基于MSP430单片机设计的高效数控直流电源及其测试方法与流程

本发明涉及直流电源
技术领域：
，具体涉及一种基于msp430单片机设计的高效数控直流电源及其测试方法。
背景技术：
电压电流源是很多电子仪器设备研制的关键设计之一，电源在工作时产生的变动或误差，将对整个电子仪器设备的测量精度产生影响，因此需要提供恒压恒流电源确保电子仪器的测量准确。另外，针对不同的测控系统或电子电路设计中，通常因工作需求不同或硬件需求，经常需要不同电压等级的恒压恒流的电源。目前，针对上述两种要求，现有的电源设计或电源控制系统都难以满足，或者有些电源设计虽然满足恒压恒流的需求，但无法实现数控调节，又或者有些电源设计虽然既能满足恒压恒流需求，也能满足数控调节的需求，但整体工作效率较低，输出效率无法达到85%以上，控制系统过于复杂，耗损严重，抗干扰能力差，最终在实际工作中存在工作不稳定，耗损严重，输出效率低等不足，严重时对测量精度产生较大影响。例如
专利名称：为数控直流电源（专利号：zl201210018274.4）的发明专利公开了一种数控调节的恒压恒流控制系统，该专利技术整体设计较复杂，实现恒压恒流电源方法复杂，实际运行时损耗严重，输出效率较低。技术实现要素：本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于msp430单片机设计的高效数控直流电源及其测试方法，它具有结构设计合理、稳流稳压、数控调节输出电压电流及输出效率高等优点，解决了现有技术中存在的问题。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于msp430单片机设计的高效数控直流电源，包括msp430单片机，msp430单片机的pwm输出端分别与恒压模块和恒流模块连接，所述恒压模块输出端连接有电压检测模块，电压检测模块将检测数据传输给msp430单片机，所述恒压模块输出端连接有电流检测模块，电流检测模块将检测数据传输给msp430单片机，所述msp430单片机分别与显示器、按键和上位机连接。所述msp430单片机输入端还分别连接有电源模块、复位电路和晶振电路。所述输入电源为市电经过隔离变压器降压以及经过前置整流桥和前置滤波电容器整流滤波后的电源。所述恒压模块包括依次接入输入电源的开关电压调节器、整流二极管、带磁芯电感、后置整流桥和后置滤波电容器，电源输出端设有电压采样电路，电压采样电路与msp430单片机连接，所述msp430单片机包括有pwm控制模块，pwm控制模块输出端与开关电压调节器连接。所述开关电压调节器为lm2596-adj。所述电压采样电路包括连接在输出电源端的电压采样电阻，电压采样电阻通过线路与电压采样放大电路连接，电压采样放大电路将处理后的数据传输给msp430单片机。所述pwm控制模块连接有积分器，积分器与开关电压调节器连接。所述恒流模块包括依次接入输入电源的大功率电子切换开关、高频滤波电路和电流采样电路，电流采样电路与msp430单片机连接，pwm控制模块与大功率电子开关连接。所述电流采样电路包括设置在输出电源端的电流采样元件，所述电流采样元件通过线路与电流采样放大电路连接，电流采样放大电路与msp430单片机连接。所述高频滤波电路为将高频方波滤波为平滑直流输出的π型lc电路。基于msp430单片机设计的高效数控直流电源的测试方法，包括以下步骤：（1）系统开始后，首先系统进行初始化；（2）调用键盘显示程序；（3）调用采样子程序；（4）将采集的数据与输出设定值比较，判断是否超限，超限时，调用超限保护程序，返回步骤（3），不超限时，根据输出设置数据，控制pmw的脉冲宽度与周期。步骤（1）中的所述系统进行初始化是指系统启动初始化设置。步骤（2）中的所述显示程序是指显示电流、电压参数的程序。步骤（3）中的所述采样子程序是指电压采样电路，经信号调理后送单片机的a/d输入端对输出电压进行采样，并与输出电压设定值进行比较以控制pwm的输出从而完成对整个输出电压的控制和稳定过程。步骤（4）中所述pwm控制模块控制脉冲宽度与周期。本发明与现有技术相比所具有的有益效果：本发明采用上述方案，针对现有直流电源设计存在的技术问题，设计了基于msp430单片机设计的高效数控直流电源及其测试方法，通过设计msp430单片机为控制核心，该单片机具有低功耗的优点，利用其内部模块产生pwm信号（脉宽调制信号），实现低功耗的前提下，提高了工作效率，具有稳压、稳流的优点，而且通过设计恒压模块和恒流模块，不仅能够实时反馈输出的电压和电流，而且通过单片机和其内部的pwm控制模块实现对高效开关电源和大功率电子开关进行控制和调节，进而实现数控调节及实现稳压稳流的作用，其开关稳压源效率和开关稳流源效率均达到85%以上，既可以利用按键任意设定输出电压、电流值，也可以步进调整输出值，其输出电压步进调整值为0.1v，输出电流步进调整值为1ma。且电路简洁、输出精度高、工作稳定，具有较高的实用价值。附图说明图1是本发明的结构示意图；图2是本发明恒压模块结构示意图；图3是本发明恒流模块结构示意图；图4是本发明工作流程示意图；图中，1、隔离变压器，2、前置整流桥，3、前置滤波电容器，4、开关电压调节器，5、整流二极管，6、带磁芯电感，7、后置整流桥，8、电压采样电阻，10、电压采样放大电路，11、积分器，12、大功率电子切换开关，13、高频滤波电路，14、电流采样元件，15、电流采样放大电路。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。如图1所示，基于msp430单片机设计的高效数控直流电源，包括msp430单片机，msp430单片机的pwm输出端分别与恒压模块和恒流模块连接，恒压模块输出端连接有电压检测模块，电压检测模块将检测数据传输给msp430单片机，所述恒压模块输出端连接有电流检测模块，电流检测模块将检测数据传输给msp430单片机，所述msp430单片机分别与显示器、按键和上位机连接。通过设计msp430单片机为控制核心，该单片机具有低功耗的优点，利用其内部模块产生pwm控制信号（脉宽调制信号），实现低功耗的前提下，提高了工作效率，具有稳压、稳流的优点，而且通过设计恒压模块和恒流模块，不仅能够实时反馈输出的电压和电流，而且通过单片机和pwm控制模块实现对高效开关电源和大功率电子开关进行控制和调节，进而实现数控调节及实现稳压稳流的作用，其开关稳压源效率和开关稳流源效率均达到85%以上，既可以利用按键任意设定输出电压、电流值，也可以设置步进调整输出值，其输出电压步进调整值为0.1v，输出电流步进调整值为1ma。且电路简洁、输出精度高、工作稳定，具有较高的实用价值。msp430单片机输入端还分别连接有电源模块、复位电路和晶振电路。输入电源为市电经过隔离变压器1降压以及经过前置整流桥2和前置滤波电容器3整流滤波后的电源，实现对市电的初步处理，为后续本系统的控制调节打下基础。恒压模块包括依次接入输入电源的开关电压调节器4、整流二极管5、带磁芯电感6、后置整流桥7和后置滤波电容器8，电源输出端设有电压采样电路，电压采样电路与msp430单片机连接，pwm控制电路输出端与开关电压调节器4连接，实现对输出电压的实时反馈，以便及时调整，进而实现稳压的作用。开关电压调节器4为lm2596-adj，具有性能稳定，效率高。电压采样电路包括连接在输出电源端的电压采样电阻9，电压采样电阻9通过线路与电压采样放大电路10连接，电压采样放大电路10将处理后的数据传输给msp430单片机，实现快速准确的采集输出电压数据，并传输给msp430单片机，为后续处理提高准确的原始数据。pwm控制模块连接有积分器11，积分器11与开关电压调节器4连接，通过设计积分器11有效消除波形变换、放大电路失调电压等不利于影响，对反馈控制中的积分补偿。恒流模块包括依次接入输入电源的大功率电子切换开关12、高频滤波电路13和电流采样电路，电流采样电路与msp430单片机连接，pwm控制模块与大功率电子开关连接，实现对输出电流的及时数据采集，并将采集信息传输给msp430单片机，为后续稳流输出处理，提供原始准确的数据。电流采样电路包括设置在输出电源端的电流采样元件14，电流采样元件14与电流采样放大电路15连接，电流采样放大电路15与msp430单片机连接，高频滤波电路13为将高频方波滤波为平滑直流输出的π型lc电路。如图4所示，基于msp430单片机设计的高效数控直流电源的测试方法，包括以下步骤：（1）系统开始后，首先系统进行初始化；（2）调用键盘显示程序；（3）调用采样子程序；（4）将采集的数据与输出设定值比较，判断是否超限，超限时，调用超限保护程序，返回步骤（3），不超限时，根据输出设置数据，控制pmw的脉冲宽度与周期。步骤（1）中的所述系统进行初始化是指系统启动初始化设置。步骤（2）中的所述显示程序是指显示电流、电压参数的程序。步骤（3）中的所述采样子程序是指电压采样电路，经信号调理后送单片机的a/d输入端对输出电压进行采样，并与输出电压设定值进行比较以控制pwm的输出从而完成对整个输出电压的控制和稳定过程。步骤（4）中所述pwm控制模块控制脉冲宽度与周期。根据上述系统和测试方法得到的测试结果如下表：表1：输出电压设定值测试数据键盘设定值（v）23.35691215实测电压值（v）2.023.3055.036.049.0512.0815.1误差（%）10.150.60.670.550.670.67表2：输出电流设定值测试数据键盘设定值（ma）20200400800120016002000实测电流值（ma）20.2201403805120816092012误差（%）10.50.750.6250.670.560.6表3：电压调整率测试数据：输出设定值为5v，10v；输出电流为2000ma输入电压值（v）8101214161820输出电压5v5.015.015.035.045.065.085.07输出电压10v10.0510.0410.0710.0810.10测试当输入电压ui=8～20v变化时，输出电流io=1a，输出电压设定值分别为5v，10v和15v时的稳压特性。测试数据见表4表4：恒压源测试数据1ui（v）8.010.012.014.016.018.020.0uo=5v5.0155.0235.0305.0335.0375.0415.048uo=10v10.07310.08210.07610.08610.092uo=15v15.12015.130测试当输入电压ui=20v时，输出电压u0设定值分别为5v、10v和15v，输出电流i0从0-2000ma变化时的稳压特性,测试数据见表5表5：恒压源测试数据2io（ma）020040080010001200150018002000uo=5v5.00155.00435.00705.01135.01494.96575.01014.98745.0012uo=10v10.001510.04310.07010.11310.14910.9610.0110.9810.01uo=15v15.04515.03615.02715.02015.0115.014.9814.9314.90表6：恒流源测试数据1表7：恒流源测试数据2测试条件：电流i0=1000ma，负载r=3欧姆，输入电压uin=8~20vuin（v）8.010.012.014.016.018.020.0i0（ma）100210031.0051007100610051009根据上述实验数据可知本申请的基于msp430单片机设计的高效数控直流电源系统和测试方法具有结构设计合理、稳流稳压、数控调节输出电压电流及输出效率高等优点。上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本
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的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。本发明未详述之处，均为本
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技术人员的公知技术。当前第1页12