基于单片机MSP430F247稳压开关电源供电管理系统.doc

2012 届 届 本科毕业设计 论文 资料本科毕业设计 论文 资料 题题 目目 名名 称 称 基于单片机基于单片机 MSP430F247MSP430F247 稳压稳压 开开 关电源供电管理系统关电源供电管理系统 学学 院 部 院 部 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 专专 业 业 电子信息工程电子信息工程 学学 生生 姓姓 名 名 班班 级 级 学号学号 指导教师姓名 指导教师姓名 职称职称 最终评定成绩 最终评定成绩 湖南工业大学教务处湖南工业大学教务处 2012 届届 本科毕业设计 论文 资料本科毕业设计 论文 资料 第一部分第一部分 毕业论文毕业论文 2012 届 届 本科毕业设计 论文 本科毕业设计 论文 学学 院 部 院 部 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 专专 业 业 电子信息工程电子信息工程 学学 生生 姓姓 名 名 班班 级 级 学号学号 指导教师姓名 指导教师姓名 职称职称 最终评定成绩最终评定成绩 2012 年 6 月 摘要 在电源的实际使用过程中 各种负载对于供电的可靠性要求不同 当单台电源不 能提供负载的全部容量的时 就需要多个电源模块并联使用 以提高电源的容量和运 行的可靠性 在实际的使用过程并不是简单的把各个电源并联使用就可以让电源平均承担功率 这是由于电源各自参数的分散性 使得每个电源的开路电压和内阻均会存在差异 通 常开关电源的内阻都非常小 因此开路电压很小的差异就会导致各电源的输出电流有 较大的差异 这种状态会导致各个电源的寿命衰减不一致 达不到电源的可靠性和稳 定性的要求 这就要求在电源并联使用过程中使用均流技术 本设计采用超低功耗单片机 MSP430F247 为主要控制核心部件 应用同步 BUCK 拓 扑结构作为高效率的 DC DC 变换 设计并制作了开关电源模块并联供电系统 应用 AMSCS 原理和 ECM 控制模式实现动态均流控制 使用电流并联监视器件 INA194 作为电 流检测 使用高效率 TPS5430 芯片设计辅助电源 实现了系统在 500mA 4A 范围内可自 动分配或者手动任意预制两路 DC DC 模块的电流比大小并显示相关参数 系统元件少 性价比高 系统效率高达 85 以上 很好的完成了基本部分和发挥部分的要求 关键字 MSP430F247 AMSCS ECM 动态均流 效率 ABSTRACT This design uses the low power consumption MCU MSP430F247 as the main control the core part and uses the application of synchronous BUCK topology structure as high efficiency of the DC DC transform The design is made up of the switch power supply module parallel power supply system and uses AMSCS principle and ECM control model to achieve dynamic all flow control The design uses current parallel surveillance devices INA194 as electric current detection and successfully uses a high efficiency chip TPS5430 to design auxiliary power supply Finally the design realized that current can be set range from 500 mA to 4 A automatically or manually arbitrary distribution prefabricated a DC DC module of the current size and can display related parameters The system is consist of less component higher performance price ratio especially the system efficiency is as high as 85 above So the system accomplished the basic part and the expression part successfully Key word MSP430F247 AMSCS ECM Dynamic all flow Efficiency 目 录 摘要摘要 II ABSTRACT III 第一章 绪论 6 1 1 选题意义及目的 6 1 2 设计任务 6 1 3 设计要求 7 1 3 1 基本要求 7 1 3 2 发挥部分要求 7 第二章 本系统总体方案设计 8 2 1 系统方案设计与论证 8 2 1 1 DC DC 变换器方案论证 8 2 1 2 均流控制方法及实现方案 8 2 1 3 系统整体框图 9 2 2 理论分析与参数计算 9 2 2 1 DC DC 变换器稳压方法 9 2 2 2 电流电压检测分析与计算 10 2 2 2 1 电压检测 10 2 2 2 2 电流检测 10 2 2 3 均流方法的分析 11 2 2 4 过流保护及自恢复分析 11 第三章 硬件电路设计 12 3 1 DC DC 电路设计 12 3 2 电流采集电路设计 13 3 3 辅助供电模块设计 13 第四章 软件设计部分 14 4 1 IAR FOR 430 简介 14 4 2 软件流程图 14 第五章 系统测试 16 5 1 主要元器件 16 5 2 测试方法 16 5 3 测试仪器清单 16 5 4 负载调整额定功率测试 16 5 5 系统效率测试 17 5 6 4A 均流测试 17 5 7 任意比分流点测试 17 5 8 过流保护及自动自恢复功能 18 5 9 其它功能测试 18 5 10 误差分析 18 第六章 结论 19 参考文献 20 致谢 21 附录 22 控制程序 22 第一章 绪论 1 1 选题意义及目的 随着电力电子技术的发展 电源技术被广泛应用于计算机 工业仪器仪表 军事 航天等领域 涉及到国民经济各行各业 各种电子装置对电源功率的要求越来越高 对电流的要求也越来越大 开关电源向更大功率方向发展 研制各种各样的大功率 高性能的开关电源成为趋势 但受构成电源模块的半导体功率器件 磁性材料等自身 性能的影响 单个开关电源模块的最大输出功率只有几千瓦 但实际应用中往往需用几 百千瓦以上的开关电源为系统供电 因此 大功率电源系统需要用若干台开关电源并 联运行 以满足负载功率的要求 同时考虑分布式与集中式电源系统相比所具有的优 点 具体采用分布式电源系统供电 这样每个变换器只处理较小功率 降低了应力 还 可以应用冗余技术 提高了系统的稳定性 并且使用场合不受限制 根据需要组合 方便 灵活 其容量可以任意扩展 同时可将模块的开关频率提高到兆赫级 从而提高模块 的功率密度使电源系统的体积 重量下降 可谓一举多得 由于大功率电源负载需 求的增加以及分布式电源系统的发展开关电源并联技术的重要性也日益电流 的关键 在本次设计中 电子测量技术 单片机原理及应用 以及模拟 数字信号处理等的 多种学科技术知识的综合运用 通过本设计 提高本专业各学科综合知识的实际运用 能力 与此同时也提高自身的分析能力与实际动手能力 增强自身对设计的科学性 系统性 及全面性的理解 通过此次设计 能较好的掌握硬件电路的设计的工作流程 进一步体会汇编语言与C语言编写程序的优缺点 1 2 设计任务 设计并制作一个由两个额定输出功率均为 16W 的 8V DC DC 模块构成的并联供电系 统如下图 1 1 所示 图 1 1 设计任务 1 3 设计要求 1 3 1 基本要求 1 调整负载电阻至额定输出功率输出状态 供电系统的直流输出电压 8 00 4UoV 2 额定输出功率工作状态下 供电系统的效率不低于 60 3 调整负载电阻 保持输出电压 使两个模块输出流8 00 4UoV 之和 Io 1 0A 且按 I1 I2 1 1 模式自动分配电流 每个模块的输出电流的相对绝 对值不大于 5 4 调整负载电阻 保持输出电压 使两个模块输出电流之和8 00 4UoV Io 1 5A 且按 I1 I2 1 2 模式自动分配电流 每个模块的输出电流的相对绝对值不 大于 5 1 3 2 发挥部分要求 1 调整负载电阻 保持输出电压 使负载电流 Io 在 1 5 3 5A 之间8 00 4UoV 变化时 两个模块的输出电流可在 0 5 2 0 范围内按指定的比例自动分配 每个模块 的输出电流相对误差的绝对值不大于 2 2 调整负载电阻 保持输出电压 使两个模块输出电流之和 Io 4 0A8 00 4UoV 且按 I1 I2 1 1 模式自动分配电流 每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于 2 3 额定输出功率工作状态下 进一步提高供电系统效率 4 具有负载短路保护及自动恢复工作 保护阈值电流为 4 5A 第二章 本系统总体方案设计 2 1 系统方案设计与论证 2 1 1 DC DC 变换器方案论证 方案一 采用异步 BUCK 变换器 该拓朴结构简单 只需对一个开关管进行控 制 因此控制思路非常简单 但由于在大电流时 异步 BUCK 电路中的续流二极和开关 管的功耗增加 成为电路中的主要功耗 这会使电路工作在大电流时的效率降低 故不 采用此种结构 方案二 采用正激式变换器 该变换器为隔离型电路 通过变压器将输出与 输入进行电气隔离 其控制方法与方案一类似 但由于变压器绕制过程复杂且会使电 路系统效率降低 对于输出为 8V 的电压的电源系统 隔离问题并不是设计中的主要问 题 因而变压器的优点在该系统中并未充分的体现 还会大大增加系统设计的成本 故也未采用此方案 方案三 采用同步 BUCK 变换器 由于采用 MOS 代替异步 BUCK 电路中的续流 二极管 因此在低压大电流中的其效率非常高 此电路虽要控制两个 MOS 管 但采用 一片浮栅驱动就可以当作一个管子来控制 所以控制也很简单 根据上述的比较以及结合设计的实际需要 我们选用方案三 2 1 2 均流控制方法及实现方案 方案一 并联强迫均流 利用监控模块实现均流 由监控模块获得所有并联 模块的平均电流值 再通过软件计算 用并联平均电流值与模块电流值进行比较 比 较后的结果用来补偿电压基准 调整模块电压 使模块电流值与系统平均值电流相同 此方案易于实现 均流精度高 但其瞬态响应较差 调节时间长 方案二 运放反馈均流 主电路通过电压反馈稳定输出电压 从电路通过运 放检测主从两路的电压差控制输出电压 使得两路压差为零 从而达到了均流的目的 该方案的实现与运放的参数有关 运放反馈回路的电容 电阻不好匹配 方案三 用单片机实现动态均流 通过单片机实时采集两路 DC DC 模块的电 流和负载电压 然后通过内环电流外环电压 软件模拟硬件最大值均流的算法控制两 路 DC DC 模块 PWM 波形的占空比来调节电流 该方案优点控制精度高 外围电路简单 用软件模拟硬件 成本低 整个系统的效率高 根据上述三种方案的比较结合题目的控制要求最终选择方案三实现均流控制 2 1 3 系统整体框图 MSP430F247 显示键盘 负 载 声光 报警 辅 助 电 源 供 电 模 块 PWM 控 制 ADC 12 采 集 A路 B路 PWM控制 电流采集模块8V 电压 采集 24V输入 两路并联同步 BUCK 图 2 1 系统整体框图 该系统的工作原理是单片机产生两路 PWM 控制两个 DC DC 模块 采用电压反馈电 路实现了电压的实时采集控制单片机的定时器产生相应占空比的 PWM 波形稳定输出电 压 该系统应用 AMSCS 原理和 ECM 控制模式实现动态均流控制实现了电流任意比的设 置与显示 2 2 理论分析与参数计算 2 2 1 DC DC 变换器稳压方法 本系统采用同步整流技术实现了 DC DC 变换器 在连续电流输出的模式下 其输 出 输入电压变换比为 OUT IN V V D D 为输出 PWM 的占空比 由此式 2 1 可以求得输出 PWM 的占空比 V V VV D017 0 33 0 24 4 08 单片机通过电压反馈回路采集输出电压的大小然后通过算法实时调节占空比使输出电 压稳定在 8V 0 4 的范围内 为了保证精确控制电感量的计算 计算公式如下 IO minON O UU L T 2 I 输入电压 Uo 输出电压 Io 输出电流 开关管导通时间 由上式可得 I U ON T min 248 L0 000250 0005714571 4 2 3 5 HuH 经过验证电感值取 575uH 2 2 2 电流电压检测分析与计算 系统使用单片机自带的 12 位 A D 根据 A D 转换器的分辨率公式有 分辨率为 12 11 3 340 8 22 ref n VVmV Vref 单片机供电电压 n AD 位数 可见内置 A D 完全可以满足设计的需求 2 2 2 1 电压检测 该系统的电压检测比较简单 只需一个电阻分压网便可实现 其原理图如图 2 2 采样电压 Vo 如下 bffO RRVoRV R b R ES R f res GND 1 2 J19 供供供供供 GND 图 2 2 电阻分压网络 2 2 2 2 电流检测 根据系统的均流方案的要求 需对两路 DC DC 模块中的电流分别进行采集 由于 两路 DC DC 模块是并联连接 所以只能采用高测的方式来检测电流 这种方式不但克 服了低测方式只能测出两路 DC DC 模块总电流的缺点 还避免了系统中的数字部分的 高频噪声对电流检测的影响 提高系统的稳定性 因为数字电路在 0 和 1 间切换 导 至电流是动态的 这将在地平面上形成高频噪声 从而影响模拟部分的精度 当系统正常工作时 在输出端的电流检测点有 8V 的共模电压 所以采用的电流检 测运放的共模输入电压范围必须大于 24V 这里可采用差分放大器 OPA2234 或专用电流 检测器 INA194 他们的共模输入电压范围都大于 8V 但要使 OPA2234 的共模输入电压 范围大于 8V OPA2234 的供电电压必须大于 8V 而且当采用 12V 供电时 线性度在采 样电压的两极限值附近变坏 然而 INA194 是专用的电流临测器 在 5V 供电时共模输 入电压范围高达 80V 还可以避免在调试过程中因输出电压升高而烧坏芯片 此外 它 的瞬态响应快 特别适合闭环系统中的快速检测 所以在此选用 INA194 2 2 3 均流方法的分析 本系统的均流是通过软件模拟硬件实现最大值均流法 充分利用了 ECM 外置控制 器模式 易于实现动态交叉处理和 AMSCS 最大值均流技术 的优点 在硬件最大值均 流法中 一般用一个二极管把各路电流与均流母线上的电流进行比较 从而选最大电 流 这种方式的优点响应迅速 但缺点是分流比固定 缺乏灵活性 本系统采用的 ECM 方式 克服了这样的不足 能灵活地实现任意分流比 系统采 用 MSP430F247 作为控制核心 内置的 ADC12 分别对 A 路 B 路电流和输出负载电压 U 进行采集 通过软件代替硬件方式中的二极管 选择出最大流 并通过 MSP430F247 内 置的 TimerA 产生相应的 PWM 去控制相应 BUCK 中的浮栅驱动器 PWM 的占空比可通过软 件任意设计 从而实现任意比分流 2 2 4 过流保护及自恢复分析 单片机实时采集输出电流的大小 然后与过流保护阈值比较 当采集的电流大于电 流阈值时 单片机停止输出 PWM 使 DC DC 模块停止工作 然后以一定时间间隔采用试 触法采集输出电流 当采集的电流低于阈值电流 则单片机按上电时刻设定的占空比 输出 PWM 使 DC DC 重新工作 第三章 硬件电路设计 3 1 DC DC 电路设计 为了实现高效率的 DC DC 转换 本模块采用同步整流技术实现了高效率的 DC DC 转换 该模块电路采用 MOS 管驱动芯片 IRF21094 驱动同步半桥 半桥输出端通过选择 合适的电容 电感构成的 LC 低通滤波器实现了 DC DC 的转换 此种拓扑结构控制简单 原理通俗易懂 经过多方论证该电路的转换效率高满足本设计的要求 该模块电路中 一路 DC DC 变换器原理图如图 3 1 所示 VCC 1 IN 2 SD 3 DT 4 VSS 5 COM 6 LO 7 VS 11 HO 12 VB 13 U5 IR21094 U4 IRF540 U6 IRF540 C12 100uF C10 10uF 1 2 J13 CON2 GND R7 20R R10 20R 24 HO2 LO2 D8 4148 HO2 LO2 1 2 J15 CON2 12 12 GND R9 2K D10 4148 D12 4148 R11 51k D7 4148 D11 4148 D9 4148 R8 1K C11 104 R12 1K C13 104 L2 C14 4700uF 1 2 J14 供供 1 2 J12 供供供供供 GND GND SD 1 2 J17 供供供 图 3 1 DC DC 同步 BUCK 变换电路原理图 3 2 电流采集电路设计 在电流检测模块中 使用两个阻值为 10 毫欧的分流器串入两路 DC DC 模块 通过 电流并联监视器 INA194 采集分流器两端的电压 根据同步 BUCK 开关电源输出电流的 特点 采集得的电流即为电感电流 而电感电流为三角波电流 通过分流器和 INA194 放大后的电压为三角波电压 不能直接供给单片机采集 因此在 INA194 放大器后用一 个 10uF 的钽电容的 RC 滤波器对其进行滤波 把三角波电压滤成直流电压 为了避免 滤波器的幅频特性影响电流采集的线性度 所以在滤波器后面用一个电压跟随器进行 阻抗匹配 再供给单片机进行采样 电压跟随器选用 5V 单电源供电运算放大器 TLC272 该电流采集任意一路的电路原理图如图 3 2 所示 图 3 2 电流采集电路图 3 3 辅助供电模块设计 该辅助供电模块采用高效率的电源管理芯片 TPS5430 设计并制作了两路供电模块 为系统的外围模块供电 该芯片输入电压范围宽 效率高 可达 90 以上 电路原理 简单 效率高 该芯片通过电阻分压网络的调节 4 脚电压的大小从而调节输出电压的 大小 其典型应用电路的如图 3 3 所示 图 3 3 TPS5430 典型接线图 B OOT 1 VSENSE 4 ENA 5 GND 6 VIN 7 PH 8 U1 TPS5430 1 2 J2 C ON2 C 2 10uF GND C 1 0 1uFL133uH D1 IN5819 GND C 3 220uF R 1 10k R 2 50k GND 1 2 J3 C ON2 GNDGND 24V供供供供供供 第四章 软件设计部分 4 1 IAR FOR 430 简介 IAR Systems 是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商 公司成立于 1983 年 迄今已有 27 年 提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计 开发和测试的 每一个阶段 包括 带有 C C 编译器和调试器的集成开发环境 IDE 实时操作系统 和中间件 开发套件 硬件仿真器以及状态机建模工具 国内普及的 MSP430 开发软件种内不多 主要有 IAR 公司的 Embedded Workbench for MSP430 简称为 EW430 和 AQ430 目前 IAR 的用户居多 IAR EW430 软件提供了 工程管理 程序编辑 代码下载 调试等所有功能 并且软件界面和操作方法与 IAR EW for ARM 等开发软件一致 因此 学会了 IAR EW430 就可以很顺利地过渡到另一 种新处理器的开发工作 现在 IAR 的最新版本为 V5 10 版 不过本文主要是以 V4 11 版讲解 各个版本之 间差异不大 掌握了 V4 11 别的版本也能很快上手 4 2 软件流程图 MSP430F247 采用 16M 晶振 执行速度快 从而满足了闭环系统快速响应的需求 当采得的 A 路电流大于 B 路电流时 用 MSP430F247 产生的一路 PWM 去控制 A 路同步 BUCK 电路 根据反馈的负载电压恒定输出电压 Uo 然后用 MSP430F247 产生的另一路 PWM 去控制 B 路同步 BUCK 电路 使 A B 两路的电流达到对应的比例关系 反之 当 B 路电流大于 A 路电流时 与上面的控制方式一样 这样通过动态寻找两路输出电流的 最大电流的一路电路 来实现恒定输出电压 动态寻找它们输出电流最小电流的一路 来实现按相应比例的分流 由于在前面的动态跟踪过程中 两路的占空比会同时出现过大或过小 使输出电 压偏离 8V 过大 所以在此还加入了大流占空比的控制 把输出总电流分成三个档位 高电流 大于 1 3A 中电流 0 7 至 1 3A 低电流 小于 0 7A 分别对这三个档 位的最大占空比和最小占空比的限制 从而使输出稳定在 8V 具体程序流程图如下图 4 1 所示 开始 初始化 两路电流Ia Ib 和输出电压Uo的 采集有数据处理 Ia Ib 控制A路PWM进行 稳压 控制B路PWM进行 分流 控制B路PWM进行 稳压 控制A路PWM进行 分流 输出电流 处于高电流 输出电流 处于中电流 输出电流 处于低电流 高位大电流的占 空比的调整 中位大电流的占 空比的调整 低位大电流的占 空比的调整 是是 否否 是是 否否 否否 是是 是是 否否 图 4 1 软件流程图 第五章 系统测试 5 1 主要元器件 表 5 1 主要元器件 元件名称型号数量 单片机MSP430F2471 浮栅驱动IR210942 运放TLC2722 N 沟道 MOS 管IRF32054 电流并联监视器INA1942 5 2 测试方法 24V DC A A 负 载 V V A AA D C D C 同 步 B U C K 结 构 D C D C 同 步 B U C K 结 构 结 构 图 5 1 测试框图 5 3 测试仪器清单 这次我们整个测试用到的仪器有 表 5 2 测试仪器清单 序号仪器名称型号指标 1 双踪示波器 RIGLO DS1102D 100Mhz 带宽 1Gs s 采样率 2 滑动变阻器 200R 5A200R 5A 3 数字万用表 RIGOL DM3068 6 位半 4 数字万用表 MY63 3 位半 5 直流稳压电源 UNI T UTG9065C0 32 5V 3A 5 4 负载调整额定功率测试 测试条件 Uin 24V 负载由 1K 减少到 2 表 5 3 负载调整率 负载 R 100050010050201052 电压 U V 8 138 138 118 148 138 128 138 14 从表 5 3 中可以看出 看出我们实测 Uo 最大为 0 14V 题目要求输出 Uo 为 8V 相对误差 Io 不超过 0 4V 所以完全达到题目要求 5 5 系统效率测试 测试条件 Uin 24V 输出电压 Uo 8 13V 左右 输出电流 Io 4A 表 5 4 系统效率测试 输入电压为输入电流输出电压输出电流输入功率输出功率效率 24V1595mA8 13V4010mA38 28W32 6W85 2 24V1625mA8 14V4280mA39 00W34 84W89 3 24 1V1560mA8 12V3990mA37 59W32 4W86 2 24V1580mA8 14V3980mA37 92W32 39W85 4 23 9V1570mA8 12V4050mA37 82W32 88W86 9 从表 5 4 可以看出系统效率在 85 2 以上 根据题目的要求 60 以上 我们大大提 高整个系统的效率 且较好的完成的发挥部分的要求 5 6 4A 均流测试 表 5 5 均流偏差测试 实测输出电压A 路电流B 路电流电流之比 I1 I2 总电流 8 14V2 007A2 013A1 14 020A 8 13V2 015A2 025A1 14 040A 8 14V2 020A2 025A1 14 045A 8 12V2 010A2 020A1 14 030A 8 14V2 010A1 996A1 14 006A 从表 5 5 中可以看出 在调整负载电阻状态下 电流在 4A 处满足题目要求按照 1 1 分配 题目要求相对误差在 2 40mA 范围内 我们测试结果最大相对误差为 7mA 完 全达到题目要求 5 7 任意比分流点测试 表 5 6 任意比分流测试 分流比 设定 实测输 出电压 V A 路电 流实际 值 A A 路电 流理论 值 A A 路相 对绝对 误差 B 路实 际电流 A B 路电 流理论 值 A B 路相 对绝对 误差 总电流 A 1 38 130 4100 41250 0061 2351 23750 0021 65 3 58 130 6810 690 0131 1501 150 0001 84 4 18 141 9982 0000 0020 5020 5000 0022 50 2 38 111 1001 1480 0411 761 7220 0222 87 5 48 121 9201 9110 0041 5181 5290 0073 44 从表 5 6 中可以看出 任意分流比时 各路相对误差绝对值在 0 到 2 2 之间 而 题目的要求是在 5 的范围内 我们较好的完成了题目的要求 5 8 过流保护及自动自恢复功能 表 5 7 过流保护及自动恢复 是否能实现负载短路保护及自恢复功能实测保护阀值电流 能 4 5A 能 4 35A 能 4 4A 能 4 55A 能 4 38A 从表 5 7 可以看出 我们实现了 4 5A 左右的过流保护和自动恢复功能 完成了题 目的要求 5 9 其它功能测试 表 5 8 其他功能测试 功能一具有过流声光报警 功能二LCD 显示和按键选择是否进入低功耗模式 功能三超低纹波系数 4A 的工作状态纹波为 4mV 左右 从表 5 8 可以看出 我们在较好的完成了题目的基本部分和发挥部分之外 还另 外增加了以上三种实用的其他功能 5 10 误差分析 我们测量的误差主要来源是电磁干扰 由于测试场地有许多电脑和仪器使用开关 电源 电磁噪声很大 采样电路的限流器与电路板的接触不好 电阻的精度不高等 并且测量仪表类型很多且精度不够高 人为读数存在误差 测量的数据达不到理论计 算值 但是我们通过多次测量去平均把误差降低到最小 第六章 结论 本设计采用更少的元件 更低成本实现了稳压 均流 过流保护自恢复等功能 通过巧妙的模拟电路设计 在输出电流相对误差等方面达到了指标要求 特别是 85 以 上的供电系统效率远超过了基本部分的指标 设计中所选的器件均具有相当高的性价 比 如 MSP430F247 IR21094 浮栅驱动器 相当于传统方案 本作品更经济简洁 实 用性更强 由于时间限制 开关电源模块并联供电系统还有一些不足 需要进一步完善 也 可以进行部分功能扩展 在此提出一些建议 系统利用的是单片机控制核心 由于受单片机类型的影响 如 运算速度等不够 另外在 PCB 的布局上做改进 考虑电磁兼容等 用 DSP 作为本系统的控制核心这样对 精度和稳定度会有进一步的提高 可以用红外遥控来控制本系统 修改程序可以任意 设置过流保护的上限制 参考文献 1 童诗白 华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2006 年 2 江思敏 姚鹏翼 编著 PCB 设计 机械工业出版社 2010 10 3 张占松 蔡宣三 开关电源的原理与设计 电子工业出版社 2002 年 4 Abraham l Pressman 开关电源设计 电子工业出版社 2005 年 5 李爱文 现代通信基础开关电源的原理和设计 科学出版社 2001 年 6 高吉湘 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 电子工业出版社 2007 年 7 美 Sanjaya Maniktala 著 王志强等译 精通开关电源设计 人民邮电 2008 年 09 月 8 美 普利斯曼 著 莫瑞 著 王志强 等译 开关电源设计 电子工业出版社 2010 6 1 9 王水平 开关稳压电源原理设计及实用电路 修订版 西安电子科技大学出 版社 第 1 版 2005 年 10 月 1 日 10 王志强等译 开关电源设计与优化 电子工业出版社 2006 12 1 11 马尼克塔拉 Sanjaya Maniktala 开关电源故障诊断与排除 人民邮电出版社 2010 10 27 12 英国 布朗 译者 徐德鸿 等 开关电源设计指南 原书第 2 版 机械工业出版 社 2008 9 01 13 张占松主编 开关电源的原理与设计 修订版 电子工业出版社 2004 09 01 14 李智奇 MSP430 系列超低功耗单片机原理与系统设计 西安电子科技大学出版社 2008 15 曹磊 MSP430 单片机 C 程序设计与实践 北京航空航天大学出版社 2007 秦龙 MSP430 单片机应用系统开发典型实例 中国电力出版社 2005 16 秦龙 MSP430 单片机 C 语言应用程序设计实例精讲 电子工业出版社 2006 17 沈建华 杨艳琴 翟骁曙 MSP43 系列 16 位超低功耗单片机原理与应用 清华大学 出版社 2004 年 致谢 在论文完成之际 首先要感谢我的指导老师罗飞老师 再本文从前期的选题 到 最后论文的完成 都是在指导老师的悉心指导和严格要求下进行的 罗老师学识渊博 治学严谨 他不仅在学习给了我很多帮助和启发 而且让我学会了做事 做学问的态 度和方法 将使我终身受益 在此 向指导老师罗飞老师表示衷心的感谢和深深的敬 意 再次要感谢学校给我们提供这么好的一个培训环境 在为期两个多月的培训中遇 到了无数的困难和障碍 都在同学和老师的帮助下度过了 他们对我进行了无私的指 导和帮助 不厌其烦的帮助我们在设计细节上的改进 另外 在校图书馆查找资料的 时候 图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助 最后在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢 同时感谢各位授课老 师 在我学习期间 正是你们孜孜不倦的教诲使我能够顺利完成学业 你们的潜移默 化使我在这四年的学习生涯中积累了一笔宝贵的财富 这将使我在今后的学习工作中 受益终生 感谢我的同学 感谢我的家人和朋友 在我求学的过程中 给予我莫大的 支持和帮助 没有你们就没有我今天的收获和成果 在本论文撰写过程中 参考并引 用了许多作者的文献 他们的研究成果给了我极大的帮助和启迪 在此谨表示衷心的 感谢 向在百忙之中抽出时间对本论文进行评审及评阅的各位专家表示衷心的感谢 学生签名 日 期 附录 控制程序 1 main 函数程序 include msp430 x24x h include keypad h include Cry12864 h include Functions h include Menu h include Init 430 h include key contorl disp h include init adc12 h include PWM h void main void Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL WDTPW WDTHOLD InitSys times 系统时钟初始化 init PI OCP DIR 关闭过流 OCP closed PWM init Init Key2 键盘初始化 中断 Init Key1 键盘初始化 扫描 Ini Lcd 12864 初始化 Clear GDRAM MenuInitialation 菜单初始化 Init ADC12 EINT while 1 key event 如果用中断方式就把此句屏蔽了 key contorl disp if adc flag 1 adc12data process adc flag 0 2 keypad h 函数 include ifndef KEYPAD H define KEYPAD H pX 高 4 位接上啦电阻端 上拉电阻 1 2 3 PX 0 PX 1 PX 2 PX 3 PX 4 PX 5 PX 6 PX 7 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 define PX DIR P2DIR define PX OUT P2OUT define PX IN P2IN define PX SEL P2SEL define PX IE P2IE define PX IFG P2IFG define PX IES P2IES unsigned char key num 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 11 12 13 14 15 16 设置键盘逻辑键值与程序计算键值 的映射 unsigned char key flag 按键是否被释放标志 1 是 0 否 unsigned char key val 存储键值 函数名称 Init Key1 功 能 扫描方式键盘的初始化 参 数 无 返回值 无 void Init Key1 void 初始化矩阵键盘 PX DIR 0 x0f 高四位输入 低四位输出 PX OUT 0 x0f 低四位输出全为一 key flag 0 无键释放 key val 0 初始默认为 0 函数名称 check key 功 能 扫描键盘的 IO 端口 获得键值 参 数 无 返回值 无 void check key void 检测是否有键按下 unsigned char row col tmp1 tmp2 for row 0 row 4 row 扫描行 tmp1 0 x01 tmp1 row PX OUT 0 x0f PX OUT tmp1 P1 0 p1 3 输出四位中有一个为 0 if PX INcol 4 col 循环扫描列 tmp2 0 x10 tmp2 col if PX IN return 获得键值 并退出循环 函数名称 delay key 功 能 延时约 15ms 完成消抖功能 参 数 无 返回值 无 Void delay key unsigned long scan time 键盘延时时间i 5 6 个 时钟 周 期 8M 0 125us 10ms 80000 15ms 120000 while scan time 函数名称 key event 功 能 检测按键 并获取键值 参 数 无 返回值 无 void key event void PX OUT 0 x00 设置 P1OUT 全为 0 等待按键输入 if PX IN 延时消抖 if PX IN 调用 check Key 获取键值 while PX IN 如果按键已经释放 key flag 1 设置 key Flag 标识 函数名称 Init Key2 功 能 中断方式键盘的初始化 参 数 无 返回值 无 void Init Key2 PX SEL 0X00 选择 i0 方式 PX DIR 0X0F 选择高四位输入 低四位输出 PX OUT 低四位为零输出 while PX IFG 0 x00 PX IFG 0 x00 PX IES 0Xf0 下降沿触发 PX IE 0Xf0 选择高四位中断功能 key flag 0 key val 0 函数名称 键盘中断 功 能 参 数 无 返回值 无 pragma vector PORT2 VECTOR interrupt void Port2 PX IFG 0X00 key event endif 3 Cry12864 h 程序 include typedef unsigned char uchar typedef unsigned int uint 与 msp430f149 接口有关的宏定义 define LCD DataIn P5DIR 0 x00 数据口方向设置为输入 define LCD DataOut P5DIR 0 xff 数据口方向设置为输出 define LCD2MCU Data P5IN define MCU2LCD Data P5OUT define LCD CMDOut P3DIR BIT0 BIT1 BIT2 BIT3 P3 口的低五位设置为输出 BIT0 define LCD RS H P3OUT BIT0 P3 0 指令寄存器 define LCD RS L P3OUT for i 150 i 0 i NOP 函数名称 Delay Nms 功 能 延时 N 个 1ms 的时间 参 数 n 延时长度 返回值 无 void Delay Nms uint n uint i for i n i 0 i Delay 1ms 函数名称 Wait BF 0 功 能 等待 BF 位为 0 参 数 无 返回值 无 void Wait BF 0 void uchar lcdtemp LCD RS L LCD RW H LCD DataIn do 判忙 LCD EN H NOP lcdtemp LCD2MCU Data LCD EN L while lcdtemp 函数名称 Read Data 功 能 读取 参 数 无 返回值 读取的数据 uchar Read Data void uchar data LCD RS H LCD RW H LCD DataIn LCD EN H NOP data LCD2MCU Data NOP NOP NOP NOP LCD EN L return data 函数名称 Write Cmd 功 能 向液晶中写控制命令 参 数 cmd 控制命令 返回值 无 void Write Cmd uchar cmd Wait BF 0 LCD DataOut LCD RW L MCU2LCD Data cmd LCD EN H NOP LCD EN L 函数名称 Write Data 功 能 向液晶中写显示数据 参 数 dat 显示数据 返回值 无 void Write Data uchar dat Wait BF 0 LCD DataOut LCD RS H LCD RW L MCU2LCD Data dat LCD EN H NOP LCD EN L 函数名称 Ini Lcd 功 能 初始化液晶模块 参 数 无 返回值 无 void Ini Lcd void LCD CMDOut 液晶控制端口设置为输出 LCD RET H LCD PSB H Delay Nms 500 Write Cmd BASIC SET 基本指令集 Delay 1ms Write Cmd BASIC SET 基本指令集 Delay 1ms Write Cmd 0 x02 地址归位 Delay 1ms Write Cmd 0 x0c 整体显示打开 游标关闭 Delay 1ms Write Cmd 0 x01 清除显示 Delay 1ms Write Cmd 0 x06 游标右移 Delay 1ms Write Cmd 0 x80 设定显示的起始地址 函数名称 Disp HZ 功 能 控制液晶显示汉字 参 数 addr 显示位置的首地址 pt 指向显示数据的指针 num 显示字符个数 返回值 无 void Disp HZ uchar addr uchar pt uchar num uchar i Write Cmd addr for i 0 i num 2 i Write Data pt 函数名称 Disp Str 功 能 控制液晶显示汉字 参 数 addr 显示位置的首地址 pt 指向显示数据的指针 num 显示字符个数 返回值 无 void Disp Str uchar addr uchar pt uchar num uchar i Write Cmd addr for i 0 i num i Write Data pt 函数名称 Disp Char 功 能 控制液晶显示字符 参 数 addr 显示字字的位置 Char 要显示的字符 i 1 显示在该地址的高八位 0 显示在该地址的低八位 返回值 无 void Disp Char uchar addr uchar Char uchar i uchar tmp if i 0 Write Cmd addr Write Data Char else Write Cmd addr tmp Read Data Write Cmd addr Write Data tmp Write Data Char 函数名称 Clear GDRAM 功 能 清除液晶 GDRAM 中的随机数据 参 数 无 返回值 无 void Clear GDRAM void uchar i j k Write Cmd EXTEND SET 打开扩展指令集 先清除上半屏 i 0 x80 for j 0 j 32 j Write Cmd i 先写竖坐标 Write Cmd 0 x80 再写横坐标 for k 0 k 16 k 横向写 8 个字 横向地址是自动加的 Write Data 0 x00 再清除下半屏 i 0 x80 for j 0 j 32 j Write Cmd i Write Cmd 0 x88 for k 0 k 16 k Write Data 0 x00 Write Cmd BASIC SET 回到基本指令集 函数名称 fan bai 功 能 将 i 个汉字进行反白 参 数 Yaddr Y 地址 它只能是 0 24 Xaddr X 地址 它只能是 0 x80 到 0 x9f i 反白汉字的个数 返回值 无 void fan bai uchar Yaddr uchar Xaddr uchar i uchar j k h Write Cmd 0 x01 清屏 只能清除 DDRAM Write Cmd EXTEND SET 使用扩展指令集 关闭绘图显示 h Yaddr for k 0 k i k Yaddr h for j 0 j 0 i 延时 等待 XT2 起振 while IFG1 判断 XT2 是否起振 BCSCTL2 SELM 2 SELS 选择 MCLK SMCLK 为 XT2 16M DIVM 1 endif 7 key contorl disp h 函数 include msp430 x24x h include init adc12 h include Functions h include Menu h ifndef KEY CONTORL DISP H define KEY CONTORL DISP H 按键功能键宏定义 define UP 13 define Down 14 define Enter 15