硬件課程設計說明書數(shù)控直流電流源設計

1、信息與控制工程學院硬件課程設計說明書數(shù)控直流電流源設計學生學號： 09580113 學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 職 稱： 教 授 起止日期： 2012.03.052011.03.25 吉林化工學院jilin institute of chemical technology課程設計任務書一、設計題目：數(shù)控直流電流源設計二、設計目的1掌握msp430f169單片機的設計；2掌握數(shù)控直流電流源電路及顯示驅(qū)動電路設計；3熟練掌握單片機的編程方法；4掌握利用iar進行程序編輯，程序調(diào)試及程序下載的方法。三、設計任務及要求設計并實現(xiàn)數(shù)控直流電流源系統(tǒng)。數(shù)控直流電流源系統(tǒng)應具有以下基本功能;（1）1

2、5dc供電（可以使用成品穩(wěn)壓電源），輸出電流范圍： 200ma2000ma；（2）帶負載能力：10（在負載電阻10時，效率70%）；（3）具有“+”、“-”步進調(diào)整按鍵，能夠調(diào)整輸出電流，設置范圍200ma2000ma， （4）能夠數(shù)字顯示輸出電流給定值和實際輸出電流值;（5）改變負載電阻大?。?015之間），輸出電流穩(wěn)態(tài)誤差值小于10ma 。四、設計時間及進度安排設計時間共三周（2012.3.5 2012.3.25）,具體安排如下表：周安排設 計 內(nèi) 容設計時間第一周設計單片機最小系統(tǒng)和數(shù)字直流電流源電路的原理圖，學習單片機開發(fā)工具iar的使用。2012.3.52012.3.11第二周按照原

3、理圖焊接電路板，并檢查和調(diào)試硬件電路。學習單片機的編程驅(qū)動方法以及掌握利用iar進行軟件調(diào)試程序。2012.3.12 2012.3.18第三周調(diào)試程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)字直流電流源的基本功能。完成并提交硬件設計作品及硬件課程設計說明書，課程設計答辯。2012.3.192012.3.25五、指導教師評語及學生成績指導教師評語:年 月 日年 月 日成績指導教師(簽字):目 錄課程設計任務書i第一章 數(shù)控直流電流源設計目的1第二章 數(shù)控直流電流源方案選擇22.1總體方案選擇22.2 器件的選擇32.2.1控制芯片選擇32.2.2 顯示器選擇42.2.3 鍵盤模塊選擇42.2.4開關(guān)管選擇42.2.5 pwm芯片

4、選擇52.3 檢測方案選擇5第三章 數(shù)控直流電流源系統(tǒng)硬件設計73.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述73.2 msp430系列單片機83.2.1 msp430系列單片機的特點83.2.2 msp430f169引腳功能93.3 1602液晶顯示器93.3.1 1602液晶引腳功能93.3.2 1602液晶寄存器功能103.3.3 1602液晶的字符集113.3.4 1602液晶操作時序113.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊133.4.1 msp430f169單片機adc12模塊特點133.4.2 msp430f169單片機adc12寄存器設置133.5 d/a轉(zhuǎn)換模塊153.5.1 d/a轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標153.5.2

5、msp430f169單片機dac12寄存器設置153.6 pwm控制芯片sg3525163.6.1 sg3525功能簡介163.6.2 sg3525引腳功能163.6.3 sg3525的特點173.6.4 sg3525的工作原理183.7 斬波與濾波穩(wěn)流20第四章 數(shù)控直流電流源軟件調(diào)試214.1 iar embedded workbench ide軟件使用214.1.1 iar embedded workbench ide 簡介214.1.2 iar embedded workbench ide 操作步驟214.2主程序214.3定時器a中斷子程序224.4 a/d采樣子程序224.5測試工

6、具224.6測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析23結(jié) 論24參考文獻25附 錄26第一章 數(shù)控直流電流源設計目的通過數(shù)控直流電流源的設計，掌握基于msp430f169單片機和sg3525芯片實現(xiàn)直流電流源控制的電路設計和軟件編程方法；掌握msp430單片機內(nèi)部定時器模塊、a/d模塊、d/a模塊的編程方法；掌握利用iar進行程序編輯，程序調(diào)試及程序下載的方法。熟悉altium designer軟件繪制電路原理圖的基本方法和技巧；掌握硬件電路的焊接和調(diào)試方法。最重要的是從設計這個過程中學習怎么與隊員之間合作，學習設計的基本思路與過程。融會貫通自己所學的理論基礎(chǔ)知識。提高自己將理論知識轉(zhuǎn)化為實際作品的的動手能力

7、。第二章 數(shù)控直流電流源方案選擇2.1總體方案選擇方案一：根據(jù)傳統(tǒng)線性恒流源的原理，以集成穩(wěn)壓芯片（如lm337）與數(shù)字電位器構(gòu)成電流源的主體部分，通過單片機改變數(shù)字電位器的阻值，以實現(xiàn)對恒流源輸出值的調(diào)整，并使用數(shù)碼管led顯示其數(shù)值，其原理方框圖如圖2-1所示。該方案電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，但由于目前數(shù)字電位器分度有限，市場上能找到的最高分度只有10位，如maxim公司的max5484，難以實現(xiàn)發(fā)揮部分的功能。此外，由于流過的電流較大，需要并串多個數(shù)字電位器才能滿足輸出的電流要求，且系統(tǒng)為開環(huán)控制，穩(wěn)定性差，精度較低。負載電阻18v恒流輸出單片機lm337max5484鍵盤顯示圖2-1 方

8、案一原理方框圖方案二：根據(jù)開關(guān)電源的原理，經(jīng)ac/dc/dc變換過程來實現(xiàn)可調(diào)穩(wěn)流的功能，主電路由整流濾波電路、斬波電路和恒流電路構(gòu)成。其工作過程如下：市電經(jīng)隔離變壓器降壓后，通過整流橋整流，電容器濾波，變成平穩(wěn)的直流電，完成ac/dc的變換過程；通過由fpga（可編程邏輯器件）產(chǎn)生pwm調(diào)制波控制開關(guān)管的通斷構(gòu)成斬波電路，輸出高頻的直流脈沖，經(jīng)儲能電感平波、電容高頻濾波后，輸出可調(diào)的直流電；使用hcpl7870光電隔離a/d轉(zhuǎn)換芯片（轉(zhuǎn)換精度達15）對輸出電流進行采集，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)組成原理方框圖圖2-2所示，由于fpga的系統(tǒng)時鐘頻率高（一般使用50mhz），且以并行處理數(shù)據(jù)，所

9、以該方案可靠性高，編程容易。但經(jīng)仔細分析后發(fā)現(xiàn)，該方案有如下幾個缺點：系統(tǒng)成本較高；由于使用的是離散數(shù)字pwm調(diào)制方式，當fpga芯片使用50mhz的系統(tǒng)時鐘時，若pwm得占空比要實現(xiàn)2000個分度，則pwm的最高頻率只能達到25khz，根據(jù)輸出電流的紋波與輸出的頻率成反比的規(guī)律，在25khz頻帶范圍內(nèi)，輸出電流紋波較大，給后級的穩(wěn)流濾波電路電路帶來困難，影響輸出的電流指標，難以達到發(fā)揮部分的要求：采用的是離散的數(shù)字信號反饋控制，對數(shù)字信號的量化精度要求較高。負載電阻ac/dc開關(guān)管hcpl7870fpga顯示鍵盤pwm調(diào)制波pwm調(diào)制波恒流輸出光電耦合a/d芯片l220v圖2-2方案二原理方

10、框圖方案三：按照方案二ac/dc/dc的設計思路，再在斬波電路的前級增加一級穩(wěn)壓電路，使用集成穩(wěn)壓器來降低電網(wǎng)波動對斬波電路的影響。控制部分選用單片機與專用的pwm調(diào)制芯片相結(jié)合的方式來控制mosfet開關(guān)管的導通。其輸出電流的大小通過隔離型電流傳感器轉(zhuǎn)換成對應的模擬信號，并將這一模擬量分為兩路：一路直接反饋到pwm集成芯片的反饋輸入端，構(gòu)成連續(xù)的閉環(huán)控制系統(tǒng)；另一路經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片變成數(shù)字信號傳送給單片機處理，作為輔助的調(diào)節(jié)反饋量，使用軟件算法來修正給定量，減小穩(wěn)態(tài)誤差，其組成原理框圖如圖2-3所示。負載電阻ac/dc開關(guān)管顯示鍵盤恒流輸出電流檢測報警信息單片機pwm芯片給定值反饋量反饋量給

11、定值數(shù)模轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓管模數(shù)轉(zhuǎn)換圖2-3方案三原理方框圖方案三與前面的方案相比，具有以下特點：系統(tǒng)為雙環(huán)控制系統(tǒng)，動態(tài)響應快，超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差??；成本較低，技術(shù)成熟；軟硬件相結(jié)合，可靠性高，功能全，擴展余地達，理論上可達到設計題目的所有性能指標，該系統(tǒng)設計確定使用方案三。2.2 器件的選擇2.2.1控制芯片選擇方案一：采用目前比較通用的51系列單片機。此單片機的運算能力強,軟件編程靈活,自由度大。雖然該系統(tǒng)采用單片機為核心,能夠?qū)崿F(xiàn)對外圍電路的智能控制,但核心控制部件使用89c51時,為達到設計精度的要求,外圍電路必須加上12位的a/d和d/a,這就使得整個系統(tǒng)硬件電路變得復雜,而且12位的a/d和

12、d/a器件價格較高,使得系統(tǒng)的性價比偏低。方案二：采用msp430f169單片機。此單片機功能較強，性價比高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗小及具有較高的數(shù)據(jù)處理和運算能力。由于msp430f169單片機內(nèi)部集成了a/d轉(zhuǎn)換器,不需外加a/d。通過采樣取樣,結(jié)合內(nèi)部a/d構(gòu)成閉環(huán)反饋調(diào)整控制。種方案既能實現(xiàn)智能化的特點,簡化硬件電路,提高測量精度,同時也能利用軟件對測量誤差進行補償,這給調(diào)試、維護和功能的擴展、性能的提高,帶來了極大的方便。鑒于上面考慮,我們采用方案二。2.2.2 顯示器選擇 方案一：采用led顯示，把測量所得到的高度通過數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管亮度高，體積小，重量輕。但是動態(tài)顯示

13、要求單片機定時地對顯示器件掃描，如不調(diào)用顯示程序，就會立即停止顯示，而且顯示信息簡單、有限，在本題目中應用受到很大的限制。 方案二：采用12864lcm點陣顯示器，點陣顯示界面友好，顯示信息量豐富，接口電路簡單，可以和單片機直接相連。但成本相對較高。 方案三： 采用1602字符液晶顯示器，能夠同時顯示1602即32個字符。1602液晶驅(qū)動簡單，性價比相對較高?？紤]到本題顯示信息比較簡單，只需要顯示給定輸出電流和實際輸出電流，我們決定選擇1602字符液晶顯示器作為本系統(tǒng)的顯示模塊。2.2.3 鍵盤模塊選擇方案一：采用普通四位按鍵模式，通過點陣顯示器索顯示的信息對系統(tǒng)進行控制，方便快捷，易于實現(xiàn)。

14、方案二：采用44矩陣鍵盤，其優(yōu)點是按鍵數(shù)目較多，方便數(shù)據(jù)輸入，但需要單片機對其進行動態(tài)掃描，耗電量較高，編程較難?？紤]到本系統(tǒng)的輸入信息較少，我們選擇普通四位鍵盤作為本體統(tǒng)的鍵盤模塊。2.2.4開關(guān)管選擇根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，對比mosfet與igbt兩種開關(guān)管，其性能參數(shù)的對比如表2-1所示。表2-1 mosfet與igbt性能參數(shù)的對比性能指標mosfetigbt驅(qū)動類型電壓型電壓型驅(qū)動功率小較小開關(guān)速度快（能達到5mhz）較快（一般在100khz以下）能通過電流較大（一般在100a以下）大（能達到1000a以上）通態(tài)壓降小于或等于2v一般大于2v由于設計要求輸出的功率不大，主要指標體現(xiàn)在輸出

15、電流的分辨率、測量值的誤差、紋波、穩(wěn)定度等方面。為了獲得很好的濾波效果，希望其斬波的頻率越高越好（至少在100khz以上）。對照表2-1分析，由于mosfet管的開關(guān)速度快，可作為選擇開關(guān)管的對象，經(jīng)查閱p溝道的mosfet irf9540的技術(shù)資料，能滿足設計要求。2.2.5 pwm芯片選擇 pwm芯片根據(jù)其控制形式可分為電壓模式控制和電流模式控制兩種。其功能和驅(qū)動能力也隨型號不同有所區(qū)別。根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，對比tl494、uc3573和sg3525三款芯片如下： tl494內(nèi)有兩個誤差信號比較器，能同時實現(xiàn)電壓模式控制和電流模式控制，但在本系統(tǒng)中不能發(fā)揮這一優(yōu)勢，且沒有外部強制封鎖端，不便

16、于實現(xiàn)過壓過流保護。 uc3575屬于dip封裝，其pwm占空比可從0%100%之間調(diào)節(jié)，能直接驅(qū)動p溝道的mosfet開關(guān)管，但在功能上不能直接實現(xiàn)誤差放大和控制，難以滿足系統(tǒng)設計要求。 sg3525具有很高的溫度穩(wěn)定性和較低的噪聲等級，據(jù)有欠壓保護和外部封存功能，能方便的實現(xiàn)過壓過流保護，能輸出兩路波形一致、相位相差180的pwm信號，結(jié)合雙mosfet管斬波電路的獨特設計，能有效的減少輸出電流的紋波?；谝陨戏治觯x擇sg3525作為斬波電路的pwm調(diào)制芯片比較理想。sg3525主要技術(shù)指標如圖2-2所列。表2-2 sg3525 主要技術(shù)指標參數(shù)名稱數(shù)值最大電源電壓40v啟動電壓8v最高

17、工作頻率500khz誤差放大器開環(huán)增益75db放大器輸入失調(diào)電壓2mv封鎖閾值電壓0.4v待機電流14ma基準源溫度穩(wěn)定性0.3mv/誤差放大器增益帶寬2mhz驅(qū)動輸出峰值電流500ma2.3 檢測方案選擇 方案一：直接對負載進行采樣 直接對負載進行采樣簡單易行。但由于負載電阻為可調(diào)節(jié)電阻，輸出可能有電流可能會受接觸電阻的變化而不穩(wěn)定，故不宜選取。 方案二：對采樣電阻進行采樣采樣電阻采用標準精密電阻，阻值穩(wěn)定，將阻值的變化對電流的影響降低到最小程度。另外，對采樣電阻進行采樣，有效避免了外接測量電路對電流的影響。因此采用方案二。第三章 數(shù)控直流電流源系統(tǒng)硬件設計3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖

18、3-1所示：此次設計的主要任務是保證輸出電流的恒定，所以當負載及其他參數(shù)發(fā)生變化時，我們可以在硬件及軟件兩方面采取適當?shù)拇胧┦馆敵鲭娏鞅３植蛔儭＼浖?，利用單片機內(nèi)部a/d模塊讀取電流源發(fā)出的電流值，并控制調(diào)整給定值，已達到準確、穩(wěn)定值直流輸出；硬件上，利用反饋電路將輸出電流反饋進單片機使之與設定電流值進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使電流穩(wěn)定在設定值。圖3-2所示為數(shù)控恒流源的閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3-2 數(shù)控恒流源的閉環(huán)控制系統(tǒng)以msp430f169單片機作為系統(tǒng)控制單元，外配4mhz主晶振和32768hz的輔助晶振、復位電路、按鍵電路、1602顯示器構(gòu)成單片機小系統(tǒng)，如圖3-3所

19、示；單片機通過按鍵讀取用戶的設置輸出電流值，再通過a/d轉(zhuǎn)換發(fā)出給定值，電流檢測電路通過d/a轉(zhuǎn)換把輸出值傳回單片機，單片機通過比較微調(diào)輸出值。 圖3-3單片機小系統(tǒng)3.2 msp430系列單片機3.2.1 msp430系列單片機的特點 msp430系列單片機是美國德州儀器公司于上世紀九十年代開發(fā)出的產(chǎn)品，已在許多領(lǐng)域得到了廣泛應用。msp430系列單片機具有超低功耗、強大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、方便高效的開發(fā)環(huán)境等優(yōu)點。msp430 系列單片機是一個 16 位的單片機，采用了精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡

20、潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8mhz 晶體驅(qū)動下指令周期為 125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。3.2.2 msp430f169引腳功能1pio端口是并行輸入輸出端口，8位。msp430單片機pio端口特點： （1）引腳豐富： p1，p2，p3，p4，p5，p6。 （2）功能豐富：i/o，中斷能力，其它片內(nèi)外設功能。 （3）寄存器豐富：p1與p2各有7個寄存器，p3、p4、p5、p6有四個寄存器。 2具有中斷功能的數(shù)據(jù)輸入、輸出端口p1和p2各寄存器符號和功能如下所述（

21、以p1口為例）： （1）p1in： 輸入寄存器 。（2）p1out：輸出寄存器。（3）p1dir：方向選擇寄存器，為1位輸出，為0位輸入 。（4）p1ifg：中斷標志寄存器 。（5）p1ies：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。（6）p1ie：中斷使能寄存器。（7）p1sel：功能選擇寄存器。 3沒有中斷功能的數(shù)據(jù)輸入、輸出端口p3、p4、p5和p6各寄存器符號和功能如下所述（以p3口為例）： （1）p3in：輸入寄存器。（2）p3out：輸出寄存器。（3）p3dir：方向選擇寄存器。（4）p3sel：功能選擇寄存器。4其他功能引腳： （1）rst/nmi：復位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口。 （2）tck

22、：測試時鐘，tck是芯片編程測試和bootstrap loader啟動的時鐘輸入端口。 （3）tdi ： 測試數(shù)據(jù)輸入，tdi用作數(shù)據(jù)輸入端口，芯片保護熔絲連接到tdi。 （4）tdo/tdi ：測試數(shù)據(jù)輸出端口，tdo/tdi數(shù)據(jù)輸出或者編程數(shù)據(jù)輸出引腳。 （5）tms ：測試模式選擇，tms用作芯片編程和測試的輸入端口。 （6）veref+ ：外部參考電壓的輸入。 （7）vref+ ：參考電壓的正輸出引腳。 （8）vref-/veref-： 內(nèi)部參考電壓或者外加參考電壓的引腳。3.3 1602液晶顯示器3.3.1 1602液晶引腳功能1602字符型lcd有16條引腳線，引腳圖如圖3-4所示

23、：圖3-4 1602lcd引腳圖其中15引腳和16引腳是背光電源線，具體引腳功能如表3-1所示：表3-1 1602液晶顯示器引腳引腳符號功能說明1vssgnd2vdd+5v電源3vo液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高4rsrs為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平0時選擇指令寄存器5r/wr/w為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作6ee(或en)端為使能(enable)端，下降沿使能。7db0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8db1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9db2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10db3底4

24、位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11db4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12db5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13db6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14db7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15bla背光電源正極16blk背光 電源負極3.3.2 1602液晶寄存器功能 1602液晶顯示器主要有兩個寄存器rs和r/w組成，他們的組合使用實現(xiàn)不同的功能，寄存器功能如表3-2所示：表3-2 寄存器選擇控制表rsr/w操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（db7），以及讀取位址計數(shù)器（db0db6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等

25、）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.3.3 1602液晶的字符集 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。 因為1602識別的是ascii碼，試驗可以用ascii碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如a。3.3.4 1602液晶操作時序1.讀操作時序圖如圖3-5所示：圖3-5讀操作時序圖2.寫操作時序圖如

26、圖3-6所示：圖3-6寫操作時序圖3.時序參數(shù)對應讀時序圖和寫時序圖的時間參數(shù)如表3-3所示，編程時應嚴格遵守時間參數(shù)。表3-3 時序參數(shù)時序參數(shù)序號極限值單位測試條件最小值典型值最大值e信號周期tc400ns引腳ee脈沖寬度tpw150nse上升沿/下降沿時間tr, tf25ns地址建立時間tsp130ns引腳e、rs、r/w地址保持時間thd110ns數(shù)據(jù)建立時間（讀操作）td100ns引腳db0db8數(shù)據(jù)保持時間（讀操作）thd220ns數(shù)據(jù)建立時間（寫操作）tsp240ns數(shù)據(jù)保持時間（寫操作）thd210ns3.4 a/d轉(zhuǎn)換模塊本題要求輸出電流范圍為01000ma(綜合基本要求和發(fā)

27、揮要求)，步進1ma，也即分辨率為1ma，根據(jù)式3-1得 （3-1）最小位數(shù)為11位，而為了給精度指標留有余地，a/d模塊應選擇12位a/d，msp430f169單片機的adc12模塊滿足設計要求。3.4.1 msp430f169單片機adc12模塊特點 (1)12位轉(zhuǎn)換精度，1位非線性微分誤差，1位非線性積分誤差。 (2)有多種時鐘源提供給a/dc12模塊，而且模塊本身內(nèi)置時鐘發(fā)生器。 (3)內(nèi)置溫度傳感器。 (4)timer_a/timer_b硬件觸發(fā)器。 (5)配置有8路外部通道與4路內(nèi)部通道。 (6)內(nèi)置參考電源，并且參考電壓有6種組合。 (7)模數(shù)轉(zhuǎn)換有4種模式。 (8)16字轉(zhuǎn)換緩

28、存。 (9)adc12可關(guān)斷內(nèi)核支持超低功耗應用。 (10)采樣速度快，最高可達200ksps。 (11)自動掃描。 (12)dma使能。 3.4.2 msp430f169單片機adc12寄存器設置 msp430f169單片機內(nèi)部a/d模塊原理圖如圖3-7所示。msp430f169單片機adc12寄存器主要有adc12ctl0、adc12ctl1、adc12mctlx、adc12ie、adc12ifg、adc12iv、adc12mem0等。對寄存器進行相應的設置，即可啟動msp430f169內(nèi)部的a/d模塊，主要的設置操作有：（1）設置參考電壓。（2）設置轉(zhuǎn)換通道。（3）設置a/d時鐘。（4）

29、啟動轉(zhuǎn)換。ad都需要一個基準信號，通常為電壓基準。adc12內(nèi)置參考電源，而且參考電壓有6種可編程選擇，分別為vr+與vr-的組合。其中vr+（有3種）：avcc (模擬電源正端)、vref+ (a/d轉(zhuǎn)換器內(nèi)部參考電源的輸出正端)、veref+(外部參考電源的正輸入端)；vr-（有2種）：avss (模擬電源負端)、vref- 或 veref-（a/d轉(zhuǎn)換器內(nèi)部或者外部參考電源負端）。 msp430f169單片機內(nèi)部a/d模塊初始化程序代碼：void init_adc12(void) /*adc12初始化*/ p6sel=0x03; / 使能a/d通道a0、a1 adc12ctl0= adc

30、12on+sht0_2+refon+msc+ref2_5v; /設置adc12，其中參考電壓為2.5v adc12ctl1=shp+conseq_3; /多通道順序轉(zhuǎn)換 adc12mctl0= inch_0+sref_1; /序列開始 選擇通道 adc12mctl1 = inch_1+sref_1+eos; /選擇通道 通道選擇結(jié)束 adc12ie = 0x02; / 使能adc12ifg.1 adc12ctl0 |= enc; / 使能轉(zhuǎn)換 adc12ctl0 |= adc12sc; / 啟動轉(zhuǎn)換 圖3-7 msp430f169單片機內(nèi)部a/d模塊原理圖3.5 d/a轉(zhuǎn)換模塊 3.5.1 d

31、/a轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 （1）分辨率(resolution) 指最小模擬輸出量與最大量之比。 （2）建立時間(setting time) 是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需的時間，也可以認為是轉(zhuǎn)換時間。d/a中常用建立時間來描述其速度，而不是a/d中常用的轉(zhuǎn)換速率。一般地，電流輸出d/a建立時間較短，電壓輸出d/a則較長。 3.5.2 msp430f169單片機dac12寄存器設置 msp430f169單片機內(nèi)部d/a模塊原理圖如圖3-8所示。msp430f169單片機dac12寄存器主要有dac12_0ctl、dac12_0dat、dac12_1ctl、dac12_1dat等。對寄存器進

32、行相應的設置，即可啟動msp430f169內(nèi)部的d/a模塊。圖3-8 msp430f169單片機內(nèi)部d/a模塊原理圖3.6 pwm控制芯片sg3525 3.6.1 sg3525功能簡介 隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率mosfet在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國硅通用半導體公司（silicon general）推出sg3525。sg3525是用于驅(qū)動n溝道功率mosfet。sg3525系列pwm控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。sg3525是電流控制型pwm控制器，所謂電流控制型脈寬讀調(diào)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行

33、比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。 3.6.2 sg3525引腳功能sg3525芯片內(nèi)部功能框圖如圖3-9所示。圖3-9 sg3525芯片內(nèi)部功能框圖各引腳功能如下所述：1inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補

34、償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。4osc.output(引腳4)：振蕩器輸出端。5ct(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。6rt（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。7discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8soft-start(引腳8)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只軟啟動電容。9compensation(引腳9)：pwm比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡，可以構(gòu)成

35、比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。11output a（引腳11）：輸出端a。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。12ground(引腳12)：信號地。13vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。14output b（引腳14）：輸出端b。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。15vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16vref(引腳16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電壓。3.6.3 sg3525的特點sg3525芯片特點如下所述：1工作電壓范圍寬：8

36、35v。25.1v（1.0%）微調(diào)基準電源。3振蕩器工作頻率范圍寬：100hz400khz。4具有振蕩器外部同步功能。5死區(qū)時間可調(diào)。6內(nèi)置軟啟動電路。7具有輸入欠電壓鎖定功能。8具有pwm瑣存功能，禁止多脈沖。9逐個脈沖關(guān)斷。10雙路輸出（灌電流/拉電流）： 200ma(峰值)。作為sg3524的增強版本，sg3525在以下方面進行了改進：1增加欠電壓鎖定電路。當sg3525輸入電壓低于8v時，控制器內(nèi)部電路鎖定，除基準電源和一些必要電路之外的所有電路停止工作，此時控制器消耗的電流極小。2增加了軟啟動電路。引腳8為軟啟動控制端，該端可外接軟啟動電容。軟啟動電容由sg3525內(nèi)部50 的恒流源

37、進行充電。3提高了基準電源的精度。sg3525中基準電源的精度提高了1%，而sg3524中基準電源的精度只有8%。4去除了限流比較器。sg3525去除了sg3524中的限流比較器，改由外部關(guān)斷信號輸入端（引腳10）來實現(xiàn)限流功能，同時還具有逐個脈沖關(guān)斷和直流輸出電流限幅功能。實際使用中，一般在引腳10上接電流檢測信號，如果過電流檢測信號維持時間較長，軟啟動電容將被放電。5pwm比較器的反向輸入端增加至兩個。在sg3524中，誤差放大器輸出端、限流比較器輸出端和外部關(guān)斷信號輸入電路共用pwm比較器的反向輸入端。在 sg3525中對此進行了改進，使誤差放大器輸出端和外部關(guān)斷信號輸入電路分別送至pw

38、m比較器的一個反向輸入端。這樣做的好處在于，避免了誤差放大器和外部關(guān)斷信號輸入電路之間相互影響，有利于誤差放大器和補償網(wǎng)絡工作精度提高。6增加了pwm鎖存器。為了使關(guān)斷電路更可靠的工作， sg3525在其內(nèi)部增加了pwm鎖存器。pwm比較器輸出信號首先送至pwm鎖存器，鎖存器由關(guān)斷電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復位。當關(guān)斷電路工作時，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可以維持一個周期的關(guān)斷控制，直到下一周期時鐘信號使鎖存器復位為止。同時，由于pwm鎖存器對pwm比較器的置位信號進行瑣存，誤差放大器上的噪聲信號、振鈴及其他信號在此過程中都被消除了。只有在下一個時鐘周期才能重新復位，可靠性大大提高。

39、7 振蕩器增加了同步端和放電端。sg3524中的振蕩器只有ct和rt兩個引腳，其充電和放電回路是相同的。在sg3525中的振蕩器除了ct和rt兩個引腳外，又增加了一個同步端（引腳3）和一個放電端（引腳7）。rt的阻值決定了內(nèi)部恒流源對ct充電電流的大小，而ct的放電則由引腳5和引腳7之間的外接電阻決定。將充電回路和放電回路分開，有利于通過引腳5和引腳7之間的外接電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時間。這樣sg3525的震蕩頻率由下式進行計算：同步端（引腳3）主要用于多只sg3525之間的外部同步，同步脈沖的頻率應比震蕩頻率fosc略低一些。8改進了輸出級的結(jié)構(gòu)。sg3525對sg3524輸出級進行了改進，以適應功

40、率mos-fet的需要，其末級采用了推挽式電路，關(guān)斷速度更快。sg3525的輸出級采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，其灌電流/拉電流能力超過200ma。當輸出晶體管開通時，r1上會有電流流過，r1上的壓降將使vt1導通。因此vt1是在sg3525內(nèi)部的輸出晶體管導通時間內(nèi)導通的，因此其開關(guān)頻率等于sg3525內(nèi)部振蕩器的頻率。vt1和vt2分別由sg3525的輸出端a和輸出端b輸出的正向驅(qū)動電流驅(qū)動。電阻r2和r3是限流電阻，是為了防止注入vt1和vt2的正向基極電流超出控制器所允許的輸出電流。c1和c2是加速電容，起到加速vt1和vt2導通的作用。由于sg3525的輸出驅(qū)動電路是低阻抗的，而功率mosfet

41、的輸入阻抗很高，因此輸出端a和輸出端b與vt1和vt2柵極之間無須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動功率mosfet。另外，sg3525還能夠直接驅(qū)動半橋變換器中的小功率變壓器。如果變壓器一次繞組的兩端分別直接接到sg3525的兩個輸出端上，則在死區(qū)時間內(nèi)可以實現(xiàn)變壓器的自動復位。3.6.4 sg3525的工作原理 sg3525 內(nèi)置了5.1v精密基準電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。sg3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設計提供了極大的靈活性。在ct引腳和discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對

42、死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于sg3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。sg3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的pwm比較器反向輸入端處于低電平，pwm比較器輸出高電平。此時，pwm鎖存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時， sg3525才開始工作。由于實際中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差

43、放大器的輸出將減小，這將導致pwm比較器輸出為正的時間變長，pwm鎖存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當 shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，pwm鎖存器將立即動作，禁止sg3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。注意，shutdown引腳不能懸空，應通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響sg3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓

44、過低，在sg3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開始放電。此外，sg3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成pwm脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，pwm鎖存器才被復位。 本設計sg3525連接電路圖如圖3-10所示: 圖3-10 sg3525連接電路圖3.7 斬波與濾波穩(wěn)流所設計的斬波與濾波穩(wěn)流電路原理圖如圖3-11所示。續(xù)流二極管選用的快速恢復的高頻二極管mbr745，通過反復調(diào)試后確定l1，l2的值，在輸出端并聯(lián)一個470uf的電解電容儲能，同時并聯(lián)一個高頻電容濾除高頻成分。圖3-11 斬波與濾波穩(wěn)流電路原理圖第四章 數(shù)控直流電流源軟件調(diào)試4.1 iar embe

45、dded workbench ide軟件使用4.1.1 iar embedded workbench ide 簡介 嵌入式 iar embedded workbench ide提供一個框架，任何可用的工具都可以完整地嵌入其中。嵌入式iar embedded workbench適用于大量8位、16位以及32位的微處理器和微控制器,使用戶在開發(fā)新的項目時也能在所熟悉的開發(fā)環(huán)境中進行。它為用戶提供一個易學和具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境，以及對大多數(shù)和特殊目標的支持。嵌入式 iar embedded workbench 有效提高用戶的工作效率，通過 iar 工具，用戶可以大大節(jié)省工作時間。 我們稱

46、這個理念為：“不同架構(gòu)，同一解決方案”。msp430單片機可以通過iar編輯、編譯c程序并下載到目的單片機以實現(xiàn)對單片機的控制。4.1.2 iar embedded workbench ide 操作步驟（1）創(chuàng)建一個workspace。（2）創(chuàng)建一個project。（3）創(chuàng)建并編輯一個c文件并加載到創(chuàng)建的workspace。（4）設置目的芯片型號。（5）設置仿真器類型。（6）編譯并下載到目的單片機。4.2主程序主程序流程圖如圖4-1所示，單片機的主程序主要完成系統(tǒng)片內(nèi)功能模塊的初始化，包括系統(tǒng)時鐘初始化、定時器a初始化、定時器b初始化、a/d模塊初始化和d/a模塊初始化。系統(tǒng)各模塊初始化完畢后

47、，單片機進入低功耗模式休眠等待定時器喚醒執(zhí)行定時器子程序。圖4-1 主程序流程圖4.3定時器a中斷子程序定時器a程序流程圖如圖4-2所示，定時器a定時時間為500ms，掃描是否有按鍵按下并更新屏幕顯示；若檢測到有按鍵被按下則執(zhí)行相應程序，可完成設定電流輸出值等設置。圖4-2 定時器a程序流程圖4.4 a/d采樣子程序a/d采樣子程序流程圖如圖4-3所示，a/d采樣子程序主要是采集電路中的電流信號，再通過單片機運算并顯示當前的電流大小。圖4-3 a/d采樣子程序流程圖4.5測試工具15v直流開關(guān)電源、5v直流源、示波器、萬用表、負載電阻。4.6測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析步進值為100ma如表4-1所

48、示：表4-1 初次測試數(shù)據(jù)設定電流輸出電流誤差輸入功率輸出功率效率100ma93 ma7 ma2.4w2.0w83.4%200 ma175 ma25 ma4.8w4.02w83.7%300 ma290 ma10 ma7.2w6.04w84.0%400 ma392 ma8 ma9.6w8.0w83.3%500 ma477 ma33 ma12w9.15w76.3%600 ma540 ma60 ma14.4w10.69w74.2%700 ma683 ma17 ma16.8w14.18w84.4%800 ma746 ma34 ma19.2w14.25w74.2%900 ma836 ma64 ma21.

49、6w14.12w65.3%1000 ma935 ma65 ma24w23.36w73.1%步進值為10ma數(shù)據(jù)如表4-2所示：表4-2 初次測試數(shù)據(jù)設定電流輸出電流誤差輸入功率輸出功率效率10ma9 ma1 ma0.24w0.20w83.4%20 ma18 ma2 ma0.48w0.39w83.7%30 ma26 ma4 ma0.72w0.56w84.0%40 ma32 ma3 ma0.96w0.80w83.3%50 ma48 ma2 ma1.20w1.04w76.3%通過表4-1和4-2的實驗數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)在設定電流與實際輸出電流之間存在著誤差。誤差引起的因素包括硬件的設計，外界的干擾，算法的

50、選擇等。故在今后的硬件設計過程中應對要設計的電路進行周密的計算和思考，把誤差減少到最小。結(jié) 論本設計使用15v直流開關(guān)電源供電，可輸出200ma2000ma（步進1ma）電流，在測試負載電阻大于10時效率70%，并且能夠數(shù)字顯示輸出電流給定值和實際輸出電流值，達到了設計要求。從這次的課程設計中，我學會了msp430f169單片機、sg3525芯片、cd40106芯片和1602led數(shù)碼顯示管的簡單實用方法 ，掌握了單片機和利用iar進行程序編輯，程序調(diào)試及程序下載的方法，掌握了電路的基本焊接方法。而且學到了許多在課堂上無法學到的知識和許多使用的技能，并且在設計中發(fā)現(xiàn)了自身的許多不足，需要在今后的學習生涯中不斷的充實自己。在這里我要衷心的感謝吳興波老師在這次課程設計中對我們的教導和幫助，交給我們很多在課堂中無法學到的知識和技能，使我們的課程設計能夠正常順利的完成。參考文獻1胡大可.msp430系列flash型超低功耗16位單片機.北京：北京航空航天大學出版社，20012秦龍.msp430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20073曹磊.msp430單片機c程序設計與實踐.北京: 北京航空航天大學出版社，20074康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高等教育出版社.20025時景榮，李立春.c語言程序設計.北京：中國鐵道出版社.20