基于MSP430单片机数控恒流源的设计.doc

基于MSP430单片机数控恒流源的设计 摘 要 本直流稳流电源，利用反激式开关稳压电源供应整个系统的电能，在此基础上，以MSP430F1232超低功耗单片机作为主控核心，由12位DAC8512、16位AD7790、可调稳压芯片LM317实现参考电压的设定及监测电流采样电阻两端的微弱电压经集成运放OP07放大若干倍的电流转电压值通过三个独立按键和一块四位共阳极数码管共同完成，用户对本系统的设定和交互简言之，本系统在负载一定变化范围内实现了恒流输出，即通过控制加载于负载上的输出电压和采样输出的电流与给定电流值得比较达到稳流关键字：反激式开关稳压电源；恒流源；MSP430F1232；电压、电流采样电路 Stabilized DC Power SupplyABSTRACTThe stabilized DC power supply, the use of power flyback switching regulator power supply of the entire system, on this basis, to MSP430F1232 ultra-low power MCU as the master core, from 12 DAC8512, 16 位 AD7790, adjustable regulator LM317 chip reference voltage to achieve weak voltage setting and monitoring the current sampling resistor at both ends of the integrated operational amplifier OP07 amplified by several times the current-to-voltage value. Through three separate buttons and a total of four digital tube anode jointly completed, the user setting and interaction of the system. Briefly, the present system must change over the load range to achieve a constant output, by controlling the output voltage and the load current is sampled at the output of the load current with a given steady flow reaches worth comparing.Keyword: Flyback switching power supply; Constant current source; MSP430F1232; Voltage and current sampling circuit目 录目 录 II第一章 引言 - 1 -第二章 方案设计 - 1 -2.1设计思路 - 1 -2.2总体方案 - 2 -2.2.1方案论证与比较 - 2 -第三章 系统硬件与软件设计 - 4 -3.1 部分单元电路设计 - 4 -3.2 软件设计 - 9 -4.1测试仪器 - 10 -4.2测试及性能分析 - 11 -4.3结果与误差分析 - 11 -4.3.1系统测试结果 - 11 -4.3.2控制部件低功耗设计 - 12 -4.3.3系统误差分析 - 12 -第五章 结论 - 12 -参考文献 - 13 -附1 电路原理图 - 14 -系统总体原理图 - 14 -系统开关电源部分原理图 - 15 -I第一章 引言直流稳流电源基本参数就是输出电流的稳定，即实现恒流，而理想恒流源是不允许输出开路的，实际上当负载R的阻值大到输出电压的极限后，输出电流将下降，而不再恒定。

基于上述，本系统采用反激式开关稳压电源替换传统的线性稳压电源，在源头上提升电能的利用率和降低电压纹波；在此基础上，采用LM317和DAC8512配合使输出电压在1.25 V—6.25 V内可数字调控，特别地DAC8512为12位分辨率可达1/4096小于1mV显然在理论上可实现1mA的步进，当负载在1.25欧—6.25欧内变化，完全能满足设计要求再有，为了实现系统可预设输出电流给定值达到自我稳定，引入电流反馈将系统在自我调节到最终稳定的过程的电流值实时引入主控系统，作为下一次调节幅度的参考，具体方案是在输出回路上串联电阻，通过测量此精密电阻两端电压，实现电流的变向采样；所选用的采用电阻为0.1欧，主要介于功耗和误差的考量由于本系统最终实现电流在 20mA—1A内连续变化，那么加在采样电阻上的压差极其微弱，故本系统将此压差经运放OP07放大30倍至60mV—3V之间，再经过滤波、钳位送至高精度16位AD7790采样量化将数字量送入主控制器，由主控制器操控12位DAC8512完成对输出量的微调考虑到在此过程中，负载大到上述提到的极限后输出电流达不到预期，源于输出电压达到了极限，利用此特征将LM317的输出电压值经分压处理后引入MSP430主控片内AD进行检测。

最后由四位共阳极数码管实现当前稳定状态下的电流值第二章 方案设计2.1设计思路基于MSP430单片机强大的系统功能和超低功耗的特点，本设计采用其作为主控制器利用其内置的中断控制，存储器保护以及系统的调试和控制功能和配合AD、DA、运放等模块完成对输出电流进行精准而可靠的采集和控制输出端电流精准对的微动，完成最终的输出稳定由于设计要求达到20mA—1000mA的电流调节幅度，而本系统采用反激式开关稳压电源的最大输出功率仅为8W左右，经LM317调压输出的电压区间为1.25V—6.25V，那么主控制器、AD、DA、运放、显示及驱动电路等电路的总功耗必须小于2W，而本设计采用四位共阳数码管势必要损耗1W左右，借此MSP430是首选，AD选用超低功耗AD7790，DA选用DAC8512 SO8贴片、运放选用OP07贴片，两个双电源12V稳压芯片选用TO-92封装；最大限度的降低系统的控制及显示驱动部分的功耗，拓宽输出端功率的可调范围2.2总体方案在8W左右的稳压电源的基础上，实现负载在一定程度内变化时达到最终的电流稳定其中包括：输出达+15V开关稳压电源、各级稳压电路、LM317与DAC组成的电压可调电路、采样电阻和OP07运放构成的前端采样电路、滤波钳位电路、显示及驱动电路，在主控MSP430F1232的统一操控下完成设计要求。

方案设计总框图如在：LM317构成的恒流源电路开关稳压电源模块（输出+15V） 输出DAC8517模块前端采样电路各级稳压模块滤波钳位电路按键模块MSP430F1232主控模块AD7790模块显示驱动模块 图2.1 方案设计总体框图2.2.1方案论证与比较 控制部分方案的选择与论证方案一：单片机STM32Cortex-M3超级单片机完成对其他各部分控制方案二：采用单片机89C51作为控制部分方案三：采用MSP430超低功耗单片机作为控制部分方案论证：方案一所使用的STM32-cortexM3是一款高速、低功耗、性价比高的超级单片机，其内部具有强大的存储能力，在一定程度上不必考虑代码的冗余且能实现各种复杂的控制功能，更重要的是其内部集成的2个AD模块和2通道DA模块，可大大简化系统的硬件；但该芯片是贴片封装且管教分布较为密集会给后期硬件的设计带来不便，其10位AD/DA也无法满足本设计的最高要求方案二采用AT89C51单片机，可在开发环境及代码编写上相对来说较为简单，源于51内核的单片机是基础教程且网上资源相当丰富基本可以涵盖多数控制操作，但功耗比较大、数据传输速率低方案三采用MSP430单片机，具有超低功耗且运行速度介于方案一、二之间内部集成的10位AD可作为LM317输出电压的极限检测，再有其指令系统较上述两种最少，故具有相当高的抗干扰能力，给整个系统的稳定提供了基础。

所以本系统采用MSP430F1232作为主控芯片 n DA、AD选择方案的选择与论证方案一：采用PCF8591作为调压、采样芯片方案二：DA选用DAC8512，AD选用AD7790分别实现调压和采样方案论证 :采用方案一可大幅简化硬件设计，因为PCF8591自带4通道AD和一通道DA，但其精度只有8位无法满足设计要求的最大标准且功耗较方案二大方案二使用DAC8512,、AD7790，首先在采样及控制精度上完全能达到设计要求的最大标准且在转换速度上远大于方案一，这在为系统的快速响应和控制提供了条件故选择方案二n 采样电阻的选择与论证方案一：采用高精度0.1欧电阻与运放再通过滤波钳位后送入AD采样方案二：采用大于1欧电阻再通过滤波钳位后送入AD采样方案论证 :选用方案二可大大简化硬件的设计同时也提高了系统稳定性，但从功耗上考量，当输出电流达到1A左右时采样电阻上的损耗可达1W左右，这是相当可怕的对于方案二，避开了一的矛盾，大大降低了无用功耗故选择方案二n 显示器的选择与论证方案一：采用四位共阳数码管，外加驱动电路作显示方案二：采用LCD1602液晶作显示方案三：采用LCD12864液晶作显示。

方案论证：采用数码管显示，其段和位端需外加驱动电路，较方案二、三电路复杂，但其功耗是可调的，即通过动态扫描的频率来控制，而且性价比较后两者是最高的方案二、三虽在硬件上很是简单，但功耗和驱动代码较方案一大和复杂故选择方案一第三章 系统硬件与软件设计3.1 部分单元电路设计n 单片机主控电路图本系统的的控制部分主要是通过MSP430F1232超低功耗单片机进行控制，该单片机片内集成10位AD、速度可达8MIPS、极高的抗干扰能力、易操作等特点该单片机的最小系统电路图如图3.1所示图3.1 单片机的最小系统电路图n 按键模块电路以及按键功能的详述 按键模块电路图如图3.2所示按SW1键→进入用户预置输出电流设置→确定预设当前电流值→显示实时输出的电流 按SW2键→ 在用户预置状态下，用作预设电流的加操作 → 在主界面下，用作向上步进1mA输出电流 按SW3键→ 在用户预置状态下，用作预设电流的减操作 → 在主界面下，用作向下步进1mA输出电流 图3.2 按键模块电路图n 显示单元电路及其分析四位共阳极数码管分为8个段（a-dp）控制线和四个位（S1-S4）控制线。

考虑到单片机驱动能力有限及灌电流存在上限两个障碍，故本设计将四位共阳极数码管的段和位都加驱动电路；即共阳端使用S8550PNP管驱动控制，而段信号使用S8050NPN管驱动具体电路图如图3.3所示图3.3显示单元电路图n 开关稳压电源模块及其电路分析 本模块采用一块专用PWM控制芯片NCP1014完成完成对输出电压的检测、控制、稳定电路的具体工作方式如下：将输入的100V—220V的交流信号经桥整流为脉动的直流，再经过高压电容滤波输出后，一端送入高频变压器的与PWM控制芯片的DEAIN脚形成激励回路，另一端经。