数字控制的开关电源 毕业论文.doc

摘 要随着科技的进步社会的发展，电器时代的到来带来了一系列新的机遇和新的挑战，而在这场挑战中电源占着很重的比例。每一种电器都要电源来提供，电源的好坏在一定程度上决定了很多产品的性能，模拟电源技术的发展促进了电源的发展，而在数字化时代数控电源成为一大话题。在各种拓扑结构中，本次设计采用boost结构，此结构主要能实现输出电压比输入电压高，即实现电压的上升。所采用的控制芯片是德州仪器（ti）生产的msp430x149通过对boost主电路进行采样分析，然后产生pwm波控制开关管的开断，通过电感、电容进行充放电来实现电压的上升。在软件中通过pid算法来对反馈进行分析补偿校正，使得输出稳定在一个较小的波动范围内，通过12864液晶来显示当前输出电压和所需电压，通过按键实现所需电压的升降并通过确定键来确定输出电压的大小。关键词：pwm msp430 pid boost变换器 数控电源论文类型：应用型abstractwith the development of society and science, the electrical era has brought a range of new opportunities and new challenges, and occupied for a heavy proportion of power in this challenge. each type of electrical appliances must be power supply to provide the power is good or bad to a certain extent determines the performance of many products, analog power technology development to promote the development of the power, digitally controlled power in the digital age to become a major topic.in a variety of topologies, this design uses a boost structure, this structure can achieve high output voltage than input voltage, that is, the voltage rising. the control chip produced by texas instruments (ti) msp430x149 through sampling and analysis, and then generate the pwm wave control switch for breaking the main circuit of boost inductors, capacitors charge and discharge voltage rising. to the feedback by the pid algorithm in the software to analyze the compensation correction, making the output stability in a smaller fluctuation range 12864 to display the current output voltage and the required voltage, and by identifying the key to achieve the required voltage rise and fall the key to determine the size of the output voltage.key words：pwm msp430 pid boost converter digitally controlled powertype of thesis： applied前 言dc/dc变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变ts（易产生干扰）。其中 boost（升压式）变换器是从buck（降压式）变换器进行对偶变换后得到的，boost变换器称为并联开关变换器，与buck变换器不同的是，boost型电感在输入端，buck型电感在输出端，boost型变换器的输出电压v0总是大于输入电压vi。其工作原理在于当开关管导通时，二极管关闭，电感与开关管的节点电压为0，当开关管关闭时，电感两端的电势翻转从而电感与开关管的接的电压大于输入电压vi，电感电流通过二极管续流，使得v0大于vi。升压电路的典型应用有：1）直流电动机传动；2）单相功率因数校正（power factor correction-pfc）；3）用于其他交直流电源中；4）用于手机内部的升压电路中等电路中。boost变换器的优点有：1）输入电流是连续的，这减轻了对电源的电磁干扰；2）开关管发射级接地，使驱动电路简单。其缺点有：1）输出侧二极管的电流是脉动的，使输出纹波较大。在实际应用中，在二极管与输出直接经常加一个输出滤波网络；2）电压比永远大于1，只能实现升压，不能实现降压。本次设计采用的是非隔离的boost电路，相对隔离的电路非隔离的boost来讲，boost能够很简单的实现功能且电路的面积小、结构简单、成本低廉等优点。通过数字控制能够更好的适应各种环境，还可以通过液晶来显示当前输出电压，使得更容易观察。1绪 论1.1 数控电源的发展数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05v的数控电源，功率密度达到每立方英寸50w的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（pwm）控制ic和开关器件（mosfet、bjt等）构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。数字控制的开关电源应用在电子、电气、航天、国防等领域，尤其在数字化得以广泛应用的时代，数控电源得到更加广泛的使用。传统的直流电源的稳压过程是由电源变换器、整流、滤波、稳压等部分组成，其具有功能简单的优点，但是其可靠性低、精度也不高、体积大等缺点。但是数控电源可靠性得到进一步提高，精度也能够达到要求，体积相对较小，能够很好的控制等优点得到很多人的青睐。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过rs232接口或rs485接口或usb接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过modem远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。而本次设计所采用的是非隔离的boost变换电路。1.2 boost变换器的常见分类1.2.1 按稳压控制方式脉冲宽度调制(pwm)、脉冲频率调制、(pfm)直流变换电路。1.2.2 按变换器的功能降压变换电路(buck)、升压变换电路(boost)、升降压变换电路(buck-boost)、库克变换电路(cuk)和全桥直流变换电路。1.2.3 按是否隔离根据开关变换器的输出与输入是否电气隔离（即是否存在开关变压器隔离）， 可以将其划分为隔离开关变换器和非隔离开关变换器。非隔离的开关变换器主要包括：buck、boost、buck-boost cuk sepic和zeta六类基本变换器。六种非隔离开关变换器中，buck boost和buck-boost变换器机构较为简单，因此，也较常用，其中boost和buck变换器分别可以实现升、降压输出；而buck-boost变换器能实现升压或降压输出，且输出电压极性与输入相反。而cuk、sepic、和zeta变换器由于结构复杂，所用元器件较多，在实际工程中应用不多。本次设计采用的是非隔离开关变换器中的boost结构。2 设计电路的基本原理2.1 电容的安秒平衡开关变换器中的开关受pwm控制器的控制，周期性地开通和关断，其中的电容也有规律地充放电，其充、放电电流满足 （2.1）式中,、分别为电容电流和电压。在一个开关周期中对式（2.1）积分，可得 （2.2）式中，ts为开关周期。当变换器处于稳态时，电容在一个开关周期开始时的电压值一定等于结束时的电压值，即一个开关周期电容电压的净变化量必须为零（上式的积分为零），即有 （2.3）由此得出结论：在稳态条件下，电容电压在每一个开关周期内重复相同的波形，因此每一开关周期中相同相位的电容电压值相等，即每一开关周期开始时刻的电压值相等。同时可得电容电流在一个开关周期内的平均值ic为 （2.4）可见，在稳态时，一个开关周期中电容电流的积分（安秒）应为零，即电容电流在一个开关周期内的平均值为零，这就是电容的安秒平衡。2.2 电感的伏秒平衡 当开关变换器处于稳态时，电路中的电压、电流等变量都是按开关周期严格重复的，因此每一开关周期开始时的电感电流值必然都是相等的，故开关周期开始时的电感电流值等于上一个开关周期结束时的电感电流。基于此，即可得出开关变换器处于稳态的条件电感的伏秒平衡。 对于电感 （2.5）式中，、分别为电感电压和电流。 在一个周期内积分，可得 （2.6）即稳态时电感电压的周期积分为零 （2.7） 式（2.7）表示，电感两端电压在一个开关周期内的平均值等于零。式（2.7）右边的单位是伏秒或磁链，因此可得，在一个开关周期电感的净伏秒必须为零，即电感的伏秒平衡。2.3 boost电路的组成和工作原理 boost升压电路是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高基本组成电路电路图见图2.1： 图2.1 boost主电路以mos管的开关状态分两种情况来说明：2.3.1 mos管导通（电感充电过程） 当mos管导通时期等效电路如图2.3.2示，此时电源对电感充电，电容对负载放电 图2.2 当mos管导通时的等效电路2.3.2 mos管关断（电感放电过程） 当mos管关断时，其等效电路如图2.3.3示，由于电感中的电流不能够突变，强迫二极管导通续流，这样电感与电源同时向电容、负载供电。当电感电流高于i时，电容被充电并同时向负载提供电能；而当电感电流小于i时，电感和电容同时向负载放电，维持输出稳定。实际上boost变换器在mos管关断期间，其能量传输过程更复杂这里只单介绍其工作原理。 图2.3 当mos管关断时的等效电路升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。从以上过程中可得： （2.8） 上式中为输出电压，为输入电压，d为占空比（d,即输出电压大于输入电压，实现了电压的上升。2.4 电路元件参数的选择：2.4.1 电感量的选择 boost是一种升压电路，这种电路的优点是可以使输入电流连续，并且在整个输入电压的正弦周期都可以调制，因此可获得很高的功率因数；该电路的电感电流即为输入电流，因而容易调节；同时开关管门极驱动信号地与输出共地，故驱动简单；此外，由于输入电流连续，开关管的电流峰值较小，因此，对输入电压变化适应性强。 储能电感在boost电路起着关键的作用。一般而言，其感量较大，匝数较多，阻抗较大，容易引起电感饱和，发热量增加，严重威胁产品的性能和寿命。 boost变换器有三种工作模式，如下图所示： 图2.4 boost变换器的三种模式1） 完全电感供能模式（cism）。此时，,变换器工作于ccm，且在开关管断后，负载的能量完全由电感提供。2） 不完全电感供能且连续导电模式（iism-ccm）。此时，变换器工作于ccm,且在开关关断后，负载能量的供给，经历了两个阶段：电感供能与电感和电容共同供能。3） 不完全电感供能模式切断续到点模式（iism-dcm）。此时变换器工作于dcm,且在开关关断后，负载能量的供给经历了三个阶段：电感供能（），电感和电容共同功能（）与电容供能。x为cism和iism工作模式的临界电感算法如下： （2.9）选择整个工作区域在iism，即选取电感量大于x,留有一定余量，并且考虑电感的型号，取x为200uh通过最大电流为1a的电感。2.4.2 电容的选择(1)电解电容的选取根据本次设计的参数可知输入为12-18v,输出为24v，故选择的电解电容的耐压值为50v即可满足要求。但是输出端的电容在一定程度上影响了纹波电压的大小，而本次设计要求纹波电压小于1%，又pwm的频率为50khz故由式2.10： （2.10） 可得可得最小电容为104.2uf，取其2倍余量220uf即可满足要求。(2)独石电容的选取 本次设计开始用的是瓷片电容如图示 图2.5 常见的瓷片电容 优点：稳定，绝缘性好，耐高压 缺点：容量比较小 但是在比较精确或电容量较大的场合独石电容有其独到之处，下图是独石电容 图2.6 常见独石电容独石电容的特点如下： 温度特性好，频率特性好。一般电容随着频率的上升,电容量呈现下降的规律，独石电容下降比较少，容量比较稳定。应用范围： 广泛应用于电子精密仪器。各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路等方面。 容量范围： 10pf10f 耐压：二倍额定电压。 在常见的电源输入端和输出端加的电容有电解电容和独石/瓷片电容，一般电解电容用来滤除低频杂波，而独石/瓷片电容用来滤出高频杂波。而独石/瓷片电容的选取根据经验选取，此处选取的是104。（104即10104 pf)2.4.3 mos管（开关管）的选取本次设计中考虑到开关管的开关速度问题选择用mos管来当开关管，考虑到在boost电路中所以选择的是常见的nmos管irf540。其封装如下图所示： 图2.7 irf540（sot78）封装及管脚本次用到的irf540的参数如下图所示：图2.8 irf540中的部分参数2.4.4 续流二极管的选取：本次设计中所通过的电流值不超过2a，故选取的二极管也必须大于2a，考虑到传输速率，选取的是肖特基二极管，此处选取的是常用的1n5822，1n5822的参数如下所示： 图2.9 1n5822实物图 图2.10 1n5822的部分参数图2.10所示给出了常用的参数，而本次设计的要求参数，在1n5822的范围内，可以使用。3 msp430f149单片机3.1 msp430f系列单片机简介msp430系列单片机是ti（texas instruments,美国德州仪器）公司近年来推出的一系列优秀的s混合微处理器产品系列，它不仅具有16位高效微处理器系统，还具有丰富的、功能强大的外围电路资源，其中也包括许多高性能的模拟电路资源。目前，在很多热门产品中都采用了msp430系列的单片机，其可贵之处在于它除了具备很好的数字/模拟信号处理能力外，还具备了以极低功耗运行的特点，可被广泛应用于要求低功耗、高性能、便携式的设备上，即使在某些不需要低功耗的场合，它仍然可以作为一款高性能单片机使用。通过试验可以深切体会到msp430的超低功耗，将一个橙子（苹果、猕猴桃等酸性水果均可）做成一个水果电池（三个串联提供约2.4v电压），为msp430单片机供电。如图3.1所示，在msp430单片机上运行一个电子表程序。只要水果不腐烂，能运行一个月以上，直到水果干枯。原电池只能提供极其微弱的电流（实测电流不到100）；而在上述msp430单片机系统中，运行一个电子表程序的cpu工作耗电不到2，加上液晶耗电约3，总电流不超过5。对于一个水果电池来说，提供的电能绰绰有余。再举个更直观的例子说明5电流的概念：一节普通的cr2032纽扣电池，能够为这个msp430单片机运行电子表程序提供5年的电力。 图3.1水果电池为msp430供电msp430单片机最显著的特点是能够超低功耗运行。除了超低功耗运行以外，msp430单片机还具有许多其它特点。首先，msp430单片机引入了“时钟系统”的概念。将cpu、外围供能模块、休眠唤醒机制三者所需的时钟独立，而且可以通过软件设置时钟分频、倍频系数，为不同速度的设备提供不同的速度时钟，并且可以随时将某些暂时不工作模块的时钟关闭。这种独特的时钟系统还可以实现系统不同深度的休眠，让系统以间歇工作方式最大限度的节约电力。其次，msp430单片机内核是16位risc处理器，单指令周期，其运算能力和速度都具有一定优势。某些内部带有乘法器的型号，在处理能力上更胜一筹，结合dma控制器甚至能完成某些dsp的运算功能。cpu在1.83.6v宽电压范围内都可以工作，延长了电池了使用时间。第三，msp430单片机采用模块化结构，每一种模块（内部资源）都具有独立而又完整的结构，在不同型号的单片机中，同一种模块的使用方法和寄存器都是相同的。这为学习和开发msp430单片机提供了便利。同一家族中不同型号的单片机，实际上就是不同模块的组合。此外，ti公司每年都会推出新系列、新型号的单片机，以及新的模块。模块化结构的另一优点是可以单独开启或关闭某些模块，只激活需要使用的模块，以节省电力。第四， msp430单片机采用冯.诺依曼结构。寄存器以及数据段（ram区）与代码段（flash区）统一编址。如果将代码段移到ram区，同样可以运行，并且每一款msp430单片机都集成有flash控制器，通过它可以对flash区进行擦写操作。这种存储机制可以很方便的实现在线升级甚至远程升级功能。例如可以在开发时些一段升级代码，最后将新版本的固件烧写到flash内，就实现了固件升级。第五，ti公司具有雄厚的模拟技术实力。在msp430单片机家族中，丰富的、性能卓越的模拟设备是一大特色。利用msp430单片机，可以单芯片完成模拟信号的产生、变换、放大、采样、处理等任务。这对缩小产品的体积、降低成本有着重要的意义。第六，msp430单片机是一个不断更新、不断发展壮大的家族。每年都会有新的型号发布，不断会有新的系列推出，而且陆续推出各种新型号单片机性能越来越强、功耗越来越低、性价比也不断提高。可以通过下图总结其特点：图3.2 msp430特点其低功耗主要体现在以下几个方面：（1）多种操作模式-0.1 a 掉电模式-0.3 a 待机模式-165 a / mips（2）及时稳定的高速时钟（3）1.8 - 3.6v 的单电源操作（4）零功耗掉电复位（bor）信号（5）50na 端口漏电流（6）减少任务所需机器周期（7）低功耗智能外设-adc自动传输数据 -定时器微超低功率消耗 -模拟比较器电流100 na（8） 可根据不同的操作操作条件进行性能优化总之msp430 的超低功率设计无处不在。3.2 msp430f149单片机功能介绍（1）时钟系统在msp430单片机中，通过时钟系统的配置最终产生3种时钟：mclk：主时钟，他是专门为cpu运行提供的时钟。mclk配置的越高，cpu执行速度越快。mclk一般都设在1mhz以上以发挥cpu性能；一旦关闭mclk，cpu也停止工作。smclk：子系统时钟，也称辅助时钟。它可为单片机内部某些设备提供高速时钟（如定时器、adc等），而且smclk是独立于mclk的，即mclk关闭时，smclk仍然可以开启，从而让外设继续工作。aclk：活跃时钟，它一般是由32.768khz晶振直接产生的低频时钟，在单片机运行过程中一般不关闭，用于产生节拍时基或者和定时器配合间歇唤醒cpu。在msp430单片机大部分的内部设备中，都能选择时钟源并对上述时钟再分频，所以用法极其灵活。图3.3 fll+振荡器和时钟电路原理图dcoclk的频率有软件确定。如果scg1复位，dcoclk有效，如果scg1置位，dcoclk停止。当scg0和scg1复位时，能够停止dc发生器。决定基本dco频率的dc发生器，可以通过控制位fn_2，fn_3，fn_4，和fn_8按五个步骤进行调整。如果依据目标频率需要对fn_x位进行改变，增加d或者设置dco+，下面几个步骤可以确保不会它超出系统所允许的最高频率。保存fll锁定位（scg0在状态寄存器中）并把它置位，关闭环控制。把新数值装入调制控制器寄存器scfqctl(调制位m，乘数n)。将dco控制位置1，调制器高位置1：scfi1=0fh,使得芯片尽可能低的频率工作。选择dco+控制位为1或0将控制寄存器scfi1装入新的数值还原或设置fll控制位（2）低功耗模式超低功耗是msp430单片机的一大特色，也是设计本作品时选它的主要原因。msp430系列单片机具有5种不同深度的低功耗休眠模式。在空闲时通过不同程度的休眠，将内部各个模块尽可能的关闭，从而降低功耗。关闭模块最简单的途径是关闭时钟，因此低功耗模式的管理是通过时钟系统来完成的，可以通过cpuoff、scg0、scg1、oscoff等4个控制位的不同组合，而构成5种低功耗休眠模式如表3.1 所示。cpuoffscg0scg1oscoff基本功耗active0(开启)0(开启)0(开启)0(开启)400ua/mhzlpm01(关闭)0(开启)0(开启)0(开启)100ualpm11(关闭)1(关闭)0(开启)0(开启)50 ualpm21(关闭)1(关闭)1(关闭)0(开启)7ualpm31(关闭)1(关闭)1(关闭)0(开启)1ualpm41(关闭)1(关闭)1(关闭)1(关闭)0.1ua表3.1 msp430的6种工作模式由上表可看出，随着休眠深度的增加，时钟系统中被关闭的部件数目依次增加，而功耗也依次降低。可以通过下图所示进行各种模式的转换来实现：图3.4 各种模式的转换低功耗模式的唤醒无论出于何种低功耗模式，只要有中断发生都会响应中断。进入中断前cpu会自动将存有4个低功耗控制位的sr寄存器压入堆栈，并自动清除scg1、cpuoff、oscoff这3个控制位，但不会清除scg0。在lpm1、lpm3 、lpm4模式下scg0是置位的，唤醒进入中断服务程序后，scg0仍然置位，dc发生器仍被关闭，即上述3种模式唤醒后的mclk和smclk都不准，要想获得准确的时钟必须在中断程序内人工清除scg0标志位。低功耗模式的退出 当终端服务程序执行完毕时，cpu会自动地从堆栈中弹出sr寄存器，即一旦中断返回后立即休眠，等待下一个中断任务。所以若希望在中断结束后恢复到正常的活跃模式，可以在中断结束前修改堆栈内sr值。（3）msp430的定时功能及实现定时功能模块是msp430应用系统中经常用到的重要部分，可用来实现定时控制、延迟、频率测量、脉宽测量和信号产生、检测等。而msp430系列有丰富的定时器资源：看门狗定时器，基本定时器，定时器a，定时器b等。电光源跟踪系统中就大量用到定时器，所以下面分别介绍这些定时器模块。看门狗定时器看门狗定时器（wdt）模块的基本功能是当软件执行混乱时可以控制系统自动复位。如果设定的溢出时间到了，系统将产生复位。如果应用程序不需要看门狗功能，这个模块可以作为一个内部定时器来使用，当选择的定时时间到了以后，它可以产生一个定时中断。看门狗定时器的计数器是一个15/16位的加法计数器并且不能直接通过软件存取。wdtcnt通过看门狗定时器的控制寄存器（wdtctl）来控制，wdtctl是一个8位可读写的寄存器。在两种操作模式下，只有当高字节使用正确的密码（05ah）时，才能对wdtctl进行写操作。如果wdtctl高字节写入任何其他非05ah值，将引起系统复位。基本定时器timer1基本定时器timer1(bt1)可以通过ssel位选择，对smclk或是aclk进行分频，提供低频控制信号。这是通过一个中央分频器来完成的。在低功耗应用中常用到timer1。btctl控制寄存器含有控制和选择不同操作功能的标志位。当芯片上电、复位（rst/nmi引脚）、看门狗溢出或看门狗密钥非法出现时，该寄存器所有位保持原状态。在程序中，通常在bt初始化期间来设定操作条件。timer1含有两个8位定时器，它们可以组成一个16位定时器。两个定时器都可以通过软件进行读写。根据基本定时timer1重要实现的功能，在sfr地址范围内有两个位其控制作用。这两个位分别是基本定时器timer1的中断标志位（btifg）和中断允许位（btie）。timer_a(三个捕获/比较寄存器)这个定时器模块包括一个16位计数器和三个捕获/比较寄存器。它的时钟源可以选择外部时钟taclk(ssel=0时，同相；ssel=3时，反相)，或者来自两个内部源aclk(ssel=1)或smclk(ssel=2)。这些时钟源可以被1、2、4和8分频。对该定时器可以进行所有控制（字方式）可以停止、读和写。在工作期间，可以暂时停止和继续，或者通过一个比较器改变，进行加法或加/减法计数。捕获模式多用来作为单独测量内部或外部事件的正、负或者正负边沿时使用，它可以通过软件来停止。可以选择3个不同的外部事件（ta0、ta1和ta2）。在捕获/比较寄存器ccr2中，如果cci2b有效，aclk就作为捕获信号。如果ccisx=2或ccisx=3，择选软件捕获方式。比较器模式多用于软件或硬件的定时，或者用于产生脉宽调制输出信号，可以用在诸如d/a变换或电机控制等很多场合。每个捕获/比较寄存器都有独立的输出模块，它可以单独进行比较或分别单独被触发。（4）adc12在本次设计中通过a/d采集信号是系统的关键，通过单片机处理后计算出采样的电压值与基准进行比较调整。采集到的信号是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，所以必须用到a/d转换，所以很有必要介绍一下msp430f149的模数转换资源。msp430f149内陷入了一个高精度采用逐次逼近的方法是实现测量的12位adc转换模块，该模块电路分为参考电压发生器、模拟多路器、带有采样/保持功能的adc内核、可控制的采样及转换时序电路和转换结果缓存5大功能模块组成，在配置上着5个模块都可以独立配置。adc12的主要特点：12位转换精度，1位非线性微分误差，1位非线性积分误差。有多种时钟源提供给adc12模块，而且模块本身内置时钟发生器配置有8路外部通道和4路内部通道内置参考电源，并且参考电源有6种不同组合有4种转换模式adc12可关断内核支持超低功耗应用采样速度快，最高可达200ksps（5）jtag仿真 jtag是joint test action group的简称。ieee 1149.1标准就是由jtag这个组织最初提出的，最终由ieee批准并且标准化的。所以，这个ieee 1149.1这个标准一般也俗称jtag调试标准。一般，我们见到的开发板上都有一个jtag接口，该jtag接口的主要信号接口就是这5个。下面，我先分别介绍这个5个接口信号及其作用。test clock input (tck) tck为tap的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号，tap的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的。tck在ieee 1149.1标准里是强制要求的。test mode selection input (tms) tms信号用来控制tap状态机的转换。通过tms信号，可以控制tap在不同的状态间相互转换。tms信号在tck的上升沿有效。tms在ieee 1149.1标准里是强制要求的。test data input (tdi) tdi是数据输入的接口。所有要输入到特定寄存器的数据都是通过tdi接口一位一位串行输入的（由tck驱动）。tdi在ieee 1149.1标准里是强制要求的。test data output (tdo) tdo是数据输出的接口。所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过tdo接口一位一位串行输出的（由tck驱动）。tdo在ieee 1149.1标准里是强制要求的。test reset input (trst) trst可以用来对tap controller进行复位（初始化）。不过这个信号接口在ieee 1149.1标准里是可选的，并不是强制要求的。因为通过tms也可以对tap controller进行复位（初始化）。 我们在这里用的是jtag仿真器，其具体过程牵涉到具体协议，我们只要明白如何连接，如何操作就可以了。 4 protel 99se4.1 protel 99se的组成 protel 99 se主要由两大部分组成，每一个部分有三个模块。4.1.1 电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（advanced schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称sch编辑器）、电路图零件库编辑器（简称schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 （2）印刷电路板设计系统（advanced pcb 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称pcb编辑器）、零件封装编辑器（简称pcblib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。 （3）自动布线系统（advanced route 99）：本系统包含一个基于形状（shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现pcb设计的自动化。 4.1.2 电路仿真与pld部分（1）电路模拟仿真系统（advanced sim 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。 （2）可编程逻辑设计系统（advanced pld 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用pld系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。 （3）高级信号完整性分析系统（advanced integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析pcb设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。4.2 电路板设计步骤。1. 电路原理图的设计电路原理图的设计主要是protel99的原理图设计系统（advanced schematic）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用protel99所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。2. 产生网络表网络表是电路原理图设计（sch）与印制电路板设计（pcb）之间的一座桥梁，它是电路板自动布线的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。3. 印制电路板的设计印制电路板的设计主要是针对protel99的另外一个重要的部分pcb制作而言的，在这个过程中，我们借助protel99提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成pcb制作工作。4.2.1 原理图设计的一般流程原理图设计是电路设计的第一步，是制板和仿真等后续步骤的基础。因此，一幅原理图正确与否，直接关系到整个设计的成功与失败。另外为方便他人读图，以及原理图的美观、清晰和规范也是十分重要的。 protel 99se的原理图设计大致可分为9个步骤（1） 新建原理图。（2） 图纸设置。 图纸设置就是要设置图纸的大小、方向等信息。图纸设置要根据电路图的内容和标准化要求来进行。（3） 装载原件库。装载元件库就是将所需要用到的原件库添加到系统中。（4） 放置元件。 从装入的元件库中选择需要的元件放置到原理图中。（5） 原件的位置调整。 根据设计的需要，将已经放置的元件调整到合适的位置和方向，以便连线。（6） 连线。 根据所要设计的电气关系，用导线和网络将各个元件连接起来。（7） 注解。 为了设计的美观和清晰，可以对原理图进行必要的文字注解和图片修饰，这些对之后的pcb设置没有影响，也是为了方便自己和他人阅读。（8） 检查修改。 设计基本完成后，使用protel 99 se提供的各种校验工具，根据各种校验规则对设计进行检查，发现错误后进行修改。（9） 打印输出。 设计完成后，根据需要，可以对原理图进行打印或制作各种输出文件。4.3 protel99se软件的启动4.3.1 protel99se启动主窗口protel99se启动，系统进入protel99se主窗口，如图所示 图4.1 protel99se主窗口 4.3.2 建立新的设计数据库执行菜单filenew 可以建立一个新的设计数据库。在database file name框中可以输入新的数据库文件名，系统默认为“mydesign.ddb”，点击“browse.”按钮可以修改文件的保存位置如图所示。 图4.2 创建新的设计数据库文件4.3.3 项目管理器主窗口设置完毕，单击ok进入项目管理器主窗口，如图所示图4.3项目管理器主窗口 （1）design team(设计组)管理器设定设计小组成员，protel 99可在一个设计组中进行协同设计，所有设计数据库和设计组特性都由设计组控制。定义组成员和设置他们的访问权限都在设计管理器中进行 。（2）documents(文档)管理器 包含所有设计文档，其中主要有电路设计文档原理图文件（schematics）和印制电路板文件(pcb)。（3）recycle bin (回收站)管理器 相当于windows 中的回收站，所有在设计数据库中删除的文件，均保存在回收站中，可以找回由于误操作而删除的文件。4.3.4 protel99se可以建立十种文件类型，各类型的图标： 在protel99se中有十种文件类型，根据需要可以自己选择所需要的文件。cam输出配置印制电路板印制电路板库印制电路板打印电路原理图电路原理库文件表格文件文本文件波型文件新文件夹图4.4 protel中的十种文件类型4.3.5新建原理图文件在protel中画原理图需要建立原理图文件，在原理图文件中画原理图，其主界面如图4.5所示：图4.5 新建原理图文件 当建立好原理图文件后，需得添加原理图库文件才能开始画图，若所需元件在常用库中可以找到只需添加即可，若无，则需要自己新建原理图库并制作相应器件然后再添加进原理图文件即可。4.3.6新建原理图库新建原理图库在使用protel中必不可少，因为自己所需要的器件，在常见的原理图库中并不一定存在或者自己觉得不习惯可以自己制作属于自己的器件库，在以后的使用中即可直接调用，显得更加方便，下图所示为新建原理图库文件的界面。图4.6新建原理图库文件4.3.7新建pcb文件pcb文件可以通过原理图直接生成，也可以根据网络报表生成，还可以直接在pcb界面直接操作，下图所示的是pcb文件的主界面： 图4.7新建pcb文件当有了pcb文件后就可以画出自己的pcb，当然和原理图一样，也得添加库，添加方法与原理图类似。4.3.8新建pcb库pcb库不能像原理图库那样根据自己的喜好来画，在画pcb封装的时候在参考厂商直接给的pdf同时需要对实物进行测量才能得到可靠的数据，正如实践是检验真理的唯一标准一样，游标卡尺必不可少。 图4.8新建pcb库文件这里只是简单介绍了下其常用的文件的主界面，若要熟练的运用，还得自己多加练习的同时多总结经验。在遇到问题的时候寻找答案，在错误中前行，能够受益匪浅，每一次错误，都是自己进步的踏脚石，当然在学习中多与人交流也是一种上上之选。4.4 常见文件后缀 .ddb（.ddb）设计数据库文件.sch 原理图文件.pcb 印刷电路板文件.lib 库文件.prj 工程项目文件.txt 文