数控恒流源

毕业设计

数控恒流源—系统测试电路设计

系 部 电子信息工程系 专 业 名 称 电子信息工程技术 班 级 电子*****班 姓 名 * * 学 号 20081**** 指 导 教 师 * ** *

20** 年 09 月 06 日

数控恒流源-系统测试电路设计

摘 要

系统测试电路设计的主要目的是为了对****竞赛中获奖作品—数控直流恒流电源进行指标检测。被测恒流源系统由整流滤波电路、稳压电路、DC/DC转换电路、D/A转换电路、采样放大电路、MSP430单片机控制电路、液晶显示电路等七个部分构成，系统运用单片机、数字和模拟信号处理技术对输出电流进行预设和控制，实现输出电流稳定可控。此系统测试电路设计分别对恒流源的电流输出、电流调整率、负载调整率、纹波电流、工作效率、步进范围等指标进行测量，将测试数据与指标进行比较得出存在的差距，并修改系统硬件和软件解决问题。最终设计出系统稳定性好，抗干扰能力强，可控范围大，输出噪声纹波电流小，工作效率高的数控恒流源。

关键字：数控恒流源；系统测试；指标；MSP430F149；DC/DC转换

CNC constant-current source - the system test the circuit design

Abstract

System testing circuit design of main purpose is for sichuan electronic competition award – NC dc constant-current power index test. By measuring constant-current source system consists of rectifier voltage circuit, filter circuits, DC/DC converter circuit, D/A transformation circuit, sampling amplifying circuit and MSP430 MCU control circuit, liquid crystal display circuit and seven components and systems using microcontroller, digital and analog signal processing technology of output current default and control, realize the stable output current controlled. This system test the circuit design of the constant-current source current output, current adjust rate, load regulation, ripple, working efficiency, stepping range measuring indicators, as compared with the test data, the reason that there is a gap, and modify the software and hardware system to solve the problem. The final design system stability, strong anti-jamming capability, controllable scope, output ripple current noise, high efficiency of NC constant-current source.

Key words: CNC constant-current source; System testing; Index; MSP430F149, DC/DC conversion

目 录

引 言............................................................................................................................ 1 1 设计任务和测试指标要求 ..................................................................................... 2 2 总体流程图和系统分析 ......................................................................................... 3

2.1 恒流源系统设计流程图 ............................................................................... 3 2.2 恒流源系统介绍和分析 ............................................................................... 3

2.2.1 恒流源特色介绍.................................................................................. 3 2.2.2 整机工作原理和流程分析.................................................................. 4

3 系统指标测试—输出电流IO范围 ........................................................................ 5

3.1 测试电流IO步骤及框图介绍 ...................................................................... 5 3.2 测量输出电流IO和数据分析 ...................................................................... 5 4 系统指标测试—电流调整率SI ............................................................................. 7

4.1 电流调整率SI定义....................................................................................... 7 4.2 电流调整率SI数据测试分析 ...................................................................... 7 5 系统指标测试—负载调整率SR ............................................................................ 9

5.1 负载调整率定义 ........................................................................................... 9 5.2 负载调整率测量和分析 ............................................................................... 9 6 系统指标测试—噪声纹波电流 ........................................................................... 11

6.1 噪声纹波电流定义 ..................................................................................... 11 6.2 噪声纹波电流测量 ..................................................................................... 11 6.3 抑制噪声纹波办法 ..................................................................................... 11 7 系统指标测试—整机效率 ................................................................................... 13

7.1 整机效率定义 ............................................................................................. 13 7.2 整机效率测试方法 ..................................................................................... 13 7.3 数据分析与改进 ......................................................................................... 13 8 系统指标测试—过压保护、排故恢复功能 ....................................................... 15

8.1 过压保护、排故恢复原理 ......................................................................... 15 8.2 过压保护电路测试数据 ............................................................................. 15 9 系统指标测试—步进调节 ................................................................................... 17

9.1 步进调节控制原理 ..................................................................................... 17 9.2 步进调节测试分析 ..................................................................................... 17 10 系统指标测试—输出电流显示功能 ................................................................. 18

10.1 显示模块分析 ........................................................................................... 18 10.2 液晶显示测试 ........................................................................................... 18 结束语.......................................................................................................................... 19 致 谢.......................................................................................................................... 20 参考文献...................................................................................................................... 21 附 录

附录1 元件清单 附录2 产品照片 附录3 整机原理图

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数控恒流源—系统测试电路设计

引 言

随着电子技术的发展、数字电路应用领域的扩展，现今社会产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。

性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对高性能、高稳定度的电流器件需求越来越迫切。当今社会，数控恒压技术已经很成熟，但是恒流方面特别是数控恒流的技术才刚刚起步且有待发展，高性能的数控恒流器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本文正是应社会发展的需求，针对在电子设计竞赛中设计的高性能数控直流恒流源提供系统测试电路。该被测数控直流恒流源输出电流稳定，输出电流可20mA~2000mA范围内任意设定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电流误差范围±4mA，因而可实际应用于需要高稳定度小功率直流恒流源的领域。

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1 设计任务和测试指标要求

我们针对本数控直流恒流电源进行指标检测，当DC/DC在输入电压Ui为15V/DC(波动范围12V~18V)及电阻负载条件下时，使数控恒流源满足以下条件：

（1） 输出电流Io可调范围：200mA～2000mA；最大输出电压UoMAX：10V； （2） Ui从12V变到18V时，电流调整率SI≤4%（Io＝1000mA，负载为

5Ω的条件下测试）；

（3） 改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率SR≤4%

（Ui=15V， Io＝1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试）；

（4） 输出噪声纹波电流≤30mA（Ui=15V，Uo=10V，Io=2000mA）； （5） 整机效率η≥70%（Ui=15V，Uo=10V，Io=2000mA）；

（6） 具有过压保护功能，动作电压Uoth=11±0.5 V（Ui=15V，Io=1000mA），

当排除过压故障后，电源能自动恢复为正常工作状态；

（7） 能数字设定并控制输出电流，步进≤10mA，要求输出电流与给定值

的相对误差≤±2%；

（8） 具有输出电流的测量和数字显示功能。

当我们测试其指标时必须根据不同要求来设计测试电路，测试时首先测试出实际指标与要求指标之间是否存在差距，然后分析出产生差距的原因，并得出解决问题的具体方法。

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2 总体流程图和系统分析

2.1 恒流源系统设计流程图

本恒流源系统由单片机控制电路、整流滤波电路、稳压电路、DC/DC转换电路、D/A转换电路、采样电路、缓冲放大电路、键盘控制和液晶显示电路等九个模块组成。单片机采用超低功耗MSP430F149，DC/DC转换采用开关电源芯片TPS5450，缓冲放大采用精密仪表运放INA118和低噪声运放TLC2202组成，显示电路采用了LCD器件128*液晶显示。系统框架如图2.1所示。

整流滤 波电路 稳压可调电路 次级稳压供电 DC/DC变换电路 采样电路 负载电路 缓冲、放大电路 变压器 D/A转换电路 220V 电源 键盘控制 液晶显示 A/D MSP430 F149 图2.1 系统框架图

2.2 恒流源系统介绍和分析

对该系统特色和性能优点进行介绍，并分析整机工作过程。我们只有熟悉了解电源系统的工作过程才能正确对其指标进行检测。 2.2.1 恒流源特色介绍

本恒流源的两大特色：一是采用开关电源芯片TPS5450为核心的DC/DC模块；二是采用超低功耗单片机MSP430F149做主控芯片。TPS5450其输出电压可调5.5-36V，最大输出电流可达5A，电源效率在90%以上，负载调整率低于0.1%，纹波低于30mV。它可接入电压负反馈，使输出电压稳定。同时它的使能端ENA，可以用来做过流保护。总体上TPS5450外围连接电路非常简单、工作稳定性好，对器件和环境的依赖性小。

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而MSP430F149则是一块超低功耗单片机，其功能较强、兼容性好、性价比高；且具有体积小、集成度高、可扩展、可靠性高等特点。MSP430F149单片机在数据处理方面其数据处理和运算能力十分强大，其系统最高时钟频率可达8MHz，且时钟周期短，运算速度快。该单片机内嵌12位A/D资源，指令编写精简，代码转换效率较高。我们在设计采样电路时无需单独外设A/D转换器，这既有利于节约成本和简化硬件电路，还提高了电源系统的整体工作效率。 2.2.2 整机工作原理和流程分析

本系统整机工作原理：系统上电，首先220V市电通过降压器降为后级电路所需的24V交流电压；再将交流电压整流为脉冲直流电压后经过滤波，由于此脉冲直流电压含有较大的波纹和高频信号，所以必须通过滤波电路加以滤除，才能得到较平滑的直流电压信号；得到的直流电压输入稳压电路中，稳压电路对其进行稳压并输出多路电压，一路为DC/DC模块提供稳定的12~18V直流电压，另几路又通过次级降压为液晶、单片机和运放单独供电；稳定的电压送入DC/DC模块保证其正常工作，我们通过控制TPS5450芯片上的VSENSE端电压和关断ENA脚，以实现改变DC/DC模块的输出电流；DC/DC输出电流当流经采样电路中0.01Ω康铜丝上时被采集，采样出来的差值再送入精密仪表放大器INA118内部进行可调增益放大，然后放大的电流信号再通过低噪声运放TLC2202构成的缓冲电路送往单片机片内A/D，最后A/D对采集回来的信号进行转换。

因为采样电压信号要输给单片机，而MSP430F149其内部采样基准电压为2.5V，因此要将输入的采样电压在2.5V之下，考虑到安全裕量，故将输入电压在2V以下。当输入电压为36V时，采样电压为12/(12+200)*36=2.01，符合要求。

A/D进行转换时，将采集的模拟电压信号转换为数字信号。并将数字值显示在128*液晶上。想要改变电流输出大小可以通过键盘预设控制：首先A/D转换后的电压值与键盘预设值进行比较，当大于或小于预设值是就由单片机控制片外D/A输出一个电压值，传送给TPS5450的VSENSE端，通过改变VSENSE端电压以实现调节整机输出电压。

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3 系统指标测试—输出电流IO范围

数据测试是反映系统性能的重要指标。因此必须对本系统进行了全面的测试，分别对输出电流、步进电流、工作时间、负载阻值变化、纹波电流、整机效率等进行测试。

3.1 测试电流IO步骤及框图介绍

当测试系统电流200ｍＡ~2000ｍＡ时，分别采用数字表的200ｍＡ档和10Ａ档测量。 给电流源上电，通过按键设定输出电流值，对应D/A转换输出电压、DC/DC转换输出电压。电流源自身检测到实际输出电流值并通过外部电流表测量显示。将滑动变阻器的阻值（负载）调到5Ω，再调节前级稳压Ui输出12V、15V、18V时通过按键控制输出电流。其外部测试框图如图3.1所示。

U1TPS5450L1470μHPHBOOTVSENSEGND9VOUTR1010K

VIN.C50.1μFPWP7P2.05C633.3μF2VinENANCNC8146C70.01μFD2+C8470μFC90.1μFMBRA350 数字 电压表 R121.37K滑动变阻器

图3.1 电流测试电路

3.2 测量输出电流IO和数据分析

由表可知设定值的线性增大，相关数据也相应增大，但由于取样电阻负载电阻受温度的影响和测量仪表的误差而造成大电流时实际值比设定值略小，小电流时实际值比设定值略大，所以实际调试时只能拿中间值1000毫安来作基准。输出电流测试表如表3.2所示。

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表3.2 输出电流测试

mA 预设电流 200 300 500 700 800 1000 1200 1300 1500 1600 1800 2000 Ui=12V,R=5Ω 显示值 190 285 4 679 756 976 1167 1270 1454 1577 1765 1952 测量值 192 288 491 685 768 981 1176 1275 14 1762 1762 1956 Ui=15V,R=5Ω 显示值 1 283 485 675 752 970 1162 1265 1452 1756 1756 1956 测量值 190 287 487 681 763 976 1172 1271 1458 1758 1758 1950 Ui=18V,R=5Ω 显示值 187 282 482 674 750 962 1158 12 1448 1753 1752 1954 测量值 1 285 486 679 752 971 1170 1270 1456 1752 1756 1947 由上表可知，Ui分别输出12V、15V、18V时，电流200mA~2000mA之间相应变化，总体上符合指标。

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4 系统指标测试—电流调整率SI

4.1 电流调整率SI定义

电流调整率是反映稳压器负载能力的一项重要指标，又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时，在规定的负载电流变化的条件下，输出电压的相对变化量，即

IoSIUiIoUi

工程上也有一个类似的概念，称为输出电阻R0，定义为负载变化时输出电压变化量与负载输出电流变化量之比。 4.2 电流调整率SI数据测试分析

给电流源上电，将滑动变阻器的阻值（负载）调到5Ω，再通过按键控制，调节预设输出1A电流，然后分别调节前级稳压输出12V~18V，再将一个数字电压表调到直流20A档，红、黑表笔分别接入负载前端的测试点（将电压表串入电路中），然后再将另一个电压表接在输入端观察电压测量值。系统框图如图4.1所示。

VINU1TPS5450L1470μHPHBOOTVSENSEGND9VOUTR1010K

PWP.C50.1μF7P2.05C633.3μF2VinENANCNC8146C70.01μFD2+C8470μFC90.1μFMBRA350数字 电压表 数字 电压表 R121.37K 滑动变阻器

图4.1 电流调整率测试电路

通过图4.1的电路测试，我们得出了在负载条件下前级电压和后级输出电流的一系列数据。如表4.2所示。

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表4.2 电流数据测量

Io＝1000mA，R=5Ω Ui=12V Io1 Io2 Io3 Ui=13V 960 958 961 Ui=14V 965 959 962 Ui=15V 967 967 961 Ui=16V 971 970 974 Ui=17V 976 978 974 Ui=18V 975 976 972 通过上表的数据显示，本数控恒流源Ui从12V变到18V时，电流调整率SI 小于4%。由此可见本电路电流稳定系数较可观。

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5 系统指标测试—负载调整率SR

5.1 负载调整率定义

当输入电压不变，负载从零变化到额定值时，输出电压的变化。通常用百分比表示。

负载调整率 (LOAD REGULATION) 电源负载的变化会引起电源输出的变化,负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%~5%。

负载调整率是衡量电源好坏的指标，好的电源输出接负载时电压降小。 5.2 负载调整率测量和分析

先测时的调整率，用MY-65 型万用表测空载电压并调至5V 附近并记录电压值，然后再用一个MY-65 型万用表作为电流表与变阻器串联接入电源输出端。假设空载电压为V1，满载电压V2，则负载调整率计算公式为：

2|V1-V2| 负载调整率= ×100% V1+V2 首先设定输入电压Ui=15V，输出电流Io1预设为1000mA，再改变负载将负载电阻1Ω匀速变化到5Ω，观察测试点电流、电压的参数变化。如图5.1所示。

稳压模块(12~18V) 图5.1 测试电路方框图

VIN DC/DC模块 VOUT 电 压 表 测试前 级电压 输出电 流测试 电 压 表 滑动电阻器(1~5Ω) 如上图可知当输入电压12~18V变化时，测出输出电流值，并根据公式计算

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出负载调整率SR.。如表5.2所示。

表5.2 负载调整率测量

RL R=1Ω R=2Ω R=3Ω R=4Ω R=5Ω Ui=15V，Io=1000mA Io1 Io2 965 965 967 965 960 970 9 966 967 965 Io3 969 962 961 963 966 由上表可知，当负载在1Ω~5Ω变化时负载调整率小于4%，满足指标要求。

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6 系统指标测试—噪声纹波电流

6.1 噪声纹波电流定义

额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。其定义为：在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波为标准频率（一般为 100Hz/120Hz ）的正弦波。 6.2 噪声纹波电流测量

电源工作，上电后接上负载，将TDS1012B 型示波器探头分别接到电源的输出的正负端，调节示波器至1mV 档，然后将负载从轻载缓慢的调至重载，记录下示波器显示的最大峰峰值Vpp，即最大纹波。下面分别画出纹波测试框图和测试数据，如图6.1和表6.2所示。

VIN.U1TPS5450C50.1μF7P2.05C633.3μF2VinENANCNCPHBOOTVSENSEGND9L1470μH8146C70.01μFD2+C8470μFC90.1μFVOUTR1010K PWPMBRA350R121.37K滑动变阻器 模拟 示波器

图6.1 纹波测试框图

表6.2 噪声纹波电流测量

Ui =15V，Uo=10V，Io=2000mA 纹波电压 纹波电流 R=1Ω 0.138 27.6 R=2Ω 0.14 28.0 R=3Ω 0.141 28.3 R=4Ω 0.144 28.6 R=5Ω 0.145 28.7 由上表可知，当负载加上时，测量出负载两端输出噪声纹波电流可满足指标要求。

6.3 抑制噪声纹波办法

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在开关电源中，功率器件工作于高频开关状态，不可避免的会产生开关噪声. 特别是在直流电源模块中，为了得到较高的功率密度， 开关频率一般都很高(数百至数千KHz)， 开关噪声更需要仔细考虑。一般地说， 设计良好的直流电源模块内部已经有了基本的噪声抑制和滤波电路。电源模块运行时产生的电磁干扰可分两类：辐射噪声和传导噪声。辐射噪声源于模块中的电压和电流的快速变化， 模块的机械结构，及输入输出引线上的高频纹波电流对辐射噪声有相当的影响。减少开关噪声对邻近电路的影响和干扰仍然是直流电源模块应用设计的重点之一。我们一般通过以下方法抑制：

（1）在模块的输入端和输出端加上足够的滤波电路减少干扰；

（2）输入输出引线尽量短, 系统外壳加上的屏蔽层，以此减小噪声纹波； （3）辐射噪声：由于高速开关，电压与电流的快速变化，一般来说加一些元器抑制快速变化的电压和电流产生的高频震荡，或者加一些屏蔽设计，这些都可以减少辐射噪声；

（4）传导噪声：输入与输出之间，分为共模和差模，往往传导噪声比较难解决。方法有：增加一些滤波电路就，如LC滤波、外加差模和共模滤波器。输入与输出及外壳之间加隔离电容(一般为几ηF)也可以减小共模噪声。

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7 系统指标测试—整机效率

7.1 整机效率定义

所谓效率（efficiency）就是指有用功率对驱动功率的比值。效率也分为很多种，比如机械效率（mechanical efficiency）、热效率（thermal efficiency ）等。效率与做功的快慢没有直接关系。本系统中测试的整机效率就是整机上电工作后，对其测试出来的效率值。 7.2 整机效率测试方法

整机效率=Po/ PI，其中Po＝UoIo，PI＝UiIi。我们先将整机上电工作，然后将三个电压表分别接在几个测试点上，测试出输入电压Ui、输出电流Io和输出电压Uo的值。如图7.1所示：

稳压模块 (12~18V)

图7.1 整机效率测试框图

VIN DC/DC模块 VOUT 电 压 表 测试前 级电压 电 压 表 输出电 流测试 输出电 压测试 电 压 表 滑动电阻器 7.3 数据分析与改进

在整机效率测试中，我们通过对上图测试可得出电流电压相关数据，记录下其值，并计算出整机功率。下表7.2为测量数据：

表7.2 整机效率测量

Ui=15V，Uo=10V，Io=2000mA 输入电压 12.9V 输入电流 1.88A 输出电压 10.10V 输出电流 1.98A 整机效率 76% 13

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由上表可得，整机在满载时测量出效率为76%，满足指标要求。

在整个电路中，效率指标是相当重要的。我们可以通过改善硬件电路来提高整机效率：

(1) 一般在开关电路中我们尽量采用低功耗元器件，减少元器件给整机带来 的功耗；

(2) 在前端输入信号加滤波电容，滤除不良波形；

(3) 在电路设计中为避免电阻、电容的不正当选用带来的功率消耗，所以我 们精确计算其阻值大小，尽量选用合适的电阻、电容。

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8 系统指标测试—过压保护、排故恢复功能

8.1 过压保护、排故恢复原理

过压保护的原理主要是采用TPS5450上的EN脚关断来实现的。首先我们在单片机控制程序里设置动作电压Uoth =11±0.5 V，再将DC/DC输出电压分压后通过A/D对其采样。当采样点电压大于了动作电压，控制EN端的I/O口拉低，DC/DC模块停止工作，使得总输出电压为零。从而实现了过压保护。

排除过压故障后，电源能自动恢复。其原理也是在过压保护的基础上，当DC/DC模块无电压输出时，采样端电压则小于动作电压故EN端打开；EN端打开后DC/DC模块又输出电压，但是采样回来的电压还是最初那个值，所以EN端再次关断。这时我们需手动调节键盘步进来排除故障，直到输出电压低于动作电压时整个电路才能正常工作。模块工作框图如图8.1所示：

VIN.TPS5450 ENA I/O控制 5P1.5R310KRLP6.2(过压保护)JP1R6U44R42.22K1RMCU MSP430 F149 P6.2 5V8 R55K6TLC2202DIODE5VD175v

图8.1 过压保护框图

Q1NPN 8.2 过压保护电路测试数据

我们先将动作电压设为11V，即当总输出电压超过11V时DC/DC模块就会停止工作并蜂鸣器报警。我们用按键步进调节，分别在输出不同电压时观察现象。如表8.2所示。

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表8.2 过压保护和恢复现象测量

Ui=15V，Io=1000mA Uo=5V Uo=6V Uo=7V Uo=8V Uo=9V Uo=10V Uo=11V Uo=12V Uo=11V Uo=10V 过压保护 无 无 无 无 无 无 有 有 有 无 故障恢复 无 无 无 无 无 无 无 无 无 恢复

由上图可直观看出，当输出电压值超过动作电压时，能快速启动电压保护；小于动作电压时能自动恢复。所以该电路能完全满足指标要求。

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9 系统指标测试—步进调节

9.1 步进调节控制原理

我们先将200mA~2000mA电流值对应的电压值存储在单片机中，再用按键控制输出电流，步进≤10mA，要求输出电流与给定值的相对误差≤±2%。设置MSP430F149单片机P1.4、P1.6、P1.7分别为200mA、1000mA、2000mA电流键值；P1.2和P1.3为―步进+‖和―步进-‖。如图9.1所示：

C14VCC3.322pC134MHzY1C1522p.104AVccs2sP6D.2V/As1sP6A.1V/AP6.0/A0RST/NMICDKTDOT/TISP5.7/TBToMutHTDIXT2ITNXT2COUP5/.6/ALKP5.5SMCLK636261605958575655545352515049P6.2S1P1.4S1P5.4/MCLKP5.3/UCLK1P5.2/SOMI1P5.1/SIMO1P5.0/STE1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0P3.7/URXD1P3.6/UTXD1P3.5/URXD0484745444342414039383736353433P1.6S1P1.7S1.P1.2S2P1.3VCC3.3P6.3C231041SCLK2345671011P1.012P1.113141516Y332.768kHzP1.5/TA0P2.2/CAOUT/TA01.16/TAI1P2NCLKP21..07//ATAPC2LKP2.3/CA0/TA1P2.4/CA1/TA2P2.6/ADC12CLKDVccP6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7VREF+XINXOUT/TCLKVeREF+VREF-/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/SMCLKMSP430F149U5P1.617181920212223242526272829303132.P3.2/SOMI0P3.3/UCLK0P3.4/UTXD0P00P23..70//TSATEP3.1/SIMO0P2.5/Rosc.

图9.1 单片机步进控制框图

9.2 步进调节测试分析

本系统中我们将按键步进值设为5mA,故当按下步进按钮时，电流输出值则会相应的―+5mA‖或―-5mA‖。通过测试得知该电路能够实现5mA步进值，并且输出电流与给定值的相对误差为1.23%，完全符合本设计的指标要求。

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10 系统指标测试—输出电流显示功能

10.1 显示模块分析

本系统采用LCD128*液晶提供显示，该液晶具有可视面积大、画面效果好、抗干扰能力强、调试方便简单等特点，并且可以节省软件中断资源。因为LCD128*显示内容时需要存储字模信息，所以需要控制器有足够的存储空间。而且主控制器MSP430F149单片机有足够的内存空间，存储字模数据则绰绰有余。其硬件连接图如10.1所示：

VCCRvP3.0P3.1P3.2P4.0P4.1P4.2P4.3P4.4P4.5P4.6P4.7OE6OE5VCC12345671011121314171615181920U4VSSVDDV0D/IR/WED0D1D2D3D4D5D6D7RETNCPSBNCLED1LED212810KVCC 图10.1 128液晶框图

10.2 液晶显示测试

根据程序编程，在液晶上显示预设值、实际值、过压报警和工作正常字样。下表格10.2为实际检测液晶显示状况。

表10.2 液晶显示状况

128液晶 是否显示 预设电流值 是 实际测量值 是 过压报警显示 是 正常工作显示 是 通过128液晶显示和表中测试的数据可知，该项能完全满足指标要求。

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结束语

本作品的输出负载调整率和输出纹波都已经达到了预期的目标，但是电源的输出总效率与理论分析的结果还存在一定的差距。首先，也许是我们的理论认知水平还相当的不足，把芯片的功耗估计的太低了；其次，在电路布局上我们觉得还相当的不完美，还存在很多的问题（如电路的传输线太细，焊接点太小，选择了不适宜的电阻、电感），导致了其他部分的功率消耗和误差远超出了我们的估计。针对这一些问题，我们对电路各部分的焊接进行了优化，尽量的减小了电路板自身上产生的功率消耗，同时对电路中确定参数的电阻、电感进行了重新的计算和更换，以减小电路其他部分的功率消耗。

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致 谢

时光荏苒，岁月如梭。大学生活就快结束了，在这几年中我学到了很多宝贵的知识。尤其在这次电子竞赛中，短短几个月的强化学习和项目设计让我各方面的能力都得到大幅度提升。

在此我首先感谢父母给我提供这么好的学习环境，让我们能安心的学习和生活；另外感谢学校为我们搭建了一个锻炼自己、提升自我的平台，并且在这次毕业设计过程中给予了我们大力的支持和关怀！

其次，诚挚的感谢我的论文指导老师****老师。他在忙碌的教学工作中挤出时间来指导我的毕业设计和论文，**老师不仅在学习上教会我们如何自学、如何设计电路和调试等；而且还教会我们如何做人，如何正确处理好遇到的每一件事。还有曾经教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；你们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。祝恩师们身体健康，家庭幸福，德业永辉！

最后，我要感谢，非常感谢三年的大学生活， 感谢三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。祝同学、朋友们工作顺利，家庭幸福，学习更上一层楼。

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参考文献

[1] 刘国荣.计算机控制技术与应用[M].机械工业出版社.2008年4月. [2] 马潮.Atmega8 原理应用手册[M].清华大学出版社.2003 年3月. [3] Atmega16中文手册[M].双龙公司资料.整理：2007年10月22日.

[4] 罗小巧等.高精度宽量程智能电流源的设计[J].电气电子教学学报第26卷第6期. [5] 马云峰.单片机控制的直流电流源设计[M].潍坊高等专科学校学报1999年第3期. [6] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社.2001年7月. [7] 焦素敏.数字电子技术基础[M].人民邮电出版社.2007年1月.

[8] 刘光祜、饶妮妮.模拟电路基础[M].电子科技大学出版社.2009年11月. [9] 杨恩江.一种精密使用的仪表用恒流源设计[M].仪表设计1996年第二期.

[10] 沈建华、杨艳琴.MSP43系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].清华大学出版社. [11] 胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京航空航天大学出版社. [12] 魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京航空航天大学出版社. [13] 胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京航空航天大学出版社. [14] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛—系统设计[M].北京航空航天大学出版社.

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附 录

附录1 主要元件清单

主要元件使用清单及其参数特性 元器件名称 规格 数量 元器件主要特性 是一款16位超低功耗微控制器，内部60kB闪存、2kB RAM、12位ADC、2个USART、硬件乘法器，其抗干扰能力强，适应温度范围宽。 是一块稳压性能好的电源芯片，其最大电流可达5A，输入电压范围为5.5~33V，工作频率500kHz。 除最大输出电流为3A 小于TPS5450外，其他特性与其相同。 工作电压正负8V，单电源供电，最小共模抑制比达80%，输入最大偏置电流0.5A，是一块低噪声高精度满量程运算放大器 工作电压在2.7~36V，是一块精密低功耗仪表放大器 是一款疏外延基NPN达林顿功率晶体管，最大放大倍数1000 输出电压3.3V、电流800mA，工作温度范围：0~125℃ 单片机 MSP430F149 (TI) 1块 开关电源芯片 TPS5450(TI) 1块 开关电源芯片 低噪声高精度运放 精密低功耗仪表放大器 达林顿三极管 3.3V稳压芯片 TPS5430(TI) 1块 TLC2202(TI) 2块 INA118(TI) TIP122 AMS1117—3.3 1块 1块 1块

附录2 产品照片

VIN1.PWPD1MBRA350470μF76TLC22024C50.1μF8附录3 整机原理图

~220R145V1K8493R5RES2S14463626160P6.2(过压保护)59P6.1(A/D采样)585756555453525150499013AVccss2/A.2VP6Dss1/A.1VP6AP6.0/A0RST/NMIGNDR82K+C17100μF3INC210.1μF1+C191000μFOUTC220.1μF2+C2347μFVCC3.3P6.3SCLKC231043.3V5VU4VCCVCCR171KR18P1.6S1P1.4S110KRvD210VR91KMSP430F149U5Y3KCID/TTDOTSutHoMP5.7/TBTTDINITXUO22TXTAC6/PKLKCLM/S5..5P5.U4654VoutGNDVddDAC5571C160.1μFA0SCKSDAP1.1P1.08VinENANCNCC90.1μFP2.5/RoscPWPP1.5/TA0OUT/TA0A1C/2.2PATA/T6/.11.P2INCLKPTA/A7/.01.P2LKC2PP2.3/CA0/TA1P2.4/CA1/TA2P2.6/ADC12CLK00TA7/2.PEPO0IMST/S1/.03.P3P3.2/SOMI0P3.3/UCLK0P3.4/UTXD09.P1.5P1.6P1.7P2.017181920212223242526272829303132

L1R115VU2500ΩR310KU35P6.2(过压保护)P6.1(A/D采样)JP1R1R42.22K1ΩRL1-10Ω/50W0.01Ω+C80.1μF.R12200ΩINA118C9R1010K1234RgVin-Vin+V-RgV+VoRef8765470μHPHBOOTVSENSEGNDC70.01μFD28146U1TPS54507P2.05C633.3μF2VinENANCNCU65D/A输出端76.TLC2202U767P1.55VU9AMS1117-3.3V5TLC2202R25KQ1NPND1DIODE5VVCC3.3C20VCC3.3R1510KY10.1μFC1522pFC1422pFR131KC134MHzDIODE104

1KR19P1.7VCC1KR201KR211KP1.3OE5VCCS1.P1.2S2

VINT1C1+C2C3+22200μF0.1μFC4470μF0.01μFTRANS1BRIDGE1.TIP122VOUTR6RES2+C1810μFR7500

D/A输出端123VCCP1.05VP1.1P1.2P1.3R1010K123456710111213141516DVccP6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7VREF+XINXOUT/TCLKVeREF+VREF-/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/SMCLKP5.4/MCLKP5.3/UCLK1P5.2/SOMI1P5.1/SIMO1P5.0/STE1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0P3.7/URXD1P3.6/UTXD1P3.5/URXD048474544434241403938373635343310KU8TPS5450 32.768kHzS1L133μHVOUT..C50.1μFC63.3μF7532PHBOOTVSENSEGND8146C70.01μFD2P3.0P3.1P3.2P4.0P4.1P4.2P4.3P4.4P4.5P4.6P4.7OE6+C8MBRA350220μF12345671011121314171615181920VSSVDDV0D/IR/WED0D1D2D3D4D5D6D7RETNCPSBNCLED1LED2128R14