基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器秦臻.ppt

1,MSP430G2系列Launchpad作品开发实例教程,实例名称：基于MSP430G2211实现的多路电源开关 控制器作 者：秦臻制作单位：西安电子科技大学测控工程与仪器系 MSP430单片机联合实验室制作时间：2011年12月,2,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,作品基本情况介绍本作品使用MSP430G2211单片机实现了通过按键对四路功率继电器进行选择控制，达到对四路交流电源加电/断电的控制要求，由于是对220V市电进行控制，所以作品中尽可能的考虑了使用安全问题，使用了隔离电路以及在每一路上都有功率限制。,3,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,MSP430G2211单片机MSP430G2系列单片机是德州仪器公司推出的一系列针对于低成本低功耗应用的单片机，针对不同的应用，提供了具有不同模块的多种型号。具体功能表如下表。,4,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,MSP430G2系列选型表,5,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的开发平台。它适用于适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品，其基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器件开发应用所必需的所有软、硬件。LaunchPad 具有集成的DIP 目标插座，可支持多达20 个引脚，从而使MSP430 Value Line 器件能够简便地插入LaunchPad 电路板中。此外，其还可提供板上Flash 仿真工具，以直接连接至PC 轻松进行编程、调试和评估。LaunchPad 试验板还能够对eZ430-RF2500T 目标板、eZ430-Chronos 手表模块eZ430-F2012T/F2013T 目标板进行编程。此外，它还提供了从MSP430G2xx 器件到主机PC 或相连目标板的9600 波特UART 串行连接。,6,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,MSP430G2系列Launchpad开发板硬件资源 USB 调试与编程接口无需驱动即可安装使用，且具备高达9600 波特的UART 串行通信速度 支持所有采用PDIP14 或PDIP20 封装的MSP430G2xx 和MSP430F20 xx 器件 分别连接至绿光和红光LED 的两个通用数字I/O 引脚可提供视觉反馈 两个按钮可实现用户反馈和芯片复位 器件引脚可通过插座引出，既可以方便的用于调试，也可用来添加定制的扩展板 高质量的20 引脚DIP 插座，可轻松简便地插入目标器件或将其移除,7,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,MSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件资源,Embedded Emulation,6-pin eZ430 Connector,Part and Socket,Crystal Pads,Power Connector,Reset Button,LEDs and JumpersP1.0&P1.6,P1.3 Button,Chip Pinouts,USB EmulatorConnection,8,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,系统总体设计方案 为了实现安全的控制220V的交流电，本作品使用隔离控制大功率继电器的方式实现。220V交流电引入系统后，经过继电器和保险管后再经过四路插座输出。在控制继电器的方式上，为了安全起见，控制信号通过光耦隔离之后控制继电器。本作品可以实现4路220W的功率输出控制。各个模块之间的具体工作关系如下，用户通过键盘像MSP430处理器发送命令，MSP430G2211处理器在检测到案件后，会对相应的继电器控制I/O置位，注意此时的控制信号是隔离之前的信号；此信号经过隔离模块之后交给控制模块，用来控制相应的继电器动作，从而使得不同的通道导通。系统设计框图如下：,9,基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器,10,单元电路介绍,MSP430G2211控制系统模块 如图2.1所示，P1.6,P1.7,P2.6,P2.7用于产生四个继电器的控制信号，由于本系统是用于大功率电源控制，从安全上考虑，在系统上电单片机复位阶段，由于I/O电平不确定，有可能会给后级带来安全隐患，所以这里将四路I/O口全部下拉，用改变I/O口方向的方法实现控制电平的切换。这样，在系统复位到对I/O初始化的过程内电平都可控。确保了系统可靠性。同时由于G2211系列I/O资源较少，这里同时将指示灯功能也通过硬件的方法实现，高电平的时候继电器导通，并点亮相应LED。,11,单元电路介绍,继电器控制模块 这里使用一种最常用的继电器控制电路，同时为了保证系统安全，在每一路都增加的电流峰值吸收电路和保险管。,12,单元电路介绍,继电器控制模块 ULN2003是一款大功率的达林顿管阵列芯片，用在控制继电器上可以省略掉续流二极管。这里将经过光耦隔离出来的单片机控制信号进行电平转换和功率放大，以达到驱动继电器的目的。在继电器驱动中，R13和C1用于吸收在继电器切换瞬间的电流尖峰，以免造成单片机干扰。,13,单元电路介绍,控制信号隔离模块 为了确保控制安全，控制信号全部经过一片TLP521-4芯片进行电器隔离，将强电弱电完全分离。,14,单元电路介绍,隔离电源模块由于控制信号的隔离，因此系统电源也隔离为两套。电源引进系统后，一路经过直接供给用于驱动继电器和ULN2003；另一路经过DC-DC隔离模块之后供给单片机系统。,15,PCB设计注意事项,由于本系统引入了220交流电，为了满足强电安全规范，在PCB设计时，应该将220V电源的走线宽度大于50mil,走线间距大于20mil,以满足爬电距离要求。在加工PCB时也应要求PCB板厚度大于1.2mm。,16,作品实物图,17,软件程序流程图,系统总流程图本作品在软件程序上的功能较为简单，在对系统时钟、键盘I/O以及控制继电器的I/O进行初始化后，系统就开始等待键盘命令。,18,软件程序流程图,中断服务程序流程图由于控制继电器的I/O口采用的下拉方式，所以控制程序使用改变I/O方向的方式来改变输出电平。例如，需要将P1.6口输出高电平时，需要将P1.6输出设为高，同时将方向设置为输出模式；如果希望P1.6输出低电平，则将P1.6口方向置为输入即可。这样可以保证在系统复位时也有确定的低电平输出。,19,CCS设计与调试方法介绍,CCS概述 Code Composer Studio(CCStudio)是用于德州仪器(TI)嵌入式处理器系列的集成开发环境(IDE)。CCStudio 包含一整套用于开发和调试嵌入式应用的工具。它包含适用于每个 TI 器件系列的编译器、源码编辑器、项目构建环境、调试器、描述器、仿真器、实时操作系统以及多种其他功能。,20,选择一个工作空间,建立新工程,21,建立新工程,选择File-New-CCS Project,进入如图所示界面,22,建立新工程,选择器件型号 单击Finish之后，还有最后一步就可以开始编程了,23,建立新工程,对工程单击右键选择New-Source File,添加一个main.c文件。以下就是完整的开发界面,24,开始调试,在程序编写完成后，单击Project-Build Active Project，如果没错就可以单击快捷工具栏的debug按钮开始在线调试，CCS提供了强大的调试工具，结合debug快捷工具可以实现全速运行，单步运行，设置断点，观察变量等一系列功能，如图。,25,开始调试,26,总结与思考,作品总结MSP430G2系列单片机高性能低成本的特点决定了十分适合应用于类似本作品的这种应用当中。本作品在设计上充分考虑了MSP430G2系列单片机的资源，并同时重点对系统的安全性进行了考虑，采用了诸如隔离控制，保险管，尖峰吸收电路等一系列措施保证系统的安全可靠。本作品安全可靠，使用方便，充分利用了G2系列低功耗低成本的特点。,27,总结与思考,思考与扩展在本作品基础上，建议读者关于本作品功能的进一步增强进行如下思考。如：如何使系统的功率和耐压值更高？断电之后系统如何保持当前状态？是否能增加无线控制功能，进一步增强控制人员的安全？是否能够进行网络化改造，统一远程控制？,28,总结与思考,建议在功能上做如下扩展工作：控制切换电压提高到380V增加Zigbee无线控制功能提供网络化控制功能,29,致谢：美国德州仪器半导体技术（上海）公司 西安电子科技大学机电工程学院联系方式：,