创新性实验报告高效直流电源.doc

2014-2015 学年 1 学期山东科技大学电子通信与物理学院创新性实验报告实验项目名称： 高效直流电源 组长姓名 马力 学号 201201101821 联系电话E-mail 2469442811 成员姓名 张宝奎 学号 201201101634 成员姓名 陈长军 学号 201201101801 专 业 电子信息工程 班级 2012级 2 班 指导教师及职称 范迪老师 2015年1月22日 - 18 - / 19目录一实验摘要 2二实验目的 2三、实验场地及仪器、设备和材料 2 四、实验内容 31.功率放大电路 32.滤波电路 43.稳压电路 54.采样电路 55.PWM发生 76.按键电路 87.显示电路 10五、实验结果与分析. 11六、实验结论. 12附件 121.参考资料 122源程序 123原理图 17一、实验摘要由于MSP430低功耗，内部资源丰富和处理能力强的特点，可用其监控输出电压，通过电压反馈保证输出电压的稳定，得到01.5A连续可调节的输出电流。该系统以MSP430F149芯片作为主控制器，设计制作的线性直流电源可以实现键盘控制输出，实时显示输出电流的功能，具有易于操作、精度高、稳定度好的特点。文中主要阐述了采样模块、反馈模块、键盘输入模块、滤波模块及单片机控制模块的原理设计及详细制作流程。整个系统的设计是以16位的MSP430单片机为核心完成对数据的测量和处理，控制输出电流的变化，整个系统通过实物测试分析，基本满足了设计指标，取得了良好的效果。在本组中，陈长军主要负责硬件电路的布置与焊接，张宝奎主要负责MSP430软件的编写，马力主要负责整合实验步骤并书写报告二、实验目的 利用MSP430，产生占空比可控的PWM波。通过功率放大电路放大PWM波的幅值，再通过一阶RC低通滤波电路，将PWM波转化成直流电压。进行稳压后输出，采集电流并反馈给MSP430自带的AD转换模块，将采集的模拟量转换为数字量后与设定的电流值进行比较，重新调节占空比以达到调节输出电流的目的三、实验场地及仪器、设备和材料实验场地：S1-434仪器：DS102E示波器 数字万用表设备：MSP430F149、功率放大模块材料：电容：4.7uF4、220uF1电阻：4.7K4、500m康铜丝电阻开关：按键开关4数码管：共阳极数码管2LM358、LM317 四、实验内容我们设计的直流稳压电源以MSP430为控制中心，产生占空比可控的PWM波。通过功率放大电路放大PWM波的幅值，再通过一阶RC低通滤波电路，将PWM波转化成直流电压。进行稳压后输出，采集电流并反馈给MSP430自带的AD转换模块，将采集的模拟量转换为数字量后与设定的电流值进行比较，重新调节占空比以达到调节输出电流的目的。系统设计的流程图如4-0-1所示键盘电路LED显示微控制器MSP430I/ADPLD功率驱动滤波电路负载电流取样16V输入输出PWM波 图4-0-11.功率放大电路本部分使用以L298N为核心的功率放大电路，将PWM波的幅值放大。具体电路图如图4-1-1 图4-1-12.滤波电路本系统采用一阶RC低通滤波电路将PWM波转换为直流电压，由于这里面低通滤波器的电容大小要根据PWM频率计算一下，截止频率要小于3次谐波。这里的PWM频率是1KHZ，则低通滤波器的截止频率在2K-6K之间，计算公式是fL=1/(2*pai*RC)。通过调整电容和电阻大小，即刻获得需要的频率。这里选择的电阻为5个5的电阻并联，电容为220uF，电路图如图4-2-1所示 图4-2-13稳压电路LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能 好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于 使用。具体接法如图4-3-1所示。 图4-3-14.采样电路本系统使用小阻值的康铜丝采样电阻进行阻采样采样，并将采样后的电压相减。由于采样电阻阻值已知，由欧姆定律可求得反馈的电流值，采样电路的接法图4-4-1所示。 图4-4-1采样反馈部分的程序如下：#include #define ADCMEM (int*)0x0140)void Init(void); /AD转换初始化int AD(); /AD转换函数void main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /关闭看门狗 unsigned int k; P2SEL=0x00; P2DIR=0XFF; Init(); while(1) P2OUT=AD(); for(k=0;k50000;k+); void Init(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P6SEL=0XFF; /设置P6口为AD转换输入 ADC12CTL0 &=0X02; /在进行设置时首先复位ADC的转换使能 /选择参考电压和输入管脚 ADC12MCTL0 =0X00; /REF=AVss，AVcc;input=A0 /REF=AVss,AVcc;input=a10 ADC12MCTL1 =0X8a; ADC12CTL1 =0X0202; /ADC12SC位触发采样和保持采样脉冲由定时器产生 /时钟源：内部振荡器 /时钟分频：1 转换模式多通道、单次转换 ADC12CTL0 =0X0010+SHT0_8; ADC12CTL0 |=0X02; /使能ADC转换 int AD() unsigned int a,k,d; for(a=0;a2;a+) ADC12CTL0 |=0X01; /开始转换 ADC12CTL0 &=0X01; for(d=0;d1000;d+); /延时准备触发序列的下一次转换 while(ADC12CTL1&0X01)=1);/等待转换结束 k=ADC12MEM0; /读取数据 k=k*0.8/10; return k; 5PWM发生本系统采用MSP430F149的定时器A0产生占空比可调的PWM波,程序如下：#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid Interrupt(); /中断初始化uint i; /定义全局变量ivoid int_clk() uchar i; BCSCTL1 &= XT2OFF; /打开XT振荡器 BCSCTL2 |= SELM1+SELS; /MCLK为8MHz,SMCLK为8MHz do IFG1&=OFIFG; /清除振荡错误标志 for(i=0;i100;i+) _NOP(); /延时等待 while(IFG1&OFIFG)!=0); /如果标志为1,则继续循环等待 IFG1&=OFIFG;void int_pwm(int i) P2SEL |= BIT3 ; /选择 p2.2-TA1 ,P2.3-TA2 作为PWM输出第二功能 P2DIR |= BIT3 ; TACCR0 = 1000; /PWM信号频率1KHZ TACCR1 = i ; / 占空比： TACCTL1 = OUTMOD_7; TACTL |= TASSEL1 +ID1 + ID0 + MC0 ; /选择SMCLK 增加模式6.按键电路本系统采用4个按键控制预设电流，其中与P1.0连接的按键控制预设电流个位数值的升高，与P1.1连接的按键控制预设电流个位数值的降低，与P1.2连接的按键控制预设电流小数位数值的升高，与P1.3连接的按键控制预设电流个位数值的降低。此电路设计了硬件按键消抖。具体电路如图4-6-1所示 图4-6-1按键部分的程序如下：#include void Interrupt(); /中断初始化unsigned int j; /定义全局变量ivoid main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; Interrupt(); P2DIR=0XFF; while(1) void Interrupt() _EINT(); /允许中断 P1DIR=0; P1IE |=(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3); /P1.0-P1.4中断允许 P1IFG=0; /中断标志位清零 P1IES=0X0F; /中断触发方式选择，下降沿触发 P1SEL=0; /端口功能选择，一般IO口 #pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void PORT1() /P1口中断程序 P1IFG=0X00; if(P1IN & BIT0)=0)P2OUT=0X00;for(j=0;j50000;j+); if(P1IN & BIT1)=0)P2OUT=0XFF;for(j=0;j50000;j+); if(P1IN & BIT2)=0)P2OUT=0X00;for(j=0;j50000;j+); if(P1IN & BIT3)=0)P2OUT=0Xff;for(j=0;j50000;j+); 7显示电路本系统采用两个带有保护电阻的共阳极数码管进行显示，个位显示接P3口，小数位显示接P4口，具体连线如图4-7-1所示图4-7-1显示部分的程序如下：#include unsigned char table= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P3DIR=0XFF; P3OUT=table9; 五、实验结果与分析预设电流（A）实测电流（A）六、实验结论由于时间仓促，准备不足，在试验中由于电流过大，烧毁功率放大模块，无备用器件更换，因此仅完成了电路的设计和软件程序的编写，和实物的焊接，无法进行系统的调试，未能完全完成预定的要求。附录：1.参考资料1.msp430系列单片机串口技术及系统设计实例 （北京航空航天大学出版社） 魏小龙 著2.msp430系列单片机实用C语言程序设计 （人民邮电出版社）张晞 王德银 张晨 著2.源程序#include #define ADCMEM (int*)0x0140)#define uint unsigned int#define uchar unsigned charvoid Interrupt(); /中断初始化uint i,num1,num2; /定义全局变量ivoid Init(void); /AD转换初始化int AD(); /AD转换函数void int_clk(); /时钟初始化void int_pwm(int i); /PWM波初始化uchar table= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83, 0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /共阳极数码管编码表void main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD ; /关闭看门狗 uint k1,k2,compare,ad,ad1=0,a5; P2SEL=0x00; /P口设置一般IO口 P2DIR=0XFF; /输出功能 P3SEL=0x00; P3DIR=0XFF; P4SEL=0x00; P4DIR=0XFF; Init(); int_clk(); i=500; int_pwm(i); Interrupt(); num2=7; /个位初始值为7 num1=5; /小数位初始值为5 while(1) compare=num2*100+(num1+1-0.2)*10; /输入值转换为比较值，便于与采样值比较 for(k1=0;k15;k1+) /采样5个电压值求平均 ak1=AD(); for(k2=0;k21000;k2+); ad1=ad1+ak1; ad1=(int)(ad1/5); ad=ad1*6.09; /还原采样值的真实值，并扩大100倍 ad1=0; if(compare(ad-1);/比较值与采样值相差不大不做处理 else if(comparead) /比较值大于采样值增大占空比 i=i+2; int_pwm(i); P2OUT=(int)ad/6; for(k1=0;k1=10) num1=0; num2=num2-1; if(P1IN & BIT3)=0) if(num1=0) num1=0; num2=num2-1; num1=num1-1; void int_clk() uchar c; BCSCTL1 &= XT2OFF; /打开XT振荡器 BCSCTL2 |= SELM1+SELS; /MCLK为8MHz,SMCLK为8MHz do IFG1&=OFIFG; /清除振荡错误标志 for(c=0;c100;c+) _NOP(); /延时等待 while(IFG1&OFIFG)!=0); /如果标志为1,则继续循环等待 IFG1&=OFIFG;void int_pwm(int i) P2SEL |= BIT3 ; /选择 p2.2-TA1 ,P2.3-TA2 作为PWM输出第二功能 P2DIR |= BIT3 ; TACCR0 = 1000; /PWM信号频率1KHZ TACCR1 = i ; / 占空比i：000 TACCT