基于msp430單片機(jī)數(shù)控恒流源的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-03 15:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 送至高精度 16 位 AD7790 采樣量化將數(shù)字量送入主控制器，由主控制器操控 12 位 DAC8512 完成對(duì)輸出量的微調(diào)?？紤]到在此過(guò)程中，負(fù)載大到上述提到的極限后輸出電流達(dá)不到預(yù)期，源于輸出電壓達(dá)到了極限，利用此特征將LM317 的輸出電壓值經(jīng)分壓處理后引入 MSP430 主控片內(nèi) AD進(jìn)行檢測(cè)。最后由四位共陽(yáng)極數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)下的電流值。 第二章 方案設(shè)計(jì) 基于 MSP430 單片機(jī)強(qiáng)大的系統(tǒng)功能和超低功耗的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用其作為主控制器。利用其內(nèi)置的中斷控制，存儲(chǔ)器保護(hù)以及系統(tǒng)的調(diào)試和控制功能和配合 AD、 DA、運(yùn)放等模塊完成對(duì)輸出電流進(jìn)行精準(zhǔn)而可靠的采集和控制輸出端電流精準(zhǔn)對(duì)的微動(dòng)，完成最終的輸出穩(wěn)定。由于設(shè)計(jì)要求達(dá)到 20mA— 1000mA 的電流調(diào)節(jié)幅度，而本系統(tǒng)采用反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的最大輸出功率僅為 8W 左右，經(jīng) LM317 調(diào)壓輸出的電壓區(qū)間為 — ，那么主控制器、 AD、 DA、運(yùn)放、顯示及驅(qū)動(dòng)電路等電路的總功耗必須小于 2W，而本設(shè) 計(jì)采用四位共陽(yáng)數(shù)碼管勢(shì)必要損耗 1W 左右，借此 MSP430 是首選， AD 選用超低功耗 AD7790， DA選用 DAC8512 SO8 貼片、運(yùn)放選用 OP07 貼片，兩個(gè)雙電源 12V 穩(wěn)壓芯片選用 2 TO92 封裝；最大限度的降低系統(tǒng)的控制及顯示驅(qū)動(dòng)部分的功耗，拓寬輸出端功率的可調(diào)范圍。 在 8W 左右的穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)負(fù)載在一定程度內(nèi)變化時(shí)達(dá)到最終的電流穩(wěn)定。其中包括：輸出達(dá) +15V 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、各級(jí)穩(wěn)壓電路、 LM317 與 DAC組成的電壓可調(diào)電路、采樣電阻和 OP07 運(yùn)放構(gòu)成的前端采樣電路、濾波鉗位電路、顯示 及驅(qū)動(dòng)電路，在主控 MSP430F1232 的統(tǒng)一操控下完成設(shè)計(jì)要求。方案設(shè)計(jì)總框圖如在： 輸出 圖 方案設(shè)計(jì)總體框圖 方案論證與比較 控制部分方案的選擇與論證 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī) STM32CortexM3 超級(jí)單片機(jī)完成對(duì)其他各部分控制。 方案二：采用單片機(jī) 89C51 作為控制部分。 方案三：采用 MSP430 超低功耗單片機(jī)作為控制部分。 方案論證：方案一所使用的 STM32cortexM3是一款高速、低功耗 、性價(jià)比高 MSP430F1232 主控模塊 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源模塊 （輸出 +15V） 各級(jí)穩(wěn)壓模塊 LM317 構(gòu)成的恒流源電路 DAC8517 模塊 前端 采樣電路 濾波鉗位 電路 AD7790 模塊 按鍵模塊 顯示驅(qū)動(dòng)模塊 3 的超級(jí)單片機(jī)，其內(nèi)部具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力，在一定程度上不必考慮代碼的冗余且能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，更重要的是其內(nèi)部集成的 2個(gè) AD模塊和 2通道 DA模塊，可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件；但該芯片是貼片封裝且管教分布較為密集會(huì)給后期硬件的設(shè)計(jì)帶來(lái)不便，其 10位 AD/DA也無(wú)法滿足本設(shè)計(jì)的最高要求。方案二采用 AT89C51單片機(jī)，可在開(kāi)發(fā)環(huán)境及代碼編寫上相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，源于 51內(nèi)核的單片機(jī)是基礎(chǔ)教程且網(wǎng)上資源相當(dāng)豐富基本可以涵蓋多數(shù)控制操作，但功耗比較大、數(shù)據(jù)傳輸速率低。方案三采用 MSP430單片機(jī)，具有超低功耗 且運(yùn)行速度介于方案一、二之間內(nèi)部集成的 10位 AD可作為 LM317輸出電壓的極限檢測(cè)，再有其指令系統(tǒng)較上述兩種最少，故具有相當(dāng)高的抗干擾能力，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)。所以本系統(tǒng)采用 MSP430F1232作為主控芯片。 ? DA、 AD 選擇方案的選擇與論證 方案一：采用 PCF8591 作為調(diào)壓、采樣芯片。 方案二： DA 選用 DAC8512， AD 選用 AD7790 分別實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和采樣。 方案論證 :采用方案一可大幅簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，因?yàn)?PCF8591 自帶 4 通道 AD和一通道 DA，但其精度只有 8 位無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求的最大標(biāo)準(zhǔn)且功 耗較方案二大。方案二使用 DAC8512,、 AD7790，首先在采樣及控制精度上完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大標(biāo)準(zhǔn)且在轉(zhuǎn)換速度上遠(yuǎn)大于方案一，這在為系統(tǒng)的快速響應(yīng)和控制提供了條件。故選擇方案二。 ? 采樣電阻的選擇與論證 方案一： 采用高精度 歐電阻與運(yùn)放再通過(guò)濾波鉗位后送入 AD 采樣 。 方案二： 采用大于 1 歐電阻再通過(guò)濾波鉗位后送入 AD 采樣 。 方案論證 :選用方案二可大大簡(jiǎn)化硬件的設(shè)計(jì)同時(shí)也提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，但從功耗上考量，當(dāng)輸出電流達(dá)到 1A 左右時(shí)采樣電阻上的損耗可達(dá) 1W 左右，這是相當(dāng)可怕的。對(duì)于方案二，避開(kāi)了一的矛盾 ，大大降低了無(wú)用功耗。故選擇方案二。 ? 顯示器的選擇與論證 方案一：采用四位共陽(yáng)數(shù)碼管，外加驅(qū)動(dòng)電路作顯示。 方案二：采用 LCD1602 液晶作顯示。 方案三：采用 LCD12864 液晶作顯示。 方案論證：采用數(shù)碼管顯示，其段和位端需外加驅(qū)動(dòng)電路，較方案二、三 4 電路復(fù)雜，但其功
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