基于ARM和DDS技术的压电陶瓷驱动电源设计

论文摘要

DDS(Direct Digital Synthesis直接数字频率合成技术)是广泛应用的信号生成方法,其优点是易于程控,输出频率分辨率高,同时芯片的集成度高,适合于嵌入式系统设计。针对现有的压电陶瓷电源输出波形频率、相位等不能程控、电路集成度不高、体积和功耗较大等问题,本文以ARM作为控制电路核心,引入DDS技术产生输出的波形信号,并由集成高压运放将波形信号提高至输出级的电压和功率。在压电陶瓷电源硬件电路中采用了模块化设计,主要分为ARM控制电路、DDS系统驱动电路和波形调理电路、高压运放电路等几个部分。电源控制电路以三星公司的S3C2440控制器为核心,以触摸屏作为人机输入界面;DDS芯片选用ADI公司的AD9851,设计了DDS系统外围驱动电路,滤波和信号调理电路,并应用了将DDS与锁相环技术相结合的杂散问题解决方案;高压运放电路由两级运放电路组成,采用了电压控制型驱动原理,放大电路的核心是PA92集成高压运放,加入了补偿电路以提高系统的响应带宽,并在电源输出设置了过电流保护和快速放电的放电回路。电源软件部分采用WINCE嵌入式系统,根据WINCE系统驱动架构设计DDS芯片的流接口程序,编写了流接口函数和配置文件,并将流驱动程序集成入WINCE系统;编写了基于EVC的触摸屏人机界面主程序,由主程序将用户输入参数转换为DDS芯片的控制字,并采用动态加载流驱动方式将控制字送入DDS芯片实现了对其输出的控制。对电源进行了不同典型波形输出的测试实验。在实验中,测试了DDS信号波形输出的精度和分辨率、电源动态输出精度和对信号波形的跟随性和响应性能。实验表明,压电陶瓷电源输出信号波形精度较高,对波形、频率等参数改变的响应速度快,达到电源输出稳定性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 压电陶瓷驱动电源的研究现状及分类
• 1.2.1 电压控制型压电陶瓷驱动电源
• 1.2.2 电荷（流）控制型驱动器
• 1.2.3 混合控制型压电陶瓷驱动电源
• 1.3 DDS频率合成技术介绍
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 压电陶瓷驱动电源设计方案选择
• 2.1 压电陶瓷驱动器电源设计要求
• 2.2 增益补偿电压型压电陶瓷驱动结构的选择
• 2.3 高压运放的选择
• 2.4 基于相位累加器的直接数字合成法的DDS方案选择
• 2.4.1 DDS技术原理
• 2.4.2 DDS芯片AD9851的技术指标
• 第3章 压电陶瓷驱动电源的硬件设计
• 3.1 压电陶瓷驱动电源硬件总体设计
• 3.2 ARM控制器及触摸屏电路
• 3.2.1 ARM控制电路的结构设计
• 3.2.2 ARM控制电路与触摸屏连接电路
• 3.3 DDS芯片AD9851波形生成电路
• 3.3.1 晶振模块设计
• 3.3.2 电源模块设计
• 3.3.3 AD9851与ARM控制器接口电路
• 3.4 滤波及信号调理电路
• 3.4.1 DDS+PLL频率合成系统方案的设计
• 3.4.2 滤波电路
• 3.4.3 方波及三角波生成电路和波形选择电路
• 3.5 高压运放电路
• 3.5.1 高压运放电路设计及参数选择
• 3.5.2 输入失调电压和相位补偿
• 3.5.3 高压稳压电路设计
• 3.5.4 过流保护和快速放电回路
• 第4章 压电陶瓷驱动电源的软件设计
• 4.1 WINCE.NET的驱动程序模型
• 4.1.1 本机驱动程序和流接口驱动程序
• 4.1.2 单体驱动程序和分层驱动程序
• 4.2 WINCE.NET的流接口驱动程序的架构
• 4.2.1 流接口驱动程序的系统结构
• 4.2.2 流驱动的设备文件名
• 4.2.3 流驱动的标准接口函数
• 4.3 AD9851流接口驱动程序开发
• 4.3.1 AD9851流驱动的标准接口函数编写
• 4.3.2 AD9851流驱动的配置函数编写
• 4.3.3 将流驱动加入WINCE系统
• 4.4 压电陶瓷电源触摸屏人机界面设计
• 4.4.1 触摸屏在WINCE.NET下的使能和操作数据输入实现
• 4.4.2 EVC下应用程序对流驱动的手工动态加载
• 4.4.3 人机界面中输入的波形参数处理
• 第5章 压电陶瓷驱动电源测试实验研究与分析
• 5.1 DDS信号波形输出性能测试
• 5.2 高压运放电路性能测试
• 第6章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢