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ubckboost电路的arm单片机控制器的设计--本科毕业设计.doc
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鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 I 页
buck-boost 电路的 ARM 单片机控制器的设计
摘 要
本文提出了一种基于 ARM 的一种新型 BUCK-BOOST(AC-AC)电路控制器设计。
在斩控式 AC-AC 变换中,控制电路绝大部分还是采用 PWM 发生模块进行模拟控制,
这些模块斩波频率高,可以进行简单的 PID 控制,但也有模拟电路固有的缺点:元器件
老化,温度漂移,系统不灵活,精度不高,开发速度慢等问题。本文针对于这些问题,
用 ARM 嵌入式处理器 LPC2114 设计了一种新型控制器。由于 CPU 直接参与闭环控制,
能显著降低系统硬件成本,同时不存在温度漂移等问题,一旦调试正常就能长期稳定运
行;另外,通过软件版本改变系统功能,灵活实现复杂的控制算法。因此,随着微处理
器价格的降低和技术的成熟,数字控制技术必将在高性能,智能化 DC/DC 和斩控式
AC-AC 变换器中得到应用和发展。
本文对系统的结构和原理进行了具体分析,详细介绍了采用 ARM 嵌入式处理器作
为控制器的设计方法和控制策略,并进行了软件的设计,实现了 BUCK-BOOT 电路的
全数字控制。
关键词: ARM ,控制器,BUCK-BOOST
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 II 页
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Design of ARM one-chip computer controller of buck-boost
circuit
Abstract
This article proposed one kind based on ARM one kind of new BUCK-BOOST (AC-AC)
the circuit controller design. In cuts controls type AC-AC, in the transformation, the control
circuit major part uses PWM to have the module to carry on the simulation control, these
modules cut the wave frequency to be high, may carry on the simple PID control, but also has
the analogous circuit inherent shortcoming: the primary device aging and temperature
drifting ,the system is not nimble, the precision is not high, the development speed is slow and
so on. in view of this, this article design its controller with ARM Inserted type processor
LPC2114, has carried on the concrete analysis to the system structure and the principle, in
detail, the article introduced the design method and the control strategy with ARM inserted
type processor to be the controller ,and have carried on the software design, has realized the
BUCK-BOOT electric circuit entire numerical control.
Because CPU direct participation closed-loop control, then can remarkably reduce the
system hardware cost, at the same time does not have the temperature drifting problem, once
debugs normally can the long-term stability movement; Moreover, we can through change
system function through software edition, nimble realize complex control algorithm.
Therefore, along with micro processor price reducing and the technical maturity, the
numerical control technology will certainly get application and the development in the high
performance, intellectualized DC/DC and BUCK-BOOST AC-AC converter.
Key words: ARM, controller, BUCK-BOOST
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 III 页
目 录
摘 要 .....................................................................I
Abstract ..................................................................II
1 绪论 ....................................................................1
1.1 选题背景及目的 ...............................................................................................................1
1.2 ARM 的发展 .....................................................................................................................1
1.3 设计完成的任务 ...............................................................................................................2
1.4 设计要求及参数设定 .......................................................................................................3
2 系统硬件设计.............................................................4
2.1 主电路拓扑结构分析 .......................................................................................................4
2.2 ARM 单片机的选择及外围电路的设计.......................................................................7
2.3 检测电路 ...........................................................................................................................7
2.3.1 全波整流电路.............................................................................................................8
2.3.2 滤波电路..................................................................................................................10
2.4 IGBT 驱动电路的设计...................................................................................................11
2.5 同步电路 ........................................................................................................................13
2.6 键盘显示 .........................................................................................................................14
3 软件设计................................................................16
3.1 初始化 ............................................................................................................................16
3.1.1 脉宽调制器的设置...................................................................................................16
3.1.2 A/D 转换器的设置...................................................................................................17
3.1.3 GPIO 的设置: ........................................................................................................18
3.2 PID 控制策略..................................................................................................................18
3.3 键盘与显示 ....................................................................................................................22
结论 .....................................................................27
致谢 .....................................................................28
参考文献 .................................................................29
附录 A(英文文献)........................................................30
附录 B(中文翻译)........................................................37
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 IV 页
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 1 页
1 绪论
1.1 选题背景及目的
随着 Internet 的普及,我们已经进入了网络时代,进入了后 PC 时代。不仅用 PC 机
能上网,用各种各样的嵌入式设备都可以上网。后 PC 时代出现了信息电器,如掌上电
脑,个人数字助理(PDA),可视电话,移动电话,TV 机顶盒,电视会议机和数码相机
等嵌入式设备。能上网的嵌入式设备需要加上 TCP/IP 网络协议。由于 8/16 位单片机的
速度不够快以及内存不够大,较难满足嵌入式设备的上网要求。随着集成电路的发展,
32 位处理器的价格不断下降,用户已经可以大量使用。32 位 RISC 处理器更是受到青睐。
ARM 公司虽然只成立 10 多年,但在 1999 年因移动电话火热市场,其 32 位 RISC 处理
器占市场份额超过了 50%,成为业界龙头老大。2001 年初,ARM 公司的 32 位 RISC 处
理器嵌入式市场占有率超过了 75%,引起业界的极大关注。ARM 公司是知识产权供应
商,是设计公司。ARM 公司本身不生产芯片,靠转让设计许可,由合作伙伴公司来生
产各具特色的芯片。ARM 公司商业模式的强大之处在于其价格合理,全世界范围有超
过 100 个合作伙伴——包括半导体工业的著名公司。ARM 公司专注于设计,其内核耗
电少,成本低,功能强,特有 16/32 位双指令集。ARM 已成为移动通信,手持计算,
多媒体数字消费等嵌入式解决方案的 RISC 标准。
1.2 ARM 的发展
ARM 在中国大陆市场成长率高达 3 位数。2003 年 ARM 公司实现年营收 2.3 亿美
金。ARM 中国方面的业务重点在于对芯片设计公司(fables)的支持。公司成立以来,在
两年多内已取得一系列成果:目前,ARM 已授权科汇宏盛(Impact)和北京旋极为开发工
具的授权分销商;中兴集成、上海华虹、大唐微电子、华为等公司先后获得 ARM 内核
授权;本地知名的晶圆代工企业中芯国际也已加入 ARM 代工项目,可提供基于 ARM
的 IC 产品制造。另外,普天慧信、科银京成、北京凯思昊鹏、中科红旗等 RTOS 公司
也开始提供支持 ARM 内核的操作系统和开发工具;而各类大学、科研机构以及培训中
心计划也在顺利开展。
ARM 公司开发了很多系列的 ARM 处理器核,目前最新的系列已经是 ARM11 了,
而 ARM6 核及更早的系列已经很罕见了,ARM7 以后的核也不是都获得广泛应用。目
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