第9章MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

1、合肥工業(yè)大學(xué)DSP及MSP430實(shí)驗(yàn)室 MSP430單片機(jī)原理與應(yīng)用單片機(jī)原理與應(yīng)用 http:/ MSP430單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例本章介紹作者實(shí)驗(yàn)室自行研制的基于MSP430F5529單片機(jī)的學(xué)生創(chuàng)新套件。該套件由MSP430F5529 LaunchPad（最小系統(tǒng)）、頻率與相位跟蹤模塊、程控放大與衰減模塊、LED串點(diǎn)亮模塊、液晶與鍵盤模塊和一個(gè)母板組成。該套件的特點(diǎn)是使用靈活，可以單獨(dú)用MSP430F5529 LaunchPad進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以與其他模塊組合，即將MSP430F5529 LaunchPad與其他模塊插在母板上，形成頻率與相位跟蹤系統(tǒng)，或程控放大與衰減系統(tǒng)，或LED串點(diǎn)亮系

2、統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖9.0.1所示。該套件便于攜帶，既可以在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)，也可以帶回宿舍實(shí)驗(yàn)，特別適用于學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，因此，取名為“學(xué)生創(chuàng)新套件”。MSP430F5529 Launchpad9.1頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2LED串點(diǎn)亮模塊串點(diǎn)亮模塊9.3程控放大和衰減模塊程控放大和衰減模塊9.4電阻測(cè)量模塊電阻測(cè)量模塊9.59.1 MSP430F5529 Launchpad9.1.1 概述針對(duì)目前在單片機(jī)學(xué)習(xí)和開發(fā)過程中，在線仿真困難且實(shí)驗(yàn)裝置不易擴(kuò)展的情況，我們研制了基于TI公司板載仿真器的MSP430F5529 LaunchPad（最小系統(tǒng)）。該最小系統(tǒng)不僅自身

3、可以進(jìn)行USB通信控制、GPIO輸出控制、定時(shí)器計(jì)時(shí)中斷、PWM產(chǎn)生和按鍵外部中斷等一系列實(shí)驗(yàn)，而且可以通過其BoosterPack接口上豐富的功能引腳，與我們研制的頻率與相位跟蹤、程控放大與衰減、LED串點(diǎn)亮、液晶等電路模塊配合，進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。MSP430F5529 LaunchPad硬件包括板載仿真器、MSP430F5529單片機(jī)、USB通信接口電路及BoosterPack接口等，其硬件框圖如圖9.1.1所示，實(shí)物如圖9.1.2所示。軟件包括基本的CCS操作、USB通信控制程序、GPIO輸出控制程序、定時(shí)器計(jì)時(shí)中斷程序、PWM產(chǎn)生程序和按鍵外部中斷程序。圖9.1.1 MSP430F552

4、9 LaunchPad硬件框圖圖9.1.2 MSP430F5529 LaunchPad實(shí)物圖9.1.2 硬件研制1. 板載仿真器板載仿真器是MSP430F5529 LaunchPad的關(guān)鍵組成部分，主要包括MSP430F1612單片機(jī)、128k字的片外EEPROM存儲(chǔ)器AT24C128、USB轉(zhuǎn)串口通信芯片TUSB3410、ESD保護(hù)二極管陣列TPD2E001、12MHz的外部時(shí)鐘單元等，其電路原理圖如圖9.1.3所示。圖9.1.3 板載仿真器部分電路原理圖9.1 MSP430F5529 Launchpad2. BoosterPack接口BoosterPack接口是MSP430F5529 La

5、unchPad的一大特色，正是由于BoosterPack的存在，MSP430單片機(jī)的擴(kuò)展應(yīng)用才變得方便。MSP430F5529單片機(jī)片內(nèi)有128 kB的Flash和10 kB的SRAM，以及SPI、SCI、I2C、ADC、DMA和USB2.0等豐富的外設(shè)資源。MSP430F5529 LaunchPad通過BoosterPack接口引出4組SPI、2組I2C和2組UART功能引腳；同時(shí)，還包括多組定時(shí)器、比較器、DMA及ADC的引腳。這些豐富的引腳為外部擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)提供了必備的條件。BoosterPack接口上的資源和功能如圖9.1.4所示。圖9.1.4 BoosterPack接口9.1 MS

6、P430F5529 Launchpad圖9.1.5 LED與按鍵電路3. MSP430F5529主控電路MSP430F5529主控電路是MSP430F5529 LaunchPad的控制、處理核心，主要包括MSP430單片機(jī)芯片和相關(guān)電路、LED、按鍵、USB與上位機(jī)通信接口電路等。MSP430單片機(jī)芯片和相關(guān)電路包括MSP430F5529單片機(jī)，給單片機(jī)提供32.768 kHz和4 MHz的兩路外部時(shí)鐘單元、復(fù)位及電源等。LED與按鍵電路如圖9.1.5所示，LED1和LED2分別連接到單片機(jī)的P7.6和P7.5引腳，這兩個(gè)引腳具有定時(shí)器計(jì)時(shí)中斷的功能。按鍵S2連接到單片機(jī)的P1.7引腳，該引腳

7、具有外部中斷的功能，即可在相應(yīng)的電平跳變邊沿觸發(fā)中斷，而無須查詢端口狀態(tài)。通過單片機(jī)內(nèi)部控制寄存器的配置，P1.7引腳利用內(nèi)部上拉電阻進(jìn)行上拉，保持高電平。當(dāng)按鍵S2按下，產(chǎn)生下降沿時(shí)觸發(fā)中斷，反轉(zhuǎn)P7.5引腳輸出狀態(tài)。9.1 MSP430F5529 LaunchpadMSP430F5529單片機(jī)內(nèi)部集成了全速USB2.0模塊，數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)12Mbps，不再需要USB轉(zhuǎn)換芯片。設(shè)計(jì)一個(gè)Mini-USB接口電路實(shí)現(xiàn)MSP430單片機(jī)與PC的通信，如圖9.1.6所示。與MSP430單片機(jī)連接的引腳有5529_VBUS、PU.1/DM、PU.0/DP以及PUR。5529_VBUS是Mini-US

8、B接口輸出的5V電壓，為MSP430單片機(jī)USB模塊提供電源；PU.1/DM和PU.0/DP是USB的數(shù)據(jù)終端；PUR完成D+信號(hào)的上拉，使主機(jī)能夠識(shí)別當(dāng)前設(shè)備為全速USB設(shè)備；U7是ESD保護(hù)二極管陣列TPD2E001，該芯片提供電流過載保護(hù)。圖9.1.6 Mini-USB接口電路9.1 MSP430F5529 Launchpad4. 電源模塊電源模塊是MSP430F5529 LaunchPad的能量來源。由于USB口具有輸出5V、500mA的能力，可以對(duì)整個(gè)MSP430F5529 LaunchPad供電。供電方案如圖9.1.7所示。在對(duì)MSP430F5529 LaunchPad供電時(shí)，可以

9、利用跳線帽方便地選擇其中任何一路USB。出于對(duì)電路安全性的考慮，在USB電壓輸出處加限流芯片，提供過流保護(hù)。圖9.1.8是電流限制電路，整個(gè)MSP430F5529 LaunchPad的電流被限制在250mA以內(nèi)。圖9.1.7 MSP430F5529 LaunchPad供電方案圖9.1.8 電流限制電路9.1 MSP430F5529 Launchpad經(jīng)過限流后的電壓再通過LDO線性穩(wěn)壓器，為單片機(jī)及其他電路提供電源。MSP430F5529 LaunchPad上有兩片TI公司的LDO芯片TPS77301和TPS73533。其中，TPS77301是可提供250mA負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器，圖9.1.

10、9是該芯片的可調(diào)輸出電壓電路。 TPS73533是低壓差、低功耗的線性穩(wěn)壓器，最大可提供500mA的電流，圖9.1.10是該芯片固定的輸出電壓電路，即將USB端口提供的5V電壓通過TPS73533轉(zhuǎn)換成3.3 V輸出。IN端是供電端，最大供電電壓可達(dá)7V；EN是芯片的使能端，高電平有效；芯片的輸入IN端和輸出OUT端，都通過陶瓷電容接地，對(duì)噪聲進(jìn)行濾波；NR/FB通過旁路電容接地，可以減小輸出噪聲及增加供電電壓的抑制比(PSRR)。圖9.1.9 TPS77301可調(diào)輸出電壓電路圖9.1.10 TPS73533固定輸出電壓電路9.1 MSP430F5529 Launchpad9.1.3 軟件開發(fā)

11、為了幫助初學(xué)者更好地學(xué)習(xí)和使用MSP430F5529 LaunchPad，我們開發(fā)了相應(yīng)的板載實(shí)驗(yàn)程序。該板載實(shí)驗(yàn)程序?yàn)橐粋€(gè)完整的CCS軟件工程，不僅能夠應(yīng)用MSP430F5529單片機(jī)的USB通信模塊、定時(shí)器模塊、外部中斷模塊等，也能夠使用該開發(fā)板上的所有硬件資源，即在一個(gè)軟件工程下，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)板上所有硬件資源的測(cè)試。板載實(shí)驗(yàn)程序軟件流程圖如圖9.1.11所示。其中，USB通信控制實(shí)驗(yàn)為整個(gè)板載實(shí)驗(yàn)的主體框架，通過上位機(jī)輸入相應(yīng)的命令，利用USB通信將相應(yīng)的命令發(fā)送給MSP430單片機(jī)，從而控制程序的流向，進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。該板載實(shí)驗(yàn)程序包括USB通信控制實(shí)驗(yàn)、GPIO輸出控制實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器計(jì)時(shí)

12、中斷實(shí)驗(yàn)、PWM產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)和按鍵外部中斷實(shí)驗(yàn)。圖9.1.11 板載實(shí)驗(yàn)程序流程圖9.1 MSP430F5529 Launchpad9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2.1 概述1硬件電路該模塊主要由濾波電路、相位跟蹤電路和頻率測(cè)量電路3部分組成，如圖9.2.1所示。圖9.2.1 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊硬件原理框圖圖9.2.2是頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊的電路原理圖。9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊2軟件部分圖9.2.3是頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊的軟件總體框圖，包括主監(jiān)控程序、中斷服務(wù)程序、初始化模塊、頻率計(jì)算模塊、頻率跟蹤模塊及相位跟蹤模塊。主監(jiān)控程序的流程圖如圖9.2.4所示。 圖9.2.3 頻率測(cè)量

13、與相位跟蹤軟件總體框圖圖9.2.4 主監(jiān)控程序流程圖9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2.2 頻率測(cè)量1. 工作原理圖9.2.5是根據(jù)圖9.2.2簡(jiǎn)化后的頻率測(cè)量部分的電路原理圖。 圖9.2.5 頻率測(cè)量電路等效原理圖9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊2. 程序分析程序分析采用MSP430單片機(jī)定時(shí)器TA2.1的捕獲模式測(cè)量頻率。T2.1對(duì)應(yīng)于單片機(jī)的P2.4引腳。測(cè)量時(shí)，經(jīng)調(diào)理后的方波信號(hào)從P2.4輸入到MSP430單片機(jī)定時(shí)器TA2.1，其上升沿被捕獲。MSP430單片機(jī)的定時(shí)器在捕獲發(fā)生時(shí)，可以自動(dòng)地把此時(shí)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值存入寄存器TA2CCR1中，由此得到相鄰上升沿的計(jì)數(shù)差值，再根據(jù)計(jì)數(shù)時(shí)鐘

14、，算出相鄰上升沿的時(shí)間間隔即周期值，最后對(duì)周期求倒數(shù)就得到頻率值。為此，通過控制寄存器TA2CTL定義定時(shí)器為連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、時(shí)鐘選擇SMCLK=16 MHz。通過控制寄存器TA2CCTL1定義通道1為捕獲模式、開捕獲中斷、上升沿捕獲等。部分程序代碼及注釋如下：P2SEL |= BIT4 + BIT5; / 選擇2.4，2.5口為第二功能TA2CTL = TACLR; / 復(fù)位定時(shí)器TA2TA2CTL = TASSEL_2 + ID_0 + MC_2 + TAIE; / 時(shí)鐘源為SMCLK，連續(xù)增模式TA2CCTL1 = CCIE + CAP + CCIS_0 + CM_1 + SCS; /

15、通道1開捕獲中斷，上升沿捕獲在定時(shí)器通道1的捕獲中斷中，測(cè)量輸入信號(hào)相鄰上升沿的時(shí)間間隔。在這里我們利用中斷向量寄存器TAIV，選擇通道1的捕獲中斷。然后，將時(shí)間間隔換算為頻率。在定時(shí)器中斷中計(jì)算時(shí)間間隔部分的程序代碼如下：#pragma vector=TIMER2_A1_VECTOR_ _interrupt void TIMER2_A1_ISR(void)switch(TA2IV) case 2: Sample_times = 0; / 正弦表指針歸零 Avarage_period = Overflow_counter*65536 - Input_one_capture + TA2CCR1;

16、 / 計(jì)算周期值9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊Input_one_capture = TA2CCR1; / 保存捕獲值，供下一次使用Input_one_counter = DETA_counter;Overflow_counter = 0; / 溢出次數(shù)清零CapFlag+;break; case 14: Overflow_counter+; / TA每次溢出，溢出變量+1 DETA_counter+; break;3. 測(cè)試結(jié)果根據(jù)圖9.2.5，將信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的正弦信號(hào)接至J1。該信號(hào)經(jīng)過整形后進(jìn)入MSP430單片機(jī)定時(shí)器引腳，進(jìn)行測(cè)頻。測(cè)量結(jié)果可以由液晶顯示，也可以通過CCSv5軟件察看

17、。用示波器觀測(cè)輸入100Hz正弦信號(hào)和經(jīng)整形后的矩形波信號(hào)如圖9.2.6所示。在此設(shè)置比較器的高、低門限電壓分別為3V和2V。以圖9.2.5中滯環(huán)比較器為例，當(dāng)比較器正、負(fù)輸入端電平值相等時(shí)，其輸出會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。高、低門限電壓的計(jì)算公式為9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊3OH224H132445RVRRRVRRRRR3OL224L132445RVRRRVRRRRR (9.2.2)式中，VOH與VOL分別為比較器輸出的高、低電平值。可見，改變電阻的阻值可以任意配置高、低門限的電壓值。另外，圖中矩形波高電平部分波形是比較器輸出能力受上拉電阻的影響所致。上拉電阻越大，輸出能力就越弱。在原理圖9.2.5中

18、，上拉電阻選擇用戶手冊(cè)推薦的5.1kW。由圖9.2.6可見，比較器的高、低門限電壓分別為2.9V和2.1V。通過改變電阻R1、R2、R3和R4的值，可以重新配置滯環(huán)比較器的高、低門限電壓。頻率測(cè)量結(jié)果如表9.2.1所示。利用測(cè)周法測(cè)量頻率的誤差由兩部分組成：計(jì)數(shù)相對(duì)誤差和時(shí)鐘誤差。計(jì)數(shù)相對(duì)誤差的最大值為1個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)被測(cè)頻率較低時(shí)，計(jì)數(shù)誤差影響很小，可忽略不計(jì)，主要受時(shí)鐘誤差影響；當(dāng)待測(cè)頻率較高時(shí)，測(cè)頻誤差主要來源于計(jì)數(shù)誤差。配置為16 MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，由示波器測(cè)量得時(shí)鐘頻率為16.13MHz，由此計(jì)算出測(cè)頻最大誤差為0.813%。由表中數(shù)據(jù)可見，測(cè)量數(shù)據(jù)均在誤差范圍內(nèi)。 (9.2.3)9

19、.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊 圖9.2.6 比較器輸入、輸出波形待測(cè)頻率（Hz）10501005001000實(shí)測(cè)頻率（Hz）9.9350.00100.00500.021000.02測(cè)頻誤差（%）0.7000.0040.002表9.2.1 頻率測(cè)量結(jié)果4. 思考題思考題分析測(cè)頻誤差產(chǎn)生的來源，考慮采用何種方法加以解決？例如，為了減小誤差可以分頻段測(cè)頻，低頻采用測(cè)周法，高頻采用測(cè)頻法等。9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2.3 頻率跟蹤1. 工作原理工作原理頻率跟蹤是MSP430單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的同頻率的正弦信號(hào)。由于MSP430單片機(jī)只能發(fā)出PWM波，無法發(fā)出正弦波形。所以，利用M

20、SP430單片機(jī)定時(shí)器TA0模擬DAC，根據(jù)采樣定理，通過查表法產(chǎn)生SPWM波形來模擬正弦信號(hào)。（1）面積等效原理PWM控制技術(shù)中的面積等效原理是：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出效果基本相同。沖量即窄脈沖的面積，效果相同是指輸出波形基本相同。（2）PWM實(shí)現(xiàn)DAC在電子技術(shù)應(yīng)用中，經(jīng)常需要同時(shí)使用單片機(jī)和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）。然而，許多單片機(jī)內(nèi)部并沒有集成DAC，但是，幾乎所有的單片機(jī)都提供定時(shí)器或PWM輸出功能。我們可以采用軟件的方法，通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)PWM輸出，再經(jīng)過簡(jiǎn)單的濾波電路就可以實(shí)現(xiàn)DAC，這將大大降低電子設(shè)備的成本、減小體積。PWM信號(hào)是一種具有固定周期

21、、不定占空比的數(shù)字信號(hào)。如果PWM信號(hào)的占空比隨時(shí)間變化，那么通過濾波之后的輸出信號(hào)將是幅度變化的模擬信號(hào)，因此通過控制PWM信號(hào)的占空比，就可以產(chǎn)生不同的模擬信號(hào)。針對(duì)MSP430單片機(jī)，可以采用TACCR0來控制周期T，而用與定時(shí)器對(duì)應(yīng)的TACCR1寄存器來控制可變占空比，從而實(shí)現(xiàn)DAC。9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊（3）低通濾波器MSP430單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM存在高次諧波，因此，為了濾除SPWM中的諧波分量，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)板上設(shè)置一個(gè)兩通道的低通濾波器，其截止頻率分別為100Hz和1kHz。圖9.2.10為低通濾波器的幅頻特性示意圖。 圖9.2.10 低通濾波器幅頻特性2. 程序分析程序

22、分析利用MSP430單片機(jī)定時(shí)器TA0.1來產(chǎn)生PWM波。首先，生成一個(gè)由2048點(diǎn)脈寬信息組成的正弦表，脈寬信息與正弦波幅值成一次函數(shù)關(guān)系。其次，根據(jù)不同的輸入頻率計(jì)算步長(zhǎng)；根據(jù)不同的頻率及其對(duì)應(yīng)的步長(zhǎng)，在2048點(diǎn)正弦表中抽取相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，構(gòu)成相應(yīng)頻率的正弦波。然后，利用定時(shí)器TA0.1，通過周期寄存器TA0CCR0設(shè)置采樣周期，利用比較寄存器TA0CCR1來改變輸出PWM波的占空比。每隔一個(gè)采樣周期，在定時(shí)器溢出中斷中改變TA0CCR1，從而改變占空比，實(shí)現(xiàn)發(fā)送PWM波功能。在程序中有兩個(gè)捕獲中斷，一個(gè)用于測(cè)量頻率，另一個(gè)用于測(cè)量相位差。在測(cè)量頻率的中斷中，將正弦表指針歸零，來實(shí)現(xiàn)同頻輸出

23、。其部分程序?yàn)椋?.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊#pragma vector=TIMER2_A1_VECTOR_ _interrupt void TIMER2_A1_ISR(void)switch(TA2IV) case 2: Sample_times = 0; / 正弦表指針歸零，控制與輸入信號(hào)同頻/*/#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR_ _interrupt void TIMER0_A1_ISR(void) switch(TA0IV) case 14:Sample_times=Sample_times+1; / 采樣周期到，改變正弦表指針Cappwm=1; /

24、設(shè)置標(biāo)志位，在主程序中改變比較寄存器的值從而改變占空比 break; 3. 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果以80Hz輸入信號(hào)為例，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)接至J1時(shí)，可以用示波器觀察J4上的信號(hào)（單片機(jī)發(fā)出的PWM波）和J3上的信號(hào)（經(jīng)低通濾波器濾波后的信號(hào)），分別如圖9.2.13、圖9.2.14和圖9.2.15所示。由圖9.2.13可見，PWM占空比隨正弦幅值變化而改變；由圖9.2.14可見，低通濾波器具有延時(shí)特性。其中，脈寬最大的地方對(duì)應(yīng)正弦信號(hào)幅值最高處。由于延時(shí)特性，二者有一段時(shí)間偏差。圖9.2.15是整體效果圖。9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊圖9.2.13 濾波器輸入、輸出 圖9.2.15 濾波

25、器輸入、輸出圖9.2.14 濾波器輸入、輸出 9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊在10100Hz內(nèi)選取5個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行頻率跟蹤測(cè)量，觀察輸出信號(hào)正弦波形，測(cè)試結(jié)果如表9.2.2所示。輸入頻率（Hz）10305070100跟蹤頻率（Hz）9.9929.9950.1069.91100.03表9.2.2 頻率跟蹤測(cè)量結(jié)果用示波器觀察10Hz與100Hz的輸入、輸出信號(hào)波形，分別如圖9.2.16和圖9.2.17所示。圖中，上、下曲線分別表示輸入、輸出信號(hào)。可見，當(dāng)信號(hào)頻率高時(shí)，輸出波形幅值衰減增大。這是因?yàn)闉V波器的截止頻率為100Hz，造成了100Hz正弦波的衰減。 圖9.2.16 10Hz輸入頻率跟蹤截圖

26、圖9.2.17 100Hz輸入頻率跟蹤截圖4. 思考題思考題能否換一種方法，在軟件上實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的頻率跟蹤？9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2.4 相位跟蹤1. 工作原理工作原理根據(jù)MSP430單片機(jī)定時(shí)器TA2.1和TA2.2的捕獲差值（即相位差），利用PI控制，調(diào)整MSP430單片機(jī)輸出PWM波形，從而改變輸出波形的相位，實(shí)現(xiàn)兩路波形的相位跟蹤。相位跟蹤示意圖如圖9.2.18所示。參考信號(hào)是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生、并經(jīng)過頻率測(cè)量電路整形后的矩形波信號(hào)，反饋信號(hào)是相位跟蹤電路輸出的矩形波信號(hào)，兩者的相位差作為PI調(diào)節(jié)器的輸入。PI調(diào)節(jié)器的輸出是PWM波，經(jīng)過低通濾波后，作為相位跟蹤電路的輸入。通

27、過PI調(diào)節(jié)器的控制作用，使得反饋信號(hào)的相位跟蹤上參考信號(hào)的相位。圖9.2.18 相位跟蹤示意圖根據(jù)圖9.2.2，將J5和J6中的“2”與“3”相連；將J3中的“1”與“2”相連；將J4的“2”和“3”相連；其等效電路原理圖如圖9.2.19所示。MSP430單片機(jī)發(fā)出PWM信號(hào)，經(jīng)濾波后變成正弦信號(hào)，通過相位跟蹤電路的整形和反相，送入單片機(jī)定時(shí)器的通道2（TA2.2）。與此同時(shí)，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)，經(jīng)過頻率測(cè)量電路的整形和反相，送至單片機(jī)定時(shí)器的通道1（TA2.1）。單片機(jī)定時(shí)器對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行捕獲，得到差值，即為相位差。根據(jù)相位差來調(diào)整輸出信號(hào)的相位，由此構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正

28、弦信號(hào)經(jīng)過頻率測(cè)量電路后會(huì)有一定的相位偏移，為了保證兩路信號(hào)在輸入MSP430單片機(jī)定時(shí)器時(shí)有相同的相位偏移，所以，頻率測(cè)量電路與相位跟蹤電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同。值得注意的是，上述提到濾波電路存在延時(shí)特性，即MSP430單片機(jī)輸出PWM與濾波后的正弦波之間存在相位差。但是，由于采用了PI調(diào)節(jié)，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后的控制信息不僅包括當(dāng)前偏差，還與之前的偏差有關(guān)，所以，可以實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊2. 程序分析為了實(shí)現(xiàn)相位跟蹤首先要計(jì)算出相位差信息；然后，根據(jù)該信息，調(diào)整PWM起始指針，從而達(dá)到調(diào)整相位的目的。相位跟蹤部分程序代碼如下：/*/*名稱: Delay_time_cal(

29、void)*功能：計(jì)算相位差*入口參數(shù)：無*出口參數(shù)：temp_delay_phase/*/float Delay_time_cal(void)volatile float Cal_delay_time = 0.0; volatile float temp_delay_phase = 0.0; Cal_delay_time = 1.0e-6*Delay_DETA/16.0; / 2路信號(hào)相位延遲時(shí)間 if(Cal_delay_time0.5/Signal_frequency) / 糾正錯(cuò)誤誤差Cal_delay_time -= 1.0/Signal_frequency; if(Cal_dela

30、y_time-0.5/Signal_frequency)Cal_delay_time+=1.0/Signal_frequency; temp_delay_phase = 1.0*Cal_delay_time * Signal_frequency *2048; / 計(jì)算相位差在正弦表中所占點(diǎn)數(shù) e = temp_delay_phase; ui = ui0 + ki * e; / PI調(diào)節(jié)器 u = kp * e + ui; ui0 = ui; temp_delay_phase = u;9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊return temp_delay_phase;/*/while(1) if(Ca

31、ppwm) / 判斷標(biāo)志位add_phase_step = (Phase_step_N*Sample_times + Delay_phase );/ 微調(diào)相位后計(jì)算正弦表中指針tempN = (int)(add_phase_step/2048); add_phase_step -= 2048.0*tempN;TA0CCR1 = SIN_TABLE(long int)add_phase_step; / 改變比較寄存器9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊3. 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果信號(hào)發(fā)生器發(fā)出80Hz的正弦信號(hào)輸入J1端，用雙蹤示波器觀察J2和J6上的波形，如圖9.2.20所示

32、。圖9.2.21是圖9.2.20的細(xì)節(jié)部分。圖9.2.20 80Hz相位跟蹤示波器的截圖圖9.2.21 80Hz相位跟蹤示波器細(xì)節(jié)截圖9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊在10100Hz之間取5點(diǎn)測(cè)量輸入與輸出波形的相位差，測(cè)試結(jié)果如表9.2.3所示。跟蹤誤差產(chǎn)生的原因可能來自以下幾方面： 超低頻時(shí)，計(jì)算頻率標(biāo)志位overflow溢出； 晶振不穩(wěn)定，導(dǎo)致跟蹤波形不穩(wěn)定； 跟蹤效果與Kp和Ki的取值有關(guān)。頻率（Hz）10305070100跟蹤頻率（Hz）9.9929.9950.1069.91100.03偏差時(shí)間（ms）7044406960實(shí)際相位差（）0.250.470.721.742.104. 思考

33、題如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)程序，利用兩通道濾波器的另一通道，即截止頻率為1kHz的低通濾波器，拓寬跟蹤范圍？表9.2.3 相位跟蹤測(cè)試結(jié)果9.2 頻率測(cè)量與相位跟蹤模塊9.3 LED串點(diǎn)亮模塊9.3.1 概述1. 硬件電路該電路模塊由負(fù)壓產(chǎn)生電路、檢流電路、恒流輸出LED驅(qū)動(dòng)電路（或恒壓輸出電路）和控制電路、電壓跟隨電路組成，如圖9.3.1所示。其中，由TPS61165開關(guān)電源芯片與電容、肖特基二極管組成負(fù)壓產(chǎn)生電路，產(chǎn)生-20-12V的電壓；檢流電路利用檢流芯片INA213將串在LED電路上小電阻上的電壓放大，再送至MSP430單片機(jī)，由MSP430單片機(jī)采樣、檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)；恒流輸出LED驅(qū)動(dòng)電路

34、（或恒壓輸出電路）和控制電路利用TPS61165的不同連接方法，分別實(shí)現(xiàn)恒流源控制點(diǎn)亮LED串和恒壓源控制，并通過MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出電流/電壓的調(diào)節(jié)；電壓跟隨電路利用運(yùn)放OPA347對(duì)升壓芯片產(chǎn)生的、經(jīng)過分壓后的電壓進(jìn)行跟隨，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，以便被MSP430單片機(jī)準(zhǔn)確地采樣和檢測(cè)。具體的電路原理圖如圖9.3.2所示。圖9.3.1 LED燈串點(diǎn)亮電路圖9.3.2 電路原理圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊為了精簡(jiǎn)電路圖，充分利用模擬芯片的功能，實(shí)驗(yàn)板上利用跳線帽、短接不同的插針來更改連接方式。插針分布圖如圖9.3.3所示。不同的插針短接的功能如表9.3.1所示。圖 9.3.3 插針分布圖序號(hào)插針

35、連接功能說明1J91和2為板子提供5V的工作電壓3和2為板子提供3.3V的工作電壓表9.3.1 插針功能說明9.3 LED串點(diǎn)亮模塊續(xù)表 序號(hào)插針連接功能說明2J101和2通過FB控制亮度3和2通過CTRL控制亮度3J51和2為FB端控制提供通路4J41和2實(shí)現(xiàn)恒壓控制2和3實(shí)現(xiàn)恒流控制5J61和2外接LED燈3和4接入電流表6J81和2使負(fù)壓電路開始工作7J71輸出負(fù)壓8TP1地9TP2恒流控制時(shí)的TPS61165反饋端10TP3檢流芯片的輸出端11TP4跟隨器跟隨后的電壓12TP5跟隨器跟隨前的電壓9.3 LED串點(diǎn)亮模塊圖9.3.4是小模塊的PCB效果圖，通過圖可以清晰地看到各個(gè)插針的詳

36、細(xì)位置。 圖9.3.4 PCB效果圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊2. 軟件部分該模塊利用MSP430單片機(jī)發(fā)出PWM波控制TPS61165的CTRL引腳，從而實(shí)現(xiàn)TPS61165的PWM控制和單線數(shù)字控制方式；利用MSP430單片機(jī)內(nèi)部ADC對(duì)檢流芯片INA213的輸出進(jìn)行采樣，從而達(dá)到計(jì)算恒流控制中電流的目的；利用MSP430單片機(jī)內(nèi)部ADC對(duì)恒壓控制中電壓進(jìn)行采樣。程序框圖如圖9.3.5所示，程序流程圖如圖9.3.6所示。 圖9.3.5 程序框圖圖9.3.6 主監(jiān)控程序流程圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊9.3.2 恒流源實(shí)現(xiàn)LED串點(diǎn)亮1. 工作原理要實(shí)現(xiàn)LED串的點(diǎn)亮，僅僅依靠實(shí)驗(yàn)板上的供電3V

37、和5V是不夠的，因?yàn)長(zhǎng)ED串需要十幾伏的電壓才能驅(qū)動(dòng)，因此，需要對(duì)電壓進(jìn)行升壓。TPS61165是一個(gè)boost型電源升壓芯片，由電感、開關(guān)管、二極管和電容組成，如圖9.3.7所示。圖9.3.7 boost型電壓變換器電路可見，輸入電源V經(jīng)過電感、二極管與電容相連，開關(guān)管并聯(lián)在電感和電源的兩端，控制開關(guān)管的關(guān)斷，電感和電容不斷進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)電壓的升高。具體的工作過程是：當(dāng)開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)電感充電，電容對(duì)負(fù)載放電，如圖9.3.8所示；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電源和電感經(jīng)過二極管給電容充電，如圖9.3.9所示。這樣就能在電容的兩端得到升壓后的電壓值。 圖9.3.8 開關(guān)管導(dǎo)通圖9.3.9 開關(guān)管

38、關(guān)斷9.3 LED串點(diǎn)亮模塊TPS61165結(jié)構(gòu)框圖如圖9.3.10所示。該芯片內(nèi)部有一個(gè)MOSFET開關(guān)器件，其關(guān)斷頻率達(dá)到1.2 MHz。在MOSFET關(guān)斷時(shí)，電源6和電感L1給電容C2充電；當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于將L1的A端接到地，L1將向地釋放能量。通過電感L1和電容C2的充電，實(shí)現(xiàn)電壓的升高。圖9.3.10 TPS61165典型結(jié)構(gòu)框圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊通過改變圖9.3.2跳線帽的接法，實(shí)現(xiàn)恒流源點(diǎn)亮LED。在恒流源模式下需要使用的插針功能及接法如表9.3.2所示。功 能插針接法為實(shí)驗(yàn)板提供3.3V電壓短路塊短接J9的“2”和“3”插針把單片機(jī)輸出的PWM波送給TPS61

39、165短路塊短接J10的“2”和“3”插針選擇恒流控制模式短路塊短接J4的“2”和“3”插針接入LED串在J6的“1”和“2”接入LED串串接電流表在J6的“3”和“4”接入電流表地測(cè)試點(diǎn)TP1反饋端電壓值測(cè)試點(diǎn)TP2檢流電壓輸出測(cè)試點(diǎn)TP3表9.3.2 恒流源模式下插針接法9.3 LED串點(diǎn)亮模塊圖9.3.11所示為恒流模式下插針的接法，陰影部分表示的短路塊，其余沒有短路塊的表示不做任何連接。 圖9.3.11 恒流模式插針接法圖完成后的等效電路原理圖如圖9.3.12所示。圖9.3.12 LED恒流控制電路原理圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊利用開關(guān)電源芯片TPS61165實(shí)現(xiàn)恒流源點(diǎn)亮高亮LED串

40、，其恒流源驅(qū)動(dòng)LED串的典型應(yīng)用原理圖如圖9.3.13所示。 圖9.3.13 TPS61165驅(qū)動(dòng)LED串原理圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊2. 程序分析本實(shí)驗(yàn)中MSP430單片機(jī)主要完成兩個(gè)任務(wù)。 MSP430單片機(jī)與TPS61165的CTRL引腳相連，改變反饋端FB的電壓，實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)，改變LED亮度；MSP430單片機(jī)控制TPS61165的CTRL引腳有PWM波控制和單線數(shù)字位控制兩種方式。PWM控制是通過單片機(jī)發(fā)送不同占空比方波，控制端會(huì)根據(jù)不同的PWM波，調(diào)節(jié)FB端電壓；而單線數(shù)字位控制方法，是由單片機(jī)GPIO口向TPS61165發(fā)送控制字，配置芯片寄存器的數(shù)字位，從而改變反饋端的電壓值

41、。MSP430單片機(jī)P2.0引腳與TPS61165 CTRL引腳相連，其具有定時(shí)器的功能，可以發(fā)送不同占空比PWM。 MSP430單片機(jī)與INA213的輸出引腳Output相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)INA213輸出電壓的采樣，從而計(jì)算LED串上的電流。下面對(duì)相關(guān)程序作簡(jiǎn)要介紹。（1）MSP430單片機(jī)產(chǎn)生PWM波形 MSP430單片機(jī)發(fā)出PWM波形程序如下：unsigned const PWMPeriod = 80; P2DIR |= BIT0; / 選擇P2.0P2SEL |= BIT0; / 選擇P2.0的第二功能TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 + TACLR; / 選擇SMCLK,

42、增計(jì)數(shù)模式, 清TAR寄存器TA1CCR0 = PWMPeriod; / 設(shè)定PWM波形周期TA1CCR1 = 40; / 設(shè)定PWM波形占空比TA1CCTL1 = OUTMOD_7; / 工作在模式79.3 LED串點(diǎn)亮模塊上述程序配置了MSP430定時(shí)器TA1的配置，將TA1的CCR1配置成PWM輸出狀態(tài)。程序運(yùn)行后，在P2.0端口將輸出頻率為50kHz、占空比為50%的PWM波形，如圖9.3.14所示。圖9.3.14 MSP430單片機(jī)輸出PWM波形（2）MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)TPS61165單線數(shù)字控制利用單線數(shù)字位控制時(shí)，MSP430單片機(jī)對(duì)開關(guān)電源傳送數(shù)據(jù)的時(shí)序圖如圖9.3.15所

43、示。圖9.3.15 單線數(shù)字控制時(shí)序圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊下面是單線數(shù)字控制進(jìn)入單線控制模式的程序：P2DIR |= BIT0;P2OUT &= BIT0;for(i=0;i1000;i+); / 將CTRL拉低2.5msP2OUT |= BIT0;for(i=0;i40;i+); / ES detect delay 時(shí)間100usP2OUT &= BIT0;for(i=0;i104;i+); / ES detect time 時(shí)間260usP2OUT |= BIT0;for(i=0;i400;i+); / ES mode Timing window 時(shí)間1ms（3）MSP430單片機(jī)采樣

44、INA213輸出電壓MSP430單片機(jī)上的ADC是逐次比較型的，模擬輸入信號(hào)為非負(fù)單極性，電壓范圍為0AVREF，AVREF是單片機(jī)的工作電壓值。ADC輸入端的等效電路如圖9.3.20所示。圖中，Rin為輸入模擬信號(hào)內(nèi)阻，Vs為輸入模擬電壓信號(hào)，Rsh為模擬多路開關(guān)與采樣開關(guān)的等效電阻，Vsh為采樣電容的充電電壓。采樣過程是采樣電容充電、跟蹤輸入模擬信號(hào)電壓的過程。由等效電路可以看出，輸入模擬信號(hào)內(nèi)阻越大，則采樣電容充電時(shí)間越長(zhǎng)，因此，對(duì)于采樣頻率要求越高的場(chǎng)合，要求模擬輸入信號(hào)內(nèi)阻必須越小。在應(yīng)用時(shí)，首先要估算在規(guī)定的采樣頻率下對(duì)模擬輸入信號(hào)內(nèi)阻的要求。如果信號(hào)源內(nèi)阻達(dá)不到要求，則需使用一個(gè)

45、輸出阻抗很小的緩沖器，使輸出阻抗變小，有利于提高采樣的準(zhǔn)確度。對(duì)INA213采樣，直接將芯片的輸出端接入MSP430單片機(jī)，完成采樣過程。首先配置MSP430單片機(jī)的ADC采樣模塊，設(shè)置其系統(tǒng)時(shí)鐘：4MHz，采樣通道：A8；采樣方式：多通道循環(huán)采樣；參考源：VR- =VSS ，VR+ =VCC；采樣頻率：3857.28 Hz。9.3 LED串點(diǎn)亮模塊圖9.3.20 單片機(jī)ADC原理首先配置MSP430單片機(jī)的ADC采樣模塊，設(shè)置其系統(tǒng)時(shí)鐘：4MHz，采樣通道：A8；采樣方式：多通道循環(huán)采樣；參考源：VR- =VSS ，VR+ =VCC；采樣頻率：3857.28 Hz。ADC的初始化程序如下：

46、ADC12CTL0 = ADC12ON+ADC12MSC+ADC12SHT0_15; / 開啟ADC12,設(shè)置采樣時(shí)間 ADC12CTL1 = ADC12SHP+ADC12CONSEQ_3; / 多通道循環(huán)采樣ADC12MCTL0 = ADC12INCH_5; / 使用通道A5ADC12MCTL1 =ADC12INCH_8+ADC12EOS; / 使用通道A8ADC12CTL0 |= ADC12ENC; / 使能采樣9.3 LED串點(diǎn)亮模塊3. 測(cè)試結(jié)果（1）電流恒定實(shí)驗(yàn)在電路中串接不同個(gè)數(shù)的LED串（MSP430單片機(jī)輸出一個(gè)固定的PWM值，從而保證FB端電壓值恒定），通過測(cè)試LED串上的電

47、流，測(cè)試恒流特性。 外部串接不同個(gè)數(shù)的LED燈，分別為2、3、4、5、6，并串接電流表； MSP430單片機(jī)P2.0端口輸出PWM波，占空比為50%，頻率為50kHz； 讀取串接電流表讀數(shù)，如表9.3.3第二列讀數(shù)所示； 讀取LCD顯示讀數(shù)，如表9.3.3第三列讀數(shù)所示； 計(jì)算誤差值，如表9.3.3第四列所示。LED燈個(gè)數(shù) 電流表值（mA）LCD顯示值（mA）誤差29.86010.0702.13%39.86010.0702.13%49.86010.0702.13%59.86010.0802.13%69.86010.0802.13%表9.3.3 LED燈個(gè)數(shù)不同時(shí)的電流9.3 LED串點(diǎn)亮模塊通

48、過實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：電流表測(cè)量值和LCD液晶顯示的值之間的誤差為一個(gè)固定數(shù)值，因此，對(duì)于這個(gè)固定的值是可以視為系統(tǒng)誤差，用軟件進(jìn)行消除。例如，對(duì)于占空比為50%的PWM波形，可以在軟件中通過對(duì)采樣值減去0.21，就能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)值。（2）電流控制實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)分別通過PWM控制和單線數(shù)字位控制這兩種方法來調(diào)節(jié)TPS61165的FB端電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電流的目的。 PWM控制CTRL法調(diào)節(jié)電流。（a）外部串接LED燈6個(gè)，并串接電流表。（b）利用MSP430單片機(jī)發(fā)出不同占空比的方波，分別為20%，40%，60%，80%和100%，方波頻率保持不變，為50 kHz。（c）讀取串接電流表讀數(shù)，如表

49、9.3.4第二列讀數(shù)所示。（d）由LCD讀取相應(yīng)電流值，如表9.3.4第三列所示。（e）計(jì)算誤差值，如表9.3.4第四列所示。 PWM占空比電流測(cè)量值（mA）LCD顯示值（mA）誤差0.23.9454.0402.40%0.47.8868.0702.33%0.611.83212.0952.22%0.815.78216.1172.12%119.95520.3301.88%表9.3.4 PWM波控制電流9.3 LED串點(diǎn)亮模塊 單線數(shù)字位控制法調(diào)節(jié)電流實(shí)驗(yàn)步驟如下：（a）外部串接LED燈6個(gè)；（b）利用MSP430單片機(jī)GPIO端口，配置TPS61165的寄存器的數(shù)字位D4、D3、D2、D1和D0，

50、從而調(diào)節(jié)反饋端電壓;（c）用萬用表測(cè)試TPS61165反饋端FB的電壓，如表9.3.7第二列，根據(jù)反饋端電阻值為10, 計(jì)算出相應(yīng)電流值, 如表9.3.7第三列所示；（d）由MSP430單片機(jī)測(cè)量并通過LCD顯示的電流值，如表9.3.7第四列所示。D4 D3 D2 D1 D0反饋端電壓值（mV）計(jì)算值LCD顯示值（mA）0 0 0 0 15.20.520.5800 0 0 1 08.20.820.8860 0 1 0 014.21.421.4990 1 0 0 026.02.602.7011 0 0 0 072表9.3.7 單線數(shù)字位控制電流9.3 LED串點(diǎn)亮模塊 恒流

51、輸出情況對(duì)恒流輸出的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓紋波、反饋電壓和檢流輸出電壓紋波進(jìn)行測(cè)試，如表9.3.8所示。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：（a）外部分別接入6個(gè)LED燈，并在LED串上接入電流表，在輸入電路上也接入電流表，在這里使用小型校驗(yàn)儀作為電流表使用。（b）通過實(shí)驗(yàn)板上的3.3V電源供電，利用核心板發(fā)出占空比為1的PWM波形。（c）用萬用表測(cè)量輸入電壓，如表9.3.8第二列所示；讀出電流表顯示的輸入電流，如表9.3.8第三列所示；用萬用表測(cè)量輸出電壓，如表9.3.8第四列所示；讀出電流表的輸出電流，如表9.3.8第五列所示；用安捷倫示波器測(cè)試輸出電壓紋波，耦合方式調(diào)為交流耦合方式

52、，調(diào)節(jié)Y軸靈敏度，能看清紋波波形，利用示波器的測(cè)量功能讀出紋波的峰峰值，如表9.3.8第六列所示；用萬用表測(cè)量反饋端電壓，如表9.3.8第七列所示；用萬用表測(cè)量檢流輸出電壓，如表9.3.8第八列所示；（d）分別使負(fù)載為2、3、4、5個(gè)LED燈，重復(fù)上述步驟。負(fù)載輸入電壓（V）輸入電流（mA）輸出電壓（V）輸出電流（mA）輸出電壓紋波（mV）反饋電壓（mV）檢流輸出電壓（V）23.29329.54.12419.9530199.50.99933.29043.66.12319.9544199.50.99943.28758.18.07419.9560199.50.99953.28376.710.080

53、19.9574199.50.99963.27994.112.01919.9598199.50.9994. 思考題在實(shí)驗(yàn)中當(dāng)負(fù)載為一個(gè)LED時(shí)，電流會(huì)發(fā)生變化，想一想這是什么原因?qū)е碌?？?.3.8 恒流輸出測(cè)試9.3 LED串點(diǎn)亮模塊9.3.3 恒壓源輸出1. 工作原理通過改變圖9.3.2跳線帽的接法，實(shí)現(xiàn)恒壓源輸出。在恒壓源模式下，需要使用的插針功能及接法如表9.3.9所示。功 能插針接法為實(shí)驗(yàn)板提供3.3V電壓短路塊短接J9的“2”和“3”插針把單片機(jī)輸出的PWM波送給61165短路塊短接J10的“2”和“3”插針選擇恒壓源輸出模式短路塊短接J4的“1”和“2”插針接入功率電阻在J6的“1

54、”和“2”接入功率電阻測(cè)試輸出電流時(shí)可以串接電流表可以在J6的“3”和“4”接入電流表地測(cè)試點(diǎn)TP1檢流電壓輸出測(cè)試點(diǎn)TP3電壓跟隨前電壓值測(cè)試點(diǎn)TP5電壓跟隨后電壓值測(cè)試點(diǎn)TP4表9.3.9 恒壓源模式下插針功能及接法9.3 LED串點(diǎn)亮模塊如圖9.3.21所示為在恒壓源輸出模式下插針的接法，陰影部分為短路塊，其余的沒有標(biāo)記的表示不做任何連接。圖9.3.21 恒壓模式下插針接法圖完成后的等效電路原理圖如圖9.3.22所示。圖9.3.22 LED恒壓控制電路原理圖9.3 LED串點(diǎn)亮模塊2. 程序分析在本實(shí)驗(yàn)中，MSP430單片機(jī)主要完成兩個(gè)任務(wù)。 MSP430單片機(jī)與TPS61165的CTR

55、L引腳相連，改變反饋端FB的電壓，不同恒壓值的輸出，可以改變LED亮度；MSP430單片機(jī)控制TPS61165的CTRL引腳有PWM波控制和單線數(shù)字位控制兩種方式。PWM控制是通過單片機(jī)發(fā)送不同占空比方波，控制端會(huì)根據(jù)不同的PWM波，調(diào)節(jié)FB端電壓；而單線數(shù)字位控制方法，是由單片機(jī)GPIO端口向TPS61165發(fā)送控制字，配置芯片寄存器的數(shù)字位，從而改變反饋端的電壓值。MSP430單片機(jī)P2.0引腳與TPS61165 CTRL引腳相連，其具有定時(shí)器的功能，可以發(fā)送不同占空比PWM。 MSP430單片機(jī)與INA213的輸出引腳Output相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)INA213輸出電壓的采樣，從而計(jì)算輸出恒壓源

56、值的大小。3. 測(cè)試結(jié)果按照?qǐng)D9.3.2的電路原理圖，用短路塊把電路連接成恒壓源輸出電路，如圖9.3.22所示。（1）恒壓輸出實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)中通過改變負(fù)載電阻R的大?。∕SP430單片機(jī)輸出一個(gè)固定的PWM值，占空比為1，從而保證FB端電壓值恒定）通過測(cè)試VOUT點(diǎn)的電壓值，測(cè)試恒壓輸出特性。具體測(cè)試步驟為： 改變負(fù)載電阻R值的大小，分別為1kW、10kW、51kW、100kW、1MW，在VOUT和地之間并聯(lián)電壓表； MSP430單片機(jī)P2.0端口輸出占空比為1的PWM波； 讀取電壓表的讀數(shù)，如表9.3.10第二列讀數(shù)所示； 讀取LCD顯示讀數(shù)，如表9.3.10第三列讀數(shù)所示； 計(jì)算絕對(duì)誤差和相對(duì)

57、誤差，如表9.3.10的第四列和第五列所示。9.3 LED串點(diǎn)亮模塊負(fù)載()電壓表數(shù)值（V）LCD顯示值（V）絕對(duì)誤差（V）誤 差1k18.1818.400.221.21%10k18.1618.400.241.32%51k18.1618.400.241.32%100k18.1618.400.241.32%1M18.1618.400.241.32% 表9.3.10 負(fù)載不同時(shí)恒壓輸出值（2）恒壓源控制測(cè)試該實(shí)驗(yàn)分別通過PWM控制和單線數(shù)字位控制這兩種方法來調(diào)節(jié)TPS61165的FB端電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)恒壓源輸出值的目的。 PWM控制CTRL法調(diào)節(jié)電壓實(shí)驗(yàn)步驟：（a）如圖9.3.23所示，使用電阻

58、R為51kW的負(fù)載；（b）利用MSP430單片機(jī)發(fā)出不同占空比的方波，分別為20%，40%，60%，80%和100%，方波頻率保持不變，為50kHz；（c）用萬用表測(cè)試恒壓輸出值VOUT隨著占空比變化的情況，如表9.3.11第二列所示；（d）由LCD讀出相應(yīng)電壓值，如表9.3.11第三列所示；（e）利用LCD顯示的采樣值減去電壓表的測(cè)量值，計(jì)算出絕對(duì)誤差，如表9.3.11第四列所示；計(jì)算出相對(duì)誤差如表9.3.11所示。9.3 LED串點(diǎn)亮模塊PWM占空比電壓表數(shù)值（V）LCD液晶顯示值（V）絕對(duì)誤差（V）相 對(duì) 誤 差0.23.5103.5550.0451.28%0.47.1177.2150.

59、0981.37%0.610.72610.870.1441.34%0.814.34414.5450.2061.43%118.16018.4000.2401.32%表9.3.11 PWM波形控制電壓 單線數(shù)字位控制法調(diào)節(jié)恒壓值（a）如圖9.3.23所示，使負(fù)載電阻R的值為51 kW；（b）利用MSP430單片機(jī)GPIO端口，配置TPS61165的寄存器的數(shù)字位D4、D3、D2、D1和D0，從而調(diào)節(jié)反饋端電壓;（c）用萬用表測(cè)試TPS61165反饋端FB的電壓，如表9.3.12第二列所示，根據(jù)式（9.3.9）計(jì)算出相應(yīng)的恒壓輸出值，如表9.3.12第三列所示；（e）由LCD讀出相應(yīng)電壓值，如表9.3

60、.12第四列所示；（f）計(jì)算出相對(duì)誤差，如表9.3.12第五列所示。9.3 LED串點(diǎn)亮模塊D4 D3 D2 D1 D0反饋端電壓值（mV）計(jì)算值（V）恒壓輸出（V）相 對(duì) 誤 差0 0 0 0 15.20.4780.4870.62%0 0 0 1 08.20.7530.7580.66%0 0 1 0 014.21.3041.3090.38%0 1 0 0 026.02.3892.3950.25%1 0 0 0 062.15.7065.7120.11%表9.3.12 單線數(shù)字位控制電壓（3）反饋端調(diào)節(jié)電壓在恒壓輸出模式下，將J10的“2”和“3”連接變成“1”和“2”連接；利用短路塊把J5短接