【正文】 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(shè)計(jì)思路及方案論證 5 初步設(shè)計(jì)的系統(tǒng)整體框圖 5 設(shè)計(jì)思路 5 各個(gè)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(fù)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(hù)方案論證 15第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 19 反饋電路設(shè)計(jì) 20 電壓負(fù)反饋電路 21 電流負(fù)反饋電路 22 反饋回路的配合實(shí)現(xiàn) 23 采樣電路 23 單片機(jī)控制模塊 24 電源部分 25 復(fù)位電路 25 時(shí)鐘源電路 25 通訊接口 25 參考電壓 25 內(nèi)部供電電路設(shè)計(jì) 26 鍵盤顯示電路 27 保護(hù)電路 27 上電保護(hù) 28 失電保護(hù) 28第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(gè)功能模塊的測試 30 各個(gè)模塊進(jìn)行聯(lián)調(diào)及分析 31結(jié)束語 34謝 辭 35參考文獻(xiàn) 36附 錄 37前 言在社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(jìn)步與創(chuàng)新對(duì)此起到了很關(guān)鍵的作用。電源技術(shù)尤其是直流穩(wěn)壓電源技術(shù)服務(wù)于各行各業(yè)，它融合了電氣、電子、電磁、系統(tǒng)集成、自動(dòng)控制、現(xiàn)代控制、材料學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)。本文對(duì)基于MSP430單片機(jī)的數(shù)控直流線性穩(wěn)壓電源進(jìn)行了初步的研究與設(shè)計(jì)，以達(dá)到進(jìn)一步了解數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的目的。2) 具有友好的人機(jī)界面。但是，與發(fā)達(dá)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(jī)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(shí)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。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(shí)所受的電動(dòng)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(gè)模塊并聯(lián)使用，增加系統(tǒng)的冗余，分擔(dān)負(fù)載，擴(kuò)大系統(tǒng)容量，可以大大的提高可靠性。芯片集成度高，簡化了硬件單路，此系統(tǒng)硬件相對(duì)簡單，多數(shù)功能可由軟件實(shí)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。D/A芯片能將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的模擬量，兩者的對(duì)用關(guān)系僅與參考電壓有關(guān)，線性度號(hào)，D/A芯片的穩(wěn)定性好、精度高，但是價(jià)格昂貴。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時(shí)間變化，我們稱為脈動(dòng)直流。 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。（2）每個(gè)二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2 倍的交流峰值電壓。這樣通過電容C1的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。這種濾波電路由于增加了一個(gè)電阻R1，使交流紋波都分擔(dān)在R1上。LC濾波很好高稍小電源電路中較少使用。這種方法是利用兩個(gè)運(yùn)放，將運(yùn)放A構(gòu)成電壓比較器，將設(shè)定的輸出電壓數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后輸入運(yùn)放A的同向端，而輸出的電壓經(jīng)過另一個(gè)運(yùn)放B進(jìn)行比例運(yùn)算后輸入到運(yùn)放A的反向端，這樣就形成了硬件的反饋。由于D1與R2是并聯(lián)，所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。帶負(fù)載能力、穩(wěn)定度、精度比較差。 鍵盤論證方案一：利用I/O口直接連接獨(dú)立的按鍵。12864是最常用的液晶顯示模塊，界面美觀大方，自帶字庫，有存儲(chǔ)器，顯示信息直觀豐富，并且采用串行控制只需要兩個(gè)I/O口就可以控制液晶顯示，外圍電路極其簡單，缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。 方案二：數(shù)控式限流。調(diào)整管的管壓降UDS一般應(yīng)維持在2V以上，才能保證調(diào)整管T工作在線性區(qū)。 濾波電容部分電容的選取需要濾波電容的電容量C和其耐壓VC值。查詢晶體管參數(shù)手冊(cè)后選擇IRFU020作為調(diào)整管T。所以，放大電路中經(jīng)常采用負(fù)反饋。電壓的A/D采集是通過差分放大器U2輸出經(jīng)過R28和C28構(gòu)成的RC濾波再送給MCU的A/D輸入端3腳的，這個(gè)電壓是輸出電壓經(jīng)過(1/)倍衰減得到，當(dāng)輸出為16V時(shí)對(duì)應(yīng)的是A/，實(shí)現(xiàn)比較合理的匹配。單片機(jī)與芯片的供電正、負(fù)極之間均接有退耦電容，防止由電源內(nèi)阻形成正反饋而引起寄生振蕩。 TL431原理圖以下是TL431的極限參數(shù)圖：圖 TL431 極限參數(shù)（引自說明書） 內(nèi)部供電電路設(shè)計(jì) 內(nèi)部系統(tǒng)供電圖本設(shè)計(jì)中由于輸出電壓的范圍不同時(shí)需要切換變壓器的輸入，而且運(yùn)放的供電需要177。 44鍵盤電路原理圖 44鍵盤PCB圖 HD7279電路原理圖 HD7279 PCB圖 保護(hù)電路保護(hù)電路是電源必不可少的部分，本電源的保護(hù)電路主要分為三大部分：上電保護(hù)、失電保護(hù)與過流保護(hù)，過流保護(hù)在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不再贅述，下面介紹一下上電保護(hù)與失電保護(hù)。 測試工具萬用電表FLUKE15B、數(shù)字示波器TDS1012BSC、直流電源VANTEK、功率電阻。用示波器測試各電源的波形，觀測其紋波系數(shù)都滿足使用要求，而且?guī)ж?fù)載能力較好，從而使整個(gè)系統(tǒng)供電正常。主電路的輸出帶負(fù)載能力較好，而且散熱器不是特別熱，調(diào)整管的溫度在正常范圍之內(nèi)。結(jié)束語本電源設(shè)計(jì)是采用TI的16位的高速低功耗單片機(jī)MSP430F169來實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和顯示功能，是智能化的數(shù)控線性電源，適用于教學(xué)等對(duì)電源質(zhì)量要求比較高的場合。謝 辭斗轉(zhuǎn)星移，時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間，我已在浮山腳下的青島大學(xué)已度過了四個(gè)年頭，大學(xué)時(shí)代即將結(jié)束，來不及感嘆，心中僅存感激，四年的光陰讓我成長，讓我從青澀走向成熟。還要感謝創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室給我們提供豐富的資源，并提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得我們可以更好的利用已有的資源，去追尋自己的興趣，不斷充實(shí)自己，開拓自己的視野，使我們自身的綜合能力得以提升。=~BIT0 //writedefine SCLK_HIGH P4OUT|=BIT1 //SCLK設(shè)置define SCLK_LOW P4OUTamp。 wr_lcd (m,0x80)。//改變80值改變初始位置 for (j=0。 j=0。i++) wr_lcd (D/At,chn[j*16+i])。i5。 //mand SCLK_HIGH。i4。 } STD_LOW。 wr_lcd(m,0x9D)。 wr_lcd(m,0x30)。void chn_disp4 (uchar *tab){ uchar i,j。 }}void display (){ chn_disp(tab)。//全屏顯示//con_disp(0xff,0xff,0x88,0x80,8,32)。 wr_lcd(m,0x8D)。 for(j=0。j1。i4。content)。 STD_LOW。 SCLK_LOW。 uint i,j。i16。j++)//顯示的幾行 { for (i=0。 /*光標(biāo)的移動(dòng)方向*/ wr_lcd (m,0x0c)。//要顯示的數(shù)據(jù)uchar tab[]={ 直流穩(wěn)壓電源 實(shí)際電流值:000mA 實(shí)際電壓值:設(shè)定電壓值:}。在學(xué)習(xí)和工作中還要虛心請(qǐng)教，三人行必有我?guī)?，要學(xué)會(huì)與人合作，更要知之為知之不知為不知，認(rèn)真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。四年來在各位老師的教育和引導(dǎo)下，在各位同學(xué)的關(guān)心和照顧下，我的大學(xué)生活隨著論文的完成即將畫上圓滿的句號(hào)。經(jīng)過分模塊調(diào)試和整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定性比較好，性能也能滿足使用要求。經(jīng)整體測試系統(tǒng)基本穩(wěn)定，能夠達(dá)到基本要求，給定不同的目標(biāo)電壓，用萬用表測試線性電源的電壓在目標(biāo)電壓值附近，而且12864液晶顯示的數(shù)值與測試數(shù)值誤差很小，可以接受。12864液晶顯示正常，能夠準(zhǔn)確顯示單片機(jī)送給它的字符。單片機(jī)供電電源指示燈亮。 失電保護(hù)在系統(tǒng)突然斷電時(shí)由于主電源濾波電容有4700uF，運(yùn)放和MSP430供電首先下降，這時(shí)也容易使輸出電壓失控而出現(xiàn)一個(gè)短暫的高壓脈沖，因此需要添加一個(gè)交流電過零脈沖檢測電路，在突然斷電時(shí)，交流檢測電路檢測不到輸入的交流脈沖，當(dāng)MCU檢測不到連續(xù)的脈沖時(shí)就認(rèn)為是斷電了，就立即關(guān)斷光耦U4，切斷輸出，不至于在斷電時(shí)出現(xiàn)高壓脈沖而沖擊負(fù)載。 鍵盤顯示電路本系統(tǒng)用HD7279A控制44鍵盤，硬件電路如圖22所示。當(dāng)系統(tǒng)剛上電時(shí)，電容C14視為短路，引腳電平為低，可以實(shí)現(xiàn)上電自復(fù)位，同時(shí)由于有電容的存在，當(dāng)系統(tǒng)瞬間失電又恢復(fù)供電的時(shí)候，引腳上的電壓被電容鉗位，不會(huì)復(fù)位，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，復(fù)位按鍵按下時(shí)，電容通過電阻R5放電，電容兩端電壓降低，實(shí)現(xiàn)可靠手動(dòng)復(fù)位。 單片機(jī)控制模塊TI公司的MSP430系列低功耗單片機(jī)是由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成的，MSP430系列的MCU采用16位精簡指令集，片上集成有寄存器和常數(shù)發(fā)生器等常用模塊，代碼的執(zhí)行效率很高。 鍵盤輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)采集處理以后送給內(nèi)部的D/A，對(duì)應(yīng)的D/A的電壓從5腳輸出，經(jīng)過R24和C25組成的RC濾波濾掉D/A輸出電壓里面的紋波，經(jīng)R23送給運(yùn)放U3的同向輸入端，同時(shí)這個(gè)運(yùn)放的反向輸入的電壓是運(yùn)放U2通過電阻R19送過來的，運(yùn)放U2和外面的5個(gè)電阻構(gòu)成一個(gè)差分放大器，這個(gè)差分放大器完成兩個(gè)作用，一個(gè)作用是電壓放大，另一個(gè)作用是電平轉(zhuǎn)換，這個(gè)差分放大器的放大倍數(shù)是：G = 124K/20K = (1/)增益小于1，(1/) = ，這個(gè)電壓送給U3反向輸入端做電壓負(fù)反饋輸入，那么就是兩個(gè)放大器構(gòu)成了一個(gè)電壓反饋式的電壓放大器。 IRFU020 示意圖（引自說明書） IRFU020 詳細(xì)參數(shù)表（引自說明書） 反饋電路設(shè)計(jì)反饋電路在各種電子電路中都獲得普遍的應(yīng)用，反饋是將放大器輸出信號(hào)(電壓或電流)的一部分或全部送回到放大器輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較(相加或相減)，并用比較所得的有效輸入信號(hào)去控制輸出，這就是放大器的反饋過程。