【正文】 是單片機(jī)端口不夠，必須復(fù)用。電源工作環(huán)境的差異對(duì)電源的應(yīng)用環(huán)境也提出了新的需求，如更強(qiáng)電網(wǎng)適應(yīng)能力、環(huán)境適應(yīng)能力等，戶(hù)外電源就是這一需求的典型代表。 智能電源系統(tǒng)概述 信息 事 業(yè)的迅猛發(fā)展，給電源市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)電源提出了一些新的需求。 WEEE、 ROHS 指令包括兩部分的內(nèi)容，即涉及循環(huán)再利用 WEEE 和限制使用有害物質(zhì)的 ROHS。另一個(gè)重要方面是，材料可循環(huán)利用和對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 (5)綠色環(huán)保；環(huán)保一方面的指 標(biāo)是，通信電源的電流諧波符合要求。 (3)全數(shù)字化控制；數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展逐步表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，如：采用全數(shù)字化控制技術(shù)，有效縮小電源體積降低了成本，大大提高了設(shè)備的可靠性和對(duì)用戶(hù)的適應(yīng)性。 (2)網(wǎng)絡(luò)化智能化的監(jiān)控管理；隨著 網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，巨大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要大量人力、物力投在設(shè)備的管理和維護(hù)工作上，如：通信設(shè)施所處環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，人煙稀少、交通不便 這些 都增大了維護(hù)的難度。智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 機(jī)電專(zhuān)科學(xué)校 基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)： 基于單片機(jī)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 1 基于 單片機(jī)控制的智能電源 第 1 節(jié) 引 言 通信 電源 是保證通信暢通的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)地位確保了 電源 專(zhuān)業(yè)將長(zhǎng)久的興旺發(fā)展并保持其專(zhuān)業(yè)的穩(wěn)定性和獨(dú)立性，特殊的作用不會(huì)被其它專(zhuān)業(yè)所取代，所以自 60 年代以來(lái)通信 電源 事業(yè)一直方興未 艾，技術(shù)在不斷的進(jìn)步，設(shè)備在不斷的更新，專(zhuān)業(yè)地位日益得到提高，特別是進(jìn)入 90 年代以來(lái)，隨著通信事業(yè)超常規(guī)的快速發(fā)展， 電源 專(zhuān)業(yè)尤為得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，新型的 電子 器件、新設(shè)備、微 電子 技術(shù)、計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控技術(shù)等正在廣泛的被通信 電源 所采用。 全球通信電源技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)以下幾大趨勢(shì)： (1)高效率，高功率密度， 高 的使用環(huán)境溫度；運(yùn)營(yíng)商 的 設(shè)備不斷增多、用電量加劇、機(jī)房面積緊張等客觀因素的存在，對(duì)電源產(chǎn)品提出了高效率、高功率密度、寬的使用環(huán)境溫度的要求。這對(duì)電源設(shè)備的監(jiān)控管理提出了新的要求。 (4)安全、防護(hù)、良好 EMC 指標(biāo)；考慮到設(shè)備復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，電源設(shè)備須滿(mǎn)足相關(guān)的安全、防護(hù)、防雷標(biāo)準(zhǔn)，才能保證電源的可靠運(yùn)行。降低電源的輸入諧波，不但可以改善電源對(duì)電網(wǎng)的負(fù)載特性，減小給電網(wǎng)帶來(lái)的污染，也可減少對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。這方面需要產(chǎn)品滿(mǎn)足 WEEE、 ROHS 指令。 所以設(shè)計(jì)一個(gè)智能電源十分必要。例如：多種物理設(shè)備放在一起，有電磁兼 容的需求和機(jī)房面積與承重的要求；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類(lèi)變多使電源的負(fù)載變大，負(fù)載種類(lèi)變多，對(duì)基于單片機(jī)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 2 電源效率和種類(lèi)有要求；機(jī)房和基站數(shù)目增多，對(duì)電源的可靠性和易維護(hù)性提出更高的要求，以滿(mǎn)足無(wú)人值守需要。 本次 單片機(jī)課程 設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能電源，硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：蓄電池充電電路的設(shè)計(jì)、三組不同大小的電源設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、看門(mén)狗電路設(shè)計(jì)、顯示模塊設(shè)計(jì)、 38 譯碼 電路設(shè)計(jì)、AT89C51 基本工作電路設(shè)計(jì)、 74LS161 分頻器設(shè)計(jì)和輔助電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是：初始化程序設(shè)計(jì)、按鍵程序設(shè)計(jì)、充放電控制程序設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)、過(guò)流保護(hù)程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì) 。在 AD0809 采樣中，對(duì)電壓和電流的采樣的先后順序也需要注意。 基于單片機(jī)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 3 第 2 節(jié) 基于 AT89C51 智能電源系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 基于 AT89C51 單片機(jī)控制的智能電源 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的最重要的部分，也是最困難的部分。啟動(dòng)一個(gè)硬件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，原始的推動(dòng)力會(huì)來(lái)自于很多方面，比如市場(chǎng)的需要，基于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的需要，應(yīng)用軟件部門(mén)的功能實(shí)現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，要主動(dòng)的去了解各個(gè)方面的需求，并且綜合起來(lái)，提出最合適的硬件解決方案。 2. 三組不同大小的電源設(shè)計(jì)：一組是 12V 的電源輸出、一組是 3V、 、6V、 9V 的電源輸出、一組是 的連續(xù)可調(diào)電源輸出。 4. AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)：把模擬的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 6. 顯示模塊設(shè)計(jì)：把 輸出的電壓、電流 顯示在顯示器上 。 9. 74LS161 分頻器設(shè)計(jì)：對(duì) AT89C51 的 ALE 進(jìn)行 4 分頻為 AD0809 提供時(shí)鐘頻率。 基于 AT89C51 智能電源系統(tǒng) 設(shè)計(jì)框圖 圖 21 是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的 智能電源 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 的 結(jié)構(gòu)框圖。 圖中 12V 的電源輸出模塊， 3V、 、 6V、 9V 的電源輸出模塊， 連續(xù)電壓電源模塊通過(guò) AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)。同時(shí)也可以通過(guò)鍵盤(pán)控制輸出的電壓的大小。以及通過(guò)看門(mén)狗電路里面的電壓比較，來(lái)監(jiān)視蓄電池的電壓是不是過(guò)低，如果電壓過(guò)低系統(tǒng)自動(dòng)為蓄電池充電。蓄電池輸出電壓為 12V，功率在 20W 時(shí)可連續(xù)工作 5 小時(shí)。（ 1）降壓 整流電路：由變壓器 T、整流二極管 D1 D12 組成。（ 3）大電充電電路：整流電路及可控硅 Q11（ 4）小電流充電電路：由整流電路、二極管D1電阻 R1電位器 R13 組成。 Q 123 C TD 152 C W 2 1D 112 vD 122 vC 115 0u fQ 13N P NR 16R 17R 124 70R 132 50T 11D 132 C Z 11 BR 11BT1 2VR 14R 15P A C 22 0V / 50 H zQ 113 C T D 142 C P 圖 22 蓄電池 充 電電路 本電路防止過(guò)充電的原理是：當(dāng) Q11 被觸發(fā)導(dǎo)通后即對(duì)蓄電池進(jìn)行大電流充電。 Q12 導(dǎo)通后， Q11 觸發(fā)電路受蓄電池電壓反向偏置而關(guān)斷。調(diào)節(jié) R13 使電流限制在允許 范 圍內(nèi)。圖 23為 12V 的電源輸出的電路，該電路中輸入的電壓是經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓以后的 12V，后面是一個(gè)三級(jí)管開(kāi)關(guān)電路，當(dāng) 輸出為低的時(shí)候，經(jīng)過(guò)反相器在三級(jí)管的基極產(chǎn)生一個(gè)高電壓是三級(jí)管導(dǎo)通，導(dǎo)通后在 23F 的線(xiàn)圈里面就有電流，產(chǎn)生磁性，是開(kāi)關(guān) K1 導(dǎo)通，在 Vout 端輸出 12V 電壓。 LM317是常見(jiàn)的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，最大輸出電流為 ，輸出電壓范圍為 ～ 37V。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能， R31 應(yīng)小于 240 歐姆。 D32， D33 用于保護(hù) LM317。每個(gè)開(kāi)關(guān)有一個(gè)輸人端和一個(gè)輸出端，它們可以互換使用，還有一個(gè)選通端（又稱(chēng) 為 控制端），當(dāng)選通端為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)選通端為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)截止。本次設(shè)計(jì)中我使用了四個(gè) CD4066，每個(gè) CD4066 的輸入端接地，輸出端接 LM317 的 1 腳，控制端接單片機(jī)的 、 、 的引腳。后面的三級(jí)管開(kāi)關(guān)電路和前面的相同，區(qū)別是這里是用的單片機(jī)的 引腳控制的。 Q 41N P NV i n2ADJ1+ V o ut3L M 3 17R 41C 41D 42D 43D 41V C C 1 2vR 42P O T 2R 43R 44C 42R 45C 43 Q 43N P NP1.3R 46K32 3F K 41DV C C13124069F4 06 94 06 9FV i nR 47 V O 圖 25為 系統(tǒng) 穩(wěn)壓 電源設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì) 基于 AT89C51 智能電源系統(tǒng) 中使用到了 +12V 和 +5V 的電源，電源設(shè)計(jì)的原理圖如圖 26，輸入有蓄電池提供 12V 的直流電源。而且如果前基于單片機(jī)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 7 段如果電源有輕微的波動(dòng)幾乎對(duì)后面的輸出沒(méi)有影響，這種芯片具有自己調(diào)節(jié)功能。 2_1— 2_8 是 8 位輸出，接入單片機(jī)的 AT89C51 的 — 引腳，其中的 2_8 是低位應(yīng)接 ， 2_1 是高位應(yīng)接 。引腳 22 是開(kāi)始采樣端，高電平有效，引腳 9 是使能端。 I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 08 0 9S T A R T / A L EE N A B L EI N T OV C C 1 2vR 755 0KR 747 0KD 725VD 717VR 721 00 KR 735 0KR 712RA+MGVoutA8A7A6A5A4A3A2A1 基于單片機(jī)智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 8 圖 27 AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 圖中的 IN_0 輸入的是電壓信號(hào)，其中 R72 和 R73 組成了分壓電路。 ref()接地， ref(+)接5V 電壓。 AT89C51 是低功耗、高性能、經(jīng)濟(jì) 的 8 位 CMOS 微處理器，工作頻率為0— 24MHz，內(nèi)置 4K 字節(jié)可編程只讀閃存， 128x8 位的內(nèi)部 RAM， 32 位可編程 I／ O總線(xiàn)。 AT89C51 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R E S T9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218V C C40P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32V P P31A L E30P S E N29P 28P 27P 26P 25P 24P 23P 22P 21X T A L 119G N D20A T 8 9C 52C43 3PC33 3PY6 M H ZS M R1V C C2G N D3P F I4 W D O8R E S E T7W D I6 P F O5J1M A X 8 13V C CR X DT X DW D I W D IERSV C CV C C 圖 28 T89C51 基本工作電路 AT89C51 工作的最簡(jiǎn)單的電路是其外圍接一個(gè)晶振和一個(gè)復(fù)位電路，給單片機(jī)接上電源和地，單片機(jī)就可以工 作了。 74LS161 分頻器設(shè)計(jì) 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器件 A/D0809 要正常工作，必須要有一個(gè)時(shí)鐘頻率，在 89C51的第 30 引腳 ALE 是單片機(jī)輸入時(shí)鐘頻率的 1/6，也就是 2M（因?yàn)閱纹瑱C(jī)的時(shí)鐘是12M 的晶振），而 A/D0809 需要一個(gè) 500K~~800K 的時(shí)鐘，所以只需要對(duì) ALE 引腳的輸出信號(hào)進(jìn)行 3 分頻，我 用的分頻器是 74LS161 計(jì)數(shù)器 如圖 29 進(jìn)行分頻。看門(mén)狗就是監(jiān)控定時(shí)器的簡(jiǎn)稱(chēng)，它的用來(lái)檢測(cè)微處理器是否工作正常，如果工作不正常，程序跑飛或者死機(jī)，看門(mén)狗電路的輸入端沒(méi)有被及時(shí)觸發(fā)，那么看門(mén)狗就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖，能有效地使系統(tǒng)復(fù)位以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 S 61 M R1V C C2G N D3P F I4 W D O8R E S E T7W D I6 P F O5J1M A X 8 13V C C 5 vW D IR E S E TP V C C 5 vR 621 0KR 613 0KD 621 .25 VD 613 .75 V 圖 210 看門(mén)狗電路 所謂硬件狗，就是一個(gè)能發(fā)出 “ 復(fù)位 ” 信號(hào)的計(jì)數(shù)器或定時(shí)器電路， MAX813L芯片就是這么一種芯片。其工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī) P1． 7作為看門(mén)狗的 “ 喂狗 ” 信號(hào)定時(shí)給出一脈沖，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)每隔 △ t輸出一脈沖給 WDI觸發(fā) MAX813L電