一發(fā)生時，產(chǎn)生備份區(qū)域復(fù)位。（1） . 軟件

20、復(fù)位，備份區(qū)域復(fù)位可由設(shè)置備份區(qū)域控制寄存器RCC_BDCR中的BDRST位產(chǎn)生。 （2）. 在VDD和VBAT兩者掉電的前提下，VDD或VBAT上電將引發(fā)備份區(qū)域復(fù)位。 時鐘控制三種不同的時鐘源可被用來驅(qū)動系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)：56442 . HSI 振蕩器時鐘56442 . HSE 振蕩器時鐘56442 . PLL 時鐘這些設(shè)備有以下2種二級時鐘源：56442 . 32kHz 低速內(nèi)部RC，可以用于驅(qū)動獨立看門狗和RTC。RTC 用于從停機(jī)/待機(jī)模式下自動喚醒系統(tǒng)。56442 . 32.768kHz 低速外部晶體也可用來驅(qū)動RTC(RTCCLK)。當(dāng)不被使用時，任一個時鐘源都可被獨立地

21、啟動或關(guān)閉，由此優(yōu)化系統(tǒng)功耗。定時器時鐘頻率分配由硬件按以下2種情況自動設(shè)置：(1). 如果相應(yīng)的APB預(yù)分頻系數(shù)是1，定時器的時鐘頻率與所在APB總線頻率一致。(2). 否則，定時器的時鐘頻率被設(shè)為與其相連的APB總線頻率的2倍。 2. 通用和復(fù)用功能I/O(GPIO和AFIO) 小容量產(chǎn)品是指閃存存儲器容量在16K至32K字節(jié)之間的STM32F101xx、STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。 中容量產(chǎn)品是指閃存存儲器容量在64K至128K字節(jié)之間的STM32F101xx、STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。 大容量產(chǎn)品是指閃存存儲器容量在256K至5

22、12K字節(jié)之間的STM32F101xx和STM32F103xx微控制器。 互聯(lián)型產(chǎn)品是指STM32F105xx和STM32F107xx微控制器。 （A). GPIO功能描述 每個GPI/O端口有兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一個32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)，一個16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)和一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。 根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中列出的每個I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每個位可以由軟件分別配置成多種模式。 輸入浮空 輸入上拉 輸入下拉

23、模擬輸入 開漏輸出 推挽式輸出 推挽式復(fù)用功能 開漏復(fù)用功能 每個I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口寄存器必須按32位字被訪問(不允許半字或字節(jié)訪問)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允許對任何GPIO寄存器的讀/更改的獨立訪問；這樣，在讀和更改訪問之間產(chǎn)生IRQ時不會發(fā)生危險。 下圖給出了一個I/O端口位的基本結(jié)構(gòu)。 圖2.2 I/O端口位的基本結(jié)構(gòu) (B)通用I/O(GPIO) 復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，I/O端口被配置成浮空輸入模式(CNFx1:0=01b，MODEx1:0=00b)。 復(fù)位后，JTAG引腳被置于輸入上拉或下拉模式; PA15：JTDI置于上

24、拉模式 PA14：JTCK置于下拉模式 PA13：JTMS置于上拉模式 PB4： JNTRST置于上拉模式 通用和復(fù)用功能I/O：當(dāng)作為輸出配置時，寫到輸出數(shù)據(jù)寄存器上的值(GPIOx_ODR)輸出到相應(yīng)的I/O引腳。可以以推挽模式或開漏模式(當(dāng)輸出0時，只有N-MOS被打開)使用輸出驅(qū)動器。 輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)在每個APB2時鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。 所有GPIO引腳有一個內(nèi)部弱上拉和弱下拉，當(dāng)配置為輸入時，它們可以被激活也可以被斷開。單獨的位設(shè)置或位清除：當(dāng)對GPIOx_ODR的個別位編程時，軟件不需要禁止中斷：在單次APB2寫操作里，可以只更改一個或多個位。這是通

25、過對“置位/復(fù)位寄存器”(GPIOx_BSRR，復(fù)位是 GPIOx_BRR)中想要更改的位寫1來實現(xiàn)的，沒被選擇的位將不被更改。 復(fù)用功能(AF)：使用默認(rèn)復(fù)用功能前必須對端口位配置寄存器編程。對于復(fù)用的輸入功能，端口必須配置成輸入模式(浮空、上拉或下拉)且輸入引腳必須由外部驅(qū)動 注意：也可以通過軟件來模擬復(fù)用功能輸入引腳，這種模擬可以通過對GPIO控制器編程來實現(xiàn)。此時，端口應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為復(fù)用功能輸出模式。顯然，這時相應(yīng)的引腳不再由外部驅(qū)動，而是通過GPIO控制器由軟件來驅(qū)動。對于復(fù)用輸出功能，端口必須配置成復(fù)用功能輸出模式(推挽或開漏)。對于雙向復(fù)用功能，端口位必須配置復(fù)用功能輸出模式(推挽

26、或開漏)。這時，輸入驅(qū)動器被配置成浮空輸入模式。 如果把端口配置成復(fù)用輸出功能，則引腳和輸出寄存器斷開，并和片上外設(shè)的輸出信號連接。 如果軟件把一個GPIO腳配置成復(fù)用輸出功能，但是外設(shè)沒有被激活，它的輸出將不確定。軟件重新映射I/O復(fù)用功能：為了使不同器件封裝的外設(shè)I/O功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu)，可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些腳上。這可以通過軟件配置相應(yīng)的寄存器來完成(參考AFIO寄存器描述)。這時，復(fù)用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。當(dāng)I/O端口配置為輸入時：輸出緩沖器被禁止，施密特觸發(fā)輸入被激活，根據(jù)輸入配置(上拉，下拉或浮動)的不同，弱上拉和下拉電阻被連接，出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在

27、每個APB2時鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器，對輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)。圖2.3 輸入浮空/上拉/下拉配置 當(dāng)I/O端口被配置為輸出時：輸出緩沖器被激活開漏模式：輸出寄存器上的0激活N-MOS，而輸出寄存器上的1將端口置于高阻狀態(tài)(P-MOS從不被激活)。推挽模式：輸出寄存器上的0激活N-MOS，而輸出寄存器上的1將激活P-MOS。施密特觸發(fā)輸入被激活，弱上拉和下拉電阻被禁止，出現(xiàn)在I/O腳上的數(shù)據(jù)在每個APB2時鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器，在開漏模式時，對輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)，在推挽式模式時，對輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問得到最后一次寫的值。下圖給出了I/O端口位的輸出配

28、置。圖2.4 輸出配置（C). DMA控制器 a. 簡介：直接存儲器存取用來提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。無須CPU任何干預(yù)，通過DMA數(shù)據(jù)可以快速地移動。這就節(jié)省了CPU的資源來做其他操作。DMA控制器有7個通道，每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設(shè)對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁器來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權(quán)。 b. 主要特性：7個獨立的可配置的通道（請求）。每個通道都直接連接專用的硬件DMA請求，每個通道都同樣支持軟件觸發(fā)，這些功能通過軟件來配置。在七個請求間的優(yōu)先權(quán)可以通過軟件編程設(shè)置(共有四級：很高、高、中等和低)，假如在相等優(yōu)先權(quán)時由硬件決定(請求

29、0 優(yōu)先于請求1，依此類推) 。獨立的源和目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)的傳輸寬度(字節(jié)、半字、全字)，模擬打包和拆包的過程。支持循環(huán)的緩沖器管理。每個通道都有3 個事件標(biāo)志(DMA 半傳輸，DMA 傳輸完成和DMA 傳輸出錯)，這3個事件標(biāo)志邏輯或成為一個單獨的中斷請求。存儲器和存儲器間的傳輸。外設(shè)和存儲器，存儲器和外設(shè)的傳輸。閃存、SRAM、外設(shè)的SRAM、APB1 和APB2 外設(shè)均可作為訪問的源和目標(biāo)?？删幊痰臄?shù)據(jù)傳輸數(shù)目：最大為65536。􀁺 圖2.5 DMA功能框圖c. 功能描述：DMA控制器和Cortex-M3核共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)線執(zhí)行直接存儲器數(shù)據(jù)傳輸。因此,1個DMA請求占用至少2個

30、周期的CPU訪問系統(tǒng)總線時間。為了保證Cortex-M3核的代碼執(zhí)行的最小帶寬，DMA控制器總是在2個連續(xù)的DMA請求間釋放系統(tǒng)時鐘至少1個周期。DMA處理：在發(fā)生一個事件后，外設(shè)發(fā)送一個請求信號到DMA控制器。DMA控制器根據(jù)通道的優(yōu)先權(quán)處理請求。當(dāng)DMA控制器開始訪問外設(shè)的時候，DMA控制器立即發(fā)送給外設(shè)一個應(yīng)答信號。當(dāng)從DMA控制器得到應(yīng)答信號時，外設(shè)立即釋放它的請求。一旦外設(shè)釋放了這個請求，DMA控制器同時撤銷應(yīng)答信號。如果發(fā)生更多的請求時，外設(shè)可以啟動下次處理?？傊?，每個DMA傳送由3個操作組成：從外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者從DMA_CMARx 寄存器指定地址的存儲器單元執(zhí)行加載操作。存數(shù)據(jù)

31、到外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器或者存數(shù)據(jù)到DMA_CMARx 寄存器指定地址的存儲器單元。執(zhí)行一次DMA_CNDTRx 寄存器的遞減操作。該寄存器包含未完成的操作數(shù)目。DMA通道：每個通道都可以在有固定地址的外設(shè)寄存器和存儲器地址之間執(zhí)行DMA傳輸。DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可編程的，最大達(dá)到65535。包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項數(shù)量的寄存器，在每次傳輸后遞減。可編程的數(shù)據(jù)量外設(shè)和存儲器的傳輸數(shù)據(jù)量可以通過DMA_CCRx寄存器中的PSIZE和MSIZE位編程。指針增量通過設(shè)置DMA_CCRx寄存器中PINC和MINC標(biāo)志位，外設(shè)和存儲器的指針在每次傳輸后可以有選擇地完成自動增量。當(dāng)設(shè)置為增量模式時，下一個要傳輸?shù)牡刂穼?/p>

32、是前一個地址加上增量值，增量值取決與所選的數(shù)據(jù)寬度為1、2或4。第一個傳輸?shù)牡刂反娣旁贒MA_CPARx/DMA_CMARx寄存器中。通道配置為非循環(huán)模式時，在傳輸結(jié)束后(即傳輸數(shù)據(jù)量變?yōu)?)將不再產(chǎn)生DMA操作。通道配置過程下面是配置DMA通道的過程(x代表通道號)：在DMA_CPARx 寄存器中設(shè)置外設(shè)寄存器的地址。發(fā)生外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸請求時，這個地址將是數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑椿蚰繕?biāo)。在DMA_CMARx 寄存器中設(shè)置數(shù)據(jù)存儲器的地址。發(fā)生外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸請求時，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將從這個地址讀出或?qū)懭脒@個地址。在DMA_CNDTRx 寄存器中設(shè)置要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在每個數(shù)據(jù)傳輸后，這個數(shù)值遞減。在DMA_CCRx

33、寄存器的PL1:0位中設(shè)置通道的優(yōu)先級。在DMA_CCRx 寄存器中設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颉⒀h(huán)模式、外設(shè)和存儲器的增量模式、外設(shè)和存儲器的數(shù)據(jù)寬度、傳輸一半產(chǎn)生中斷或傳輸完成產(chǎn)生中斷。設(shè)置DMA_CCRx 寄存器的ENABLE 位，啟動該通道。一旦啟動了DMA通道，它既可響應(yīng)聯(lián)到該通道上的外設(shè)的DMA請求。當(dāng)傳輸一半的數(shù)據(jù)后，半傳輸標(biāo)志(HTIF)被置1，當(dāng)設(shè)置了允許半傳輸中斷位(HTIE)時，將產(chǎn)生一個中斷請求。在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，傳輸完成標(biāo)志(TCIF)被置1，當(dāng)設(shè)置了允許傳輸完成中斷位(TCIE)時，將產(chǎn)生一個中斷請求。循環(huán)模式循環(huán)模式用于處理循環(huán)緩沖區(qū)和連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸(如ADC的掃描模式)

34、。在DMA_CCRx寄存器中的CIRC位用于開啟這一功能。當(dāng)啟動了循環(huán)模式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)目變?yōu)?時，將會自動地被恢復(fù)成配置通道時設(shè)置的初值，DMA操作將會繼續(xù)進(jìn)行。存儲器到存儲器模式DMA通道的操作可以在沒有外設(shè)請求的情況下進(jìn)行，這種操作就是存儲器到存儲器模式。當(dāng)設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的MEM2MEM位之后，在軟件設(shè)置了DMA_CCRx寄存器中的EN位啟動DMA通道時，DMA傳輸將馬上開始。當(dāng)DMA_CNDTRx寄存器變?yōu)?時，DMA傳輸結(jié)束。存儲器到存儲器模式不能與循環(huán)模式同時使用。2.2 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC) 2.2.1 介紹 12位ADC是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有1

35、8個通道，可測量16個外部和2個內(nèi)部信號源。各通道的A/轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在16位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。 2.2.2 主要特征 12-位分辨率 轉(zhuǎn)換結(jié)束，注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時產(chǎn)生中斷； 單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式； 從通道0到通道n的自動掃描模式； 自校準(zhǔn)；帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對齊； 通道之間采樣間隔可編程； 規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項； 間斷模式； 雙重模式(帶2個ADC的器件)； ADC轉(zhuǎn)換速率1MHz； ADC供電要求：2.4V到3.6V；ADC輸入范圍：

36、VREF- VIN VREF+；規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA請求產(chǎn)生。 圖2.3 是ADC模塊的方框圖。 注意：如果有VREF-管腳(取決于封裝)，必須和VSSA相連接。圖2.6 ADC模塊的方框圖2.2.3 引腳描述 ADC管腳 名稱信號類型注解 VREF+輸入模擬參考正ADC使用的高端/極參考電壓VSSA VREF+ VDDAVDDA輸入模擬電源等效于VDD的模擬電源且：2.4V VDDA VDD(3.6V)VREF-輸入模擬參考負(fù)極 ADC使用的低端/負(fù)極參考電壓VREF- = VSSAVSSA輸入模擬電源地等效于VSS的模擬電源地ADC_IN15:0模擬輸入信號16個模擬輸入通道 EXTS

37、EL2:0輸入數(shù)字開始規(guī)則成組轉(zhuǎn)換的六個外部觸發(fā)信號JEXTSEL2:0輸入數(shù)字開始注入成組轉(zhuǎn)換的六個外部觸發(fā)信號表 2.1 功能描述 1、ADC開關(guān)控制 通過設(shè)置ADC_CR1寄存器的ADON位可給ADC上電。當(dāng)?shù)谝淮卧O(shè)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(shè)置ADON位時開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 通過清除ADON位可以停止轉(zhuǎn)換，并ADC置于斷電模式。在這個模式中，ADC幾乎不耗電(僅幾個µA)。 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(yù)分頻器。 3、

38、通道選擇 有16個多路通道?？梢园艳D(zhuǎn)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(jìn)行的一系列轉(zhuǎn)換構(gòu)成成組轉(zhuǎn)換。例如，可以如下順序完成轉(zhuǎn)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(dá)16個轉(zhuǎn)換組成。規(guī)則通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx寄存器中選擇。規(guī)則組中轉(zhuǎn)換的總數(shù)寫入ADC_SQR1寄存器的L3:0位中。注入組由多達(dá)4個轉(zhuǎn)換組成。注入通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR寄存器中選擇。注入組里的轉(zhuǎn)換總數(shù)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(zhuǎn)換期間被更改，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換被清除，一個新的啟動脈沖將

39、發(fā)送到ADC以轉(zhuǎn)換新選擇的組。溫度傳感器/ VREFINT內(nèi)部通道 溫度傳感器和通道ADC_IN16相連接，內(nèi)部參考電壓VREFINT和ADC_IN17相連接。可以按注入或規(guī)則通道對這兩個內(nèi)部通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。注意：傳感器和VREFINT只能出現(xiàn)在主ADC中。4、單次轉(zhuǎn)換模式 單次轉(zhuǎn)換模式里，ADC只執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。這個模式既可通過設(shè)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(zhuǎn)換完成： 如果一個規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16位ADC_DR寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了

40、EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16位的ADC_DRJ1寄存器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷，然后ADC停止。 4、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，當(dāng)前面ADC轉(zhuǎn)換一結(jié)束馬上就啟動另一次轉(zhuǎn)換。此模式可通過外部觸發(fā)啟動或通過設(shè)置ADC_CR2寄存器上的ADON位啟動，此時CONT位是1。 每個轉(zhuǎn)換后： 如果一個規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16位的ADC_DR寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16位的ADC_DRJ1寄存

41、器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了JEOCIE位，則產(chǎn)生中斷。3、時序圖 如圖2.4所示，ADC在開始精確轉(zhuǎn)換前需要一個穩(wěn)定時間tSTAB。在開始ADC轉(zhuǎn)換和14個時鐘周期后，EOC標(biāo)志被設(shè)置，16位ADC數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果。. 圖2.2 時序圖 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 LED驅(qū)動電路的分析過程圖3.1 LED電路圖 如上圖3.1所示，為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路其電路工作原理如下電容C1的作用為降壓和限流電容的特性是通交流隔直流當(dāng)電容連接于交流電路中時其容抗計算公式為 XC = 1/2f C式中XC 表示電容的容抗f 表示輸入交流電源的頻率C 表示

42、降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計算公式為 I = U/XC 式中I表示流過電容的電流U 表示電源電壓XC表示電容的容抗在220V50Hz的交流電路中當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時電流與電容的關(guān)系式為 I = 69C 其中電容的單位為uF電流的單位為mA 下表為在220V50Hz的交流電路中，理論電流與實際測量電流的比較電阻R1為泄放電阻其作用為當(dāng)正弦波在最大峰值時刻被切斷時電容C1上的殘存電荷無法釋放會長久存在在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分有強(qiáng)烈的觸電可能而電阻R1的存在能將殘存的電荷泄放掉從而保證人機(jī)安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)一般電容的容量越大殘存的電荷就越多泄放電阻就

43、阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表D1 D4的作用是整流其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。C2C3的作用為濾波其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓。 壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。 LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定在220V AC電路中最多可以達(dá)到80個左右。 組件選擇電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值在220V,50Hz的交流電路中時可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。D1 D4 可以選擇IN4007。濾波電容C2C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定一般為負(fù)載電壓的1.2

44、倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。3.2 功率及驅(qū)動電路設(shè)計3.2.1 IR2110簡介在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式。采用隔離驅(qū)動方式時需要將多路驅(qū)動電路、控制電路、主電路互相隔離，以免引起災(zāi)難性的后果。隔離驅(qū)動可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式。光電隔離具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但存在共模抑制能力差，傳輸速度慢的缺點?？焖俟怦畹乃俣纫矁H幾十kHz。電磁隔離用脈沖變壓器作為隔離元件，有響應(yīng)速度快 （脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高，dv/dt共模干擾抑制能力強(qiáng)。但信號的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限制，因而信號的頂部不易傳輸。而且最

45、大占空比被限制在50。而且信號的最小寬度又受磁化電流所限。脈沖變壓器體積大，笨重，加工復(fù)雜。凡是隔離驅(qū)動方式，每路驅(qū)動都要一組輔助電源，若是三相橋式變換器，則需要六組，而且還要互相懸浮，增加了電路的復(fù)雜性。隨著驅(qū)動技術(shù)的不斷成熟，已有多種集成厚膜驅(qū)動器推出。如EXB840/841、EXB850/851、M57959L/AL、M57962L/AL、HR065等等，它們均采用的是光耦隔離，仍受上述缺點的限制。 美國IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動器。它兼有光耦隔離（體積小）和電磁隔離（速度快）的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種。3.2.2 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點IR2110采用HVI

46、C和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。具有獨立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=±50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動電壓）電壓范圍1020V；邏輯電源電壓范圍（腳9）515V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500kHz；開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。 IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖3.1所示。由三個部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2

47、110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計，可以大大減少驅(qū)圖3.2 IR2110的內(nèi)部功能框圖動電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。圖3.3 驅(qū)動電路原理圖 3.3 反饋和保護(hù)電路設(shè)計3.3.1 綜述首先，開關(guān)電源在運行過程中，因電源電壓的異常，如電壓過高或過低會導(dǎo)致電源無法啟動，甚至是燒毀。進(jìn)線電源過壓及欠壓對對開關(guān)電源造成的危害，主要變現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使用范圍而損毀，同時因電器性能指標(biāo)被破壞而不能滿足要求。因而對電源的上限下限有所限制，為此采用過壓、欠壓保護(hù)以提高電源的可靠性和安全性。另外負(fù)載的異常，如輸出短路等都會給電源帶

48、來致命的損壞。所以，開關(guān)電源保護(hù)電路對提高電源的使用壽命、工作穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。3.3.2 軟啟動電路設(shè)計 軟啟動的實質(zhì)是延時啟動。放浪涌軟啟動電路通常有晶閘管保護(hù)法和繼電器保護(hù)法兩大類?？紤]到成本和安全問題，現(xiàn)采用晶閘管保護(hù)法。圖3.4是采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路。在電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流橋（D1D4）和限流電阻R1對電容器C充電，限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1，開關(guān)電源處于正常運行狀態(tài)。 圖3.4 防浪涌電流電路3.3.3 電源電路設(shè)計電源是為各個控

49、制芯片提供能量的，是硬件控制系統(tǒng)正常工作的前提，電源性能的優(yōu)劣直接決定了系統(tǒng)的精度與可靠性，所以電源的設(shè)計對整個硬件系統(tǒng)至關(guān)重要。由于線性電源具有輸出精度高、輸出紋波小和可靠性高等優(yōu)點，所以在數(shù)字電源設(shè)計中采用了線性穩(wěn)壓模塊L7805，它輸出的+5V電壓是作為數(shù)字電源用的。A1215D是廣州金升陽科技有限公司生產(chǎn)的隔離DC/DC電源模塊，輸入12V，輸出士15V，最大輸出電流士33mA，因為一個全橋逆變電路需要3路獨立電源，所以需要3片A1215D。在每個芯片的電源輸入與輸出端都并上一個10-100電解或擔(dān)電容和一個0.10瓷片電容，起著去禍的作用，一方面為芯片存儲電量，另一方面消除線路上分布

50、電阻與電感引起的高頻噪聲。在蓄電池的正極串聯(lián)一個低導(dǎo)通壓降的肖特基二極管，即使蓄電池輸入反接也不會對電源造成危害，二極管起到極性保護(hù)的作用，增強(qiáng)電源的可靠性。圖3.5 電源設(shè)計圖3.3.4 開關(guān)電源保護(hù)電路設(shè)計 1 工作原理 直流開關(guān)電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，它對非穩(wěn)定直流進(jìn)行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成。圖1畫出了直流開關(guān)電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開關(guān)管V，激勵信號，續(xù)流二極管Vp，儲能電感和濾波電容C組成。實際上，直流開關(guān)電源的核心部分是一個直流變壓器。2 特點為了適應(yīng)用

51、戶的需求，國內(nèi)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是通過改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，同時SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。因此直流開關(guān)電源的發(fā)展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。直流開關(guān)電源的缺點是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾，適應(yīng)惡劣環(huán)境和突發(fā)故障的能力較弱。由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距，因此直流開關(guān)電源的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價成本較高，3 直流開關(guān)電源的保護(hù)基于直流開關(guān)電源的特點和實際的電氣狀況，為使直流開關(guān)電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文根據(jù)不同的情況設(shè)計了多種保護(hù)電路。4 過電流保護(hù)電路在直流開關(guān)電源電路中，為了保護(hù)調(diào)整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一值時，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流。如圖3.6所示，過電流保護(hù)電路由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。電路正常工作時，通過R4與R5