基于STM32F103的數字式電鍍電源并聯(lián)均流系統設計

摘要：為了實(shí)現大功率數字式電鍍電源，提出了一種基于ARM芯片STM32F103的數字式電鍍電源并聯(lián)均流系統設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統采用STM32F103作為主控芯片，通過(guò)CAN總線(xiàn)控制多個(gè)電源模塊并聯(lián)工作并使其電流平均，達到大功率輸出的目的。系統具有多種工作模式和外設接口，人機界面友善。實(shí)際應用表明，系統工作穩定，達到設計要求。
關(guān)鍵詞：電鍍電源；并聯(lián)均流；STM32F103；CAN總線(xiàn)

STM32系列處理器是由意法半導體ST公司生產(chǎn)、基于ARM公司Cortex-M3內核的MCU，專(zhuān)門(mén)為微控制系統、汽車(chē)控制系統、工業(yè)控制系統和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等嵌入式應用領(lǐng)域而設計，具有高性能、低功耗、高集成度、豐富且性能出眾的片上外設、編程復雜度低等優(yōu)點(diǎn)。數字式電鍍電源并聯(lián)均流系統以數字通信和控制的方式實(shí)現多個(gè)電源模塊的并聯(lián)工作，提供更大的輸出功率，具有組合靈活、可靠性高、人機接口友善、工作模式多樣等優(yōu)點(diǎn)。本文采用STM32F103VET6處理器作為主控芯片，實(shí)現了一種以CAN總線(xiàn)為通信媒介、具有穩壓／穩流／安培時(shí)／工藝曲線(xiàn)／遠程控制5種工作模式、液晶圖形顯示的數字式電鍍電源并聯(lián)均流系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“并聯(lián)均流系統”)，給出了系統主要軟硬件的詳細設計方案。

1 總體設計
并聯(lián)均流系統由主控模塊和功率模塊組成，如圖1所示。主控模塊和功率模塊間以高效和高可靠性的CAN總線(xiàn)為通信媒介。主控模塊完成人機交互和整機的運行監控。每個(gè)功率模塊實(shí)質(zhì)為單個(gè)電源模塊，按照主控模塊的指令以穩壓或穩流的方式工作。系統在穩流工作方式下，主控模塊將設定工作電流均勻分配給每個(gè)功率模塊，功率模塊根據分配電流控制本模塊以穩流方式運行，從而實(shí)現系統穩流和均流。系統在穩壓工作方式下，主控模塊指定一個(gè)功率模塊為主模塊，其余為從模塊。主模塊按照主控模塊給定的電壓以穩壓方式工作，實(shí)現系統穩壓。同時(shí)主控模塊獲取每個(gè)功率模塊的電流，計算平均電流并分配給從模塊，從模塊按照平均電流以穩流方式工作，實(shí)現系統均流。在穩流或穩壓工作的基礎上，安培時(shí)模式下主控模塊統計工作安培時(shí)數，當達到設定安培時(shí)數時(shí)進(jìn)行加藥控制。工藝曲線(xiàn)模式下主控模塊控制系統按照設定的穩壓或穩流工作曲線(xiàn)工作。遠程控制模式下，上位機通過(guò)與主控模塊通信完成對系統的運程監控。

2 系統硬件設計
2．1 主控芯片STM32F103VET6
STM32F103VET6屬于STM32F103增強系列處理器，具有更多片內RAM和外設，具體特性如下：
1)采用基于哈佛架構的3級流水線(xiàn)內核Cortex-M3，具有單周期乘法、硬件除法特性，最高工作頻率72 MHz，運算速度高達1．25DMips ／MHz。
2)內置高速存儲器，高達512 k字節的閃存和64 k字節的SRAM。
3)多達80個(gè)快速多功能雙向I／O口，所有I／O口可以映射到16個(gè)外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號。
4)多達11個(gè)定時(shí)器，包括4個(gè)16位通用定時(shí)器、2個(gè)16位帶死區控制的PWM高級控制定時(shí)器、2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、系統時(shí)間定時(shí)器、2個(gè)用于驅動(dòng)DAC的16位基本定時(shí)器。
5)多達13個(gè)通信接口，包括2個(gè)I2C接口、5個(gè)USART接口、3個(gè)SPI接口、CAN接口、USB2．0全速接口、SDIO接口。
6)3個(gè)12位A／D轉換器，1μs轉換時(shí)間(多達21個(gè)輸入通道)和2通道12位D／A轉換器。
STM32F103VET6出色的性能和豐富的資源使得幾乎不需要擴展外圍電路就能完全滿(mǎn)足設計要求，使硬件設計大為簡(jiǎn)化。執行速度和內存容量完全滿(mǎn)足主控模塊的多任務(wù)實(shí)時(shí)應用。如圖1所示，主控模塊設計使用STM32F103VET6的CAN、USART、USB等通信接口，CAN用于和功率模塊通信，2個(gè)USART分別用于微型打印機和485通信(上位機通信)，USB用于筆記本現場(chǎng)配置電源系統參數。主控模塊人機界面中的LCD、按鍵、LED指示、蜂鳴器以及加藥開(kāi)關(guān)，均通過(guò)GPIO連接，共計34個(gè)。