多路可調(diào)電源

1、2016年全國大學生電子設(shè)計競賽多路低壓輸出電源（呂剛、蘭元帥、楊玉凱組）2016年7月5日II摘 要 競賽結(jié)束時，參賽隊應將設(shè)計報告密封紙在距設(shè)計報告上端約2厘米處裝訂，然后將參賽隊的代碼（代碼由賽區(qū)組委會統(tǒng)一編制，在發(fā)放題目時通知各參賽隊）寫在設(shè)計報告密封紙的最上方。設(shè)計報告裝訂好后將密封紙掀起并折向報告背面，最后用膠水在后面粘牢。設(shè)計報告上不允許出現(xiàn)參賽隊的學校、姓名等文字。目 錄1系統(tǒng)方案11.1 DC-DC的論證與選擇11.2 低壓差線性穩(wěn)壓的論證與選擇11.3 控制系統(tǒng)的論證與選擇12系統(tǒng)理論分析與計算22.1 低壓差線性穩(wěn)壓的分析22.1.1 低壓差線性穩(wěn)壓芯片的分析22.2 低

2、壓差線性穩(wěn)壓的計算22.2.1 輸出電壓計算22.3 DC-DC的計算32.3.1 LM2596分析33電路與程序設(shè)計43.1電路的設(shè)計43.1.1系統(tǒng)總體框圖43.1.4電源43.2程序的設(shè)計53.2.1程序功能描述與設(shè)計思路53.2.2程序流程圖54測試方案與測試結(jié)果54.1測試方案54.2 測試條件與儀器64.3 測試結(jié)果及分析64.3.1測試結(jié)果(數(shù)據(jù))64.3.2測試分析與結(jié)論6附錄1：電路原理圖7附錄2：源程序8多路低壓輸出電源1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由DC-DC模塊、低壓差線性穩(wěn)壓模塊、電流電壓采樣模塊、控制組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。1.1 DC-DC的論證與選擇方案一：采

3、用MC34063 開關(guān)電源芯片早期的開關(guān)電源芯片之一，開頻率40KHz 80KHz ，最大輸出電流1A ，但是由于輸出的紋波比較大，一般很難做到20mV 以下，所以無法滿足設(shè)計需求。方案二：采用LM2596 開關(guān)電源芯片也算是早期開關(guān)電源芯片了，但是其性能比MCP34063好，開關(guān)頻率可達200KHz ，輸出可以很容易做到20mV 以內(nèi)，可以滿足設(shè)計需求。綜合以上兩種種方案，選擇方案二。1.2 低壓差線性穩(wěn)壓的論證與選擇方案一：采用LM317LM317 是比較老的可調(diào)線性穩(wěn)壓器，具備1.5A 輸出電流，最大壓差2.5V。輸入、輸出壓差比較大，效率相對較低。方案二：采用AMS1117新一代低壓差

4、線性穩(wěn)壓，具備1A輸出電流，最大壓差1.35V方案三：采用三極管做射極跟隨器直接采用三極管做跟隨器，由于基極電壓會等于發(fā)射極電壓減結(jié)電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓可調(diào)輸出。但實際測試發(fā)現(xiàn)發(fā)射極電壓帶上負載后電壓會被拉低，從而無法滿足設(shè)計需求。綜合以上三種方案，選擇方案二。1.3 控制系統(tǒng)的論證與選擇方案一：采用STM32F103ZET6-ARM 32位的Cortex-M3-最高72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHZ單周期乘法和硬件除法。-2個DMA控制器，共12個DMA通道：DMA1有7個通道，DMA2有5個通道-支持的外設(shè)：定時器、ADC、SPI、USB、IIC和U

5、ART-多達112個快速I/O端口(僅Z系列有超過100個引腳)-26/37/51/80/112個I/O口，所有I/O口一塊映像到16個外部中斷；幾乎所有的端口均可兼容5V信號。整體具有較強的性能。方案二：采用TI-MSP430F5438AMSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。MSP430單片機稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應用于需

6、要電池供電的便攜式儀器儀表中。綜合考慮采用TI-MSP430F5438A2系統(tǒng)理論分析與計算2.1 低壓差線性穩(wěn)壓的分析 2.1.1 低壓差線性穩(wěn)壓芯片的分析由于輸出電壓比較低，所以采用超低壓差線性穩(wěn)壓，可以減輕設(shè)計難度，減小EMI，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時還具有低成本的特點。本設(shè)計采用艾曼斯公司AMS1117、AMS1085 兩款低壓差穩(wěn)壓芯片，在滿足電壓電流的同時，由于壓差很低，最高壓差1.2V，相比開關(guān)電源，二極管整流，及其MOS開關(guān)損耗，在低壓輸出這里，效率相差不大。2.2 低壓差線性穩(wěn)壓的計算 2.2.1 輸出電壓計算根據(jù)數(shù)據(jù)手冊資料可知： 2-2-1由上式可得，最小輸出電壓為參考電壓V

7、REF=1.25V。通道一需要輸出1.1V電壓通道一：輸出1.1V在輸出串聯(lián)一個二極管（利用二極管導通后兩端電壓不變原理分壓0.6V），所以將輸出電壓調(diào)節(jié)到1.7V ，由于串聯(lián)了二極管管，輸出就只有1.1V 了。通道二：輸出1.5VR1 固定為1KR，調(diào)節(jié)R2阻值，使之輸出電壓達到1.5V。通道三：輸出1.8VR1 固定為1KR，調(diào)節(jié)R2阻值，使之輸出電壓達到1.8V。通道四：輸出3.3VR1 固定為500R，調(diào)節(jié)R2阻值，使之輸出電壓達到3.3V。通道五：輸出3.0VR1 固定為500R，調(diào)節(jié)R2阻值，使之輸出電壓達到.3.0V。通道六：輸出3.3V直接采用固定電壓輸出的AMS1117_3.

8、32.3 DC-DC的計算 2.3.1 LM2596分析前級采用DC-DC變化器，將輸入電壓降到5.0V 和 3.0 V 為低壓差線性穩(wěn)壓芯片提供電源，從而提高效率。根據(jù)手冊搭建電路，并根據(jù)提供的計算公式計算各阻值，公式如下： 2-3-1VREF=1.25V通過固定R1,調(diào)節(jié)R2 就可以得到輸出5.0V 和3.0 V 電壓。3電路與程序設(shè)計3.1電路的設(shè)計3.1.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖3.3.1所示：輸入控制電路DC-DCAMS1117_ADJ_3.0AMS1085_ADJ_3.3AMS1117_ADJ_1.8AMS1117_ADJ_1.5AMS117_ADJ_1.1AMS1117_3

9、.3電壓電流檢測PWM開關(guān)電壓電流檢測PWM開關(guān)電壓電流檢測PWM開關(guān)電壓電流檢測PWM開關(guān)電壓電流檢測PWM開關(guān)通道六輸出且為系統(tǒng)供電通道五輸出通道四輸出通道三輸出通道二輸出通道一輸出圖3.3.1系統(tǒng)總體框圖3.1.4電源電源由學生電源提供5V - 30V電壓范圍。故不作詳述。3.2程序的設(shè)計3.2.1程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)按鍵控制輸出開關(guān)、PWM控制、電壓電流檢測以及OLED顯示。1）按鍵：實現(xiàn)一鍵開關(guān)機，PWM選擇及其調(diào)節(jié)。2）PWM：調(diào)節(jié)脈寬實現(xiàn)LED 亮度變化。3）電壓電流檢測：采用輸出電壓、電流及其輸入電壓、電流，計算系統(tǒng)總效率，并做過流

10、保護。3.2.2程序流程圖1、主程序流程圖2、XXX子程序流程圖3、XXX子程序流程圖4、XXX子程序流程圖4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案1、硬件測試通過萬用表測試各路輸出電壓、電流，同時測量輸入總電壓、電流。2、軟件仿真測試通過示波器測量控制電路產(chǎn)生的PWM，在通過邏輯分析儀分析各通道啟動時序。并測量顯示是否正常。3、硬件軟件聯(lián)調(diào)通過示波器測量輸出PWM，通過邏輯分析儀測量個輸出通道啟動時序。并觀察顯示是否正常。4.2 測試條件與儀器測試條件：檢查多次，硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：高精度的數(shù)字萬用表，數(shù)字示波器，學生電源。4.3 測試結(jié)果

11、及分析4.3.1測試結(jié)果(數(shù)據(jù))4.3.2測試分析與結(jié)論根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論：1、2、3、綜上所述，本設(shè)計達到設(shè)計要求。15附錄1：電路原理圖整體電路圖附錄2：源程序#include <msp430F5438A.h>void Delay_ms(unsigned int i);#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long int#define CPU_F (double)24000000UL) /XT2 -> 24MHZ#define Delay_

12、us(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000000.0) /延時1us#define Delay_ms(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000.0) /延時1msuchar num = 0;void Set_Vcore(uint level);void Init_Clock();void Timer_B0_1_init() /TAB0.1輸出PWM 由P4.1輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL1 = OUTMOD_7; /輸出模式7

13、 TB0CCR0 = 164; /時鐘頻率為32768HZ，波形32768/CCR0=199HZ TB0CCR1=123; /占空比3/4void Timer_B0_2_init() /TB0.2輸出PWM 由P4.2輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL2=OUTMOD_7; TB0CCR0 = 164; TB0CCR2=41; /占空比1/4void Timer_B0_3_init() /TB0.3輸出PWM 由P4.3輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL3 =

14、 OUTMOD_7; /輸出模式7 TB0CCR0 = 164; /時鐘頻率為32768HZ，波形32768/CCR0=199HZ TB0CCR3=123; /占空比3/4void Timer_B0_4_init() /TB0.4輸出PWM 由P4.4輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL4 = OUTMOD_7; /輸出模式7 TB0CCR0 = 164; /時鐘頻率為32768HZ，波形32768/CCR0=199HZ TB0CCR4=123; /占空比3/4void Timer_B0_5_init() /TB0.5輸出PWM

15、 由P4.5輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL5 = OUTMOD_7; /輸出模式7 TB0CCR0 = 164; /時鐘頻率為32768HZ，波形32768/CCR0=199HZ TB0CCR5=123; /占空比3/4void Timer_B0_6_init() /TB0.6輸出PWM 由P4.6輸出 TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; /ACLK,增計數(shù) TB0CCTL6 = OUTMOD_7; /輸出模式7 TB0CCR0 = 164; /時鐘頻率為32768HZ，波形32768/CCR0=

16、199HZ TB0CCR6=123; /占空比3/4void IO_init() P4SEL|=BIT1+BIT2; P4DIR|=BIT1+BIT2;/P4.1 P4.2輸出 P4SEL|=BIT3+BIT4; P4DIR|=BIT3+BIT4;/P4.3 P4.4輸出 P4SEL|=BIT5+BIT6; P4DIR|=BIT5+BIT6; /P4.5 P4.6輸出void main(void) /主函數(shù) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /關(guān)閉看門狗 Init_Clock(); /初始化系統(tǒng)時鐘 P4OUT |= BIT1 + BIT2 + BIT3 + BIT4 + B

17、IT5 + BIT6; /P8.1 P8.2 P8.3 P8.4 P8.5 P8.6 為上拉 P4OUT &= BIT6; TA1CCTL0 = CCIE; / CCR0 interrupt enabled TA1CCR0 = 10000; /定時10ms TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 + TACLR; / SMCLK, upmode, clear TAR TA1CTL |= ID_3; / 對SMCK進行8分頻，然后作為TACLK使用 TA1EX0 |= TAIDEX_2; / 對SMCK8分頻后再進行3分頻，然后作為TACLK使用，總共為24分頻得到1Mhz P

18、1DIR &= ( BIT4 + BIT5 + BIT6); /P1.4、P1.5,P1.6 設(shè)置為輸入 - KEY P1OUT |= BIT4 + BIT5 + BIT6; /P5.4 P5.5 為上拉 P1IE |= BIT4 + BIT5 + BIT6; / 允許P1.4、P1.5,P1.6中斷 P8DIR |= BIT0+BIT1;/P8.0設(shè)置為輸出 P8OUT |= BIT0+BIT1; /P8.0 = 1，LED滅 P1IFG &= (BIT4 + BIT5 + BIT6); P1IES |= BIT4 + BIT5 + BIT6; / P1.4、P1.5,P1.

19、6設(shè)為下降沿中斷 P1REN |= BIT4 + BIT5 + BIT6; /上拉下拉電阻使能 _EINT(); /while(1); while(1) if(!(P5IN&BIT4) /P5.4按下 /Delay_ms(10); if(!(P5IN&BIT4) /確認P5.4按下 IO_init(); Timer_B0_4_init(); Timer_B0_1_init(); Timer_B0_2_init(); Timer_B0_3_init(); Timer_B0_5_init(); Timer_B0_6_init(); _EINT(); / 總中斷允許 TB0CCR0

20、= 164; TB0CCTL4 = OUTMOD_7; TB0CCR4=123; TB0CTL |= TBSSEL_1+MC_1+TBCLR; while(1); /while(!(P5IN&BIT4); /等待按鍵松開 / Timer A0 interrupt service routine#pragma vector=TIMER1_A0_VECTOR_interrupt void TIMER1_A0_ISR(void) num+; if(num = 1) P4DIR |= BIT2; /P8.2設(shè)置為輸出，P8與第0位（與1相與等于1，其他位不變）P4OUT &= BIT2

21、; /P8.2 = 0，P8OUT &= BIT0; /P8.0 = 1，LED滅 /num = 0; if(num = 10) P4DIR |= BIT5; /P8.5設(shè)置為輸出，P8與第0位（與1相與等于1，其他位不變） P4OUT &= BIT5; /P8.5 = 0，LED亮 P4DIR |= BIT1 + BIT3 + BIT4; P4OUT &= BIT1; P4OUT &= BIT3; P4OUT &= BIT4; P8OUT &= BIT1; /P8.0 = 1，LED滅 num = 0; #pragma vector = POR

22、T1_VECTOR /P1口中斷源_interrupt void P1_ISR(void) /聲明一個中斷服務程序，名為P1_ISR() if(P1IFG & BIT4) P8OUT &= BIT0; /P8.0 = 1，LED滅 TB0CCR4+; /LED顯示狀態(tài)取反 /在這里寫P1.5中斷處理程序 if(TB0CCR4=TB0CCR0) TB0CCR4=1; P1IFG &=BIT4; if(P1IFG & BIT5) TB0CCR4-; /LED顯示狀態(tài)取反 /在這里寫P1.5中斷處理程序 if(TB0CCR4=0) TB0CCR4=1; P1IFG &

23、amp;=BIT5; if(P1IFG & BIT6) TB0CCR4-; /LED顯示狀態(tài)取反 /在這里寫P1.5中斷處理程序 if(TB0CCR4=0) TB0CCR6=1; P1IFG &=BIT4; P1IFG=0; /清除P1所有中斷標志位void Init_Clock()uchar i; P5SEL |= BIT2 + BIT3; /P5.2和P5.3選擇為晶振XT2輸入 P7SEL |= BIT0 + BIT1; /P7.0和P7.1選擇為晶振XT1輸入 Set_Vcore(PMMCOREV_3); / Set frequency up to 25MHz UCSC

24、TL6 &= (XT1OFF + XT2OFF); / Set XT1 & XT2 On UCSCTL6 |= XCAP_3; / Internal load XT1 cap 12pF，MSP430F5438A V4.0最小系統(tǒng)XT1未接外部晶振 do / Loop until XT1,XT2 & DCO stabilizes UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + XT1HFOFFG + DCOFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; / 清除振蕩器失效標志 for (i = 0xFF; i > 0; i-); / 延時，等待XT2起振 while (SFRIFG1