大学生电子设计大赛

1、大学生电子设计大赛（ J 题）LED照明用不间断恒流电源（高职高专组）参赛学生： 指导老师： 学 校： 院 系： 时 间：目录摘要02一、方案设计与论证1、主控电路 2、显示电路 二、电路与程序设计-030303031、电路总体框图 032、单元电路的设计 03三、分析与计算及改进 041、整流滤波后电压的大小 042、提高效率的方法 05四、测试方案与测试结果 051、测试仪器及设备 052、测试结果分析 05五、结论 06六、参考文献 06附录 071、 MSP430F14最小系统原理图 072、电路总体框图 073、降压电路原理图 084、升压电路原理图 085、 LED驱动电路原理图

2、086、备用电源欠压保护电路设计框图 097、自动调光电路设计框图 09& EMI抑制电路设计 09摘要本系统有主电源和备用电源两部分， 主电源和备用电源能进行自主切换并实现恒流输出，电源具备短路保护和欠压保护功能。系统以 MSP430F14单片机为主控 制器结合变压器、整流滤波、DC-DC变换、A/D模块ADS1251电压信号采集、D/A 模块DAC8522俞出数字信号实现LED亮度自动调节。12864液晶实时显示数据，本 系统较好的完成了设计任务的基本要求和发挥部分的要求， 在部分电路的设计中优 于设计指标。关键字：MSP430F14单片机、12864 液晶屏、DAC8522 AD

3、S1251U DC-DC变换、方案设计与论证1、主控电路 根据要求，我们拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一 ：采用 89C52 单片机操作简单，价格低廉，运用技术成熟，应用范围 广泛， 可以实现要求的一些基本功能。 但考虑该单片机功耗相对较大， 运算速度较 慢，所以我们不采用这种方案。方案二：控制器模块采用MSP430F14单片机作为控制芯片，MSP430F14芯片 具有功耗低、运算速度快、精度高、 I/O 口丰富等特点，适合多个外部中断处理， 片内集成12位ADC采样速率高。方案选择：综合以上考虑，我们选择方案二。 MSP430F149单片机最小系统图 （见附录）。

4、2、显示电路方案一： 用数码管进行显示。数码管显示速度快，操作简单，显示效果简洁明 了。但是不能显示字母和汉字，显示内容较少，人机关系较差。而且需要单片机实 时扫描，占用单片机CPU内存多。方案二： 1602 字符液晶，只能显示两行字母和数字，使用不便。 方案三： 12864 图形液晶，内带中文字库，可直接显示中文，多种显示模式， 使用方便。方案选择： 综合以上考虑，我们选择方案三。采用 12864液晶，操作简单，可 直接用MSP430F14单片机10 口控制。12864液晶使用ST7920控制器，5V电压驱动，带背光，内置8192个16*16点 阵、128个字符（8*16点阵）及64*256

5、点阵显示RAM与外部CPU接口采用并行 或串行两种控制方式。二、 电路与程序设计1、电路总体框图（见附录）。2、单元电路的设计2.1 降压电路降压电路（该原理图见附录）采用降压芯片 LMK2596SS行降压，该电路为变 压器次级输出的20V交流电经过整流、滤波后通过 DC-DC电路降压到8V，最大 电流为 1A。2.2 升压电路：升压电路（该原理图见附录）采用升压芯片 XL6009进行升压，当主电源断电 后，备用电源（3V-4.2V）经过升压电路升压后，输出电压为 8V，输出电流最大 1A。2.3 LED 驱动电路设计该电路（原理图见附录）采用大功率CMO管IRF840进行设计，将RP1调整到

6、 适当的位置，通过调整电位器 RP2能使IRF840漏极电流在300Ma500m内恒流输 出。2.4 备用电源欠压保护电路设计该电路利用单片机对备用电源电压进行采样，当采样值低于 3V时单片机动作 控制继电器断开，使备用电源与升压电路断开，用以保护蓄电池。2.5 短路保护电路在220v输出电路中加有自恢复保险丝来保护电路，当后级电路中发生短路情 况后，保险丝会自动切断电路， 当电路正常后，保险丝会自动恢复畅通， 正常工作。2.6 自动调光电路设计自动调光电路采用光敏电阻作为感光元件， 利用光敏电阻的采取的感光强弱来 转换成高低电平信号，使用模数转换芯片 ADS1251U将电压信号采回到单片机，

7、当 光照强度较高时，单片机控制设置的负载电流为 500mA让LED亮度可随环境光线 增强而自动降低 。2.7 开机冲击电流开机冲击电流采用热敏电阻串联在电源输入端， 温度较低时电阻很大， 随着电 阻发热温度升高，电阻逐渐变小，达到抑制开关冲击电流过大的目的。2.8 EMI抑制电路设计本电路是利用电感和电容的特性，使频率为 50Hz左右的交流电可以顺利通过 滤波器，但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，这就使开关电源产生的 高频谐波被滤掉而不会污染电网。三、分析与计算及改进1、整流滤波后电压的大小用20V的交流变压器将220V市电变压并整流后直流电压为 U,经滤波后的电压 为U1,贝U1

8、 = U *1.2 = 24V考虑在全波整理信号滤波之前加入校正电路， 可以有效的改善整流滤波后交流电 的纹波，可以提高滤波后的电压值，进而改善电路的功率因数。2、提高效率的方法在设计电路中选择合适的开关器、变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率 器件，以及供电输入端和负载端，尽可能使用最少的元器件，降低开关频率；控制电路尽可能使用数字方法实现等都可以有效地提高系统的效率。四、测试方案与测试结果1、测试仪器及设备（1）工频变压器（2）RigolDM3052台式数字万用表（3）RigolDP1116A可编程线性直流电源（4）DT9205A数字万用表（5）RigolDS1302CA高性能数字示波器

9、2、测试结果分析在输入电压220v、50HZ电压变化范围+15%20%条件下，变压器次级输出的 20V交流电经过整流桥、滤波后通过 DC-DC电路降压到8V，最大电流为1A。测 试结果分析如下表：测试次数输入电压（v）输出电压（V）输出电流（A）11767.980.9821867.980.9831967.990.9942067.990.9952168.01.062268.01.072368.01.082468.011.0192538.011.01当主电源断电后，备用电源（3V-4.2V）经过升压电路升压后，输出电压为 8V， 输出电流最大1A。从下表两次测试结果可以得出：当电池电压低于3V时升

10、压电路关 断，输出为0V,静态电流在20uA到50uA之间。A、当升压电路输入电压在3V4.2V内测试数据下：测试次数输入电压（V）输出电压（V）输出电流（A）13.07.980.9823.17.980.9833.27.980.9843.37.990.9953.47.990.9963.57.990.9973.68.01.083.78.01.093.88.01.0103.98.01.0114.08.01.0124.18.01.0134.28.01.01B、当输入电压小于3V时，测试结果如下测试次数输入电压（v）输出电压（V）静态电流（ua）12.00.0022.10.0032.20.0042.3

11、0.0152.40.0262.50.0272.60.0382.70.01592.80.015102.90.016五、结论本系统利用MSP430F14单片机控制，结合数模和模数转换、液晶显示等外围 电路，经过我们四天三夜的设计与制作， 完成了题目的基本要求与发挥要求， 并在 此基础上加入了我们自己的想法。 在制作过程中我们遇到了一些困难，曾一度陷入 困境，但通过团队的共同努力，从各个方面仔细分析，多角度思考，终于解决了所 有问题，圆满的完成了作品，提高了我们分析及解决问题的能力， 同时也深刻的体 会到了共同协作和团队精神的重要性，使我们获益匪浅。六、参考文献【1】秦增煌电工学模电部分（第七版）北

12、京.高等教育出版社，2009年【2】谭浩强.C程序设计（第四版）北京.清华大学出版社，2010.【3】黄根春等编著.全国大学生电子设计竞赛教程一一基于 TI器件设计方法.北京. 电子工业出版社,2011年【4】胡大可.,MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用.北京航空航天大学出版 社，2001年附录:1、MSP430F14最小系统原理图D1 N4I4ElEen一 pQlLLff Un®牛 mitR 严一Rl L吁去師>j-巨 7晶抵电路2、JMkJ 23PS54厂養鶯A'5 d -6 6 5 6 fFpp 罕 pmse£ NG丢£ 11 口

13、UWLFZB goal NDUKLL 目sza33 <£SB3SVREF4X1NXOUT.7C1XViREF-MLLF.VtREF.Pl Q TACLKPL1 TADU1S1L 耳&一 总匸亲聲 aweSEE corn 磬 EJ tmsw 密 06 JnR-3匚益a -is -wouaJECJn 負一刍眉型 TDNgzd 邂DM艮 stnd ss£MCLK.P5 3 VCLK. WciSOSdll PS 1 3WO1P5.0.-STE1 P4 7 T&7 Z 氐 TBF P4 5T>5 m 415P4 3TB5 IMiiTB；P4 1 TB1 F4.C.T&9 PS 7 VRXD M-&-UTXD1 P5S vsroe辭一鑒霁霁霭籌一电路总体框图F：2C14-OT-CTNGF43OT149® 小嘉绩广r保护*路LED驱动升压电路ADC电源功率 因数 控制、 电路r-