【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 模塊支持快速12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換。 模塊使用12位SAR生核心, 采樣選擇控制, 參考發(fā)電器和16個(gè)字節(jié)的轉(zhuǎn)換和控制緩沖。 轉(zhuǎn)換和控制緩沖允許無(wú)任何CPU干預(yù)的16個(gè)獨(dú)立ADC采樣轉(zhuǎn)換和存放。DAC12：DAC12 模塊是12 位, R 階數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊,電壓輸出。DAC12 也能使用在8或12位方式,并且可以使用與DMA控制器一起使用。當(dāng)多個(gè)DAC12 模塊存在, 他們可以一起被編組同步操作。在本次設(shè)計(jì)中直接引用MSP430F169單片機(jī)中本模塊的D/A 轉(zhuǎn)換功能。外圍器件：外圍器件被連接到CPU 在數(shù)據(jù)、地址, 和控制總線之間被所有指令處理使用。DMA控制器：DMA控制器允許數(shù)據(jù)不經(jīng)CPU 干預(yù)從一個(gè)存儲(chǔ)地址移動(dòng)到另一個(gè)。例如, DMA控制器能被使用從ADC12轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到RAM。使用DMA控制器能增加外圍模塊流量。DMA控制器通過(guò)允許CPU在沒有數(shù)據(jù)移動(dòng)到外圍器件時(shí)保持在睡眠方式而不喚醒以減少系統(tǒng)功耗。晶振和系統(tǒng)時(shí)鐘：時(shí)鐘系統(tǒng)在器件由32768 赫茲晶體控制振蕩器、內(nèi)部數(shù)控晶振的基本的時(shí)鐘模塊 (數(shù)控晶振) 和高頻率晶體控制振蕩器組成?；镜臅r(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)符合低成本和低功耗的要求。內(nèi)部數(shù)控晶振提供一個(gè)快速打開的穩(wěn)定在6微秒之內(nèi)時(shí)鐘源。基本的時(shí)鐘模塊提供以下時(shí)鐘信號(hào)：輔助時(shí)鐘(ACLK), 32768 赫茲晶振或一個(gè)高頻率晶振主要時(shí)鐘(MCLK), 系統(tǒng)時(shí)鐘由CPU。子時(shí)鐘(SMCLK), 子系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)外圍模塊使用。數(shù)字式I/O：有六個(gè)8位I/O口P1到P6。所有I/O位都是獨(dú)立可編程序的。中斷輸入功能由P1 和P2口所有八位端口執(zhí)行。對(duì)端口控制記數(shù)器的讀寫通過(guò)指令執(zhí)行?？蛇M(jìn)行任一個(gè)輸入、輸出, 和中斷狀態(tài)的組合。乘法器：乘法操作由一個(gè)專用的外圍模塊支持。不僅支持有符號(hào)和無(wú)符號(hào)乘法，同時(shí)支持有符號(hào)和無(wú)符號(hào)倍增和累加操作。操作數(shù)被載入外轉(zhuǎn)圍記數(shù)器之后，操作的結(jié)果立即被存儲(chǔ)。不需要另外的時(shí)鐘周期。CPU：MSP430 CPU 是16 位RISC對(duì)應(yīng)用程序高度透明的結(jié)構(gòu)。除程序流動(dòng)指令之外，所有操作都在記數(shù)器操作七個(gè)尋址模式時(shí)執(zhí)行，以操作數(shù)和四個(gè)尋址模式為目的操作數(shù)。CPU集成了16 位記數(shù)器以減少指令執(zhí)行時(shí)間。記數(shù)器之間的操作執(zhí)行時(shí)間為CPU 時(shí)鐘的一個(gè)周期。四個(gè)記數(shù)器, R0 到R3為程序計(jì)數(shù)器, 堆棧指針, 狀態(tài)寄存器,和恒定的發(fā)電器，記數(shù)器通用寄存器。外圍器件被連接到CPU 使用數(shù)據(jù),地址和控制總線, 并且能被所有指令處理。指令組：指令組包括51條指令與三種格式和七個(gè)尋址方式。 每條指令在字和字節(jié)數(shù)據(jù)之間操作。工作方式：MSP430 有一個(gè)有活動(dòng)模式和五種軟件可選擇的低功率運(yùn)行方式。中斷事件可能觸發(fā)器件服務(wù)請(qǐng)求恢復(fù)到任何五個(gè)低功率方式中的任何一個(gè)。低功率方式從中斷程序返回。以下六種操作方式能被軟件設(shè)置：活動(dòng)方式AM以及5種低功率方式?；顒?dòng)方式AM：所有時(shí)鐘有效的。低功率方式0 (LPM0)、低功率方式1 (LPM1)：ACLK和SMCLK保留，CPU、MCLK不工作。低功率方式2 (LPM2)：CPU、MCLK 和SMCLK 不工作，數(shù)控晶振的直流發(fā)生器、使能ACLK 保留。低功率方式3 (LPM3)：CPU 、MCLK 和SMCLK 不工作，數(shù)控晶振的直流發(fā)生器不工作，ACLK 保留。低功率方式4 (LPM4)：CPU 、ACLK 、MCLK 和SMCLK 不工作，數(shù)控晶振的直流發(fā)生器不工作，晶振停止。 MSP430F15X/F16X系列單片機(jī)外形圖 MSP430F169單片機(jī)為64引腳封裝，48個(gè)數(shù)字I/O，其中大部分引腳有復(fù)用功能。 MSP430F169引腳功能表引腳名稱引腳編號(hào)I/O描述AVCC64模擬正電源端，向電壓檢測(cè)電路，brownout，晶體振蕩電路，所頻環(huán)電路，比較器A，端口1，以及液晶分壓電阻網(wǎng)絡(luò)供電，上電不必早于DVCC。AVSS62模擬負(fù)電源端，內(nèi)部連接于DVCC。DVCC1數(shù)字正電源端，提供所有部件電源（由AVCC供電的除外）。DVSS63數(shù)字地，所有部件的接地端（由AVCC/AVSS供電的除外）。VREF+7ADC12正向參考電壓。VeREF+10外部參考電壓輸入。VREF–/VeREF–11參考電壓負(fù)端，內(nèi)部參考電壓, 或應(yīng)用外部參考電壓。XT2IN53I/O晶振XT2輸入。XT2OUT52I/O晶振XT2輸出。SVSOUT51I/O通用數(shù)字I/O；交換所有PWM數(shù)字輸出端口到定時(shí)器_B7的 TB0 到TB6高電平端, SVS比較器輸出。50I/O通用數(shù)字I/O；輔助時(shí)鐘ACLK輸出。49I/O通用數(shù)字I/O；子時(shí)鐘SMCLK輸出。48I/O通用數(shù)字I/O；主要系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK輸出。?47I/O通用數(shù)字I/O；外部時(shí)鐘輸入端。?46I/O通用數(shù)字I/O。 ?45I/O通用數(shù)字I/O。?44I/O通用數(shù)字I/O。?35I/O通用數(shù)字I/O。?34I/O通用數(shù)字I/O。33I/O通用數(shù)字I/O。32I/O通用數(shù)字I/O。31I/O通用數(shù)字I/O。30I/O通用數(shù)字I/O。29I/O通用數(shù)字I/O。28I/O通用數(shù)字I/O。27I/O通用數(shù)字I/O；定時(shí)器_A比較方式：OUT0輸出。DMAE026I/O通用數(shù)字I/O；轉(zhuǎn)換時(shí)鐘 12 位ADC, 直接存儲(chǔ)器存取通道0 外在觸發(fā)器。 25I/O通用數(shù)字I/O。24I/O通用數(shù)字I/O；比較器A輸入端；比較方式：OUT2輸出。23I/O通用數(shù)字I/O；比較器A輸入端；比較方式：OUT1輸入。22I/O通用數(shù)字I/O；比較器A輸出端；捕獲方式：CCIOA輸入。21I/O通用數(shù)字I/O。 20I/O通用數(shù)字I/O；輔助時(shí)鐘ACLK輸出。 19I/O通用數(shù)字I/O；定時(shí)器_A比較方式：OUT2輸出。 18I/O通用數(shù)字I/O；定時(shí)器_A比較方式：OUT1輸出。 17I/O通用數(shù)字I/O；定時(shí)器_A比較方式：OUT0輸出。 16I/O通用數(shù)字I/O；SMCLK信號(hào)輸出。 15I/O通用數(shù)字I/O。 14I/O通用數(shù)字I/O。 13I/O通用數(shù)字I/O。 12I/O通用數(shù)字I/O；定時(shí)器A時(shí)鐘輸入。36O通用數(shù)字I/O。 37I/O通用數(shù)字I/O。 38I/O通用數(shù)字I/O。? 39I/O通用數(shù)字I/O。?40I通用數(shù)字I/O。?41I/O通用數(shù)字I/O。?42I/O通用數(shù)字I/O。43I/O通用數(shù)字I/O。59I/O通用數(shù)字I/O。60I/O通用數(shù)字I/O。61I/O通用數(shù)字I/O。2I/O通用數(shù)字I/O。3I/O通用數(shù)字I/O。4I/O通用數(shù)字I/O。5I/O通用數(shù)字I/O。6I/O通用數(shù)字I/O。RES/NMI58I復(fù)位輸入或非屏蔽中斷輸入端。TCK57I測(cè)試時(shí)鐘端。TCK是芯片編程和測(cè)試的時(shí)鐘輸入端。TDI55I測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端。TDI用作數(shù)據(jù)輸入，芯片的保護(hù)熔絲與TDI相連。TDO/TDI54I/O測(cè)試數(shù)據(jù)輸出端，TDO/TDI用作數(shù)據(jù)輸出或編程數(shù)據(jù)輸入端。TMS56I測(cè)試模式選擇端。TMS在芯片編程和測(cè)試時(shí)是輸入端。XIN8I基本振蕩器XT1輸入端?？梢赃B接標(biāo)準(zhǔn)晶體或晶體振蕩器。XOUT9I/O晶體振蕩器XT1輸出端。 MPPT 的控制方法與參數(shù)計(jì)算MPPT 的控制方法很多，如恒定電壓控制法、擾動(dòng)觀測(cè)法、導(dǎo)納增量法，模糊控制法，本題要求 Rs 和 RL 在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使 Ud=1/2Us。所以本設(shè)計(jì)為恒定電壓控制法。 MPPT 的控制方法與參數(shù)計(jì)算方法原理圖如圖所示：我們得 Ud=UsUl，為使 Ud=1/2Us，通過(guò)取樣電阻網(wǎng)絡(luò)，用 MSP430F169 內(nèi)部 12 位 AD 采樣，控制單片機(jī)輸出 SPWM 的占空比，改變輸出電壓，使 Ud 穩(wěn)定在 1/2Us，此方案簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 同頻、同相的控制方法與參數(shù)計(jì)算用MSP430F169單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)，用參考頻率作為基準(zhǔn)頻率，用MSP430F169單片機(jī)的外中斷和定時(shí)器測(cè)定相位，當(dāng)反饋的電壓信號(hào)相位滯后于參考信號(hào)的相位時(shí)，增大SPWM的頻率；否則就減小SPWM 的頻率，使最后達(dá)到相位和頻率同步。但是，我們?cè)趯?shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，真正要實(shí)現(xiàn)同頻、同相，對(duì)電路的要求非常高，對(duì) PCB 布線都是很有講究的，由于程序靠查詢MSP430F169 單片機(jī)外部中斷，所以，當(dāng)外部輸入信號(hào)包含尖峰脈沖或者是非標(biāo)志波形時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)方案。所以，我們?cè)谒蛦纹瑱C(jī)中斷口時(shí)，加入施密特觸發(fā)器，和濾波電路，而且要盡量靠近此中斷口，這樣很有效的實(shí)現(xiàn)了，頻率和相位的追蹤，無(wú)需任何相關(guān)電路，由一個(gè)8M單片機(jī)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)。 提高效率的方法（1）采用環(huán)形變壓器。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片無(wú)縫地卷制而成，線圈均勻地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小 25％，漏磁最小，效率可達(dá) 95%左右，其效率優(yōu)于傳統(tǒng)變壓器。（2）采用 IR2110 驅(qū)動(dòng)芯片。由于 IR2110 驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng) mosfet 管驅(qū)動(dòng)波形的正向邊緣陡直，幅度大，能減小開關(guān)管趨于導(dǎo)通時(shí)的上升時(shí)間。使 H 橋中的 mosfet 管能夠可靠的交替導(dǎo)通，開關(guān)損耗降低，非常有利用提高整板效率。 濾波參數(shù)的計(jì)算由于 H 橋以高頻的 SPWM 波形工作，輸出濾波器的作用是濾出高次諧波分量，使輸出波形接近于正弦波。濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)使輸出電壓諧波少、阻頻特性好、濾波功耗小，但是實(shí)際 LC 濾波電路，計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，最重要的是算出的電感值一般不易購(gòu)買到，所以我們參考經(jīng)驗(yàn)公式，選用常見 LC 濾波電路。 LC濾波電路9測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 示波器TEKTRONIS TDS3012B 直流輔助電源QJ3003S功率直流穩(wěn)壓電源 DF1731 萬(wàn)用表 FLUKE 15B 信號(hào)發(fā)生器 AGILENT 33120A定制工頻變壓器 1:10:20功率負(fù)載 30W/30?~36? 測(cè)試步驟(1) 觀測(cè)控制器輸出的SPWM信號(hào)，符合要求后接入到60VDC和負(fù)載中，用萬(wàn)用表測(cè)Ud、Id、U0I01。(2) 觀察負(fù)載段的輸出波形，查看其頻率、幅值、失真等參數(shù)，并記錄相關(guān)波形。(3) 設(shè)置欠壓過(guò)流故障，測(cè)試欠壓、過(guò)流保護(hù)。(4) 排除欠壓、過(guò)流故障，測(cè)試裝置自動(dòng)恢復(fù)功能。 測(cè)試結(jié)果本報(bào)告中所有波形及相關(guān)數(shù)據(jù)均為TEKTRONIS TDS3012B示波器獲取的波形數(shù)據(jù)導(dǎo)入wavestar軟件分析處理的結(jié)果。波形電壓和時(shí)間坐標(biāo)的單位標(biāo)注于波形的左下角。按題目要求進(jìn)行測(cè)試。 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果最大功率點(diǎn)跟蹤功 能RL=30Ω時(shí)，測(cè)量RS=30Ω和RS=36Ω時(shí)的Ud，分別記為Ud1和Ud2US= VUd1= V，Ud2=RS=30Ω時(shí)，測(cè)量RL=30Ω和RL=36Ω時(shí)的Ud，分別記為Ud1和Ud2US= VUd1= V，Ud2=頻率跟蹤功能：RS=RL=30Ω時(shí)，測(cè)量不同fREF下的fFfREF=45HzfF=fREF=50HzfF=fREF=55HzfF=RS=RL=30Ω時(shí)，測(cè)量效率：≥60%滿分，每降低1%扣1分Uo1= V Io1= A