【正文】 平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器 ， 低電平 0時(shí)選擇指令寄存器 5 R/W R/W為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 （ 5） TMS ：測(cè)試模式選擇 ， TMS用作芯片編程和測(cè)試的輸入端口。 4．其他功能引腳： （ 1） RST/NMI：復(fù)位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口。 3．沒有中斷功能的數(shù)據(jù)輸入、輸出端口 P P P5和 P6 各寄存器符號(hào)和功能如下所述（以P3 口為例）： （ 1） P3IN：輸入寄存器。 （ 4） P1IFG：中斷標(biāo)志寄存器 。 （ 3）寄存器豐富： P1 與 P2各有 7 個(gè)寄存器， P P P P6 有四個(gè)寄存器。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 32 數(shù)控恒流源的閉環(huán)控制系統(tǒng) 以 MSP430F169單片機(jī)作為系統(tǒng)控制單元，外配 4MHz主晶振和 32768Hz的輔助晶振、復(fù)位電路、按鍵電路、 1602 顯示器構(gòu)成單片機(jī)小系統(tǒng)，如圖 33 所示；單片機(jī)通過按鍵讀取用戶的設(shè)置輸出電流值，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換發(fā)出給定值，電流檢測(cè)電路通過 D/A 轉(zhuǎn)換把輸出值傳回單片機(jī)，單片機(jī)通過比較微調(diào)輸出值。因此采用方案二。 表 22 SG3525 主要技術(shù)指標(biāo) 參數(shù)名稱 數(shù)值 最大電源電壓 40V 啟動(dòng)電壓 8V 最高工作頻率 500kHz 誤差放大器開環(huán)增益 75dB 放大器輸入失調(diào)電壓 2mV 封鎖閾值電壓 待機(jī)電流 14mA 基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性 ℃ 誤差放大器增益帶寬 2MHz 驅(qū)動(dòng)輸出峰值電流 500mA 檢測(cè)方案選擇 方案一：直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行采樣 直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行采樣簡(jiǎn)單易行。 SG3525具有很高的溫度穩(wěn)定性和較低的噪聲等級(jí)，據(jù)有欠壓保護(hù)和外部封存功能，能方便的實(shí)現(xiàn)過壓過流保護(hù)，能輸出兩路波形一致、相位相差 180176。 PWM 芯片選擇 PWM芯片根據(jù)其控制形式可分為電壓模式控制和電流模式控制兩種。 根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，對(duì)比 MOSFET 與 IGBT 兩種開關(guān)管，其性能參數(shù)的對(duì)比如表 21 所示。 考慮到本題顯示信息比較簡(jiǎn)單，只需要顯示給定輸出電流和實(shí)際輸出電流，我們決定選擇 1602字符液晶顯示器作為本系統(tǒng)的顯示 模塊。 方案二：采用 12864LCM 點(diǎn)陣顯示器，點(diǎn)陣顯示界面友好，顯示信息量豐富，接口電路簡(jiǎn)單，可以和單片機(jī)直接相連。 鑒于上面考慮 ,我們采用方案二。 此單 片機(jī)功能較強(qiáng) ， 性價(jià)比高 、 集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗小及具有較高的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力 。 器件的選擇 方案一：采用目前比較通用的 51 系列單片機(jī)。 負(fù)載電阻 18V 恒流輸出 單片機(jī) LM337 MAX5484 鍵盤 顯示 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 3 圖 22 方案二原理方框圖 方案三：按照方案二 AC/DC/DC 的設(shè)計(jì)思路，再在斬波電路的前級(jí)增加一級(jí)穩(wěn)壓電路，使用集成穩(wěn)壓器來降低電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)斬波電路的影響。 圖 21 方案一原理方框圖 方案二：根據(jù)開關(guān)電源的原理，經(jīng) AC/DC/DC 變換過程來實(shí)現(xiàn)可調(diào)穩(wěn)流的功能，主電路由整流濾波電路、斬波電路和恒流電路構(gòu)成。提高自己將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際作品的的動(dòng)手能力。 26 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)目的 通過 數(shù)控直流電流源的設(shè)計(jì)， 掌握基于 MSP430F169單片機(jī)和 SG3525芯片實(shí)現(xiàn)直流電流源控制的電路設(shè)計(jì)和軟件編程方法；掌握 MSP430單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器模塊、 A/D 模塊、 D/A模塊的編程方法；掌握利用 IAR進(jìn)行程序編輯，程序調(diào)試及程序下載的方法。 24 參考文獻(xiàn) 21 IAR Embedded Workbench IDE 操作步驟 21 IAR Embedded Workbench IDE 簡(jiǎn)介 11 1602 液晶操作時(shí)序 9 1602 液晶引腳功能 8 MSP430 系列單片機(jī)的特點(diǎn) I 第一章 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)目的 完成并提交硬件 設(shè)計(jì)作品及硬件課程設(shè)計(jì)說明書，課程設(shè)計(jì)答辯。 四、設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)時(shí)間共三周（ ～ ） ,具體安排如下表： 周安排 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 設(shè)計(jì)時(shí)間 第一周 設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)和數(shù)字直流電流源電路的原理圖，學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)工具 IAR 的使用。 三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流電流源系統(tǒng)。 數(shù)控直流電流源 系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能 。 ～ 第二周 按 照原理圖焊接電路板，并檢查和調(diào)試硬件電路。 ～ 五、指導(dǎo)教師評(píng)語及學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師評(píng)語 : 年 月 日 年 月 日 成績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽字 ): 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì) II 目 錄 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 5 檢測(cè)方案選擇 5 第三章 數(shù)控直流電流源系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 MSP430F169 引腳功能 13 MSP430F169 單片機(jī) ADC12 寄存器設(shè)置 17 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 III SG3525 的工作原理 22 A/D采樣子程序 23 結(jié) 論 25 附 錄 熟悉 Altium Designer軟件繪制電路原理圖的基本方法和技巧；掌握硬件電路的焊接和調(diào)試方法。 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì) 2 第二章 數(shù)控直流電流源方案選擇 總體方案選擇 方案一：根據(jù)傳統(tǒng)線性恒流源的原理，以集成穩(wěn)壓芯片（如 LM337）與數(shù)字電位器構(gòu)成電流源的主體部分，通過單片機(jī)改變數(shù)字電位器的阻值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)恒流源輸出值的調(diào)整，并使用數(shù)碼管LED顯示其數(shù)值，其原理方框圖如圖 21所示。其工作過程如下：市電經(jīng)隔離變壓器降壓后，通過整流橋整流，電容器濾波，變成平穩(wěn)的直流電，完成 AC/DC 的變換過程；通過由 FPGA（可編程邏輯器件）產(chǎn)生 PWM調(diào)制波控制開關(guān)管的通斷構(gòu)成斬波電路，輸出高頻的直 流脈沖，經(jīng)儲(chǔ)能電感平波、電容高頻濾波后，輸出可調(diào)的直流電；使用 HCPL7870光電隔離 A/D轉(zhuǎn)換芯片（轉(zhuǎn)換精度達(dá) 15）對(duì)輸出電流進(jìn)行采集，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂撇糠诌x用單片機(jī)與專用的 PWM調(diào)制芯片相結(jié)合的方式來控制 MOSFET 開關(guān)管的導(dǎo)通。此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng) ,軟件編程靈活 ,自由度大。 由于 MSP430F169單片機(jī) 內(nèi)部集成了 A/D轉(zhuǎn)換器 ,不需外加 A/D。 顯示器選擇 方案一：采用 LED顯示，把測(cè)量所得到的高度通過數(shù)碼管顯示。但成本相對(duì)較高。 鍵盤模塊選擇 方案一： 采用普通四位按鍵模式，通過點(diǎn)陣顯示器索顯示的信息對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，方便快捷，易于實(shí)現(xiàn)。 表 21 MOSFET 與 IGBT 性能參數(shù)的對(duì)比 性能指標(biāo) MOSFET IGBT 驅(qū)動(dòng)類型 電壓型 電壓型 驅(qū)動(dòng)功率 小 較小 開關(guān)速度 快（能達(dá)到 5MHz） 較快（一般在 100kHz 以下） 能通過電流 較大（一般在 100A以下） 大（能達(dá)到 1000A以上） 通態(tài)壓降 小于或等于 2V 一般大于 2V 由于設(shè)計(jì)要求輸出的功率不大，主要指標(biāo)體現(xiàn)在輸出電流的分辨率、測(cè)量值的誤差、紋波、穩(wěn)定度等方面。其功能和驅(qū)動(dòng)能力也隨型號(hào)不同有所區(qū)別。的 PWM 信號(hào)，結(jié)合雙 MOSFET 管斬波電路的獨(dú)特設(shè)計(jì)，能有效的減少輸出電流的紋波。但由于負(fù)載電阻為可調(diào)節(jié)電阻，輸出可能有電流可能會(huì)受接觸電阻的變化而不穩(wěn)定，故不宜選取。 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì) 6 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 7 第三章 數(shù)控直流電流源系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示： 此次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是保證輸出電流的恒定，所以當(dāng)負(fù)載及其他參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，我們可以在硬件及軟件兩方面采取適當(dāng)?shù)拇胧┦馆敵鲭娏鞅３植蛔儭? 數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì) 8 DVcc123456VREF+7XIN8XOUT/TCLK9VeREF+10VREF/VeREF1112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051XT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI55TMS56TCK57RST/NMI58596061AVss62DVss63AVcc64MSP430F169123456789101112131415161602VSSVDDVLDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLABLKR/WERSVCC100K1000pFVCC0(5V)S1100KVCCVCC1uF1K復(fù)位VCCSW1 SW2 SW3 SW410K 10K 10K 10K(22) (21) (23) (25)SW510K(27)2 3 4 5 6VCC 圖 33單片機(jī)小系統(tǒng) MSP430 系列單片機(jī) MSP430 系列單片機(jī)的特點(diǎn) MSP430 系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器公司于上世紀(jì)九十年代開發(fā)出的產(chǎn)品，已在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 MSP430F169 引腳功能 1． PIO 端口是并行輸入輸出端口， 8位。 2．具有中斷功能的數(shù)據(jù)輸入、 輸出端口 P1 和 P2各寄存器符號(hào)和功能如下所述（以 P1 口為例）： （ 1） P1IN： 輸入寄存器 。 （ 5） P1IES：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。 （ 2） P3OUT：輸出寄存器。 （ 2） TCK ：測(cè)