摘 要：通過對所需求電源的分析，結合嵌入式控制技術，提出了一種基于S3C2440的測試系統數字穩壓電源解決方案，以及實現該方案所采用的方法。該系統基于ARM 控制技術，對數據進行采樣，運用適當的算法進行電壓調節和電路保護，以達到為測試系統提供穩壓電源的目的。設計的系統經過實際應用，所提供的電源穩定可靠，滿足芯片測試所需電源的要求。在此給出了系統的硬件構架和軟件設計流程圖。

　　0 引 言

　　直流穩壓電源是一種比較常見的電子設備，一直被廣泛地應用在電子電路、實驗教學、科學研究等諸多領域。近年來，嵌入式技術發展極為迅速，出現了以單片機、嵌入式ARM 為核心的高集成度處理器，并在自動化、通信等領域得到了廣泛應用。電源行業也開始采用內部集成資源豐富的嵌入式控制器來實現數字穩壓電源的控制系統。數字穩壓電源是用脈寬調制波（PWM）來控制MOS管等開關器件的開通和關閉，從而實現電壓電流的穩定輸出。數字穩壓電源還具備自診斷功能，能實現過壓過流保護、故障警告等。

　　相比之前的模擬電源，數字穩壓電源大大減少了在模擬電源中常見的誤差、老化、溫度漂移、非線性不易補償等諸多問題，提高了電源的靈活性和適應性。將SAMSUNG公司的嵌入式ARM 處理器S3C2440芯片應用到實驗室測試系統數字穩壓電源的設計中，采用C語言和匯編語言，實現一種以嵌入式ARM 處理器為核心，具備PID控制器以及觸摸屏等功能的測試系統數字穩壓電源控制系統。

　　1 測試系統數字穩壓電源組成及工作原理

　　數字穩壓電源由主控制器、PWM 穩壓電路、電壓電流取樣電路、PID控制器、觸摸屏組成，系統原理框圖如圖1所示。

　　圖1 系統原理框圖

　　本電源對輸出的電壓電流信號進行采樣，進行PID控制，最后輸出PWM 驅動波形調節輸出電壓。輸出電壓提供給芯片測試平臺，供其測試芯片時使用。

　　前端交流電源輸入到整流模塊，經整流濾波后輸出平穩的直流電壓。該直流電壓直接輸出至IGBT模塊。

　　高精度A/D轉換器將后端輸出的電壓電流信號由模擬信號量變為數字量供給S3C2440進行數字PID運算，經過PID 控制器運算后，由S3C2440輸出PWM 至IGBT，從而構成一個閉環控制系統，控制電壓電流穩定輸出，從而實現數字穩壓電源設計，提供給芯片測試系統使用。ARM 控制器通過觸摸屏實現人機交互界面，在觸摸屏上設置參數和顯示信息。

　　2 硬件設計

　　2.1 ARM 控制系統組成

　　鑒于PID運算和PWM 波輸出模塊要求高，通過考查，選擇SAMSUNG公司的S3C2440，這是一款32位基于ARM920T內核的CPU，擁有高達400MHz的頻率，完全能滿足PID控制器運算的實時性要求；16位的定時器，可實現精度高達0.03μs的PWM 脈沖波，并且有防死區功能；24個外部中斷源，完全可以滿足對系統外部故障信息進行實時響應；內部嵌入LCD控制器，并擁有DMA通道，使得電壓電流值能夠實時顯示在LCD上，還可以通過觸摸屏設計一些所需的參數；多達140個通用I/O口，可以方便地擴展外部接口和設備；擁有8通道多路復用ADC，10位的數字編碼，高達500kSPS轉換率，滿足了測試系統所需的A/D轉換精度。

　　2.2 PWM 穩壓電路設計

　　脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）原理是PWM 調制信號對半導體功率開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一些列幅值相等而寬度不相等的脈沖，經過處理后得到穩定的直流電壓輸出。

　　PWM 調制信號由ARM 主控制器根據設定的電壓值，按一定的規則對各脈沖寬度進行調制后給出脈沖信號。

　　PWM 穩壓電路如圖2所示。

　　圖2 PWM 穩壓電路

　　半導體功率開關器件其開關轉換速度的快慢直接影響電源的轉換效率和負載能力，本系統PWM 穩壓電路中，驅動電路由電阻、電容、晶體管和場效應管組成，MOSFET是電壓單極性金屬氧化硅場效應晶體管，所需驅動功率很小，容易驅動。MOSFET的輸入阻抗很高，其導通和關斷就相當于輸入電容充放電過程。根據所選器件的參數，計算出滿足的條件，保證驅動電路提供足夠大的過充電流，實現MOSFET 快速、可靠的開關。