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化工学院信控学院专业综合设计说明书
基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统设计
化工学院
Jilin Institute of Chemical Technology
课程设计任务书
一．设计题目：基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统设计
二．设计目的
-DC变换基本原理；
、DLC滤波电路和MSP430单片机使用方法；
，掌握C430语言编程方法。
。
三．设计任务与要求
-DC变换实验系统电路和系统监控程序；
-DC变换实验系统，实现PWM频率1KHz、10KHz和20KHz可选，开环和闭环工作模式可选。闭环控制直流输出电压5V -15V可调，最大输出电流1A，。作品中必须留有示波器、测量仪表测量端子和与实验台连接端子。
。
四．设计时间与进度安排
设计时间共三周（～）,具体安排如下表：
周安排
设 计 容
设计时间
第一周
学习MSP430单片机使用方法，查找相关资料。设计基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统电路图。
～
第二周
设计MSP430单片机程序和焊装基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统。
～
第三周
完成基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统调试，编写设计说明书。提交作品与设计说明书，评定专业综合设计成绩。
～
五．指导教师评语与学生成绩
指导教师评语:
2012年 09 月 15 日
成绩
指导教师(签字):
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目 录
课程设计任务书I
第1章专业综合设计的目的1
第2章总体电路说明2
课题背景和意义2
DC-DC变换器的定义与分类2
DC-DC变换器的基本工作原理2
升压斩波电路2
降压斩波电路4
第3章MSP430F169单片机系统6
MSP430F169单片机的简介6
显示器LCM12864简介7
第4章降压式DC-DC变换电路设计9
降压式DC-DC转换电路的设计10
整流滤波电路的设计12
单相桥式整流电路13
滤波电路13
稳压电路13
键盘电路设计13
结论15
参考文献16
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第1章 专业综合设计的目的
专业综合设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过专业综合设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。
1．进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；
2．培养学生实践动手能力与独立分析和解决工程实际问题的能力；
3．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨的工作作风。
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第2章 总体电路说明
课题背景和意义
DC-DC直流变换作为开关电源的一个重要组成部分，广泛应用于工业生产、家用电器、计算机、航天卫星、军事科研等领域中，用于对电能进行转换、加工和调节。因此，近年来DC-DC变换器的研究倍受关注。随着软开关技术的发展，新颖的控制方法不断采用，DC-DC变换器也不断的朝着高效率、高可靠性的模块化开关电源方向发展。
传统直流稳压电源中的DC-DC变换是通过粗调波段开关与细调电位器来调节的，这种变换稳压精度不高、电路结构复杂、不易校准，而采用单片机的数字式控制能使DC-DC变换较好地解决了以上问题。
DC-DC变换器的定义与分类
直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也成为DC-DC变换器。DC-DC变换器的种类较多，包括6种基本的斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路[1]。
DC-DC变换器的基本工作原理
降压斩波电路和升压斩波电路的应用最为广泛，理解了这两种电路对理解其它类型的斩波电路有很大的帮助，下面分别对这两种斩波电路的工作原理进行介绍。
升压斩波电路
降压斩波电路（Boost Chopper）如图2-1所示。该电路中L是储能电感；V是全控型器件；VD是二极管；C是储能电容。
图2-1升压斩波电路
1．工作原理：
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假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。升压斩波电路的工作波形如图2-2所示。
图2-2 升压斩波电路工作波形
2．数量关系：
（1）设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为；
（2）设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为；
（3）稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等。即
（2-1）
化简得：
（2-2）
，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路，T/toff为升压比；升压比的倒数记作β，即
（2-3）
β和α的关系：
（2-4）
因此，上式可表示为
（2-5）
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电压升高的原因：电感L储能起到使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住
如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即
。 （2-6）
其中I1是假设的电源电流平均值。与降压斩波电路一样，升压斩波电路可看作直流变压器。
输出电流的平均值Io为：
（2-7）
降压斩波电路
降压斩波电路（Buck Chopper）的电路结构如图2-3所示。该电路中V是全控型器件；VD是续流二极管；L是储能电感；EM是负载出现的反电动势。典型的用途之一是拖动直流电机，也可带蓄电池负载。
图2-3 降压斩波电路
图2-4 降压斩波电路工作波形图
1．工作作原理
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（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流io按指数曲线上升。
（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。
通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。降压斩波电路波形图如图2-4所示。
2．数量关系
（1）电流连续时负载电压平均值
设连续电流为Io，根据能量守恒定律，一个周期输出能量为，负载和蓄电池吸收能量为，得：
（2-9）
其中，ton—V通的时间；toff—V断的时间；a—导通占空比。A小于等于1，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
负载电流平均值：
（2-10）
（2）电流断续
开关电源不允许出现状态，Uo被抬高，可通过加大电感或提高PWM控制信号频率方法解决。
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第3章MSP430F169单片机系统
MSP430F169单片机系统是由单片机芯片、时钟电路、复位电路、显示电路构成。
MSP430F169单片机的简介
MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996 年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片外设和方便灵活的开发手段，已得到广泛应用。
MSP430F169单片机结构图如图3-1所示。
MSP430F169单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以与多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT等）。
MSP430F169单片机的中断源较多，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，用中断请求将它唤醒只用6us。
由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。在等待方式下，，在低功耗方式下，。
上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振与稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
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图3-1 MSP430F169单片机结构图
显示器LCM12864简介
LCM12864显示器是一款功能强大的液晶显示器，可以显示汉字、数字、字符以与图形，只要在相关软件中输入想要显示的数字、字符和汉字，就可生成相应的数字编码，将该编码通过单片机按照一定的时序送入显示器，即可实现显示功能。
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