基于单片机的降压型DCDC变换实验系统设计综合设计说明书1 精品.docx

基于单片机的降压型DCDC变换实验系统设计综合设计说明书1 精品.docx

《基于单片机的降压型DCDC变换实验系统设计综合设计说明书1 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的降压型DCDC变换实验系统设计综合设计说明书1 精品.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的降压型DCDC变换实验系统设计综合设计说明书1精品

吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书

基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统设计

学生学号：

09580136

学生姓名：

崔虎

专业班级：

电气0901

指导教师：

刘刚

职称：

副教授

起止日期：

2012.08.27～2012.09.15

吉林化工学院

JilinInstituteofChemicalTechnology

课程设计任务书

一．设计题目：

基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统设计

二．设计目的

1.理解降压型DC-DC变换基本原理；

2.掌握电力场效应管、DLC滤波电路和MSP430单片机使用方法；

3.理解MSP430单片机原理，掌握C430语言编程方法。

4.掌握闭环稳压程序和系统监控程序设计方法。

三．设计任务及要求

1.设计单片机和降压型DC-DC变换实验系统电路和系统监控程序；

2.制作单片机的降压型DC-DC变换实验系统，实现PWM频率1KHz、10KHz和20KHz可选，开环和闭环工作模式可选。

闭环控制直流输出电压5V-15V可调，最大输出电流1A，调压步进值0.1V。

作品中必须留有示波器、测量仪表测量端子和与实验台连接端子。

3.撰写设计说明书。

四．设计时间及进度安排

设计时间共三周（2012.8.27～2012.09.15）,具体安排如下表：

周安排

设计内容

设计时间

第一周

学习MSP430单片机使用方法，查找相关资料。

设计基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统电路图。

2012.08.27～2012.09.02

第二周

设计MSP430单片机程序和焊装基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统。

2012.09.03～2012.09.09

第三周

完成基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统调试，编写设计说明书。

提交作品及设计说明书，评定专业综合设计成绩。

2012.09.10～2012.09.15

五．指导教师评语及学生成绩

指导教师评语:

2012年09月15日

成绩

指导教师（签字）:

目录

课程设计任务书I

第1章专业综合设计的目的1

第2章总体电路说明2

2.1课题背景和意义2

2.2DC-DC变换器的定义及分类2

2.3DC-DC变换器的基本工作原理2

2.3.1升压斩波电路2

2.3.2降压斩波电路4

第3章MSP430F169单片机系统6

3.1MSP430F169单片机的简介6

3.2显示器LCM12864简介7

第4章降压式DC-DC变换电路设计9

4.1系统硬件电路设计9

4.2降压式DC-DC转换电路的设计10

4.3整流滤波电路的设计12

4.3.1单相桥式整流电路13

4.3.2滤波电路13

4.3.3稳压电路13

4.3键盘电路设计13

结论15

参考文献16

第1章专业综合设计的目的

专业综合设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。

通过专业综合设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。

1．进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；

2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；

3．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。

第2章总体电路说明

2.1课题背景和意义

DC-DC直流变换作为开关电源的一个重要组成部分，广泛应用于工业生产、家用电器、计算机、航天卫星、军事科研等领域中，用于对电能进行转换、加工和调节。

因此，近年来DC-DC变换器的研究倍受关注。

随着软开关技术的发展，新颖的控制方法不断采用，DC-DC变换器也不断的朝着高效率、高可靠性的模块化开关电源方向发展。

传统直流稳压电源中的DC-DC变换是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的，这种变换稳压精度不高、电路结构复杂、不易校准，而采用单片机的数字式控制能使DC-DC变换较好地解决了以上问题。

2.2DC-DC变换器的定义及分类

直流斩波电路（DCChopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也成为DC-DC变换器。

DC-DC变换器的种类较多，包括6种基本的斩波电路：

降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路[1]。

2.3DC-DC变换器的基本工作原理

降压斩波电路和升压斩波电路的应用最为广泛，理解了这两种电路对理解其它类型的斩波电路有很大的帮助，下面分别对这两种斩波电路的工作原理进行介绍。

2.3.1升压斩波电路

降压斩波电路（BoostChopper）如图2-1所示。

该电路中L是储能电感；V是全控型器件；VD是二极管；C是储能电容。

图2-1升压斩波电路

1．工作原理：

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

升压斩波电路的工作波形如图2-2所示。

图2-2升压斩波电路工作波形

2．数量关系：

（1）设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为

；

（2）设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为

；

（3）稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等。

即

（2-1）

化简得：

（2-2）

，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路，T/toff为升压比；升压比的倒数记作β，即

（2-3）

β和α的关系：

（2-4）

因此，上式可表示为

（2-5）

电压升高的原因：

电感L储能起到使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住

如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即

。

（2-6）

其中I1是假设的电源电流平均值。

与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。

输出电流的平均值Io为：

（2-7）

2.3.2降压斩波电路

降压斩波电路（BuckChopper）的电路结构如图2-3所示。

该电路中V是全控型器件；VD是续流二极管；L是储能电感；EM是负载出现的反电动势。

典型的用途之一是拖动直流电机，也可带蓄电池负载。

图2-3降压斩波电路

图2-4降压斩波电路工作波形图

1．工作作原理

（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压

，负载电流io按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

降压斩波电路波形图如图2-4所示。

2．数量关系

（1）电流连续时负载电压平均值

设连续电流为Io，根据能量守恒定律，一个周期输出能量为

，负载和蓄电池吸收能量为

，得：

（2-9）

其中，ton—V通的时间；toff—V断的时间；a—导通占空比。

A小于等于1，可将降压斩波器看作直流降压变压器。

负载电流平均值：

（2-10）

（2）电流断续

开关电源不允许出现状态，Uo被抬高，可通过加大电感或提高PWM控制信号频率方法解决。

第3章MSP430F169单片机系统

MSP430F169单片机系统是由单片机芯片、时钟电路、复位电路、显示电路构成。

3.1MSP430F169单片机的简介

MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已得到广泛应用。

MSP430F169单片机结构图如图3-1所示。

MSP430F169单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。

16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。

MSP430F169单片机的中断源较多，使用时灵活方便。

当系统处于省电的低功耗状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。

由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。

在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。

在等待方式下，耗电为0.7uA，在低功耗方式下，最低可达0.1uA。

上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。

然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。

如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。

图3-1MSP430F169单片机结构图

3.2显示器LCM12864简介

LCM12864显示器是一款功能强大的液晶显示器，可以显示汉字、数字、字符以及图形，只要在相关软件中输入想要显示的数字、字符和汉字，就可生成相应的数字编码，将该编码通过单片机按照一定的时序送入显示器，即可实现显示功能。

LCM12864系列产品软件特性如下：

1．文字与图形混合显示功能；

2．画面清除功能；

3．光标归位功能；

4.显示开/关功能；

5．光标显示/隐藏功能；

6．显示字体闪烁功能；

7．光标移位功能；

8．显示移位功能；

9．垂直画面旋转功能；

10．反白显示功能；

11．休眠模式。

第4章降压式DC-DC变换电路设计

本设计采用MSP430F169单片机作为系统控制单元，单片机通过按键或上位机读取用户设置的输出信号波形、频率和幅值，再通过A/D转换发出给定值，并通过程控放大和功率放大输出设置的信号，设置及输出信号参数通过LCM点阵显示器显示。

系统结构框图如图4-1所示。

图4-1系统结构框图

4.1系统硬件电路设计

MSP430F169单片机系统电路如图4-2所示。

由MSP430F169芯片、复位电路、低速时钟电路（32768Hz）和高速时钟电路（8MHz）等元件构成[6]。

图4-2MSP430F169单片机系统电路

4.2降压式DC-DC转换电路的设计

降压斩波电路（BuckChopper）电路结构如图4-3所示。

带反电动势负载电路如图4所示，VD是续流二极管；EM是负载出现的反电动势；V是全控型器件。

典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。

图4-3降压斩波电路

1、作原理

（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

降压斩波电路波形图如图5所示。

2、数量关系

（1）电流连续时负载电压平均值

设连续电流为Io，根据能量守恒定律，一个周期输出能量为

，负载和蓄电池吸收能量为

，得：

其中，ton—V通的时间；toff—V断的时间；a—导通占空比。

A小于等于1，可将降压斩波器看作直流降压变压器。

负载电流平均值：

（2）电流断续

开关电源不允许出现状态，Uo被抬高，可通过加大电感或提高PWM控制信号频率方法解决。

3、DC-DC变换整体电路

将降压斩波电路、MOSEET驱动电路、测试电路和反馈电路整体连接构成降压型DC_DC变换电路，如图44所示。

图4-4