【正文】 atI/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)新對此起到了很關(guān)鍵的作用。電源采用單片機(jī)控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：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。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。方案三：采用D/A芯片。 全波整流電路原理分析圖1 全波整流電路原理分析圖2設(shè)B1次級電壓為E，理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：UR1=22πE≈ （23）整流二極管D1和D2承受的反向峰值電壓為：UD1=22 E≈ （24）全波整流電路每個(gè)整流二極管上流過的電流只是負(fù)載電流的一半，比半波整流小一倍。在C1還沒有完全放電時(shí)再次開始進(jìn)行充電。RC濾波較好較高小常用于電子管收音機(jī)電路和各種高低頻退耦電路。其中D1是穩(wěn)壓二極管，R1是限流電阻，R2是負(fù)載。參考上述比較，本次設(shè)計(jì)采用方案二串聯(lián)輸出，用D/A去取代穩(wěn)壓管D1實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這種方法實(shí)現(xiàn)比較方便，電路也比較簡單，但是這種方法適用于小電流電路，而且只能限定一個(gè)輸出電流值，限流值不易調(diào)節(jié)，在現(xiàn)代電源中已經(jīng)很少采用。整流管D的耐壓VDRM即二極管承受的反向電壓的最大值，亦變壓器二次側(cè)電壓的最大值即2U2：VDRM≈UBOMAX＝UBO≈UBO (36）VDRM≈≈查閱有關(guān)整流二極管參數(shù)表，這里我們選擇額定電流1A，反向峰值電壓50V的IN4001作為整流二極管。在實(shí)際應(yīng)用中，還可依據(jù)負(fù)反饋的上述作用引入符合設(shè)計(jì)要求的負(fù)反饋。 電源部分，以便達(dá)到降低功耗的目的，并且在這一部分將模擬地與數(shù)字地利用磁珠隔離開，防止數(shù)字信號影響模擬電路。采用LCD顯示，可以避免光線較弱時(shí)使用不便，LCD顯示信息量大，配合我們開發(fā)的全程設(shè)定菜單操作環(huán)境及全中文的提示參數(shù)顯示，可以顯示較為豐富的菜單與工作數(shù)據(jù)。12V、5V、。 電壓比對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表設(shè)定電壓（）實(shí)際電壓（）實(shí)際電流（）電阻阻值（）100100限流100200200 電流比對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表顯示電流（）實(shí)際電流（）實(shí)際電壓（）功率（W）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，本電路能比較準(zhǔn)確的測量電壓、電流和實(shí)現(xiàn)限流功能，輸出紋波也很小，并且最大輸出電壓，最大輸出電流也均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是一款很實(shí)用的智能數(shù)控穩(wěn)壓電源。另外，我還要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的各位老師，是你們的悉心教導(dǎo)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度才使我有了良好的專業(yè)課知識基礎(chǔ)，讓我可以在此基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的特長和興趣，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 /*30基本指令動作*/ DelayMs(10)。 wr_lcd (m,0x80)。 for(i=0。j++) { for(i=0。 wr_lcd(m,0x30)。 }}uchar tab3[4] = {0}。//反白顯示 DelayMs(50)。j1。i++) { SCLK_HIGH。 SCLK_HIGH。 DelayMs(2)。i16。/*初始化*/void init_lcd (void){ P4SEL=0x00。本論文是在傅強(qiáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，首先我要感謝傅老師這半年以來對我的悉心指導(dǎo)。經(jīng)過聯(lián)調(diào)，各個(gè)模塊正常工作，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，各個(gè)端口用示波器測試正確。晶振32768Hz以及8MHz都能正常起振，用示波器觀測其振蕩波形正常無誤。工作時(shí)HD7279芯片得到鍵盤的輸入碼，并把鍵盤信息送給單片機(jī)。在硬件架構(gòu)上，具有五種超低功耗模式，并且在低功耗模式“醒來”，能夠延長便攜式應(yīng)用工具中電池的使用壽命。凡是回到放大器輸入端的反饋信號起加強(qiáng)輸入原輸入信號的，使輸入信號增加的稱正反饋，反之則稱負(fù)反饋。此時(shí)變壓器次級電壓UBOMAX為： UBOMAX＝UBO （33）UBOMAX＝＝變壓器B1的設(shè)計(jì)功率為：PB＝UBOMAXIOMAX （34）PB1＝1A＝為保證變壓器留有一定的功率余量，并結(jié)合實(shí)際，確定變壓器B采用額定輸出電壓為雙繞組9V，額定功率為30VA的變壓器。根據(jù)其控制方法大致可以分為關(guān)斷方式和限流方式。T1是調(diào)整管，D1是基準(zhǔn)電壓源，R1是限流電阻，R2是負(fù)載。輸出電壓經(jīng)A/D采樣，采樣結(jié)果送給單片機(jī)，單片機(jī)采用PID算法對輸入電壓信號進(jìn)行計(jì)算與分析，分析結(jié)果再通過控制D/A轉(zhuǎn)換來控制輸出，由于采用PID算法，電源的穩(wěn)定性比較高，但是軟件控制的速度受A/D、單片機(jī)、D/A處理速度的影響，A/D、D/A的轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換精度大致成反比，加快轉(zhuǎn)換速度會犧牲一定的控制精度，另一方面，PID控制算法涉及浮點(diǎn)運(yùn)算，會大大降低單片機(jī)的處理速度，而且單片機(jī)一旦死機(jī)，輸出電壓就失控，保護(hù)電路也會由于單片機(jī)的失控也會隨之喪失功能。 RC濾波電路圖方案四：LC濾波電路 與RC濾波電路相對的還有一種LC濾波電路，這種濾波電路綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 濾波電路論證交流電經(jīng)過整流后得到的是脈動直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接用作電子設(shè)備的電源。相對半波整流電路，全波整流電路多用了一個(gè)整流二極管D2，變壓器B1的次級也增加了一個(gè)中心抽頭。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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)，但是電位器使用較長時(shí)間后容易接觸不良，而且不容易實(shí)現(xiàn)精確控制。 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(shè)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。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(dá)到90%以上）、自身抗干擾能力強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)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(shè)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。本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目：基于MSP430單片機(jī)的數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)學(xué) 院： 自動化工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名： 趙金洋 指導(dǎo)教師： 傅強(qiáng) 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(jī)的高精度數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作的數(shù)控電源可以實(shí)現(xiàn)鍵盤控制輸入，實(shí)時(shí)顯示輸入輸出電壓電流，并具有智能上電掉電保護(hù)、限流輸出與短路保護(hù)等功能，具有易于操作、精度高、穩(wěn)定度好、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)。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(fù)雜程度高、故障率高、自我保護(hù)功能不夠完善，因而實(shí)用性比較低。1) 智能化目前在研究開發(fā)高性能、高精度的儀器儀表時(shí)，幾乎全部采用單片機(jī)以及可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)，電源也不例外。方案二：PWM濾波模擬D/A。這個(gè)電路實(shí)質(zhì)上是將兩個(gè)半波整流電路組合到一起。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。 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(yīng)用特點(diǎn)電容濾波稍差高稍小結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)合實(shí)際：由于MSP430的在處理、計(jì)算浮點(diǎn)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(fù)反饋。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(shí)基本是一個(gè)固定值（，），所以輸出電壓UO＝UD1－（UT1）BE。方案一：簡易限流方式。 整流橋部分這一部分主要計(jì)算整流管的最大電流IDMAX和耐壓VDRM。 負(fù)反饋按其電路結(jié)構(gòu)又分為：電流反饋電路和電壓反饋電路。MSP430F169集成了兩個(gè)帶捕獲/比較功能的16位定時(shí)器，60KB + 256B Flash Memory， 2KB RAM；擁有高速的12位的A/D轉(zhuǎn)換器12位的D/A轉(zhuǎn)換器，兩個(gè)通用異步串口，支持SPI和I2C，具有48個(gè)I/O口。HD7279A片內(nèi)具有驅(qū)動電路及譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，可以直接驅(qū)動8個(gè)共陰式數(shù)碼管，最大支