2015年年全国大学生电子设计竞赛报告【荐】.docVIP

全国大学生电子设计竞赛 2012年TI杯模拟电子系统专题邀请赛 设计报告 参赛题目：高效LED驱动电路（A题） 参赛对号：xxx 参赛选手：xxx 参赛地点：xxx 参赛时间：2012-8-28~2012-8-29 2012-8-29 摘要： 本文主要介绍基于MSP430G2553的高效LED驱动电路的系统设计。该设计的LED驱动主回路是以TI公司的DC/DC升压芯片TPS61040为核心的恒流源电路，通过MSP430G2553对恒流源电路的给定控制，实现对LED电流的准确设定。为了实现延长断电后的恒流延续时间，我们采用单独的TPS61040做自供电升压稳压电源，为单片机提供稳定的、更长时间的工作电压。为了方便设定值的读取，综合考虑系统的设计成本，采用两位数码管显示设定电流值。最终，通过设置超级功耗单片机的低功耗模式进入断电期，真正实现了高效的LED驱动。 关键字：高效 LED驱动 msp430 低功耗 系统方案论证 1.1供电方案论证 方案一：该方案是指只用一片TPS61040为整个系统提供电源，包括五颗白光LED、MSP430单片机、显示模块等。由于TPS61040的输入电压低至1.8V，所以当断电后电容电压可以跌到1.8V单片机仍然能够获得足够的工作电压。该方案的优点在于只用一片芯片，可以在较低的输入电压工作。缺点是输入电压不是最低的，输出电压的范围太宽。 方案二：该方案指的是用两片TPS61040作为电源，其中一片单独为五颗LED做恒流使用，另外一片将输入电压升高后，提供给LED的恒流输入和单片机。为了使升压电路的工作电压更低，采用自供电方式，即使用升压的输出电压为升压芯片供电。这样可以再电容电压低至更低值时保证系统的正常工作，进一步延长断电延续时间。还能为单片机提供一个相对稳定、合适的工作电压。缺点是由于升压电路的加入，系统的效率会有所降低、成本会提高。 本设计采用后者方案，原因在于在对第一种方案测试之后发现：五颗LED的供电电压远高于单片机的工作电压，导致必须加入降压稳压拓扑，不可行。 1.2主控器方案论证 方案一：采用MSP430G2553作为控制器，其资源包括10位AD，14个I/O，5种低功耗模式等，满足本设计的需要。优点在于该单片机工作电压可低至1.8V,编程控制方便，能够满足要求。缺点是型号低端，功耗不如其他两种型号低，尤其是MSP430FR5739. 方案二：采用MSP430F5529作为控制器，其资源包括10位AD，I/O，6种低功耗模式等，满足本设计的需要。优点在于该单片机工作电压可低至1.8V,低功耗模式功耗非常低。缺点是编程控制不熟悉。 方案三：采用MSP430FR5739作为控制器，其资源包括10位AD，I/O，9种低功耗模式等，满足本设计的需要。优点在于低功耗模式功耗极低。缺点是该单片机工作电压达2V，编程控制不熟悉。 综合上述来看，本设计选择了熟悉的MSP430G2553作为控制器，在断电后开启低功耗模式，基本能够得到比较理想的性能。 1.3恒流控制方案论证 方案一：采用PWM方式控制LED电流。优点：不需要额外的器件，可由单片机资源完成，节约成本，控制精度比较高。缺点：电流采样比较困难，存在很大纹波，降低控制判断的准度。 方案二：采用D/A输出电压的方式控制LED电流。优点：控制精度高，纹波小，有利于采样。缺点：加入D/A 芯片，提高成本，电压基准不准确，带来控制误差。 本设计采用方案二，使用DAC7512做D/A转换。 理论分析与计算 2.1设定电流精度计算 由于题目要求（1）中要求上电初始值为1mA，变化范围为1mA～22mA可循环，步进为3mA，控制精度为±0.2mA，并尽量提高控制精度。因此在选择A/D之前，为了能达到要求精度，我们作出如下简单的理论值计算： A/D采样分辨率： 检流电阻的选择： D/A输出分辨率： 电流分辨率： 2.2 能量消耗计算 由于题目要求（2）中要求开关S1断开后，电路由电容C供电。控制LED驱动电路，在保证LED串上电流不小于0.5mA的前提下，尽可能延长对LED的供电时间。这是对系统功耗和效率的考察，因此我们先作出理想情况下的理论值计算： 电容C理想存储电能：（假设电容充电足够久，并忽略漏电流） =1.79685 J 断电后供五颗LED以0.5mA电流保持时间：（只计LED耗电量且电容电能全部输出） 由以上计算可知，若电容在最为理想的情况下，只供五颗LED 0.5mA亮越4分钟。但实际情况与此相去甚远，原因有如下几点： 第一：