基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器(秦臻)

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1、MSP430G2系列Launchpad作品开发实例教程 n实例名称:基于MSP430G2211实现的多路电源开 关 控制器n作 者:秦臻n制作单位:西安电子科技大学测控工程与仪器系 n MSP430单片机联合实验室n制作时间:2011年12月1基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器作品基本情况介绍 本作品使用MSP430G2211单片机实现了通过 按键对四路功率继电器进行选择控制,达 到对四路交流电源加电/断电的控制要求, 由于是对220V市电进行控制,所以作品中 尽可能的考虑了使用安全问题,使用了隔 离电路以及在每一路上都有功率限制。2基于MSP430G2211实现的多路电源开

2、关控 制器MSP430G2211单片机 MSP430G2系列单片机是德州仪器公司推出的 一系列针对于低成本低功耗应用的单片机,针对 不同的应用,提供了具有不同模块的多种型号。 具体功能表如下表。3基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器nMSP430G2系列选型表Part# MSP430GProgram (kB)SRAM (B)I/O16-bit TimerUSI (I2C/SPI)USCI (I2C/SPI/UART)Comp_A+ADC Ch/Res1kU Price2x010.5 -2128101-$0.34 - $0.472x211 - 2128101Y-$0.46 - $

3、0.482x111 - 2128101-Y-$0.45 - $0.482x311 - 2128101Y-8/10$0.49 - $0.522x021 - 8256161Y-$0.48 - $0.652x121 - 8256161Y-Yslope$0.49 - $0.652x321 - 8256161Y-8/10$0.55 - $0.702x521 - 8256161Y-Y8/10$0.55 - $0.702x531 - 16256 - 512242-YY8/10$0.65 - $0.952x032 - 8256 - 512242-YY-$0.60 - $0.752x132 - 16256 -

4、512242-YY-$0.65 - $0.902x332 - 16256 - 512242-YY8/10$0.65 - $0.904基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的开发平 台。它适用于适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品,其 基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器 件开发应用所必需的所有软、硬件。LaunchPad 具有集 成的DIP 目标插座,可支持多达20 个引脚,从而使 MSP430 Value Line 器件能够简便地插入LaunchPad 电 路板中。此外,其还可提供

5、板上Flash 仿真工具,以直 接连接至PC 轻松进行编程、调试和评估。LaunchPad 试 验板还能够对eZ430-RF2500T 目标板、eZ430-Chronos 手表模块eZ430-F2012T/F2013T 目标板进行编程。此外 ,它还提供了从MSP430G2xx 器件到主机PC 或相连目标 板的9600 波特UART 串行连接。5基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器nMSP430G2系列Launchpad开发板硬件资源 USB 调试与编程接口无需驱动即可安装使用,且具备高 达9600 波特的UART 串行通信速度 支持所有采用PDIP14 或PDIP20 封装的M

6、SP430G2xx 和 MSP430F20xx 器件 分别连接至绿光和红光LED 的两个通用数字I/O 引脚可 提供视觉反馈 两个按钮可实现用户反馈和芯片复位 器件引脚可通过插座引出,既可以方便的用于调试,也 可用来添加定制的扩展板 高质量的20 引脚DIP 插座,可轻松简便地插入目标器件 或将其移除6基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器nMSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件 资源Embedded Emulation6-pin eZ430 ConnectorPart and SocketCrystal PadsPower ConnectorReset Butt

7、onLEDs and JumpersP1.0 & P1.6P1.3 ButtonChip PinoutsUSB Emulator Connection7基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器n系统总体设计方案为了实现安全的控制220V的交流电,本作品使用隔离 控制大功率继电器的方式实现。220V交流电引入系统后 ,经过继电器和保险管后再经过四路插座输出。在控制 继电器的方式上,为了安全起见,控制信号通过光耦隔 离之后控制继电器。本作品可以实现4路220W的功率输出 控制。各个模块之间的具体工作关系如下,用户通过键盘像 MSP430处理器发送命令,MSP430G2211处理器在检测

8、到案 件后,会对相应的继电器控制I/O置位,注意此时的控制 信号是隔离之前的信号;此信号经过隔离模块之后交给 控制模块,用来控制相应的继电器动作,从而使得不同 的通道导通。系统设计框图如下:8基于MSP430G2211实现的多路电源开关控 制器9单元电路介绍nMSP430G2211控制系统模块如图2.1所示,P1.6,P1.7,P2.6,P2.7用 于产生四个继电器的控制信号,由于本系 统是用于大功率电源控制,从安全上考虑 ,在系统上电单片机复位阶段,由于I/O 电平不确定,有可能会给后级带来安全隐 患,所以这里将四路I/O口全部下拉,用 改变I/O口方向的方法实现控制电平的切 换。这样,在系

9、统复位到对I/O初始化的 过程内电平都可控。确保了系统可靠性。 同时由于G2211系列I/O资源较少,这里同 时将指示灯功能也通过硬件的方法实现, 高电平的时候继电器导通,并点亮相应 LED。10单元电路介绍n继电器控制模块 这里使用一种最常用的继 电器控制电路,同时为了保 证系统安全,在每一路都增 加的电流峰值吸收电路和保 险管。 11单元电路介绍n继电器控制模块ULN2003是一款大功率的达林 顿管阵列芯片,用在控制继电 器上可以省略掉续流二极管。 这里将经过光耦隔离出来的单 片机控制信号进行电平转换和 功率放大,以达到驱动继电器 的目的。在继电器驱动中, R13和C1用于吸收在继电器切

10、换瞬间的电流尖峰,以免造成 单片机干扰。 12单元电路介绍n控制信号隔离模块为了确保控制安全,控制信号全部经过一片TLP521-4芯 片进行电器隔离,将强电弱电完全分离。 13单元电路介绍n隔离电源模块由于控制信号的隔离,因此 系统电源也隔离为两套。电 源引进系统后,一路经过直 接供给用于驱动继电器和 ULN2003;另一路经过DC- DC隔离模块之后供给单片机 系统。 14PCB设计注意事项n由于本系统引入了220交流电,为了满足强电安 全规范,在PCB设计时,应该将220V电源的走 线宽度大于50mil,走线间距大于20mil,以满足爬 电距离要求。在加工PCB时也应要求PCB板厚度 大于

11、1.2mm。15作品实物图16软件程序流程图n系统总流程图本作品在软件程序上 的功能较为简单,在 对系统时钟、键盘I/O 以及控制继电器的I/O 进行初始化后,系统 就开始等待键盘命令 。17软件程序流程图n中断服务程序流程图由于控制继电器的I/O口采用的下 拉方式,所以控制程序使用改变 I/O方向的方式来改变输出电平。 例如,需要将P1.6口输出高电平时 ,需要将P1.6输出设为高,同时将 方向设置为输出模式;如果希望 P1.6输出低电平,则将P1.6口方向 置为输入即可。这样可以保证在系 统复位时也有确定的低电平输出。 18CCS设计与调试方法介绍nCCS概述 Code Composer

12、Studio (CCStudio) 是用于德州仪器 (TI) 嵌入式处理器系列的集成开发环境 (IDE)。 CCStudio 包含一整套用于开发和调试嵌入式应用的工具 。 它包含适用于每个 TI 器件系列的编译器、源码编辑 器、项目构建环境、调试器、描述器、仿真器、实时操 作系统以及多种其他功能。19n选择一个工作空间建立新工程20建立新工程n选择File-New-CCS Project,进入如图所示界面21建立新工程n选择器件型号 单击Finish之后,还有最后一步就可以开始编程了 22建立新工程对工程单击右键选择New-Source File,添加一个 main.c文件。以下就是完整的开发

13、界面 23开始调试 n在程序编写完成后,单击Project-Build Active Project,如果没错就可以单击快捷工具栏的debug按钮 开始在线调试,CCS提供了强大的调试工具,结合debug 快捷工具可以实现全速运行,单步运行,设置断点,观 察变量等一系列功能,如图。24开始调试25总结与思考 n作品总结MSP430G2系列单片机高性能低成本的特点决定了十分 适合应用于类似本作品的这种应用当中。本作品在设计 上充分考虑了MSP430G2系列单片机的资源,并同时重 点对系统的安全性进行了考虑,采用了诸如隔离控制, 保险管,尖峰吸收电路等一系列措施保证系统的安全可 靠。本作品安全可靠,使用方便,充分利用了G2系列低 功耗低成本的特点。26总结与思考n思考与扩展在本作品基础上,建议读者关于本作品功能的进一步增 强进行如下思考。如:如何使系统的功率和耐压值更高 ?断电之后系统如何保持当前状态?是否能增加无线控 制功能,进一步增强控制人员的安全?是否能够进行网 络化改造,统一远程控制? 27总结与思考n建议在功能上做如下扩展工作: n控制切换电压提高到380Vn增加Zigbee无线控制功能n提供网络化控制功能28n致谢:n 美国德州仪器半导体技术(上海)公司n 西安电子科技大学机电工程学院n联系方式 :029-8820311729

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