毕业设计| LCD数字BOOST电路设计

发布时间:2023-04-26  

项目实现功能

由TFT LCD液晶屏幕显示的升压斩波直流电源转换器BOOST DC-DC电源电路,并完成了锂电池充放电电路的设计和仿真分析。

项目实现的功能:

1. 全数字方案;

2. 电路输入15~26V,输出15~35V,最大电流5A;

3. 单片机PWM控制BOOST电路输出;

4. PID算法构成反馈环;

5. 状态机控制系统的输出模式;

6. RTOS协调整个系统的不同任务;

7.按键交互设置输出模式及参数。


#2

整个系统分为四个部分进行设计:

1)在BOOST电路的功率计设计方面,采用了集成度更高,更加小体积的电感,电容和开启内阻极小的功率增强型金属氧化物场效应管MOSFET。2)在BOOST电路的控制系统方面,采用了小封装体积的STM32单片机微处理器作为中心处理器件,并采用了霍尔传感器作为反馈单元。3)在显示屏的设计方面,采用了2.2寸的TFT LCD的RGB全彩屏幕进行显示,并采用SPI通信协议进行控制和写入。4)在人机交互方面,采用了5个功能分明的按键,保证了系统的易用性,同时也没有对系统的交互性进行损失。

最终我们得到了一个电路上效率较高,显示性能和交互性也较强的BOOST DC-DC电源转换电路。

✓ BOOST功率级设计BOOST电路是一种升压型DC-DC电源变换器,通过PWM信号控制电子开关,促使电感电容不断传递能量从而实现输出升压

通过脉宽调制信号PWM对三极管的基极进行控制,使三极管快速的通断。

在三极管导通时,相当于输入电压直接加在电感两侧,电感电流呈线性增加,储存能量,同时二极管反向偏置,防止电容电压放电;当三极管断开时,由于电感的电流不会突变,则电感的电流会流经二极管到电容及负载上,此时储存在电感内的能量被释放,使得电容两端电压高于输入电压,以此实现升压的过程。更改脉宽调制信号PWM的占空比,就改变了电感储存能量的时间长短,时间越长,电感的能量就越多,从而关断期间释放的能量也就越大,输出电压也就越大。

通过对原理的研究,我们可以得到下面两个公式:





根据工作条件:输入电压17V,输出电压26V,工作频率114KHz,负载50Ω,最大允许纹波50mV。计算电感及电容参数:

L1=32.45uH,取L1=33uH

C>31.57uF,取C=50uF

在实际情况中,电路的负载变化时,如果保持PWM占空比不变,则输出电压会有所变化。为了保持输出电压稳定,我们需要反馈调节机制:PID算法,反映了控制器输出量和误差之间的闭环关系。

将计算好的L1和C参数代入SIMULINK仿真,并设置PID反馈环:设置KP=10,KI=1,KD=0

运行仿真,可以得到较为稳定的电源输出


为了实现电路的反馈,需要电压电流采样。电压采样使用分压电阻,电流采样使用霍尔传感器ACS712。

由于单片机PWM输出的驱动能力有限,故要想控制BOOST电路,需要MOSFET驱动器的辅助,这里使用UCC27511。

系统中其他器件的选型为:

MCU采用STM32F103C8T6;

MOSFET驱动器采用UCC27511;

TFT-LCD采用1.44寸彩屏;

霍尔电流计采用ACS712-20A;

辅助电源采用K7812-2000;

MOSFET采用CSD18540KTT;

电感采用HSC1770封装的功率电感;

肖特基二极管采用CLS03;

输入输出电容采用2220封装的钽电容;

 单片机控制级设计

单片机控制级负责PWM信号输出,电压电流采样以及屏幕控制,需要在单片机最小系统的基础上引出PWM输出,ADC采样和SPI通信引脚。

硬件原理图源文件可以在“达尔闻说”回复:BOOST电路。

 按键交互设计

五个按键功能分别为:

MENU:停止输出,模式选择

UP:选择恒压模式,增加设定值

DOWN:选择恒流模式,减少设定值

OK:确认该位设定值,切换下一位

START:开启电源输出按键采用下降沿触发方式输入单片机,使用电容进行硬件滤波,减小误触概率。


#3

系统软件设计

然后在STM32CubeMX内,对该框架进行一个使能和初始化。外设设置说明:ADC双路采样使用DMA循环模式;5个按键采用下降沿触发;SPI通信协议由于使用GPIO软件模拟,故设置成推挽输出即可;PWM输出采用高级定时器PWM模式;使用ST LINK V2对代码进行烧录;

高速时钟源采用外部8MHz晶体振荡器,并将APB1总线倍频到64MHz。

 TFT屏幕通信设计

TFT LCD屏幕的底层我们采用GPIO软件模拟SPI通信协议,单向只输出;

从最高位开始,依次移位对要发送的8位数据和指令进行发送。

引脚定义:

PB10:数据/命令切换信号

PB13:时钟信号

PB15:串行数据发送


 RTOS任务设计

本设计由三个RTOS任务构成,分别是:

    void State_change_function(void const * argument);//状态切换任务

    其中:

    状态切换只有在按键按下之后才会触发;

    屏幕内容刷新只有在内容需要更改的时候才会触发,防止系统资源过度占用,并且在实时显示输出量时更新频率为20Hz;

    PID运算只有在start之后才会开始进行。

     状态机设计

    假设要操控某一系统,通过按键设定功能,这时我们可以采用有限状态模型,系统拥有有限的一些状态,而我们只需指定有限的状态切换条件即可,这就是状态机。


    通过上述关系图的分析,我们可以将有限状态模型应用到本设计的功能设定和运作当中,使得系统运行逻辑性更强,效率更高。

    文章来源于:电子工程世界    原文链接
    本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

    相关文章

      51单片机积累了太多的学习资料、例程、设计实例等,而且他们也非常愿意把这些资料共享出来方便后辈们学习。大学里的课程设计题目甚至毕业设计题目,在网上都能找到许多参考资料,这让很多同学更愿意在51单片机的基础上去实现自己的毕业设计......
      8051单片机进行8路LED模拟分支控制;一、设计题目用8051的P1口作为输入、P0口作为输出,通过74LS244接8路LED模拟分支控制。P1.0为低电平时,点亮一LED;P1.0为高......
      是一个可编程芯片,类似于电脑的CPU,只不过性能、成本、功耗都比cpu要低很多。 那我们通过编写汇编或者C语言程序,下载到基于单片机设计的电路板里面,就能完成相应的产品功能。 比如说打开/关闭灯、温湿......
      机会2--3个人合作做一个完整系统,会更有帮助。到了大四毕业设计阶段,也可以选择相关的课题作些实际案例增长经验。做什么事情都有个经验的积累过程,循序渐进。 08、作为学生,如何学好单片机? 学习好单片机......
      也不例外,我在学习51单片机的时候,基本上是按照这个思路来学习的。 第一步(熟悉流程):因为我是学电子专业的,最开始我先是用面包板自己做了一个51的最小体统,为了更直观的去感受单片机......
      师能任意发挥自己天马行空的想象力去做很多有趣的功能。 3.PLC plc内部的核心控制器也是单片机,只是基于单片机封装了很多硬件和软件上的东西。 相当于plc是单片机的一个产品应用,也是可以编程的,只不......
      学知识综合应用于工程实践中,为后续的毕业设计做好准备。 二、控制要求 利用单片机设计简易电子琴。 功能要求: (1) 按下不同按键,发出不同1 、2 、3、4 、5 、6 、7 七个音符; (2) 用LED 或LCD显示......
      基于51单片机的篮球记分牌设计;一、设计任务 设计一个基于单片机的篮球计分牌,实现两队的计分功能与24秒计时功能。 二、 性能指标要求 (1)按照题目要求独立设计系统所需电路,并完......
      毕业设计| 智能WIFI LED灯设计;智能LED灯基于STC89C52RC单片机设计,拥有自动与手动两种模式: 1)自动模式,可以过热释红外传感器检测是否有人,采用......
      传动模块采用直流电机控制螺栓实现铁淦氧磁棒精确定位,电机每转动一圈,能产生一个固定的位移量,而且通过单片机控制可以让直流电机转动相应的圈数,以便达到设计要求;信号处理模块首先通过TI公司的仪表放大器INAll8实现小信号的放大,在经过半波整流、电子......

    我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

    利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

    充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

    我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

    我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

    凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

    我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>