第4章 數(shù)字化處理技術(shù)課件

1、第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用1人民郵電出版社數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用2人民郵電出版社第第4 4章章 數(shù)字化處理技術(shù)數(shù)字化處理技術(shù)第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用3人民郵電出版社本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容4 4.1 .1 DSPDSP 4 4.2 .2 DSPDSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 4.3 .3 DSPDSP在數(shù)字電源中的工程應(yīng)用在數(shù)字電源中的

2、工程應(yīng)用4 4.4 .4 MCUMCU4 4. .5 5 可編程邏輯控制技術(shù)可編程邏輯控制技術(shù)4 4. .6 6 可編程邏輯器件可編程邏輯器件4 4.7 .7 CPLD/FPGACPLD/FPGA的發(fā)展與應(yīng)用的發(fā)展與應(yīng)用第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用4人民郵電出版社4 4.1 .1 DSPDSP4.14.1.1 .1 DSPDSP系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)的發(fā)展 將將DSPDSP技術(shù)應(yīng)用在采集系統(tǒng)中，技術(shù)應(yīng)用在采集系統(tǒng)中，DSPDSP將數(shù)將數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)再送往微機(jī)進(jìn)

3、行記錄和顯示。數(shù)據(jù)再送往微機(jī)進(jìn)行記錄和顯示。DSPDSP的強(qiáng)大的強(qiáng)大計(jì)算能力使采集功能大為提高，主要體現(xiàn)在：計(jì)算能力使采集功能大為提高，主要體現(xiàn)在：提高了采樣速率；提高了采樣速率；提高了采樣性能。提高了采樣性能。 DSP DSP系統(tǒng)的開發(fā)流程如下圖所示：系統(tǒng)的開發(fā)流程如下圖所示：第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用5人民郵電出版社第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用6人民郵電出版社 4.1.24.1.2 DSPDSP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多總線結(jié)構(gòu)；多總線結(jié)構(gòu)；

4、多處理單元；多處理單元；流水線結(jié)構(gòu)；流水線結(jié)構(gòu)；硬件乘法器。硬件乘法器。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用7人民郵電出版社 4.1.3 DSP4.1.3 DSP芯片的分類與技術(shù)特征芯片的分類與技術(shù)特征 1.DSP1.DSP芯片的分類芯片的分類 按用途分：專用型與通用型按用途分：專用型與通用型 專用型專用型DSPDSP指一種芯片僅完成一種指一種芯片僅完成一種DSPDSP算法，這類算法，這類器件多出現(xiàn)在工業(yè)及消費(fèi)類電子行業(yè)。通用型芯片器件多出現(xiàn)在工業(yè)及消費(fèi)類電子行業(yè)。通用型芯片具有較豐富的硬件接口和很強(qiáng)的可編程性。具有較豐富的硬件接

5、口和很強(qiáng)的可編程性。 按結(jié)構(gòu)分：浮點(diǎn)型與定點(diǎn)型按結(jié)構(gòu)分：浮點(diǎn)型與定點(diǎn)型 浮點(diǎn)型浮點(diǎn)型DSPDSP可以完成整數(shù)和實(shí)數(shù)的運(yùn)算，定點(diǎn)型可以完成整數(shù)和實(shí)數(shù)的運(yùn)算，定點(diǎn)型DSPDSP完成整數(shù)運(yùn)算。完成整數(shù)運(yùn)算。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用8人民郵電出版社2.2.DSPDSP芯片的技術(shù)特征芯片的技術(shù)特征l在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；l程序和數(shù)據(jù)空間分開，可同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；程序和數(shù)據(jù)空間分開，可同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；l片內(nèi)的快速片內(nèi)的快速RAMRAM通?？梢酝ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩

6、通?？梢酝ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；塊中同時(shí)訪問；l具有低開銷或無開銷的循環(huán)和跳轉(zhuǎn)硬件支持；具有低開銷或無開銷的循環(huán)和跳轉(zhuǎn)硬件支持；l具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；l可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；l支持流水線操作，使取址、譯碼和執(zhí)行等操作可支持流水線操作，使取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。以重疊執(zhí)行。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用9人民郵電出版社4.2 DSP4.2 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 DSP4.2.1 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流

7、程 典型的典型的DSPDSP系統(tǒng)的信號(hào)處理流程如下圖所示：系統(tǒng)的信號(hào)處理流程如下圖所示：第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用10人民郵電出版社典型的典型的DSPDSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下：系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下：了解應(yīng)用需求；了解應(yīng)用需求；確定合適算法；確定合適算法；選擇合適器件；選擇合適器件；實(shí)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)集成與調(diào)試。系統(tǒng)集成與調(diào)試。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用11人民郵電出版社4.24.2.2 .2 DSPDSP芯片的選擇芯片的選擇1.1.芯片的運(yùn)

8、算速度芯片的運(yùn)算速度2.2.芯片的價(jià)格芯片的價(jià)格3.3.芯片的硬件資源芯片的硬件資源4.4.芯片的運(yùn)算精度芯片的運(yùn)算精度5.5.芯片的開發(fā)工具芯片的開發(fā)工具6.6.芯片的功耗芯片的功耗7.7.封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等其他因素。其他因素。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用12人民郵電出版社 在工程實(shí)踐中，通常需要確定在工程實(shí)踐中，通常需要確定DSPDSP系統(tǒng)的運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)算量以選擇算量以選擇DSPDSP芯片，此時(shí)需要考慮兩種情況：芯片，此時(shí)需要考慮兩種情況：（1 1）按樣點(diǎn)處理

9、）按樣點(diǎn)處理（2 2）按幀處理）按幀處理第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用13人民郵電出版社4.2.3 DSP4.2.3 DSP芯片的開發(fā)工具芯片的開發(fā)工具 可編程可編程DSPDSP芯片的開發(fā)需要一套完整的軟硬件開發(fā)工具，芯片的開發(fā)需要一套完整的軟硬件開發(fā)工具，DSPDSP芯片的開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具芯片的開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩大類。兩大類。 代碼生成工具的作用是將用代碼生成工具的作用是將用C C語言、匯編語言或混合語語言、匯編語言或混合語言編程的言編程的DSPDSP源代碼編譯匯編并鏈接

10、成為可執(zhí)行的源代碼編譯匯編并鏈接成為可執(zhí)行的DSPDSP程序。程序。它主要包括：匯編器和鏈接器、它主要包括：匯編器和鏈接器、C C編譯器、及一些輔助工具編譯器、及一些輔助工具程序，如文件格式轉(zhuǎn)換程序、哭生成和文檔管理程序等。程序，如文件格式轉(zhuǎn)換程序、哭生成和文檔管理程序等。 代碼調(diào)試工具的作用是對(duì)代碼調(diào)試工具的作用是對(duì)DSPDSP程序及系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使程序及系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使之能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。主要有：之能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。主要有：C/C/匯編語言源碼調(diào)試器、匯編語言源碼調(diào)試器、初學(xué)者工具初學(xué)者工具DSKDSK、軟件模擬器、評(píng)價(jià)模塊、軟件模擬器、評(píng)價(jià)模塊EVMEVM、軟件開發(fā)系、軟件開發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)SW

11、DSSWDS和仿真器和仿真器XDSXDS。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用14人民郵電出版社4.2.4 DSP4.2.4 DSP系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法系統(tǒng)的軟件開發(fā)方法1.1.軟件設(shè)計(jì)工具介紹軟件設(shè)計(jì)工具介紹 CCS CCS是目前最優(yōu)秀、最流行的是目前最優(yōu)秀、最流行的DSPDSP開發(fā)軟件之開發(fā)軟件之一。它為開發(fā)者提供了一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。一。它為開發(fā)者提供了一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境。 CCS CCS擴(kuò)展了基本的代碼生成工具，集成了調(diào)擴(kuò)展了基本的代碼生成工具，集成了調(diào)試和實(shí)時(shí)分析功能。開發(fā)者的一切開發(fā)過程都是試和實(shí)時(shí)分析功能。開發(fā)者的一切

12、開發(fā)過程都是在在CCSCCS這個(gè)集成環(huán)境下進(jìn)行的，包括項(xiàng)目的建立、這個(gè)集成環(huán)境下進(jìn)行的，包括項(xiàng)目的建立、源程序的編輯和調(diào)試。源程序的編輯和調(diào)試。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用15人民郵電出版社2.2.軟件設(shè)計(jì)流程軟件設(shè)計(jì)流程 進(jìn)行進(jìn)行DSPDSP軟件開發(fā)最常用的工具，在利用軟件開發(fā)最常用的工具，在利用CCSCCS進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)之前，要對(duì)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)之前，要對(duì)CCSCCS進(jìn)行設(shè)置，選擇相進(jìn)行設(shè)置，選擇相應(yīng)的對(duì)應(yīng)平臺(tái)加載到系統(tǒng)中。應(yīng)的對(duì)應(yīng)平臺(tái)加載到系統(tǒng)中。（1 1）設(shè)計(jì)步驟）設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，構(gòu)想進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，構(gòu)想DSPDSP

13、程序整個(gè)設(shè)計(jì)思路；程序整個(gè)設(shè)計(jì)思路；編寫代碼，可以使用匯編語言或者編寫代碼，可以使用匯編語言或者C C語言；語言；進(jìn)行編譯、調(diào)試工作；進(jìn)行編譯、調(diào)試工作；對(duì)可以正常運(yùn)行的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)性分析。對(duì)可以正常運(yùn)行的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)性分析。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用16人民郵電出版社 （2 2）語言選擇）語言選擇匯編語言匯編語言高級(jí)語言（一般是高級(jí)語言（一般是C C、C+C+）混合編程（匯編語言和高級(jí)語言混合）混合編程（匯編語言和高級(jí)語言混合）第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)

14、及其應(yīng)用17人民郵電出版社 （3 3）設(shè)計(jì)方式）設(shè)計(jì)方式直接編寫匯編語言程序進(jìn)行編譯鏈接；直接編寫匯編語言程序進(jìn)行編譯鏈接；編寫編寫C C語言程序，用語言程序，用C C語言程序優(yōu)化軟件進(jìn)語言程序優(yōu)化軟件進(jìn)行編譯鏈接；行編譯鏈接；混合編程模式，程序中既有匯編代碼，又混合編程模式，程序中既有匯編代碼，又含有含有C C語言代碼。語言代碼。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用18人民郵電出版社 4.3 DSP4.3 DSP在數(shù)字電源中的工程應(yīng)用在數(shù)字電源中的工程應(yīng)用4.3.1 DSP4.3.1 DSP在數(shù)字控制直流電源中的應(yīng)用在數(shù)字控制直

15、流電源中的應(yīng)用1.ADMC3311.ADMC331的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成了一個(gè)集成了一個(gè)26MIPS26MIPS定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)核，它與定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)核，它與ADSP-2100ADSP-2100數(shù)字信號(hào)處理系列的代碼完全兼容；數(shù)字信號(hào)處理系列的代碼完全兼容；單周期指令執(zhí)行時(shí)間為單周期指令執(zhí)行時(shí)間為38.5ns38.5ns；內(nèi)置了內(nèi)置了2K242K24位程序存儲(chǔ)器位程序存儲(chǔ)器ROMROM，2K242K24位程序存儲(chǔ)器位程序存儲(chǔ)器RAMRAM，和，和1K161K16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMRAM；具有一個(gè)三相具有一個(gè)三相1616位基于中點(diǎn)的脈寬調(diào)制（位基于中點(diǎn)的脈寬調(diào)制（PWMP

16、WM）發(fā)）發(fā)生器，能夠靈活編程，產(chǎn)生具有處理器開銷最小的生器，能夠靈活編程，產(chǎn)生具有處理器開銷最小的高精度高精度PWMPWM信號(hào)；信號(hào)；第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用19人民郵電出版社 有有2 2路路8 8位輔助脈寬調(diào)制（位輔助脈寬調(diào)制（AUXPWMAUXPWM）通道，頻率可編）通道，頻率可編程；程；有有7 7路路-型型A/DA/D變換通道，最高分辨率為變換通道，最高分辨率為1212位；位；具有具有2424個(gè)可編程數(shù)字輸入輸出（個(gè)可編程數(shù)字輸入輸出（PIOPIO）口，可單獨(dú)設(shè)）口，可單獨(dú)設(shè)置成輸入或輸出，支持狀態(tài)變化中斷；置

17、成輸入或輸出，支持狀態(tài)變化中斷；提供了提供了2 2個(gè)雙緩沖同步串行口，用以完成串行通信和個(gè)雙緩沖同步串行口，用以完成串行通信和多處理器間的通信；多處理器間的通信；帶有實(shí)時(shí)中斷的帶有實(shí)時(shí)中斷的1616位看門狗定時(shí)器；位看門狗定時(shí)器；內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROMROM固化了一些實(shí)用程序，方便系統(tǒng)固化了一些實(shí)用程序，方便系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，減少了數(shù)字控制系統(tǒng)的程序計(jì)算時(shí)間。的程序設(shè)計(jì)，減少了數(shù)字控制系統(tǒng)的程序計(jì)算時(shí)間。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用20人民郵電出版社 2.ADMC3312.ADMC331的的DC-DCDC-DC直

18、流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)直流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)DC-DCDC-DC直流驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：直流驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用21人民郵電出版社 （1 1）主電路）主電路第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用22人民郵電出版社 （2 2）DSPDSP控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) DSP DSP是控制電路的核心，控制系統(tǒng)是控制電路的核心，控制系統(tǒng)由由ADMC331ADMC331、E2PROME2PROM及外圍電路等構(gòu)成及外圍電路等構(gòu)成最小最小DSPDSP系統(tǒng)，完成

19、控制、計(jì)算、保護(hù)系統(tǒng)，完成控制、計(jì)算、保護(hù)等功能，可實(shí)現(xiàn)火炮驅(qū)動(dòng)直流電源真等功能，可實(shí)現(xiàn)火炮驅(qū)動(dòng)直流電源真正意義上的全數(shù)字化控制。正意義上的全數(shù)字化控制。ADMC331ADMC331提提供供PWMPWM控制信號(hào)，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)功控制信號(hào)，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)功率率MOSFETMOSFET管工作。管工作。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用23人民郵電出版社 （3 3）驅(qū)動(dòng)電路）驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和電氣驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和電氣性能，對(duì)于功率性能，對(duì)于功率MOSFETMOSFET管采用的

20、驅(qū)動(dòng)電路，變壓器隔離，管采用的驅(qū)動(dòng)電路，變壓器隔離，電路設(shè)計(jì)大為簡化，抗干擾能力強(qiáng)，具有快速、高性能電路設(shè)計(jì)大為簡化，抗干擾能力強(qiáng)，具有快速、高性能的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。（4 4）仿真與試驗(yàn)）仿真與試驗(yàn) 采用采用PSPICEPSPICE軟件對(duì)主電路進(jìn)行仿真，軟件對(duì)主電路進(jìn)行仿真，DC-DCDC-DC直流驅(qū)直流驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定試驗(yàn)效果比較良好。數(shù)字信號(hào)處理動(dòng)電源系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定試驗(yàn)效果比較良好。數(shù)字信號(hào)處理器在電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電源產(chǎn)品的器在電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電源產(chǎn)品的高效、可靠及真正意義上的全數(shù)字化控制，提高控制電高效、可靠及真正意義上的全數(shù)字化控制，提高控制電路的集

21、成度和控制電路乃至整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可塑性。路的集成度和控制電路乃至整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可塑性。 第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用24人民郵電出版社 4.3.2 DSP4.3.2 DSP在數(shù)字控制在數(shù)字控制UPSUPS電源中的應(yīng)用電源中的應(yīng)用1.1.數(shù)控?cái)?shù)控UPSUPS的應(yīng)用優(yōu)勢的應(yīng)用優(yōu)勢數(shù)字化控制可采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，數(shù)字化控制可采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得使得UPSUPS的智能化程度更高，性能更加完美；的智能化程度更高，性能更加完美；控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便

22、，甚至可以在線修改控制算法，而不必對(duì)硬件電路做改動(dòng)；法，而不必對(duì)硬件電路做改動(dòng)；控制系統(tǒng)可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化；控制系統(tǒng)可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)維護(hù)方便，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，可以方便地通過系統(tǒng)維護(hù)方便，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，可以方便地通過RS-232RS-232或或USBUSB接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，接口進(jìn)行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改和調(diào)試；軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改和調(diào)試；系統(tǒng)一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便；系統(tǒng)一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便；易于組成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。易于組成并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其

23、應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用25人民郵電出版社 2.2.數(shù)字化控制的研究應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢數(shù)字化控制的研究應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 很多廠家已經(jīng)推出了自己的數(shù)字控制的很多廠家已經(jīng)推出了自己的數(shù)字控制的UPSUPS產(chǎn)產(chǎn)品，如品，如APCAPC、三菱公司等。然而目前市面上的、三菱公司等。然而目前市面上的UPSUPS大大多數(shù)仍然采用模擬控制?？梢姅?shù)字化多數(shù)仍然采用模擬控制?？梢姅?shù)字化UPSUPS的產(chǎn)品化的產(chǎn)品化仍有很大的發(fā)展空間。仍有很大的發(fā)展空間。 今后今后UPSUPS的主要發(fā)展趨勢如下：的主要發(fā)展趨勢如下：l大型化大型化l智能化智能化l高頻化高頻化l高可靠性高可靠性l功率因數(shù)校正功

24、率因數(shù)校正第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用26人民郵電出版社 3.DSP3.DSP控制的控制的UPSUPS工作流程工作流程 當(dāng)市電正常，輸入電壓、頻率在允許的范圍當(dāng)市電正常，輸入電壓、頻率在允許的范圍時(shí)，時(shí)，PFCPFC部分對(duì)輸入進(jìn)行功率因數(shù)校正，使得該系部分對(duì)輸入進(jìn)行功率因數(shù)校正，使得該系統(tǒng)的輸入功率因數(shù)為統(tǒng)的輸入功率因數(shù)為0.980.98左右，同時(shí)避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)左右，同時(shí)避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，輸入的市電經(jīng)生污染，輸入的市電經(jīng)PFCPFC環(huán)節(jié)變換得到環(huán)節(jié)變換得到400V400V直流直流輸出電壓，為后面的逆變電路提供能量。同時(shí)輸出

25、電壓，為后面的逆變電路提供能量。同時(shí)DC/DCDC/DC部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經(jīng)部分仍然在正常工作，只是由于電池電壓經(jīng)過過DC/DCDC/DC電路變換得到電路變換得到360V360V輸出電壓，略小于市電輸出電壓，略小于市電經(jīng)經(jīng)PFCPFC變換得到的直流母線電壓，這樣通過二極管變換得到的直流母線電壓，這樣通過二極管就將它和直流母線隔離，就將它和直流母線隔離，DC/DCDC/DC部分空載運(yùn)行，處部分空載運(yùn)行，處于熱備用狀態(tài)。于熱備用狀態(tài)。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用27人民郵電出版社 當(dāng)市電不正常時(shí)，市電掉電或者

26、輸入電壓、頻當(dāng)市電不正常時(shí)，市電掉電或者輸入電壓、頻率不在允許的范圍時(shí)，市電經(jīng)率不在允許的范圍時(shí)，市電經(jīng)PFCPFC得到直流母線電壓得到直流母線電壓迅速降低，當(dāng)?shù)陀谘杆俳档停?dāng)?shù)陀?60V360V時(shí)，二極管導(dǎo)通，使得直流時(shí)，二極管導(dǎo)通，使得直流母線電壓維持在母線電壓維持在360V360V，此時(shí)逆變器得到的能量是由，此時(shí)逆變器得到的能量是由電池電壓經(jīng)由電池電壓經(jīng)由DC/DCDC/DC電路變化得到的直流母線電壓。電路變化得到的直流母線電壓。無論市電是否正常逆變部分均可以正常工作。一般無論市電是否正常逆變部分均可以正常工作。一般蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘的后備供電時(shí)間，蓄電池可提供幾分鐘到幾十分鐘

27、的后備供電時(shí)間，大容量的電池組的后備供電時(shí)間可以達(dá)到幾個(gè)到十大容量的電池組的后備供電時(shí)間可以達(dá)到幾個(gè)到十幾個(gè)小時(shí)。經(jīng)處理以后的市電同時(shí)還送給市電電壓幾個(gè)小時(shí)。經(jīng)處理以后的市電同時(shí)還送給市電電壓/ /流相位測量電路，產(chǎn)生市電電壓信號(hào)和相位信號(hào)，流相位測量電路，產(chǎn)生市電電壓信號(hào)和相位信號(hào)，供微處理器電壓供微處理器電壓/ /流測量和同步鎖相之用。這樣就實(shí)流測量和同步鎖相之用。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的不間斷供電?，F(xiàn)了對(duì)負(fù)載的不間斷供電。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用28人民郵電出版社 4.DSP4.DSP控制的控制的UPSUPS組成結(jié)構(gòu)

28、組成結(jié)構(gòu) 主要由輸入功率因數(shù)校正、逆變部分、主要由輸入功率因數(shù)校正、逆變部分、DC/DCDC/DC等組成。等組成。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用29人民郵電出版社 5.DSP5.DSP控制的控制的UPSUPS結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)功能（1 1）UPSUPS的功率校正電路的功率校正電路 主要由功率管主要由功率管T T5 5、電感、電感L L1 1、二極管、二極管D D1 1、電容、電容C C1 1組成。組成。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用30人民郵電出版社 （2 2）

29、正弦逆變電路結(jié)構(gòu)）正弦逆變電路結(jié)構(gòu) 主要由電容主要由電容C C1 1，功率管，功率管T T1 1、T T2 2、T T3 3、T T4 4組成組成的逆變橋，電感的逆變橋，電感L L2 2，電容，電容C C2 2等組成。等組成。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用31人民郵電出版社 （3 3）DC/DCDC/DC電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 主要由高頻變壓器、功率管主要由高頻變壓器、功率管T T6 6、T T7 7，整流二，整流二極管極管D D3333、D D3434、D D3535、D D3636，電容，電容C C3131等組成。等組成。第第

30、1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用32人民郵電出版社 （4 4）UPSUPS其他結(jié)構(gòu)功能其他結(jié)構(gòu)功能 同時(shí)通過同時(shí)通過SCISCI和和SPISPI來實(shí)現(xiàn)整臺(tái)來實(shí)現(xiàn)整臺(tái)UPSUPS的監(jiān)控程的監(jiān)控程序，通過序，通過SCISCI口和微機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控口和微機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控是全數(shù)化是全數(shù)化UPSUPS的重要結(jié)構(gòu)功能。的重要結(jié)構(gòu)功能。 一方面，在一方面，在UPSUPS運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)市電故障或停電運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)市電故障或停電時(shí)，時(shí)，UPSUPS會(huì)利用上述通信通道向由它供電的計(jì)算會(huì)利用上述通信通道向由它供電的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送因市電故障產(chǎn)生的

31、報(bào)警信號(hào)。當(dāng)長時(shí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送因市電故障產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)。當(dāng)長時(shí)間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電間停電，而電池組的供電電壓要低于臨界放電電壓時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在壓時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在UPSUPS電源發(fā)出自動(dòng)關(guān)閉命電源發(fā)出自動(dòng)關(guān)閉命令的驅(qū)動(dòng)下，完成數(shù)據(jù)的保存和設(shè)備的保護(hù)。令的驅(qū)動(dòng)下，完成數(shù)據(jù)的保存和設(shè)備的保護(hù)。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用33人民郵電出版社 另一方面，提供一個(gè)友好的人機(jī)界面，另一方面，提供一個(gè)友好的人機(jī)界面，實(shí)時(shí)監(jiān)視實(shí)時(shí)監(jiān)視UPSUPS的運(yùn)行參數(shù)，方便用戶的參數(shù)的運(yùn)行參數(shù)，方便用戶的參數(shù)修改，同時(shí)便于用戶查詢

32、修改，同時(shí)便于用戶查詢UPSUPS運(yùn)行的歷史記運(yùn)行的歷史記錄。還可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上對(duì)錄。還可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上對(duì)UPSUPS進(jìn)行定時(shí)進(jìn)行定時(shí)的開機(jī)的開機(jī)/ /自動(dòng)關(guān)機(jī)操作。為實(shí)現(xiàn)上述控制功自動(dòng)關(guān)機(jī)操作。為實(shí)現(xiàn)上述控制功能，還可以提供能，還可以提供RS-232RS-232和和RS-485RS-485通信接口，通信接口，用戶可根據(jù)實(shí)際情況任選一種。對(duì)于要求用戶可根據(jù)實(shí)際情況任選一種。對(duì)于要求執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能的執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能的UPSUPS，應(yīng)配置有簡單的，應(yīng)配置有簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMPSNMP）適配器或適配卡。）適配器或適配卡。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其

33、應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用34人民郵電出版社 4.3.3 DSP4.3.3 DSP在有源濾波中的應(yīng)用在有源濾波中的應(yīng)用1.DSP1.DSP在有源濾波中的應(yīng)用優(yōu)勢在有源濾波中的應(yīng)用優(yōu)勢運(yùn)算速度快；運(yùn)算速度快；編程方便；編程方便；穩(wěn)定性及可重復(fù)性好；穩(wěn)定性及可重復(fù)性好；精度高；精度高；集成便捷。集成便捷。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用35人民郵電出版社 2.2.有源濾波的基本原理有源濾波的基本原理第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用36人民郵電

34、出版社 3.3.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件部分主要由系統(tǒng)的硬件部分主要由4 4個(gè)模塊組成，個(gè)模塊組成，即即DSPDSP算法實(shí)現(xiàn)和輸出控制模塊、數(shù)據(jù)采集算法實(shí)現(xiàn)和輸出控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、模塊、CPLDCPLD邏輯控制及液晶鍵盤模塊、補(bǔ)償邏輯控制及液晶鍵盤模塊、補(bǔ)償電壓輸出模塊。電壓輸出模塊。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用37人民郵電出版社 4.4.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)部分組系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)部分組成：系統(tǒng)初始化程序，成：系統(tǒng)初始化程序，F(xiàn)FTFFT諧波分析程序，諧波分析程序，串口通信程

35、序，中斷處理程序。其中中斷處串口通信程序，中斷處理程序。其中中斷處理程序包括：電壓過零捕捉中斷、理程序包括：電壓過零捕捉中斷、A/DA/D采樣采樣轉(zhuǎn)換中斷、鍵盤信號(hào)輸入中斷、事件處理器轉(zhuǎn)換中斷、鍵盤信號(hào)輸入中斷、事件處理器周期中斷、周期中斷、IPMIPM故障處理終端等。故障處理終端等。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用38人民郵電出版社 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖如下：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖如下：第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用39人民郵電出版社 4.4 MCU4.4 MCU4

36、.4.1 MCU4.4.1 MCU的發(fā)展的發(fā)展1.MCU1.MCU的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。 它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自自19711971年美國年美國IntelIntel公司首先推出公司首先推出4 4位微處理器以來，位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為它的發(fā)展到目前為止大致可分為5 5個(gè)階段。下面以個(gè)階段。下面以IntelIntel公司的單片機(jī)發(fā)展為代表加以介紹。公司的單片機(jī)發(fā)展為代表加以介紹。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及

37、其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用40人民郵電出版社 1971-19761971-1976 單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。 1971 1971年年1111月月IntelIntel公司首先公司首先設(shè)計(jì)出集成度為設(shè)計(jì)出集成度為20002000只晶體管只晶體管/ /片的片的4 4位微處理器位微處理器Intel 4004, Intel 4004, 并配有并配有RAMRAM、 ROM ROM和移位寄存器和移位寄存器, , 構(gòu)成了第一臺(tái)構(gòu)成了第一臺(tái)MCS4MCS4微處微處理器理器, , 而后又推出了而后又推出了8 8位微處理器位微處理器Intel 8008, Intel 80

38、08, 以及其它各以及其它各公司相繼推出的公司相繼推出的8 8位微處理器。位微處理器。1976-19801976-1980 低性能單片機(jī)階段。低性能單片機(jī)階段。 以以19761976年年IntelIntel公司推出的公司推出的MCSMCS4848系列為代表系列為代表, , 采用將采用將8 8位位CPUCPU、 8 8位并行位并行I/OI/O接口、接口、8 8位定時(shí)位定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、RAMRAM和和ROMROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), , 雖然其尋址范圍有限（不大于雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB4 KB）, , 也沒有串行也沒有串行I/

39、O, RAMI/O, RAM、 ROMROM容量小容量小, , 中斷系統(tǒng)也較簡單中斷系統(tǒng)也較簡單, , 但功能可滿足一般工業(yè)控但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。制和智能化儀器、儀表等的需要。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用41人民郵電出版社 1980-19831980-1983 高性能單片機(jī)階段。高性能單片機(jī)階段。 這一階段推出的高性能這一階段推出的高性能8 8位單位單片機(jī)普遍帶有串行口片機(jī)普遍帶有串行口, , 有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)有多級(jí)中斷處理系統(tǒng), , 多個(gè)多個(gè)1616位定位定時(shí)器時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器。片內(nèi)計(jì)數(shù)

40、器。片內(nèi)RAMRAM、 ROM ROM的容量加大，且尋址范圍可的容量加大，且尋址范圍可達(dá)達(dá)64 KB64 KB，個(gè)別片內(nèi)還帶有，個(gè)別片內(nèi)還帶有A/DA/D轉(zhuǎn)換接口。轉(zhuǎn)換接口。1983-801983-80年代末年代末 1616位單片機(jī)階段。位單片機(jī)階段。 1983 1983年年IntelIntel公司又推出了高性公司又推出了高性能的能的1616位單片機(jī)位單片機(jī)MCSMCS9696系列系列, , 由于其采用了最新的制造由于其采用了最新的制造工藝工藝, , 使芯片集成度高達(dá)使芯片集成度高達(dá)1212萬只晶體管萬只晶體管/ /片。片。19901990年代年代 單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域

41、單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。等全方位向更高水平發(fā)展。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用42人民郵電出版社 到目前為止，中國的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走到目前為止，中國的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸深入社會(huì)生活各過了二十余年的歷程，隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸深入社會(huì)生活各個(gè)方面，單片機(jī)課程的教學(xué)也有從傳統(tǒng)的個(gè)方面，單片機(jī)課程的教學(xué)也有從傳統(tǒng)的8 8位處理器平臺(tái)向位處理器平臺(tái)向3232位高級(jí)位高級(jí)RISCRISC處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢，但處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢，但8

42、 8位機(jī)依然難以被位機(jī)依然難以被取代。國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是取代。國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、汽車自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備、手機(jī)、汽車自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備、PDAPDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)、智能玩具、智能家電、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都是國內(nèi)急需單片機(jī)人才的行業(yè)。行業(yè)高端目療設(shè)備等行業(yè)都是國內(nèi)急需單片機(jī)人才的行業(yè)。行業(yè)高端目前有超過前有超過1010余萬名從事單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的工程師，但面對(duì)嵌余萬名從事單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的工程師，但面對(duì)嵌入式系統(tǒng)工業(yè)化的潮流和我國大力推動(dòng)建設(shè)入式系統(tǒng)工業(yè)化的潮流和我國大力推動(dòng)建設(shè)“嵌入式軟件工嵌入式軟件工廠廠”的機(jī)遇，我國的嵌入式產(chǎn)品要溶入國際市

43、場，形成產(chǎn)業(yè)，的機(jī)遇，我國的嵌入式產(chǎn)品要溶入國際市場，形成產(chǎn)業(yè)，則必將急需大批單片機(jī)應(yīng)用型人才，這為高職類學(xué)生從事這則必將急需大批單片機(jī)應(yīng)用型人才，這為高職類學(xué)生從事這類高技術(shù)行業(yè)提供了巨大機(jī)會(huì)。類高技術(shù)行業(yè)提供了巨大機(jī)會(huì)。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用43人民郵電出版社 2 2. .典型典型MCUMCU產(chǎn)品產(chǎn)品 第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用44人民郵電出版社 4.4.2 MCU4.4.2 MCU的基本架構(gòu)的基本架構(gòu)程序內(nèi)存程序內(nèi)存隨機(jī)存取內(nèi)存隨機(jī)存取內(nèi)

44、存累積器累積器緩存器緩存器堆棧及堆棧指針堆棧及堆棧指針運(yùn)算邏輯單元運(yùn)算邏輯單元輸入輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）模塊）模塊定時(shí)器定時(shí)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器中斷中斷第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用45人民郵電出版社 4.4.3 MCU4.4.3 MCU的軟件開發(fā)流程的軟件開發(fā)流程1.1.交叉開發(fā)交叉開發(fā)第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用46人民郵電出版社 2.2.交叉編譯交叉編譯 交叉編譯是在宿主平臺(tái)上使用特殊的編譯器生成目標(biāo)平交叉編譯是在宿主平臺(tái)上使用特殊的編譯器

45、生成目標(biāo)平臺(tái)的可執(zhí)行代碼。臺(tái)的可執(zhí)行代碼。GCCGCC是現(xiàn)階段被廣泛使用的開放源碼的編譯器。是現(xiàn)階段被廣泛使用的開放源碼的編譯器。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用47人民郵電出版社 3.3.交叉調(diào)試交叉調(diào)試（1 1）在線調(diào)試）在線調(diào)試在線仿真在線仿真片上調(diào)試片上調(diào)試ROMROM監(jiān)控器監(jiān)控器遠(yuǎn)程調(diào)試遠(yuǎn)程調(diào)試（2 2）模擬調(diào)試）模擬調(diào)試第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用48人民郵電出版社 4.4.4 MCU4.4.4 MCU的軟件仿真技術(shù)的軟件仿真技術(shù)1.1.仿真原

46、理仿真原理 基于基于WindowsWindows的匯編級(jí)的軟件仿真器是用軟件仿的匯編級(jí)的軟件仿真器是用軟件仿真實(shí)現(xiàn)各硬件的功能，并通過指令解釋的方法完成真實(shí)現(xiàn)各硬件的功能，并通過指令解釋的方法完成指令功能的仿真過程。一個(gè)仿真器就是一個(gè)特定的指令功能的仿真過程。一個(gè)仿真器就是一個(gè)特定的目標(biāo)板，在實(shí)際應(yīng)用過程中通?？梢圆捎脴?gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)板，在實(shí)際應(yīng)用過程中通?？梢圆捎脴?gòu)件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，仿真構(gòu)建包含實(shí)現(xiàn)，仿真構(gòu)建包含3 3個(gè)重點(diǎn)要素：內(nèi)部屬性、功能個(gè)重點(diǎn)要素：內(nèi)部屬性、功能模塊及對(duì)外接口。內(nèi)部屬性對(duì)應(yīng)著各硬件的屬性；模塊及對(duì)外接口。內(nèi)部屬性對(duì)應(yīng)著各硬件的屬性；功能模塊是對(duì)硬件功能的仿真；對(duì)外接口是各硬件功

47、能模塊是對(duì)硬件功能的仿真；對(duì)外接口是各硬件所能提供的相應(yīng)接口。所能提供的相應(yīng)接口。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用49人民郵電出版社 2.2.仿真過程仿真過程硬件初始化，生成目標(biāo)硬件初始化，生成目標(biāo)MCUMCU的軟件仿真器；的軟件仿真器；指令集的仿真；指令集的仿真；仿真調(diào)試。仿真調(diào)試。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用50人民郵電出版社 3.3.仿真分類仿真分類按照仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的時(shí)間比例關(guān)系，可按照仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的時(shí)間比例關(guān)系，可分為實(shí)時(shí)仿真、亞實(shí)時(shí)仿

48、真和超實(shí)時(shí)仿真；分為實(shí)時(shí)仿真、亞實(shí)時(shí)仿真和超實(shí)時(shí)仿真；按照所研究的系統(tǒng)不同，可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真按照所研究的系統(tǒng)不同，可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真；和離散系統(tǒng)仿真；按照仿真手段，可分為軟硬件結(jié)合的仿真和軟按照仿真手段，可分為軟硬件結(jié)合的仿真和軟件仿真，軟件仿真器又可再細(xì)分為結(jié)構(gòu)仿真器件仿真，軟件仿真器又可再細(xì)分為結(jié)構(gòu)仿真器和指令集仿真器。和指令集仿真器。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用51人民郵電出版社 4.4.5 MCU4.4.5 MCU的抗干擾技術(shù)的抗干擾技術(shù)1.1.硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)抗電磁干擾；抗電磁干擾；小

49、信號(hào)傳輸中的畸變；小信號(hào)傳輸中的畸變；減小電源的干擾；減小電源的干擾；配置去耦電容；配置去耦電容；良好接地；良好接地；印制線路板要合理布局；印制線路板要合理布局；耦合技術(shù)：光電隔離和電磁隔離。耦合技術(shù)：光電隔離和電磁隔離。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用52人民郵電出版社 2.2.軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)設(shè)計(jì)自檢程序；設(shè)計(jì)自檢程序；冗余技術(shù)；冗余技術(shù)；軟件陷阱技術(shù)；軟件陷阱技術(shù)；軟件軟件“看門狗看門狗”技術(shù)；技術(shù)；程序自動(dòng)恢復(fù)入口方法；程序自動(dòng)恢復(fù)入口方法；數(shù)字濾波法；數(shù)字濾波法；干擾避開法；干擾避開法；開關(guān)量輸入開關(guān)量輸

50、入/ /輸出抗干擾措施。輸出抗干擾措施。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用53人民郵電出版社 4.5 4.5 可編程邏輯控制技術(shù)可編程邏輯控制技術(shù)4.5.1 PLC4.5.1 PLC的組成結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)1.1.硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)（1 1）CPUCPU CPU CPU速度和內(nèi)存容量是速度和內(nèi)存容量是PLCPLC的重要參數(shù)，它們限的重要參數(shù)，它們限制著控制規(guī)模。制著控制規(guī)模。 CPU CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成

51、，CPUCPU單單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用54人民郵電出版社 （2 2）I/OI/O模塊模塊 常用常用I/OI/O分類如下：分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC220VAC、110VAC110VAC、24VDC24VDC；按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔；按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型、電壓型等；按模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型、電壓型等；按精度分，有精度分，有1

52、2bit12bit、14bit14bit、16bit16bit等。等。特殊的特殊的I/OI/O模塊：熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。模塊：熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用55人民郵電出版社 （3 3）電源模塊）電源模塊 PLC PLC電源用于為電源用于為PLCPLC各模塊的集成電路提供各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)有的還為輸入電路提供工作電源。同時(shí)有的還為輸入電路提供24V24V的的工作電源。工作電源。 電源輸入類型有：交流電源（電源輸入類型有：交流電源（220VAC220VAC或或110VAC11

53、0VAC），），直流電源（常用為直流電源（常用為24VAC24VAC）。）。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用56人民郵電出版社 （4 4）PLCPLC系統(tǒng)的其他設(shè)備系統(tǒng)的其他設(shè)備編程設(shè)備編程設(shè)備人機(jī)界面人機(jī)界面輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用57人民郵電出版社 （5 5）PLCPLC的通信聯(lián)網(wǎng)的通信聯(lián)網(wǎng) PLCPLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使PLCPLC與與PLCPLC之間、之間、PLCPLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他

54、智能設(shè)備之間能夠交流信息，與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交流信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 對(duì)于數(shù)字電源系統(tǒng)的系統(tǒng)集成來講，選擇數(shù)字控對(duì)于數(shù)字電源系統(tǒng)的系統(tǒng)集成來講，選擇數(shù)字控制信號(hào)的傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求是：制信號(hào)的傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求是：網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以便設(shè)備的集成和系統(tǒng)的擴(kuò)展；網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以便設(shè)備的集成和系統(tǒng)的擴(kuò)展；必須較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制；必須較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制；綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。具體問題，

55、確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用58人民郵電出版社 2.2.軟件組成軟件組成 PLC PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。 系統(tǒng)程序由系統(tǒng)程序由PLCPLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫，并存入制造廠商設(shè)計(jì)編寫，并存入PLCPLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接對(duì)其讀寫與更改。的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接對(duì)其讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。 P

56、LC PLC的用戶程序是用戶利用的用戶程序是用戶利用PLCPLC的編程語言，根的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在據(jù)控制要求編制的程序。在PLCPLC的應(yīng)用中，最重要的應(yīng)用中，最重要的是用的是用PLCPLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。制目的。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用59人民郵電出版社 4.5.2 PLC4.5.2 PLC的工作原理的工作原理公共處理：公共處理：CPUCPU進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器、硬件檢查、進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作；用戶內(nèi)存檢查等操作；

57、執(zhí)行用戶程序：執(zhí)行用戶程序：CPUCPU逐條解釋和執(zhí)行用戶程序；逐條解釋和執(zhí)行用戶程序；掃描周期的計(jì)算；掃描周期的計(jì)算；刷新刷新I/OI/O：CPUCPU主要做讀各輸入點(diǎn)的狀態(tài)和讀輸主要做讀各輸入點(diǎn)的狀態(tài)和讀輸出元件映像寄存器的狀態(tài)兩件事；出元件映像寄存器的狀態(tài)兩件事；外設(shè)端口服務(wù)：外設(shè)端口服務(wù)：CPUCPU完成與外設(shè)端口連接到外圍完成與外設(shè)端口連接到外圍設(shè)備或通信適配器的通信處理。設(shè)備或通信適配器的通信處理。第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用60人民郵電出版社 第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電

58、源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用61人民郵電出版社 4.6 4.6 可編程邏輯器件可編程邏輯器件4.6.1 4.6.1 可編程邏輯器件的發(fā)展可編程邏輯器件的發(fā)展1.1.可編程邏輯器件的發(fā)展歷程可編程邏輯器件的發(fā)展歷程7070年代：出現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器年代：出現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器PROM (Programmable PROM (Programmable Read only Memory)Read only Memory)，可編程邏輯陣列器件，可編程邏輯陣列器件PLA PLA (Programmable Logic Array)(Programmable Logic Array)；7070年代末：年代末：AM

59、DAMD推出了可編程陣列邏輯推出了可編程陣列邏輯PAL PAL (Programmable Array Logic)(Programmable Array Logic)；8080年代：年代：LatticeLattice公司推出了通用陣列邏輯公司推出了通用陣列邏輯GAL GAL ( Generic Array Logic)( Generic Array Logic)；第第1章章 數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用導(dǎo)論數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字電源技術(shù)及其應(yīng)用62人民郵電出版社 8080年代中：年代中：XilinxXilinx公司推出了現(xiàn)場可編程門陣列公司推出了現(xiàn)場可編程門陣列FPGA (

60、Field Programmable GateArray )FPGA (Field Programmable GateArray )。AlteraAltera公司推出了可擦除的可編程邏輯器件公司推出了可擦除的可編程邏輯器件EPLD (Erase EPLD (Erase Programmable LogicDevice)Programmable LogicDevice)，集成度高，設(shè)計(jì)靈活，集成度高，設(shè)計(jì)靈活，可多次反復(fù)編程；可多次反復(fù)編程；9090年代初：年代初：LatticeLattice公司又推出了在系統(tǒng)可編程概公司又推出了在系統(tǒng)可編程概念念I(lǐng)SPISP及其在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成器件及其在