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LDO的应用电路如下图4-2:

图4-2LDO的应用电路

图4-3为利用LT1086-3.3完成5V转3.3V/1.5A的应用电路,图中的电容要采用钽电容.有一些LDO芯片还自带有电源管理功能,可以工作在节电模式.

图4–3LT1086-3.35V转3.3V的应用电路

【方案二】:自己设计开关电源开关电源也是实现电源转换的一种方法,而且效率很高,但设计要比使用线形稳压器复杂得多.不过对于大电流高功率的设计,建议采用开关电源.例如一个5V转3.3V/5A输出的电路,如用线形稳压器,则稳压器功耗为:(5-3.3)×5等于8.5W,功耗太大,而且必须要加很大的散热片.如采用开关电源,例如LT1530,则效率可以达到85%～90%,功耗只有2W左右.生产这类芯片的公司也很多如:MAXIM,LT,NS等.

【方案三】:直接采用电源模块考虑到开关电源设计的复杂性,一些公司推出了基于开关电源技术的低电压输出电源模块.这些模块可靠性和效率都很高,电磁辐射小,而且许多模块可以实现电源隔离.用户只需要加很少的外围元件即可使用.电源模块使用方便,但是价格昂贵.常见生产电源模块的公司有:Agere(原来朗讯的微电子部),Ericsson,Vicor等.国内也有很多公司,如上海衡孚等.

【方案四】:利用电阻分压

利用电阻分压是最简单的办法,其原理如图4-4所示.故有:

显然,所以实际的输出电压要小于3.33V,并且输出电压会随着负载的变化而有一些波动.这种电路功耗也较大,故而这种方案只能是一种应急措施,不适合于低功耗和对电源要求高的设计.

图4-4分压法实现5V转3.3V的电路

四种电源电路设计方案的比较如表4-1所示.

表4-14种电源设计方案比较

比较项目优点缺点低压差线性温压器所需外部元件数目少,使用方便,成本低,纹波小,无电磁干扰.效率很低(一般低于70%),功耗较大,通常要加散热器.开关电源效率高(一般大于80%),输入电压范围较宽,输出功率大,价格比电源模块便宜很多.设计较复杂,有电磁干扰,需要一定的设计能力.电源模块效率高(一般大于85%),输入电压范围较宽,输出功率大,使用方便,电磁干扰小.价格昂贵.电阻分压结构简单,成本低廉.电压会随负载而变化,存在着不可靠性,功耗大.

综合比较以上几种电源电路方案,根据其优缺点,本系统选择采用低电压差线形稳压芯片(LDO)TPS76330,该芯片的输出电压为3.3V,输出电流为150mA.

完全能满足大多数低功耗应用场合的要求,也能满足本系统的功耗要求.

其电源的硬件设计原路图如下图4-5:

图4-5电源电路

从上图可以看出本电源电路设有交流电接口,220V交流电通过变压器将电压变小再经过整流管进行整流滤波变成直流稳压电源,为TPS76330提供直流电源,另外直接设有直流电压接口,直接为电源芯片提供直流电压.经过TPS76330输出本系统所需要的直流恒定电压3.3V.从图中可以看出,该电源电路非常简单,只需要简单的外围器件.此外为了减小干扰,我们在电源芯片TPS76330的输入端和输出端都加上相应的电容C2,C3,C4,C5进行滤波处理,已达到恒定的直流电输出.

4.3电平转换电路的设计方案

【方案一】:使用电阻分压.

这是一个5V转3V电平的单向电路,其原理为将5V电平分压成3V供MSP430单片机系统.其电阻分配可以取大点(电流功耗的原因),如200K,300K.这种方式只能做到5V转3V,成本低.具体电路图如图4-6.

图4-6电阻分压(5V转换为3V)

【方案二】:采用TI的专用双向电平转换电路SN74LVC4245.

SN74LVC4245是一种双电源的电平移位器,VCCA端用5V电源供电,而VCCB端用3.3V电源供电.74LVC4245的电平移位在其内部进行.双电源能保证两边的输出摆幅都能达到满电源幅值,并且有很好的噪声抑制性能.因此,该器件作为混合逻辑电平电路中的接口芯片是很理想的.

该芯片将MCU的输出电压转换为5V系统外设的输入电压,通过DIR引脚可以控制不向的数据流方向.芯片的使能管脚OE决定芯片是否使能工作.虽是成本较高,但在设计上得到较大的方便.具体的连接电路图如图4-7.

双向的3V5V

图4-7SN74LVC4245双电平转换电路

本文的电平转换电路使用的是图4-7的方法.

4.4晶振电路的布局

晶振电路作为时基发生器的时钟振荡电路,为整个单片机芯片内部各个部分电路及单片机与其他数字系统或者计算机系统之间通信,提供可靠的同步时钟信号.

在MSP430单片机硬件的设计中特别要注意晶振的布局,以减小外部干扰.现根据MSP430系列不同的单片机的晶振布局要领做简要的介绍.

一,在MSP430F123单片机中要注意如下几点:

(1)晶振要尽可能的靠近XIN/XOUT口,

(2)在晶振和下载电容下用单独的地线连接Vss管脚,

(3)下载电容用单独的地线连接.

二,在MSP430F413单片机中可以在XIN/XOUT旁边设置NC空闲管脚.

三,对MSPF13×/14×系列的单片机XT2晶振的布局要领如下:

(1)晶振和晶振管脚间的距离尽可能的短,

(2)单独的地线,

(3)载入不是完全均衡能被C1/C2适应偿还

4.5显示电路设计

本系统中采用LCD12864液晶显示器,供电电压是3.3V.用LCD液晶显示器显示,优点是能显示更多的字符,有着良好的人机界面,缺点是控制比较复杂.

由于此CPU与LCD均采为3.3V工作电压,因此单片机与LCD之间的接口不存在电平匹配问题,由于显示器只需要接受指令,所以不需要大功率驱动,因此单片机可以直接与LCD连接.单片机I/O引脚丰富,为了提高显示速度,采用并行接口,单片机的P4口与P5口的三根线分别作为数据线和控制线与LCD相连接.

显示电路的硬件连接图如下图4-8

图4-8显示电路硬件设计图

4.6键盘电路设计

键盘是计算机系统中最常用的人机对话输入部分.在单片机应用中系统中,为了控制系统的工作状态以及向系统输入数据,一般均设有按键或键盘.例如复位用的复位键,功能转换的命令键和数据输入的数字键等,在整个装置中起着很重要的作用.

键盘一般分为编码键盘和非编码键盘两种,编码键盘本身除了按键之外,还包括产生键码的硬件电路.只要按下某一键,就能产生这个键的代码(一般称为编码),这种键盘使用比较方便,需要编写的键盘输入程序也比较简单.不过由于使用的硬件较复杂,在单片机应用系统中使用的还不多.

在单片机应用系统中使用较为普遍的是非编码键盘,非编码键盘是由若干个按键组合的开关矩阵,按键的作用只是简单地实现接点的接通和断开,必须有一套相应的程序与之配合,才能产生出相应的键码.非编码键盘中常见的有单键输入式键盘和矩阵式键盘两种,单键键盘每一个按键开关占一位I/O口线,当按键数较多时,单键电路占用口线也较多,为了节省I/O口线,在按键数量较多时一般采用矩阵式键盘(也称为行列扫描式键盘).

本文使用的是4矩阵键盘,利用MSP430单片机的一般I/O端口来进行扩展设计.

矩阵键盘由行线和列线组成.如图4-9所示为键盘的电路设计.

图表1

图4-9键盘设计电路

如图将MSP430单片机的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7与上图中对应的网络标号相连.P1.0,P1.1,P1.2,P1.3分别是键盘的列线.P1.4,P1.5,P1.6,P1.7分别是键盘的行线.列线为输入口,行线为输出口.当向相应的行线输出低电平,如果键盘中某个键被按下时,键盘中某个列线

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