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51c嵌入式~电路~合集25

news 来源：原创 2025/7/4 15:51:10

我自己的原文哦~ https://blog.51cto.com/whaosoft/13241709

一、“开关电源”和“普通电源”的区别

什么叫开关电源

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

开关电源是相对线性电源说的，其输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的帮助下，输出稳定的低压直流电。

由于变压器的磁芯大小与开关电源工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到人们的青睐。但它也有缺点，就是电路复杂、维修困难、对电路的污染严重；电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。

开关电源的特点

开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着随着电力电子技术的发展和创新，目前开关电源主要以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到几乎所有的电子设备，其重要性可见一斑。

开关电源的分类

根据开关器件在电路中连接的方式，开关电源总的来说可分为串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。

其中，变压器式开关电源还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种。根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种。

开关电源和普通电源的区别

普通的电源一般是线性电源，线性电源，是指调整管工作在线性状态下的电源。而在开关电源中则不一样，开关管(在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的：开 —— 电阻很小，关 —— 电阻很大。

开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压、输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。

■ 举例说明：降压型开关电源

我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理：电路由开关（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管、储能电感、滤波电容等构成。

当开关闭合时，电源通过开关、电感给负载供电，并将部分电能储存在电感以及电容中。由于电感的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。

一定时间后，开关断开，由于电感的自感作用（可以比较形象地认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管的正极，经过二极管，返回电感的左端，从而形成了一个回路。

通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。

普通电源和开关电源相同的是都有电压调整管，利用反馈原理来进行稳压的，不同的是开关电源利用开关管进行调整，普通电源一般利用三极管的线性放大区进行调整。比较而言，开关电源的能耗低，对交流电压适用范围要宽，输出直流的波纹系数要好，缺点是开关脉冲干扰。

普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为VMOS)轮流导通，首先电流通过上桥开关管流入，利用电感线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，最后关闭上桥开关管，打开下桥的开关管，电感线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥开关管，再打开上桥让电流进入，就这样重复进行，因为要轮流开关两开关管，所以称为开关电源。

而线性电源就不一样了，由于没有开关介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就会漏出来，这就是我们经常看到的某些线性电源的调整管发热量很大，用不完的电能，全部转换成了热能。从这个角度来看，线性电源的转换效率就非常低了，而且热量高的时候，元件的寿命势必要下降，影响最终的使用效果。

■ 主要区别：工作方式

线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器，发热严重，效率很低，一般在40%~60%（还得说是很好的线性电源）。

线性电源的工作方式，使从高压变低压必须有降压装置，一般的都是变压器，也有别的像KX电源，再经过整流输出直流电压。这样一来体积也就很大，比较笨重，效率低、发热量也大；但也有优点：纹波小、调整率好、对外干扰小、适合用于模拟电路/各类放大器等。

开关电源它的功率器件工作在开关状态，在电压调整时能量是通过电感线圈来临时贮存，这样他的损耗就小，效率也就高，对散热的要求低，但它对变压器和贮能电感也有了更高的要求，要用低损耗高磁导率的材料来做。它的变压器就是一个字小。总效率在80%～98%，开关电源的效率高但体积小，但是和线性电源比它的纹波，电压电流调整率就有一定的折扣了。

二、获取STM32代码运行时间

测试代码的运行时间的两种方法：

使用单片机内部定时器，在待测程序段的开始启动定时器，在待测程序段的结尾关闭定时器。为了测量的准确性，要进行多次测量，并进行平均取值。
借助示波器的方法是：在待测程序段的开始阶段使单片机的一个GPIO输出高电平，在待测程序段的结尾阶段再令这个GPIO输出低电平。用示波器通过检查高电平的时间长度，就知道了这段代码的运行时间。显然，借助于示波器的方法更为简便。

借助示波器方法的实例

Delay_us函数使用STM32系统滴答定时器实现：

#include "systick.h"/* SystemFrequency / 1000    1ms中断一次* SystemFrequency / 100000     10us中断一次* SystemFrequency / 1000000 1us中断一次*/#define SYSTICKPERIOD                    0.000001
#define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)/*** @brief  读取SysTick的状态位COUNTFLAG* @param  无* @retval The new state of USART_FLAG (SET or RESET).*/
static FlagStatus SysTick_GetFlagStatus(void) 
{
if(SysTick->CTRL&SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) {
return SET;}
else{
return RESET;}
}/*** @brief  配置系统滴答定时器 SysTick* @param  无* @retval 1 = failed, 0 = successful*/
uint32_t SysTick_Init(void)
{
/* 设置定时周期为1us  */
if (SysTick_Config(SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY)) { 
/* Capture error */
return (1);}/* 关闭滴答定时器且禁止中断  */SysTick->CTRL &= ~ (SysTick_CTRL_ENABLE_Msk | SysTick_CTRL_TICKINT_Msk);                                                  
return (0);
}/*** @brief   us延时程序,10us为一个单位* @param*        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us* @retval  无*/
void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
{     
/* 清零计数器并使能滴答定时器 */SysTick->VAL   = 0;  SysTick->CTRL |=  SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     for( ; nTime > 0 ; nTime--){
/* 等待一个延时单位的结束 */
while(SysTick_GetFlagStatus() != SET);}/* 关闭滴答定时器 */SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}

检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置：

#ifndef __GPIO_H
#define    __GPIO_H#include "stm32f10x.h"#define     LOW          0
#define     HIGH         1/* 带参宏，可以像内联函数一样使用 */
#define TX(a)                if (a)    \GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);\
else        \GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)
void GPIO_Config(void);#endif#include "gpio.h"/*** @brief  初始化GPIO* @param  无* @retval 无*/
void GPIO_Config(void)
{        
/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*开启LED的外设时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    
}

在main函数中检验Delay_us的执行时间：

示波器的观察结果：

可见Delay_us(100)，执行了大概102us，而Delay_us(1)执行了2.2us。

更改一下main函数的延时参数：

示波器的观察结果：

可见Delay_us(100)，执行了大概101us，而Delay_us(10)执行了11.4us。

结论：此延时函数基本上还是可靠的。

使用定时器方法的实例

Delay_us函数使用STM32定时器2实现：

#include "timer.h"/* SystemFrequency / 1000            1ms中断一次* SystemFrequency / 100000     10us中断一次* SystemFrequency / 1000000         1us中断一次*/#define SYSTICKPERIOD                    0.000001
#define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)/*** @brief  定时器2的初始化,，定时周期1uS* @param  无* @retval 无*/
void TIM2_Init(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;/*AHB = 72MHz,RCC_CFGR的PPRE1 = 2，所以APB1 = 36MHz,TIM2CLK = APB1*2 = 72MHz */RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);/* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock/SYSTICKFREQUENCY -1;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);/* 设置更新请求源只在计数器上溢或下溢时产生中断 */TIM_UpdateRequestConfig(TIM2,TIM_UpdateSource_Global); TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
}/*** @brief   us延时程序,10us为一个单位* @param  *        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us* @retval  无*/
void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
{     
/* 清零计数器并使能滴答定时器 */TIM2->CNT   = 0;  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);     for( ; nTime > 0 ; nTime--){
/* 等待一个延时单位的结束 */
while(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) != SET);TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);}TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

在main函数中检验Delay_us的执行时间：

#include "stm32f10x.h"
#include "Timer_Drive.h"
#include "gpio.h"
#include "systick.h"TimingVarTypeDef Time;int main(void)
{    TIM2_Init();    SysTick_Init();SysTick_Time_Init(&Time);for(;;){SysTick_Time_Start(); Delay_us(1000);SysTick_Time_Stop();}     
}

怎么去看检测结果呢？用调试的办法，打开调试界面后，将Time变量添加到Watch一栏中。然后全速运行程序，既可以看到Time中保存变量的变化情况，其中TimeWidthAvrage就是最终的结果。

可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十进制数对应72120，滴答定时器的一个滴答为1/72M（s），所以Delay_us(1000)的执行时间就是72120*1/72M (s) = 0.001001s，也就是1ms。验证成功。

备注：定时器方法输出检测结果有待改善，你可以把得到的TimeWidthAvrage转换成时间（以us、ms、s）为单位，然后通过串口打印出来，不过这部分工作对于经常使用调试的人员来说也可有可无。相关推荐:学习STM32单片机，绕不开的串口。

两种方法对比

软件测试方法

操作起来复杂，由于在原代码基础上增加了测试代码，可能会影响到原代码的工作，测试可靠性相对较低。由于使用32位的变量保存systick的计数次数，计时的最大长度可以达到2^32/72M = 59.65 s。

示波器方法

操作简单，在原代码基础上几乎没有增加代码，测试可靠性很高。由于示波器的显示能力有限，超过1s以上的程序段，计时效果不是很理想。但是，通常的单片机程序实时性要求很高，一般不会出现程序段时间超过秒级的情况。

一、“开关电源”和“普通电源”的区别

二、获取STM32代码运行时间

三、xxx

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