焊接机节制嵌入式系统设计

 

　　本文从实际应用出发，结合在焊接机控制系统中嵌入式系统电源的设计与调试过程中碰到的一些问题，分析讨论嵌入式系统电源的设计与调试方法。

　　1 系统硬件结构

　　在基于嵌入式系统的焊接机控制系统设计中，以AT91RM9200作为系统核心微处理器，依据控制系统要求外扩了SDRAM、SRAM、Flash，键盘、液晶显示电路可进行实时参数调整、显示并在出错时报警，RS485串行接口完成数据传输通信，可进行红外遥控操作。系统硬件结构如图1所示。

　　

 

　　图1 系统硬件结构框图

　　2 系统电源设计

　　2.1 系统电源工作原理

　　AT91RM9200是完全围绕ARM920T处理器构建的系统芯片。它有丰富的系统与应用外设及标准的接口，从而成为低功耗、低成本的嵌入式工业级产品。AT91RM9200提供了全功能电源管理控制器(PMC)，优化了整个系统的功耗，并支持普通、空闲、慢时钟及Standby工作模式，提供不同的功耗等级及事件响应延迟时间[1]。在空闲模式下，ARM处理器时钟禁用并等待下一次中断(或主复位);慢时钟模式是复位后选择的模式，在此模式下主振荡器

　　振荡器是收发设备的基础电路,它的作用是产生一定频率的交流信号，是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。及PLL关闭以降低功耗;Standby模式是慢时钟模式与空闲模式的结合，它使能处理器以快速响应唤醒事件，并保持较低的功耗。当系统正常工作时由外界直流电源供电并对电池充电，外电源断开时自动切换到内部后备电池供电。

　　2.2 电源电路设计

　　AT91RM9200有5种类型的电源引脚：VDDCORE引脚用于向内核供电，一般为1.8 V;VDDPLL、VDDOSC分别给PLL或者振荡器供电，一般为1.8 V;VDDIOP、VDDIOM分别用于给外设I/O口线、USB收发器以及外部总线接口I/O口线供电，一般为3.3 V。此外，系统的键盘、显示电路的供电电压需要+5 V电源。因此，本控制系统需要使用3组电源。通过对整个控制系统的控制要求和性能进行分析，确定本系统的负载电流大约为3 A。因此，系统电源的稳压芯片选用了ON公司的LM2576系列稳压器，把外部直流电源稳压成系统需要的+3.3 V和+5 V电源。由于系统内核电源供电要求1.8 V，因此系统应采用二级电源转换电路。本文选用TI公司的微功耗、极低压差PMOS稳压器(LDO芯片)TPS72518作为内核电源转换芯片，把+3.3 V稳压成+1.8 V，为处理器内核提供工作电源。系统电源电路如图2所示。图2中给出了嵌入式系统电源去耦等PCB设计方法。C3、C6是稳压芯片的电解旁路电容，在电路中接入它们能使电路稳定地工作;C2、C5、C8为输出稳定电容，对于减小输出纹波、输出噪声以及负载电流变化的影响有较好的效果，根据稳压器自身的工作要求，电容分别选用10 μF、100 μF的电解电容

　　电解电容是一种由两块平行金属板以及两金属板之间放置电解液所构成的电容。电容器依照所使用的电极材料.电解液之种类而付予电容器的名称。介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。

　　

 

　　图2 系统电源电路图

　　基于32位微处理器的嵌入式系统性能在很大程度上取决于时钟电路的稳定性和可靠性，而时钟电路的稳定性主要取决于系统锁相环(PLL)的稳定性。因此，在PLL模拟部分供电电源应采用滤波电路，以保证供电的稳定性[2]。微处理器内部时钟、电源和复位控制等关键部件的参数对系统各种运行方式起着重要甚至是决定性的作用。因此，为了保证在各种运行方式下所设置的参数不变，通常在嵌入式系统设计中提供后备电池的供电电路。如图2所示，采用TI公司的电池充电器BQ24200作为系统电源的后备电池，系统正常工作时外部电源对它进行充电，外部电源被切断后由它提供系统电源，以便系统保存重要参数。