隨著電力系統(tǒng)" title="電力系統(tǒng)">電力系統(tǒng)現(xiàn)代自動化水平的提高以及高頻開關(guān)電源結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜,促使人們采用新的控制手段來迅速反映模塊變化,以大幅度提高開關(guān)電源模塊穩(wěn)定運(yùn)行水平.在整個控制系統(tǒng)中,要求處理采樣數(shù)據(jù)及采用的算法也越來越多.傳統(tǒng)的微處理器如MSC51系列等單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)由于內(nèi)部集成資源相對少,、外圍電路復(fù)雜,、系統(tǒng)抗干擾能力差、不擅長數(shù)據(jù)處理的缺點(diǎn)以逐漸不能滿足高科技水平的需要.
MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器. 由于其超低功耗,、強(qiáng)大的處理能力,、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、系統(tǒng)工作穩(wěn)定,、方便高效的開發(fā)環(huán)境得到廣大用戶的高度評價,。本文采用MSP430單片機(jī)控制開關(guān)電源時期穩(wěn)定運(yùn)行。
2 系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)采用MSP430F155型號單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源的穩(wěn)定控制,，主要包括如下幾個部分：MSP430核心部分,、反饋信號處理部分、信號輸出給定部分,、控制電路部分,、通訊部分及CPU外圍電路。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
3 硬件部分設(shè)計
3.1 MSP430核心部分
MSP430F155單片機(jī)具有非常豐富的片內(nèi)資源,，因此,，最小系統(tǒng)無需配置過多的外圍接口芯片就可滿足本系統(tǒng)要求，其最小系統(tǒng)組成如圖2所示,。
本系統(tǒng)基礎(chǔ)時鐘LFXT1振蕩器工作在低頻模式,，外接低速晶振，作為內(nèi)部時鐘源,。LFXT2振蕩器外接8M晶振,，工作于高頻模式，作為其他外圍模塊的時鐘源,。
圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
3.2反饋信號處理部分
反饋信號處理部分主要完成強(qiáng)電信號與弱電信號之間的隔離和變換,，該電路包括電壓信號分壓電路、電流信號放大電路,、電平提升電路和濾波電路等,。
3.2.1 電壓信號轉(zhuǎn)換電路
采集電壓范圍不適合MSP430F155的要求，應(yīng)對其信號進(jìn)行縮小處理,。用分壓電阻將分壓降至MSP430F155所需要的幅值VSE+,。VSE+電壓幅值用運(yùn)放搭建的跟隨器輸出OUT-V，直接給單片機(jī)使用,。圖3中的電位器微調(diào),，用于調(diào)整單片機(jī)系數(shù),。
圖3 電壓信號轉(zhuǎn)換電路
3.2.2 電流信號放大電路
高頻開關(guān)電源輸出電流也隨著負(fù)荷變化，在幾安培到三十安培之間變化,。模塊采用30A/75mV的分流器,，將輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并通過放大電路把電壓信號升高到MSP430F155允許的幅值,。運(yùn)算放大器視精度要求使用,，使用性能較好的運(yùn)算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。此處選用BB公司的高精度運(yùn)放OPA177,。ISE-通過分流器采樣的毫幅級電壓值,，經(jīng)過調(diào)節(jié)反饋電位器VR3和R28的阻值得到IOC，再通過跟隨器及電位器VR2微調(diào),，以符合單片機(jī)采樣信號是電壓信號的要求,。由于分流器的輸出和運(yùn)放的地連在一起，減小了共模干擾,。
圖4 電流信號放大電路
3.3 信號輸出給定部分
單片機(jī)通過D/A給定兩個電壓值分別控制輸出電壓的電壓環(huán)和限流的電流環(huán),，以達(dá)到控制輸出的目的。
由于MSP430F155系列的單片機(jī)D/A電壓輸出的最大幅值為VCC,，達(dá)不到控制電壓環(huán)和電流環(huán)所需要的幅值,，從而采用圖5所示的運(yùn)算放大電路，V_DW所接的是電位器,，它的位置是在前面板上,，通過調(diào)節(jié)電位器改變電壓參數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,。
圖5 運(yùn)算放大電路
3.4 通訊電路
通訊模塊是本系統(tǒng)的一個重要組成部分,，控制器通過通訊模塊實(shí)現(xiàn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)及有關(guān)信息的上傳和基本參數(shù)、控制命令等的接收,，能否設(shè)計一個較為成功的通信電路將直接影響到控制器的調(diào)試,、功能及其可用性。
由于30A高頻開關(guān)電源模塊模擬和數(shù)字共地,，噪聲干擾強(qiáng)度大,，使ADM2483的5V電源畸形波動,，最終導(dǎo)致通訊不能正常工作,。所以ADM2483供電的5V電源是經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換所得。B0505S的輸出電流100mA滿足供電需求,。ADM2483內(nèi)部采用磁耦隔離,。
4 軟件部分設(shè)計
軟件部分由數(shù)據(jù)采集模塊、參數(shù)計算模塊,、中斷報警模塊,、內(nèi)部存儲模塊,、通訊中斷模塊、控制模塊等幾個部分組成,，如圖6所示：
圖6 軟件框圖
根據(jù)軟件框圖所示各部分內(nèi)容,，下面給出主程序的流程圖（圖7），在主程序中,，主要完成初始化各個外設(shè)寄存器及變量,、讀取歷史信息、實(shí)時采集數(shù)據(jù),、實(shí)時檢查報警信息并及時將各種狀態(tài)信息上傳上位機(jī),，下面主要介紹一下數(shù)據(jù)采集部分和通訊部分：
圖7 主程序流程圖
4.1 數(shù)據(jù)采集部分
MSP430F155內(nèi)部集成的12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)置參考電平發(fā)生器和采樣保持電路，最大采樣速率達(dá)200Ksps,，轉(zhuǎn)換時間短,，能適應(yīng)輸入信號的變化，且具有很強(qiáng)的抗干擾能力,，能夠滿足系統(tǒng)的需要,。控制器對二個信號進(jìn)行采樣,，對應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換通道的3, 4通道,，分別為:模塊的輸出電壓和輸出電流。
為了確保采樣點(diǎn)在同一個采樣周期內(nèi),，軟件采用定時中斷采樣法,。定時中斷時間t=T/N，其中t為定時中斷時間,，N為采樣的點(diǎn)數(shù),，采樣點(diǎn)數(shù)的選擇還要考慮測量數(shù)據(jù)的精度和運(yùn)算速度的因素。以滿足MSP430F155運(yùn)行的需要,。
本系統(tǒng)高頻晶振為8MHz,，用TimerB作為定時中斷器，定時器計數(shù)值為8000,即每隔1000us采一個點(diǎn),，每秒可采1000個數(shù)據(jù),。采集程序流程如圖8所示。
圖8 數(shù)據(jù)采集模塊流程圖
圖9 通訊模塊流程圖
4.2 通訊部分
要保證通訊成功,， 單片機(jī)必須能處理以下問題:單片機(jī)可以識別外部傳來的附加在命令之上的數(shù)據(jù):單片機(jī)應(yīng)該能夠識別無效指令通信中,，單片機(jī)應(yīng)能處理一些通信錯誤，并對錯誤做出相應(yīng)的處理;不管收到任何傳送給本機(jī)的命令,，本機(jī)都應(yīng)做出相應(yīng)的響應(yīng),。通信協(xié)議包含下面幾個部分的內(nèi)容:命令部分、數(shù)據(jù)部分,、編號部分,、誤檢測部分和起始字,、結(jié)束字，其流程圖如圖9所示,。
5 結(jié)束語
綜上所述,， MSP430單片機(jī)通過軟件和硬件的設(shè)計，充分地在它的抗干擾性,、運(yùn)算速度快等性能,。在電力系統(tǒng)操作電源中可以安全、穩(wěn)定的運(yùn)行,。達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求,，并且已經(jīng)在正式的產(chǎn)品中開始應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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