基于FPGA的數(shù)控電源的設(shè)計與開發(fā)課件

基于FPGA的數(shù)控電源的設(shè)計與開發(fā)中期試制樣品功能演示視頻播放項目要求◆數(shù)控電源設(shè)計技術(shù)要求:1·LCD顯示屏可調(diào)節(jié)對比度,顯示設(shè)置參數(shù)、實時輸出數(shù)據(jù);2·可利用旋鈕或者數(shù)字按鍵對電壓和電流進行調(diào)節(jié);3·三組電壓輸出,且均可以調(diào)節(jié),其中通道一和通道二可進行并聯(lián)使用;通道三始終獨立;4·可以記憶100組預(yù)先設(shè)定好的數(shù)據(jù),并能夠根據(jù)設(shè)定的保持時間(1～6000秒)自動按照順序進行掃描,掃描的次數(shù)同樣可以進行設(shè)定;

5·斷電保持記憶功能;6·限電壓、過電流和過熱保護;7·分辨率和精度:電壓１mV,電流2mA8·可選USB//RS232通訊接口;◆實現(xiàn)目標(biāo):

1.通過軟件硬件的協(xié)同調(diào)試,試制出符合上述設(shè)計要求的樣品。

2.在該項目的設(shè)計開發(fā)過程中,發(fā)表兩篇或以上的學(xué)術(shù)論文?！繇椖刻厣?使用Xilinx-Spartan3E系列的FPGA(XC3S500E)芯片為核心進行開發(fā)設(shè)計。中期進度說明1.FPGA內(nèi)部集成資源豐富,能使電氣系統(tǒng)的外圍電路大大減少,可極大地提高系統(tǒng)的可靠性。但也決定了FPGA的技術(shù)門檻較高。相比之下,單片機的技術(shù)門檻較低,學(xué)習(xí)資源豐富,并且本人有一定的單片機設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗。2.本項目分為兩步實施:第一,首先以單片機為微處理器核進行設(shè)計;第二,在上述技術(shù)驗證的基礎(chǔ)上,進行FPGA的設(shè)計開發(fā),完成樣機的制作。第一步的驗證工作已經(jīng)完成。以Winbond公司的W77E58單片機為核心,試制的數(shù)控電源已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計提出的大多數(shù)技術(shù)要求,基本達到了預(yù)定的目標(biāo)。數(shù)控直流電源原理框圖反饋控制電路—電流電壓自動調(diào)整與保護,量程切換控制光耦電路電壓組輸出串并聯(lián)控制電路接線柱及輸出過流過壓保護電路風(fēng)扇控制CPU主控電路鍵盤掃描電路通訊接口主電源電路整流與過熱保護220v~液晶屏32v/2A32v/2A5v/5ACH1/SCH2/MCH3主電源電路原理方框圖最大32V整流CH1量程切換多抽頭變壓器最大32V整流CH2量程切換CH3最大8V整流大功率電壓調(diào)整電路風(fēng)扇過熱開關(guān)220acv串并聯(lián)控制板連接口反饋控制板連接口CPU主板連接口光電耦合器電壓組輸出串并聯(lián)控制電路輔助電源驅(qū)動電路去主電源板連接口CH1-32V輸入SCH2-32V輸入MCH3-6V輸入分合開關(guān)分合開關(guān)分合開關(guān)串并控制檢測電壓信號反饋去接線柱反饋控制電路CPU及其它電路板數(shù)據(jù)連接口電流給定及自動調(diào)整控制電壓給定及自動調(diào)整控制過電流過電壓自動保護控制電路電壓切換控制輸出D/A轉(zhuǎn)換器電壓基準(zhǔn)分合及串并聯(lián)切換控制輸出數(shù)據(jù)串并行轉(zhuǎn)換中期總結(jié)與展望一.項目第一階段,1.得到了錢偉康老師的指導(dǎo)監(jiān)督,特別是電路的硬件設(shè)計與調(diào)試方面;

2.通過與企業(yè)的合作,獲得了軟硬資源支持,有效地利用其生產(chǎn)加工方面的優(yōu)勢,完成樣品的試制。3.2007年10月,向《儀表技術(shù)》雜志投稿《液晶顯示屏在智能程控直流電源中的應(yīng)用研究》,文章于2008年4月發(fā)表。

二.以FPGA為核心的電路結(jié)構(gòu)反饋控制電路—電流電壓自動調(diào)整與保護,量程切換控制光耦電路電壓組輸出串并聯(lián)控制電路接線柱及輸出過流過壓保護電路風(fēng)扇控制通訊接口液晶屏32v/2A32v/2A5v/5ACH1/SCH2/MCH3主電源電路整流與過熱保護220v~通用IO端口FPGAMicroblaze處理器

數(shù)據(jù)收發(fā)模塊通信模塊鍵盤陣列1．2008年4月~6月,進行硬件的電路設(shè)計工作,同時熟悉軟件編程;2．2008年7月,完成印刷電路板的試制,硬件結(jié)構(gòu)樣品完成;3．2008年8月~11月,進行軟件編程工作;4．2008年12月~,作出書面項目總結(jié)。同時,增加科技文獻的閱讀量,注意及時對自己的科研工作作出總結(jié),寫出質(zhì)量更高的文章。三.制定下階段進度計劃如下:機械加工是一種用加工機械對工件的外形尺寸或性能進行改變的過程。按被加工的工件處于的溫度狀態(tài)﹐分為冷加工和熱加工。一般在常溫下加工，并且不引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱冷加工。一般在高于或低于常溫狀態(tài)的加工﹐會引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱熱加工。冷加工按加工方式的差別可分為切削加工和壓力加工。熱加工常見有熱處理﹐煅造﹐鑄造和焊接。機械加工另外裝配時常常要用到冷熱處理。例如：軸承在裝配時往往將內(nèi)圈放入液氮里冷卻使其尺寸收縮，將外圈適當(dāng)加熱使其尺寸放大，然后再將其裝配在一起?；疖嚨能囕喭馊σ彩怯眉訜岬姆椒▽⑵涮自诨w上，冷卻時即可保證其結(jié)合的牢固性（此種方法現(xiàn)在依舊應(yīng)用于某些零部件的轉(zhuǎn)配過程中）。機械加工包括：燈絲電源繞組、激光切割、重型加工、金屬粘結(jié)、金屬拉拔、等離子切割、精密焊接、輥軋成型、金屬板材彎曲成型、模鍛、水噴射切割、精密焊接等。機械加工：廣意的機械加工就是指能用機械手段制造產(chǎn)品的過程；狹意的是用車床（LatheMachine）、銑床(MillingMachine)、鉆床(DrilingMachine)、磨床(GrindingMachine)、沖壓機、壓鑄機機等專用機械設(shè)備制作零件的過程。編輯本段微型機械加工技術(shù)的國外發(fā)展現(xiàn)狀機械產(chǎn)品1959年，RichardPFeynman(1965年諾貝爾物理獎獲得者)就提出了微型機械的設(shè)想。1962年第一個硅微型壓力傳感器問世，其后開發(fā)出尺寸為50～500μm的齒輪、齒輪泵、氣動渦輪及聯(lián)接件等微機械。1965年，斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針，后來又在掃描隧道顯微鏡、微型傳感器方面取得成功。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60～12μm的利用硅微型靜電機，顯示出利用硅微加工工藝制造小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力。微型機械在國外已受到政府部門、企業(yè)界、高等學(xué)校與研究機構(gòu)的高度重視。美國MIT、Berkeley、Stanford\AT&T的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機器、大機遇：關(guān)于新興領(lǐng)域--微動力學(xué)的報告"的國家建議書，聲稱"由于微動力學(xué)(微系統(tǒng))在美國的緊迫性，應(yīng)在這樣一個新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國家的競爭中走在前面"，建議中央財政預(yù)支費用為五年5000萬美元，得到美國領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)重視，連續(xù)大力投資，并把航空航天、信息和MEMS作為科技發(fā)展的三大重點。美國宇航局投資1億美元著手研制"發(fā)現(xiàn)號微型衛(wèi)星"，美國國家科學(xué)基金會把MEMS作為一個新崛起的研究領(lǐng)域制定了資助微型電子機械系統(tǒng)的研究的計劃，從1998年開始，資助MIT，加州大學(xué)等8所大學(xué)和貝爾實驗室從事這一領(lǐng)域的研究與開發(fā)，年資助額從100萬、200萬加到1993年的500萬美元。1994年發(fā)布的《美國國防部技術(shù)計劃》報告，把MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項目。美國國防部高級研究計劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用，現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線以促進新型元件/裝置的研究與開發(fā)。美國工業(yè)主要致力于傳感器、位移傳感器、應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究。很多機構(gòu)參加了微型機械系統(tǒng)的研究，如康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、密執(zhí)安大學(xué)、威斯康星大學(xué)、老倫茲得莫爾國家研究等。加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心(BSAC)得到國防部和十幾家公司資助1500萬元后，建立了1115m2研究開發(fā)MEMS的超凈實驗室。日本通產(chǎn)省1991年開始啟動一項為期10年、耗資250億日元的微型大型研究計劃，研制兩臺樣機，一臺用于醫(yī)療、進入人體進行診斷和微型手術(shù)，另一臺用于工業(yè)，對飛機發(fā)動機和原子能設(shè)備的微小裂紋實施維修。該計劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。歐洲工業(yè)發(fā)達國家也相繼對微型系統(tǒng)的研究開發(fā)進行了重點投資，德國自1988年開始微加工十年計劃項目，其科技部于1990～1993年撥款4萬馬克支持"微系統(tǒng)計劃"研究，并把微系統(tǒng)列為本世紀(jì)初科技發(fā)展的重點，德國首創(chuàng)的LIGA工藝，為MEMS的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段，并已成為三維結(jié)構(gòu)制作的優(yōu)選工藝。法國1993年啟動的7000萬法郎的"微系統(tǒng)與技術(shù)"項目。歐共體組成"多功能微系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)NEXUS"，聯(lián)合協(xié)調(diào)46個研究所的研究。瑞士在其傳統(tǒng)的鐘表制造行業(yè)和小型精密機械工業(yè)的基礎(chǔ)上也投入了MEMS的開發(fā)工作，1992年投資為1000萬美元。英國政府也制訂了納米科學(xué)計劃。在機械、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域列出8個項目進行研究與開發(fā)。為了加強歐洲開發(fā)MEMS的力量，一些歐洲公司已組成MEMS開發(fā)集團。目前已有大量的微型機械或微型系統(tǒng)被研究出來，例如：尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅血球，尺寸為7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達250μl/min能開動汽車，在磁場中飛行的機器蝴蝶，以及集微型速度計、微型陀螺和信號處理系統(tǒng)為一體的微型慣性組合(MIMU)。德國創(chuàng)造了LIGA工藝，制成了懸臂梁、執(zhí)行機構(gòu)以及微型泵、微型噴嘴、濕度、流量傳感器以及多種光學(xué)器件。美國加州理工學(xué)院在飛機翼面粘上相當(dāng)數(shù)量的1mm的微梁，控制其彎曲角度以影響飛機的空氣動力學(xué)特性。美國大批量生產(chǎn)的硅加速度計把微型傳感器(機械部分)和集成電路(電信號源、放大器、信號處理和正檢正電路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范圍內(nèi)。日本研制的數(shù)厘米見方的微型車床可加工精度達1.5μm的微細(xì)軸。工藝基礎(chǔ)的基本概念編輯本段生產(chǎn)過程和工藝過程生產(chǎn)過程是指從原材料（或半成品）制成產(chǎn)品的全部過程。對機器生產(chǎn)而言包括原材料的運輸和保存，生產(chǎn)的準(zhǔn)備，毛坯的制造，零件的加工和熱處理，產(chǎn)品的裝配、及調(diào)試，油漆和包裝等內(nèi)容。生產(chǎn)過程的內(nèi)容十分廣泛，現(xiàn)代企業(yè)用系統(tǒng)工程學(xué)的原理和方法組織生產(chǎn)和指導(dǎo)生產(chǎn)，將生產(chǎn)過程看成是一個具有輸入和輸出的生產(chǎn)系統(tǒng)。能使企業(yè)的管理科學(xué)化，使企業(yè)更具應(yīng)變力和競爭力。在生產(chǎn)過程中，直接改變原材料（或毛坯）形狀、尺寸和性能，使之變?yōu)槌善返倪^程，稱為工藝過程。它是生產(chǎn)過程的主要部分。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料性能的熱處理[1]；零件的機械加工等，都屬于工藝過程。工藝過程又是由一個或若干個順序排列的工序組成的。工序是工藝過程的基本組成單位。所謂工序是指在一個工作地點，對一個或一組工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程。構(gòu)成一個工序的主要特點是不改變加工對象、設(shè)備和操作者，而且工序的內(nèi)容是連續(xù)完成的。例如圖32-1中[cc1]的零件，其工藝過程可以分為以下兩個工序：工序1：在車床上車外圓、車端面、鏜孔和內(nèi)孔倒角；工序2：在鉆床上鉆6個小孔。在同一道工序中，工件可能要經(jīng)過幾次安裝。工件在一次裝夾中所完成的那部分工序，稱為安裝。在工序1中，有兩次安裝。第一次安裝：用三爪卡盤夾住外圓，車端面C，鏜內(nèi)孔，內(nèi)孔倒角，車外圓。第二次安裝：調(diào)頭用三爪盤夾住外圓，車端面A和B，內(nèi)孔倒角。編輯本段生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型通常分為三類。1．單件生產(chǎn)單個地生產(chǎn)某個零件，很少重復(fù)地生產(chǎn)。2．成批生產(chǎn)成批地制造相同的零件的生產(chǎn)。3．大量生產(chǎn)當(dāng)產(chǎn)品的制造數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點經(jīng)常是重復(fù)進行一種零件的某一工序的生產(chǎn)。擬定零件的工藝過程時，由于零件的生產(chǎn)類型不同，所采用的加方法、機床設(shè)備、工夾量具、毛坯及對工人的技術(shù)要求等，都有很大的不同。編輯本段加工余量為了加工出合格的零件，必須從毛坯上切去的那層金屬的厚度，稱為加工余量。加工余量又可分為工序余量和總余量。某工序中需要切除的那層金屬厚度，稱為該工序的加工余量。從毛坯到成品總共需要切除的余量，稱為總余量，等于相應(yīng)表面各工序余量之和。在工件上留加工余量的目的是為了切除上一道工序所留下來的加工誤差和表面缺陷，如鑄件表面冷硬層、氣孔、夾砂層，鍛件表面的氧化皮、脫碳層、表面裂紋，切削加工后的內(nèi)應(yīng)力層和表面粗糙度等。從而提高工件的精度和表面粗糙度。加工余量的大小對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有較大影響。加工余量過大，不僅增加了機械加工的勞動量，降低了生產(chǎn)率，而且增加了材料、工具和電力消耗，提高了加工成本。若加工余量過小，則既不能消除上道工序的各種缺陷和誤差，又不能補償本工序加工時的裝夾誤差，造成廢品。其選取原則是在保證質(zhì)量的前提下，使余量盡可能小。一般說來，越是精加工，工序余量越小。編輯本段基準(zhǔn)機械零件是由若干個表面組成的，研究零件表面的相對關(guān)系，必須確定一個基準(zhǔn)，基準(zhǔn)是零件上用來確定其它點、線、面的位置所依據(jù)的點、線、面。根據(jù)基準(zhǔn)的不同功能，基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩類。1．設(shè)計基準(zhǔn)在零件圖上用以確定其它點、線、面位置的基準(zhǔn)，稱為設(shè)計基準(zhǔn)。如圖32-2所[cc2]示的軸套零件，各外圓和內(nèi)孔的設(shè)計基準(zhǔn)是零件的軸心線，端面A是端面B、C的設(shè)計基準(zhǔn)，內(nèi)孔的軸線是外圓徑向跳動的基準(zhǔn)。2．工藝基準(zhǔn)零件在加工和裝配過程中所使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同又分為裝配基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)及定位基準(zhǔn)。（1）裝配基準(zhǔn)裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準(zhǔn)，稱為裝配基準(zhǔn)。（2）測量基準(zhǔn)用以檢驗已加工表面的尺寸及位置的基準(zhǔn)，稱為測量基準(zhǔn)。如圖32-2中的零件，內(nèi)孔軸線是檢驗外圓徑向跳動的測量基準(zhǔn)；表面A是檢驗長度L尺寸l和的測量基準(zhǔn)。（3）定位基準(zhǔn)加工時工件定位所用的基準(zhǔn)，稱為定位基準(zhǔn)。作為定位基準(zhǔn)的表面（或線、點），在第一道工序中只能選擇未加工的毛坯表面，這種定位表面稱粗基準(zhǔn).在以后的各個工序中就可采用已加工表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位表面稱精基準(zhǔn)。編輯本段擬定工藝路線的一般原則機械加工工藝規(guī)程的制定，大體可分為兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線，然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時定額等。這兩個步驟是互相聯(lián)系的，應(yīng)進行綜合分析。工藝路線的擬定是制定工藝過程的總體布局，主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法，確定各個表面的加工順序，以及整個工藝過程中工序數(shù)目的多少等。擬定工藝路線的一般原則1、先加工基準(zhǔn)面零件在加工過程中，作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱為“基準(zhǔn)先行”。2、劃分加工階段加工質(zhì)量要求高的表面，都劃分加工階段，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是為了保證加工質(zhì)量；有利于合理使用設(shè)備；便于安排熱處理工序；以及便于時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。3、先面后孔

[1]對于箱體、支架和連桿等零件應(yīng)先加工平面后加工孔。這樣就可以以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置精度，而且對平面上的孔的加工帶來方便。4、光整加工光整加工后的工件主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨\滾壓加工等），應(yīng)放在工藝路線最后階段進行，加工后的表面光潔度在Ra0.8um以上，輕微的碰撞都會損壞表面，在日本、德國等國家，在