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1、本科毕业论文(设计)题 目：基于MSP430 单片机的数控稳压电源设计学 院： 自动化工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 指导教师： 2012年 5月 27 日The design of CNC linear regulated power supply based on the MSP430摘 要本文介绍了基于MSP430单片机的高精度数控稳压电源设计，设计制作的数控电源可以实现键盘控制输入，实时显示输入输出电压电流，并具有智能上电掉电保护、限流输出与短路保护等功能，具有易于操作、精度高、稳定度好、安全性强等特点。文中主要阐述了变压模块、电压调整模块、采样模块、反馈模块、键盘输
2、入模块、液晶模块以及单片机控制模块的原理设计与详细的制作流程。整个系统的设计是以16位的MSP430 单片机为核心，完成对数据的测量和处理，控制输出电压的变化，整个系统通过模拟仿真与实物测试分析，基本满足了设计指标，取得了良好的效果。关键词 数控电源 线性电源 智能 MSP430 AbstractThis article describes a design of high-precisI/On CNC regulated power supply based on MSP430 microcontroller, the design of digitally controlled power
3、 can control keyboard input, display of input and output voltage and current at real-time, and intelligent power brown-out protectI/On, current limiting output short circuit protectI/On, with easyoperatI/On, high accuracy, stability and security. This article described the main transformer module an
4、d voltage regulator modules, sampling module, feedback module, the principles of design of the keyboard input module, LCD module and MCU control module and detailed productI/On process. Overall system design is based on 16-bit MSP430 microcontroller as the core to complete the measurement and proces
5、sing of D/Ata, control the output voltage, the whole system via the simulatI/On and physical testing and analysis, and basic to meet the design specificatI/Ons, and achieved good results .Keywords CNC power supply Linear power Intelligent MSP430前 言在社会经济与科技蓬勃发展的今天，电能得到了广泛的利用，电力电子技术作为电能最广泛的应用技术之一，也得到了
6、飞快的发展，其中电源技术的不断进步与创新对此起到了很关键的作用。电源技术尤其是直流稳压电源技术服务于各行各业，它融合了电气、电子、电磁、系统集成、自动控制、现代控制、材料学等诸多学科领域，是一门实践性很强的工程技术。计算机和通讯技术的发展，带来了第三次科学技术革命，在给予电源技术广阔的发展空间的同时也对电源的性能提出了更高的要求。由于电力电子元件的特性，几乎所有的电子设备都需要在可靠、稳定的电源电路的支持下才能正常的工作，因此稳压电源是电子电路设计与分析过程中的必备设备，如果电源工作状态不稳定，会对电子设备的部分功能产生影响，甚至会影响整个系统的稳定从而会造成许多不良的后果。稳压电源按照分类标
7、准不同有很多不同的分类，例如按输出电源的类型分类可分为直流稳压电源和交流稳压电源；按照电源与负载的连接方式可分为串联型稳压电源和并联型稳压电源；又按调整管的工作状态分为线性稳压电源和开关稳压电源等。通常情况下电子设备在正常工作时都需要提供恒定的直流电能，因此直流线性稳压电源在电源技术中占有很重要的地位。目前的线性稳压电源按控制方式不同大致分为两类：一类是模拟电源，另一类是数字电源，模拟电源的系统电路均采用模拟器件控制，而后者则是通过数字电路进行控制。现在直流稳压电源越来越朝着数字化的方向发展，因此研究数控直流稳压电源是很有必要的。以单片机为核心的新一代数控直流稳压电源不但硬件电路结构简单，模块
8、性强，成本低，生产效率高，利于工厂大规模生产，而且采用单片机控制可以实现对电源的输出量进行信息采集与分析计算，实现对输出的自动控制与反馈，可以大大提高电源输出的稳定性和控制精度，同时它还具有自我保护功能和自恢复功能，智能检测可能出现的故障，并根据检测的结果采取预定的保护措施，极大地降低了模拟电路的故障率，并且操作方便，调试简单，体积小，可靠性高，具有很高的实用价值。本文对基于MSP430 单片机的数控直流线性稳压电源进行了初步的研究与设计，以达到进一步了解数控线性稳压电源的设计与应用的目的。第1章 数控线性稳压电源研究现状与发展方向1.1 选题的背景和意义1.1.1 选题背景 常用的直流稳压电
9、源按调整管的工作状态一般可分为两类，一类是比较简单的电子设备中广泛使用的线性稳压电源，比如教学实验用电源、电 解/电镀 用电源、收音机电源等；另一类是各种大功率的设备中广泛使用的开关稳压电源，比如微型计算机适配器、大功率功放电源、常用的充电器等。 线性稳压电源主要包括工频变压器、输出整流滤波电路、控制电路、主 电路、保护电路等五部分组成，它是先将220V 交流市电经过变压器变压得到低压交流电，再经过整流电路，整流得到有脉动的直流，经过滤 波电路对整流输出的直流进行滤波，得到相对稳定的没有脉动的直流电，然后进入调整电路，将电压恒定的直流电转化成输出电压受控制电路控制的直流电能，并通过反馈电路调整
10、输出电压，提高输出电压的精度， 现在这种电源的技术很成熟，可以达到很高精度和稳定度，输 出电压 波纹也很小，而且没有开关电源对外具有的干扰与噪音，但是它最大的缺点是需要庞大而笨重的工频变压器，滤波电路的电容体积和重量也相当大，而且电压调整电路是工作在线性状态，电源主电路的输入电流与电源的输出电流一致，而主电路上的电压降为输入和输出电压的差值，在 输出电压较小而输出较大的电流时，调整管上的功耗太大，转换 效率低（一般线性电源的效率只有3040% ），所以还需要安装很大的散热片。与线性电源相反，开关电源具有体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的2030%）、效率高（一般 为6070%，最高达到9
11、0%以上）、自身抗干扰能力强、输出电压范围宽、模块化强等优点，但是由于开关稳压电源的开关管工作在开关状态，在逆变过程中会产生高频电压，这 些交变 的电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰就会污染市电电网，直接或间接的影响临近的电子仪器设备的正常工作，因此需要良好的屏蔽及接地，而且开关电源的输出纹波电压大，在对电源质量要求比较高的一些精密电子仪器等场合，开关稳压电源尚不能胜任。传统的线性稳压电源功能简单、不易控制、可靠性低、精度低、体积大且复杂程度高、故障率高、自我保护功能不够完善，因而实用性比较低。随着各种电子、 电 气设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不
12、断向着小型化、智能化、高效化、数字化、模块化、绿色化方向发展，以单片机 为核心的新一代智能稳压电源不但硬件电路简单，结构紧凑，性能卓越，而且价格低廉，模块化强，利于大 规模生产，生产效率高，利用单片机对输出进行采集分析计算和控制，能够极大地减小输出电压的纹波，提高 稳压电源的稳定度及控制精度，同时智能稳压电源具有自我保护电路和自恢复功能，智能检测可能出现的故障，并采取相应措施，极大地降低了硬件电路的复杂程度，此外，输出电压和最大输出电流采用键盘输入，可以保证负载的安全，输出电压电流等信息通过屏幕或数码管显示，人机界面友好，操作方便，调试 也比较简单，体积小，故障率低，具有很高的实用价值。1.1
13、.2 意义 采用单片机控制的数控直流稳压电源是针对传统稳压电源的不足而提出来的，它不仅能够减少电源生产过程中的不确定因素（如阻值精度等）以及人为参与的环节数，更有效的解决了传统电源模块中诸如智能化程度低、可靠性低、不易控制、产品一致性低等一系列问题，极大地提高了生产效率以及产品可维护性。电源采用单片机控制，具有以下明显优点： 系统升级一般只需改动软件算法，通过下载口就可以更新程序，硬件电路不必更改即可继续使用，减少不必要开支，易于电源更新换代。 具有友好的人机界面。智能化的数控稳压电源采用键盘控制，还能将电源的工作状态、运行情况以及测量数据的处理结果实时通过屏幕显示出来，使系统的工作状态更加方
14、便直观，利于工作人员操作。 系统一致性好，易于校准和调试，高级的智能电源还具有智能自校准功能。 产品维护方便，一旦出现故障，可以通过通信接口在线检测查询故障，对于软件故障通过通讯接口就可以修复系统软件，实现与上位PC机通信，可以随 时监视电源设备运行状 态、各项技术参数以及实现远程开关机等功能。 控制灵活，系统可靠性高，控制精度高，具有自我保护功能和自恢复系统。 由于采用单片机进行控制，易于采用先进的控制算法和控制策略，通过编程就可以实现比较复杂的均流控制算法，实现高可靠性、高冗余度的电源并联均流，为系统的扩容提供了方便。1.2 研究现状及发展方向1.2.1 研究现状迄今为止，电源技术已经发展
15、成为一门比较完整的、自成体系的高科技体系技术，其中数控稳压电源是从十九世纪80年代才开始发展起来的，期间系 统的电力电子理论也刚刚开始建立，这些理论为以后的发展提供了一个良好的基础，在后来的一段时间内，数控稳压电源技术有了很大的进步和发展，但是局限于当时的科学理论水平与制作工艺，产品存在数控程度低、控制精度达不到要求、可靠性与稳定性低等一系列缺点，因此数控稳压电源的发展方向主要是针对以上的几个缺点进行不断的改进和完善，随着新的控制理论以及数据转换技术的发展，各种专用的集成电路的不断研发与利用，单片机及A/D 、D/A转换器得到了广泛的使用，为后来数控稳压电源的发展提供了极大的便利条件，到了90
16、年代，已经出现了数控精度达到0.05V/LSB 的数控 稳压电源，功率密度更是达到50W每立方英寸，到今天，大量的电源专 用的芯片被广泛采用，并出现了集成高精度的A/D、D/A与段码液晶驱动的专门用于电能测量的单片机，这些产品的出现极大的缩短了新产品的设计周期，更利于数控稳压电源的设计与研发。在我国以现代电力电子为核心的电源产业兴起比较晚，直到二十世纪60年代才开始形成，到了90年代，电源产业进入快速发展的阶段，一方面得益于国家自然基金的资助与激励，另一方面市场对电源的需求不断增大，电 源产业的规模在不断扩大，在创新意识的指导下，国内开展了跟踪国际多方面前沿课题的研究，使我国的电源技术的研究从引进吸收消化，过 渡到一般的跟踪发展，再到前沿跟踪与
