2 理论分析和计算
根据题目要求和以上论证，本设计的详细系统框图如图6所示。
UiBuck电路 负载 IR2110驱动 过压检测 取样放大 M PWM 1×8 键盘 定时器A MSP430F149 12位AD LCD显示 蜂鸣器 控制
图6 系统总设计框图
系统工作过程如下：MSP430F149 单片机通过中断扫描键盘读入预设值，与读入的电流值比较，利用其差值来控制电流源电路输出的电流值，使其稳定的达到预设值；电流源输出经过负载取出电压值，再经过差分放大，送到MSP430F149 内部的12 位ADC 进行采样测量；最后通过LCD 液晶显示出设定值和测量值，完成闭环控制。
2.1 软件修正
虽然LM324构成的差分放大，可以较好的放大待测信号，但也存在一定的误差，线性度不理想，因此对数据进行离散数据拟合处理，再通过软件进行校正，以提高精度。LM324放大校正前后的误差比较如图7所示。
LM324放大校正6050403020100-100-20-30电压误差（mV）校正前的电压校正后的绝对误差5001000150020002500理论电压(mV)
图7 LM324放大校正图
为了进一步提高MSP430F149内部AD转换器的精度，首先测试输入AD的电压值，记录数据通过离散数据拟合，最后通过软件修正。ADC数据修正前后如图8所示。
ADC校正的比较图140120100误差806040200-200510152025ADC变换电压AD差值系列2
图8 ADC校正图
2.2 PWM分辨率计算
利用430内部8MHZ晶振为时钟的定时器B产生30KHZ的PWM信号，经过计算每个PWM周期内有约266份，已经基本能够准确调整任意占空比的PWM，从而实现高精度的PWM控制信号。
2.3 采样电阻参数计算
设计中A/D的参考电压都为2.5V，电路中流过的电流最大值为2000mA，因此正常情况下电阻阻值应为2500mV/2000mA=1.25
。
因为采样电阻阻值的准确性和阻值是影响输出电流与预置值的一致性的关键因素，因此选用温度系数约为5ppm/℃的康锰铜电阻丝作为采样电阻。康铜丝接在整流输入地和负载地之间，经过实验，选择0.1欧姆的电阻效果比较好。
3 硬件电路设计
3.1 DC/DC转换器主要部分
DC/DC主电路采用开关电源非隔离式Buck电路，其构成图如图9所示。如果MOSFET选用N沟道的那么在驱动电路以后必须加隔离，增加了硬件难度。如果用P沟道MOSFET那么可以直接驱动不用隔离，并且P沟道的导通电阻较小，功耗小。所以在Bcuk电路的开
关采用P沟道MOSTETP。
图9 Buck变换器主电路
3.2 驱动电路
驱动电路如图10所示。由MSP430F149单片机产生的PWM信号从IR2110的12脚，由第1脚输出用于驱动MOSFET管，控制MOSFET的开断。
图10 MOSFET驱动电路
3.3 电流采样调整电路
常用的电流采样电路是将取样电阻直接串接在Buck电路的接地端， 然后使用差分放大电路进行调理。调理电路如图11所示。该电路的主要功能是将20mV到200mV的电压信号放大12倍后，送入MSP430F149内部的A/D进行转换。差分输人信号来自于采样电阻两端。
图11 电流采样调整图
3.4 自制电源电路设计
本系统芯片所需电压需要12V、5V和3.3V。用L7805将输入电压转换成12V左右，用于LM324单电源供电；用RG1117-5将12V稳压为5V为驱动芯片IR2110和其他外围供电；用RE1117-3.3将5V稳压为3.3V为MSP430F149供电。该方案很好的满足本系统的电源需求。其电路图如图12所示。
图12 自制电源电路
3.5 空载检测和过压保护电路设计
如图13空载检测和过压保护模块使本系统智能化。空载检测功能通过检查AD变换的结果是否为0来实现，当空载时蜂鸣器报警。过压保护电路由一个稳压二极管1N4741和
NPN8050构成过压检测电路，用于对输出电压的实时监测。当工作电压正常时，三极管集电极输出高电平；当工作电压超过11V时，三极管集电极输出低电平，用MSP430F149实时检测信号的变化。当输出低电平时，关断PWM波，使场管关断，并声光报警。当输出电压恢复正常时，MSP430F149恢复正常工作状态，从而实现对负载的保护和自动恢复功能。
图13 空载检测和过压保护电路
3.6 人机接口部分
人机接口部分由输入键盘和LCD显示构成。其中按键部分主要是完成电流的预设、电流的步进控制和PWM的通断。其电路如图14所示。
图14 按键设计电路
显示部分LCD用来显示电流的给定值、实际测量值、报警状态和PWM的通断。其工作状态如图15所示。