【正文】 零式電路；按照交流輸入相數(shù)又分為單相電路和多相電路；按照變壓器二次側(cè)電流的方向是單向還是雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。方案三：采用D/A芯片。利用電位器的中間抽頭的電位可以隨電位器抽頭的位置變化產(chǎn)生線性變化的特點，將中間抽頭的電平作為參考電壓，這種方法的線性度較好，很容易實現(xiàn)，但是電位器使用較長時間后容易接觸不良，而且不容易實現(xiàn)精確控制。MSP430F169是TI公司的16位低功耗系列單片機，它集成了兩個帶捕獲/比較功能的16位定時器，擁有8通道12位高速的A/D轉(zhuǎn)換模塊和兩個獨立的12位的D/A轉(zhuǎn)換模塊，而且內(nèi)部集成硬件乘法器，大大提升了MCU的運算速度。本設計旨在設計完成一個能滿足日常實驗及工作需要的實用電源，對電源的穩(wěn)定性、精度有較高的要求，現(xiàn)在擬以內(nèi)部集成A/D、D/A的16位單片機MSP430F169為核心，采用橋式整流，電容濾波，分立元件搭建電壓調(diào)整電路，選取硬件負反饋設計一個串聯(lián)輸出的數(shù)控直流線性穩(wěn)壓電源，以下是對本此設計的電源各個模塊單元的論證。2) 模塊化電源的模塊化主要有兩方面的含義，一是指指電源功能單元的模塊化；二是電源器件的模塊化。 發(fā)展方向直流穩(wěn)壓電源技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)日益成熟，但是隨著科技的發(fā)展以及未來社會對電源設備要求的不斷提高，直流穩(wěn)壓電源還有很大的潛在發(fā)展空間，未來直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向大致有三大發(fā)展方向：智能化、模塊化、數(shù)字化。在我國以現(xiàn)代電力電子為核心的電源產(chǎn)業(yè)興起比較晚，直到二十世紀60年代才開始形成，到了90年代，電源產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展的階段，一方面得益于國家自然基金的資助與激勵，另一方面市場對電源的需求不斷增大，電源產(chǎn)業(yè)的規(guī)模在不斷擴大，在創(chuàng)新意識的指導下，國內(nèi)開展了跟蹤國際多方面前沿課題的研究，使我國的電源技術(shù)的研究從引進吸收消化，過渡到一般的跟蹤發(fā)展，再到前沿跟蹤與基礎(chǔ)的創(chuàng)新與研發(fā)，電源行業(yè)踴躍出一大批難度大、具有國際領(lǐng)先的技術(shù)，而且還生產(chǎn)出一大批具有國際領(lǐng)先水平的代表性產(chǎn)品。4) 產(chǎn)品維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以通過通信接口在線檢測查詢故障，對于軟件故障通過通訊接口就可以修復系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)與上位PC機通信，可以隨時監(jiān)視電源設備運行狀態(tài)、各項技術(shù)參數(shù)以及實現(xiàn)遠程開關(guān)機等功能。電源采用單片機控制，具有以下明顯優(yōu)點：1) 系統(tǒng)升級一般只需改動軟件算法，通過下載口就可以更新程序，硬件電路不必更改即可繼續(xù)使用，減少不必要開支，易于電源更新?lián)Q代。與線性電源相反，開關(guān)電源具有體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的20～30%）、效率高（一般為60～70%，最高達到90%以上）、自身抗干擾能力強、輸出電壓范圍寬、模塊化強等優(yōu)點，但是由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，在逆變過程中會產(chǎn)生高頻電壓，這些交變的電壓和電流會通過電路中的元器件產(chǎn)生較強的尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾就會污染市電電網(wǎng)，直接或間接的影響臨近的電子儀器設備的正常工作，因此需要良好的屏蔽及接地，而且開關(guān)電源的輸出紋波電壓大，在對電源質(zhì)量要求比較高的一些精密電子儀器等場合，開關(guān)穩(wěn)壓電源尚不能勝任。以單片機為核心的新一代數(shù)控直流穩(wěn)壓電源不但硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，模塊性強，成本低，生產(chǎn)效率高，利于工廠大規(guī)模生產(chǎn)，而且采用單片機控制可以實現(xiàn)對電源的輸出量進行信息采集與分析計算，實現(xiàn)對輸出的自動控制與反饋，可以大大提高電源輸出的穩(wěn)定性和控制精度，同時它還具有自我保護功能和自恢復功能，智能檢測可能出現(xiàn)的故障，并根據(jù)檢測的結(jié)果采取預定的保護措施，極大地降低了模擬電路的故障率，并且操作方便，調(diào)試簡單，體積小，可靠性高，具有很高的實用價值。穩(wěn)壓電源按照分類標準不同有很多不同的分類，例如按輸出電源的類型分類可分為直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按照電源與負載的連接方式可分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型穩(wěn)壓電源；又按調(diào)整管的工作狀態(tài)分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源等。關(guān)鍵詞 數(shù)控電源 線性電源 智能 MSP430 AbstractThis article describes a design of highprecisI/On CNC regulated power supply based on MSP430 microcontroller, the design of digitally controlled power can control keyboard input, display of input and output voltage and current at realtime, and intelligent power brownout protectI/On, current limiting output short circuit protectI/On, with easyoperatI/On, high accuracy, stability and security. This article described the main transformer module and voltage regulator modules, sampling module, feedback module, the principles of design of the keyboard input module, LCD module and MCU control module and detailed productI/On process. Overall system design is based on 16bit MSP430 microcontroller as the core to plete the measurement and processing of D/Ata, control the output voltage, the whole system via the simulatI/On and physical testing and analysis, and basic to meet the design specificatI/Ons, and achieved good results .Keywords CNC power supply Linear power Intelligent MSP430目 錄前 言 1第1章 數(shù)控線性穩(wěn)壓電源研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 2 選題的背景和意義 2 選題背景 2 意義 3 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 3 研究現(xiàn)狀 3 發(fā)展方向 4第2章 線性穩(wěn)壓電源電路的設計思路及方案論證 5 初步設計的系統(tǒng)整體框圖 5 設計思路 5 各個模塊方案論證 5 控制器的選擇 5 關(guān)于電壓調(diào)整方式 6 整流電路方案選擇 6 濾波電路論證 10 分立元件和集成可調(diào)穩(wěn)壓器 12 閉環(huán)負反饋方法案選擇 13 輸出帶載方式 13 鍵盤論證 14 輸出顯示方式論證 14 過流保護方案論證 15第3章 硬件系統(tǒng)設計 17 系統(tǒng)的整體框圖及總體描述 17 變壓器部分 18 整流橋部分 18 濾波電容部分 19 調(diào)整管電路設計 19 反饋電路設計 20 電壓負反饋電路 21 電流負反饋電路 22 反饋回路的配合實現(xiàn) 23 采樣電路 23 單片機控制模塊 24 電源部分 25 復位電路 25 時鐘源電路 25 通訊接口 25 參考電壓 25 內(nèi)部供電電路設計 26 鍵盤顯示電路 27 保護電路 27 上電保護 28 失電保護 28第4章 軟件系統(tǒng)設計 29 系統(tǒng)軟件流程圖 29第5章 系統(tǒng)測試 30 測試工具 30 各個功能模塊的測試 30 各個模塊進行聯(lián)調(diào)及分析 31結(jié)束語 34謝 辭 35參考文獻 36附 錄 37前 言在社會經(jīng)濟與科技蓬勃發(fā)展的今天，電能得到了廣泛的利用，電力電子技術(shù)作為電能最廣泛的應用技術(shù)之一，也得到了飛快的發(fā)展，其中電源技術(shù)的不斷進步與創(chuàng)新對此起到了很關(guān)鍵的作用。本科畢業(yè)論文(設計)題 目：基于MSP430單片機的數(shù)控穩(wěn)壓電源設計學 院： 自動化工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名： 趙金洋 指導教師： 傅強 2012年 5月 27 日42 / 47The design of CNC linear regulated power supply based on the MSP430摘 要本文介紹了基于MSP430單片機的高精度數(shù)控穩(wěn)壓電源設計，設計制作的數(shù)控電源可以實現(xiàn)鍵盤控制輸入，實時顯示輸入輸出電壓電流，并具有智能上電掉電保護、限流輸出與短路保護等功能，具有易于操作、精度高、穩(wěn)定度好、安全性強等特點。電源技術(shù)尤其是直流穩(wěn)壓電源技術(shù)服務于各行各業(yè)，它融合了電氣、電子、電磁、系統(tǒng)集成、自動控制、現(xiàn)代控制、材料學等諸多學科領(lǐng)域，是一門實踐性很強的工程技術(shù)。通常情況下電子設備在正常工作時都需要提供恒定的直流電能，因此直流線性穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有很重要的地位。本文對基于MSP430單片機的數(shù)控直流線性穩(wěn)壓電源進行了初步的研究與設計，以達到進一步了解數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設計與應用的目的。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源功能簡單、不易控制、可靠性低、精度低、體積大且復雜程度高、故障率高、自我保護功能不夠完善，因而實用性比較低。2) 具有友好的人機界面。5) 控制靈活，系統(tǒng)可靠性高，控制精度高，具有自我保護功能和自恢復系統(tǒng)。但是，與發(fā)達國家相比，我國的電源產(chǎn)業(yè)還存在很大的差距和不足，一方面國內(nèi)的數(shù)控電源主要是利用單片機或者可編程邏輯器件來控制穩(wěn)壓電源調(diào)整管的開關(guān)程度來實現(xiàn)數(shù)控，這樣的控制方法和國外相比，電源的效果不是很理想。1) 智能化目前在研究開發(fā)高性能、高精度的儀器儀表時，幾乎全部采用單片機以及可編程邏輯器件來實現(xiàn)，電源也不例外。電源模塊化可以方便使用和生產(chǎn)，縮小體積，更重要的是模塊化能夠取代傳統(tǒng)接線，把寄生電容等非確定變量降到最低，降低電子元器件在正常工作或者故障時所受的電動力，降低元件損耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，還可以使用多個模塊并聯(lián)使用，增加系統(tǒng)的冗余，分擔負載，擴大系統(tǒng)容量，可以大大的提高可靠性。 各個模塊方案論證 控制器的選擇方案一：采用51單片機作為主控制器。芯片集成度高，簡化了硬件單路，此系統(tǒng)硬件相對簡單，多數(shù)功能可由軟件實現(xiàn)， 因此系統(tǒng)控制靈活，而且更加穩(wěn)定，并且低功耗便于整體效率的提高。方案二：PWM濾波模擬D/A。D/A芯片能將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成相對應的模擬量，兩者的對用關(guān)系僅與參考電壓有關(guān)，線性度號，D/A芯片的穩(wěn)定性好、精度高，但是價格昂貴。常用的整流方案有以下幾種：方案一：半波整流電路。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化，我們稱為脈動直流。這個電路實質(zhì)上是將兩個半波整流電路組合到一起。 方案三：橋式整流電路 由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，于是出現(xiàn)了一種橋式整流電路。R1兩端的電壓始終是上正下負，其波形與全波整流時一致。（2）每個二極管承擔的最大反向電壓為2 倍的交流峰值電壓。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。這樣通過電容C1的反復充放電實現(xiàn)了濾波作用。電感濾波電路帶負載能力比較好，多用于負載電流很大的場合。這種濾波電路由于增加了一個電阻R1，使交流紋波都分擔在R1上。 LC濾波電路圖以下是上述各種濾波電路的對比： 不同濾波方式的優(yōu)劣對比表電路名稱濾波效果輸出電壓輸出電流應用特點電容濾波稍差高稍小結(jié)構(gòu)簡單。LC濾波很好高稍小電源電路中較少使用。方案二：采用分立元件。這種方法是利用兩個運放，將運放A構(gòu)成電壓比較器，將設定的輸出電壓數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后輸入運放A的同向端，而輸出的電壓經(jīng)過另一個運放B進行比例運算后輸入到運放A的反向端，這樣就形成了硬件的反饋。結(jié)合實際：由于MSP430的在處理、計算浮點數(shù)據(jù)與執(zhí)行大規(guī)模數(shù)據(jù)處理程序速度方面并不占優(yōu)勢，而且反饋速度慢會造成電源的輸出失控，系統(tǒng)無法正常工作，因此閉環(huán)反饋調(diào)整只有采用硬件負反饋。由于D1與R2是并聯(lián)，所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。在負載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好。帶負載能力、穩(wěn)定度、精度比較差。由于T1基極電壓被穩(wěn)壓管D1固定在UD1，T1發(fā)射結(jié)電壓（UT1）BE在T1正常工作時基本是一個固定值（，），所以輸出電壓UO＝UD1－（UT1）BE。 鍵盤論證方案一：利用I/O口直接連接獨立的按鍵。由于獨立按鍵會浪費大量I/O口，而且采用HD7279芯片的44矩陣抗干擾能力比獨立按鍵要強得多，采用矩陣鍵盤更利于系統(tǒng)的穩(wěn)定