【正文】 過配置運放的外部電阻就能滿足系統需要。 鍵盤輸入的數據經單片機采集處理以后送給內部的D/A，對應的D/A的電壓從5腳輸出，經過R24和C25組成的RC濾波濾掉D/A輸出電壓里面的紋波，經R23送給運放U3的同向輸入端，同時這個運放的反向輸入的電壓是運放U2通過電阻R19送過來的，運放U2和外面的5個電阻構成一個差分放大器，這個差分放大器完成兩個作用，一個作用是電壓放大，另一個作用是電平轉換，這個差分放大器的放大倍數是：G = 124K/20K = (1/)增益小于1，(1/) = ，這個電壓送給U3反向輸入端做電壓負反饋輸入，那么就是兩個放大器構成了一個電壓反饋式的電壓放大器。電路的核心是U3，場效應管IRFU0RL、U2一起構成了U3誤差放大電路的負反饋。U2構成了一個差分放大電路，增益為1/，將負載兩端電壓的1/，根據虛短，U2輸出與參考電壓 Vref相等，這將保證RL兩端的1/。也就是可以把電路理解為一個將 。 電流負反饋電路 電流負反饋電路MSP430的另一路D/A從6腳輸出，通過R36和C29組成的RC濾波濾掉D/A輸出中的紋波，通過R23送給運放U6的同向輸入端，運放U5構成一個同向放大器，增益是（1+58K/20K）= 放大的信號是電流采樣電阻R7上面的電壓，放大后的電壓通過R32送給U5的反向輸入端，那么運放U5和運放U6以及外部電阻構成了電流反饋式放大器，這個放大器的輸出也同時驅動調整管，電流放大后驅動負載電流流經負載再流過電流取樣電阻R7，構成了電流放大器，也就是壓控恒流源，輸出電流就是( / ) / = 反饋回路的配合實現將上述兩個反饋回路疊加在一起就可以實現穩(wěn)壓限流的功能了，具體實現如下： 反饋回路的配合實現電路圖我們看電壓放大運放輸出端和電流放大運放輸出端是通過兩個二極管4148（D4，D5）控制同一路電壓了，就是兩路控制是一個反向邏輯或的關系，即兩路放大器只要有一路輸出為低都是在控制調整管輸出減小，這樣的話運放的輸出狀態(tài)就決定了電源的工作狀態(tài)，U6輸出為低的時候就是CC模式，U3輸出為低的時候就是CV模式。 采樣電路系統的采樣分為電壓采樣與電流采樣，采樣得到的電壓經MSP430內部A/D進行轉換得到數字信號并通過液晶將輸出電壓、輸出電流顯示出來，其中A/，A/。電壓的A/D采集是通過差分放大器U2輸出經過R28和C28構成的RC濾波再送給MCU的A/D輸入端3腳的，這個電壓是輸出電壓經過(1/)倍衰減得到，當輸出為16V時對應的是A/，實現比較合理的匹配。 電流的A/D采集是通過同向放大器U5輸出經過R37和C30構成的RC濾波再送給MCU的A/D輸入端4腳的，，也實現比較合理的匹配。 單片機控制模塊TI公司的MSP430系列低功耗單片機是由一些基本功能模塊按不同的應用目標組合而成的，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發(fā)生器等常用模塊，代碼的執(zhí)行效率很高。在硬件架構上，具有五種超低功耗模式，并且在低功耗模式“醒來”，能夠延長便攜式應用工具中電池的使用壽命。MSP430F169集成了兩個帶捕獲/比較功能的16位定時器，60KB + 256B Flash Memory， 2KB RAM；擁有高速的12位的A/D轉換器12位的D/A轉換器，兩個通用異步串口，支持SPI和I2C，具有48個I/O口。另外MSP430F161x系列支持擴展RAM地址以滿足應用程序和堆棧的要求。下圖為MSP430F169單片機最小系統原理圖： MSP430F169單片機最小系統其中包括電源、復位電路、通訊接口、時鐘源、外部參考電壓、MCU及指示燈等。 電源部分，以便達到降低功耗的目的，并且在這一部分將模擬地與數字地利用磁珠隔離開，防止數字信號影響模擬電路。單片機與芯片的供電正、負極之間均接有退耦電容，防止由電源內阻形成正反饋而引起寄生振蕩。 復位電路MSP430F169單片機的58腳是復位輸入引腳，低電平觸發(fā)。當系統剛上電時，電容C14視為短路，引腳電平為低，可以實現上電自復位，同時由于有電容的存在，當系統瞬間失電又恢復供電的時候，引腳上的電壓被電容鉗位，不會復位，提高了系統的穩(wěn)定性，復位按鍵按下時，電容通過電阻R5放電，電容兩端電壓降低，實現可靠手動復位。 時鐘源電路MSP430F169單片機有共有三個時鐘源，內部的數字壓控振蕩器（DCO）、外部低頻晶體振蕩器、外部高頻晶體振蕩器，外部的低頻振蕩器常采用32768Hz 的手表晶振，配合單片機在低頻時作為主時鐘，降低單片機的時鐘頻率，降低功耗，外部的高頻振蕩器較常采用8M晶振，產生高頻時鐘信號，實現單片機的快速響應與處理。 通訊接口所有的MSP430微控制器均包括一個內置的仿真模塊，通過開發(fā)工具可以很輕松地進行高級的調試和編程，本次開發(fā)設計采用的開發(fā)工具是USB型的仿真器MSPFET430UIF，采用標準的JTAG進行通信，其中接口主要包括 5 個引腳：TMS、TCK、TDI、TDO 及一個可選配的引腳 TRST，這些引腳用于驅動電路模塊和控制執(zhí)行規(guī)定的操作。 參考電壓MSP430 單片機的 A/D、D/A模塊是一個12位精度的模數、數模轉換模塊，它具有高速度、通用性強等特點，單片機有內置電壓參考源，但是為了減少單片機電源對數據轉換的影響，提高轉換穩(wěn)定度與精度，一般采用外置的參考電壓源，本設計采用TI公司的可調節(jié)精密并聯穩(wěn)壓器TL431作為系統的電壓參考源。TL431具有可調輸出電壓（最高達36V）、低溫漂、低噪聲輸出、低輸出阻抗（）、工作電流?。?mA~100 mA）等特點，使用也很簡單，僅需配置外部電阻即可得到比較精確地輸出電壓。右圖為采用的參考電壓輸出方案，使輸出與內部的基準一致，得到精確地系統參考電壓。 TL431原理圖以下是TL431的極限參數圖：圖 TL431 極限參數（引自說明書） 內部供電電路設計 內部系統供電圖本設計中由于輸出電壓的范圍不同時需要切換變壓器的輸入，而且運放的供電需要177。12V，而輸出范圍是1V~15V，如果內部供電與主電路采用同一個變壓器的話將不能夠滿足運放的供電要求，因此內部供電與輸出供電需要隔離開來。 鍵盤顯示電路本系統用HD7279A控制44鍵盤，硬件電路如圖22所示。工作時HD7279芯片得到鍵盤的輸入碼，并把鍵盤信息送給單片機。HD7279A片內具有驅動電路及譯碼器，可直接接受BCD碼或16進制碼，可以直接驅動8個共陰式數碼管，最大支持88矩陣鍵盤，使外圍電路變得簡單可靠。LCD顯示器采用12864液晶顯示器，可顯示四行48個字符，內置中文字庫，可以顯示字母、數字符號、中文字型及圖形，并具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。通信即可采用并行接口、又可采用串行接口，連線較為方便。采用LCD顯示，可以避免光線較弱時使用不便，LCD顯示信息量大，配合我們開發(fā)的全程設定菜單操作環(huán)境及全中文的提示參數顯示，可以顯示較為豐富的菜單與工作數據。 44鍵盤電路原理圖 44鍵盤PCB圖 HD7279電路原理圖 HD7279 PCB圖 保護電路保護電路是電源必不可少的部分，本電源的保護電路主要分為三大部分：上電保護、失電保護與過流保護，過流保護在前面章節(jié)已經介紹過，在此不再贅述，下面介紹一下上電保護與失電保護。 上電保護在上電時，運放和MCU都還未正常供電時，整個電路狀態(tài)非常不確定，這是很容易輸出一個短暫的高壓脈沖出來，對負載可是個不小的沖擊，因此需要加入光耦U4構成的調整管Ib電流開關電路，，調整管關斷，輸出電壓為0V，MCU復位前I/O口是高阻狀態(tài)，光耦沒有驅動電流，輸出電壓也為0V，MCU復位后，進入正常工作后檢測來自91腳正常的交流電過零脈沖后才拉低光耦使能調整管的Ib電流，打開輸出。 失電保護在系統突然斷電時由于主電源濾波電容有4700uF，運放和MSP430供電首先下降，這時也容易使輸出電壓失控而出現一個短暫的高壓脈沖，因此需要添加一個交流電過零脈沖檢測電路，在突然斷電時，交流檢測電路檢測不到輸入的交流脈沖，當MCU檢測不到連續(xù)的脈沖時就認為是斷電了，就立即關斷光耦U4，切斷輸出，不至于在斷電時出現高壓脈沖而沖擊負載。第4章 軟件系統設計 系統軟件流程圖系統的軟件設計采用C語言對單片機編程實現各項功能。程序采用IAR軟件編寫?？梢詫崿F電壓/電流的設定與測量、上電掉電的智能保護、鍵盤程控、LCD液晶顯示等功能。上電開始系統初始化輸出設定測量結果輸出顯示判斷是否輸出是否關閉輸出設定N N Y Y 主程序流程 輸出關閉輸出附錄為12864液晶顯示的程序代碼。初始化開始時鐘設置I/O初始化寄存器初始化A/D初始化D/A初始化液晶初始化鍵盤初始化初始化結束 初始化流程圖  中斷程序流程圖 掉電中斷 中斷返回 關中斷 關輸出 中斷服務子程序 中斷類型鍵盤中斷 開輸出 數據處理 輸出中斷 第5章 系統測試為驗證本設計的實際的性能，對系統各個模塊進行測試，在各模塊工作正常并滿足設計要求時，進行系統聯調。 測試工具萬用電表FLUKE15B、數字示波器TDS1012BSC、直流電源VANTEK、功率電阻。 各個功能模塊的測試單片機的最小系統板經測試正常，單片機能夠正常工作。單片機供電電源指示燈亮。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。復位系統在按鍵之后，單片機能夠正常復位?？傊刂坪诵膯纹瑱C最小系統正常工作。輔助電源電路，經測試各電源的的指示燈都能亮度正常，而且用萬用表測試，電源177。12V、5V、。用示波器測試各電源的波形，觀測其紋波系數都滿足使用要求，而且?guī)ж撦d能力較好，從而使整個系統供電正常。鍵盤電路及12864顯示電路，經測試44鍵盤的16個按鍵，在每個按鍵按下之后，都能正常顯示，而且每當按鍵按下之后，用萬用表測試電平正常。12864液晶顯示正常，能夠準確顯示單片機送給它的字符。A/D采樣電路，經測試采樣電路中的各運算放大器電源供電正常，運算放大器能夠正常工作，電路板沒有開路、短路情況的出現。測試送入A/D轉換器的電壓都在其承受范圍之內。整體電路模塊，經測試各個模塊（調整電路，限流保護電路，基準電壓電路，采樣電路，前級直流供電電路）正常工作。而且前級直流供電電路在濾波電容的選擇上，經過多次調試，使其輸出電壓能夠送入調整管使用?；鶞孰妷弘娐纺軌蛱峁┓€(wěn)定的直流電壓，并未出現短路情況。主電路的輸出帶負載能力較好，而且散熱器不是特別熱，調整管的溫度在正常范圍之內。 各個模塊進行聯調及分析將整個系統連接好固定在相同的測試環(huán)境下，通過鍵盤輸入電壓設定值和電流限定值，在可接受時間范圍之內，線性電源能夠輸出目標電壓值（其誤差大約在2%之內）。經整體測試系統基本穩(wěn)定，能夠達到基本要求，給定不同的目標電壓，用萬用表測試線性電源的電壓在目標電壓值附近，而且12864液晶顯示的數值與測試數值誤差很小，可以接受。經過聯調，各個模塊正常工作，系統能夠穩(wěn)定工作，各個端口用示波器測試正確。下面是電壓、電流、紋波三部分的實驗測試圖：電壓比對：采用100Ω和200Ω，精確度5%的電阻負載。 開機畫面圖 ， ， ， 設定輸出10V， 設定輸出15V， 電流比對：采用10Ω，50W的功率電阻。 測量輸出328mA，實際輸出336mA 測量輸出633mA，實際輸出630mA ， 電源紋波：時間分辨率設為5nS，采樣速率100MHz， 輸出電壓為2V時的電源波形 輸出電壓為14V時的電源波形以下為線性電源的測試實驗數據統計表。 電壓比對實驗數據表設定電壓（）實際電壓（）實際電流（）電阻阻值（）100100限流100200200 電流比對實驗數據表顯示電流（）實際電流（）實際電壓（）功率（W）從實驗數據可知，本電路能比較準確的測量電壓、電流和實現限流功能，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到設計要求，是一款很實用的智能數控穩(wěn)壓電源。結束語本電源設計是采用TI的16位的高速低功耗單片機MSP430F169來實現了對整個系統的控