基于单片机控制的智能稳压电源设计

智能稳压电源设计机电专科学校基于单片机的智能稳压电源设计姓名：班级：学号：专业：基于单片机智能稳压电源设计1基于单片机控制的智能电源第1节引言通信电源是保证通信畅通的基础，其基础地位确保了电源专业将长久的兴旺发展并保持其专业的稳定性和独立性，特殊的作用不会被其它专业所取代，所以自60年代以来通信电源事业一直方兴未艾，技术在不断的进步，设备在不断的更新，专业地位日益得到提高，特别是进入90年代以来，随着通信事业超常规的快速发展，电源专业尤为得到了长足的进步，新型的电子器件、新设备、微电子技术、计算机集中监控技术等正在广泛的被通信电源所采用。全球通信电源技术发展呈现以下几大趋势：(1)高效率，高功率密度，高的使用环境温度；运营商的设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张等客观因素的存在，对电源产品提出了高效率、高功率密度、宽的使用环境温度的要求。(2)网络化智能化的监控管理；随着网络的日益发展，巨大网络设备需要大量人力、物力投在设备的管理和维护工作上，如：通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便这些都增大了维护的难度。这对电源设备的监控管理提出了新的要求。(3)全数字化控制；数字化技术的发展逐步表现出了传统模拟技术无法实现的优势，如：采用全数字化控制技术，有效缩小电源体积降低了成本，大大提高了设备的可靠性和对用户的适应性。(4)安全、防护、良好EMC指标；考虑到设备复杂的运行环境，电源设备须满足相关的安全、防护、防雷标准，才能保证电源的可靠运行。(5)绿色环保；环保一方面的指标是，通信电源的电流谐波符合要求。降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减小给电网带来的污染，也可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面是，材料可循环利用和对环境无污染。这方面需要产品满足WEEE、ROHS指令。WEEE、ROHS指令包括两部分的内容，即涉及循环再利用WEEE和限制使用有害物质的ROHS。所以设计一个智能电源十分必要。1.1智能电源系统概述信息事业的迅猛发展，给电源市场带来了巨大的市场机会和挑战，同时对电源提出了一些新的需求。例如：多种物理设备放在一起，有电磁兼容的需求和机房面积与承重的要求；网络设备种类变多使电源的负载变大，负载种类变多，对基于单片机智能稳压电源设计2电源效率和种类有要求；机房和基站数目增多，对电源的可靠性和易维护性提出更高的要求，以满足无人值守需要。电源工作环境的差异对电源的应用环境也提出了新的需求，如更强电网适应能力、环境适应能力等，户外电源就是这一需求的典型代表。本次单片机课程设计是设计一个基于单片机的智能电源，硬件设计的主要任务是：蓄电池充电电路的设计、三组不同大小的电源设计、系统稳压电源设计、AD0809模数转换电路设计、看门狗电路设计、显示模块设计、3-8译码电路设计、AT89C51基本工作电路设计、74LS161分频器设计和辅助电路设计；软件设计的任务是：初始化程序设计、按键程序设计、充放电控制程序设计、A/D转换程序设计、过流保护程序设计、显示程序设计。在硬件设计过程中，遇到的问题不是很大，但是在软件的设计中，主要需要解决的问题是单片机端口不够，必须复用。在AD0809采样中，对电压和电流的采样的先后顺序也需要注意。1.2本设计任务和主要内容本文主要介绍一种基于AT89C51单片机的智能电源设计，该系统总共有三组电源输出：一组输出为12V，一组输出3V、4.5V、6V、9V，一组输出1.5V-12V的连续可调电压；具有输出电压、电流的显示功能；可更换的选择其中一端输出作为显示；具有电流保护功能，电流超过2A的时候，系统停止电压输出，过流保护后必须按复位键该端才能重新输出；具有蓄电池供电，功率在20W时可连续工作5小时；还有充电控制电路和过放保护电路。基于单片机智能稳压电源设计3第2节基于AT89C51智能电源系统硬件设计基于AT89C51单片机控制的智能电源系统的硬件设计是整个设计过程中的最重要的部分，也是最困难的部分。硬件设计需要充分了解各方的设计需求，确定合适的解决方案。启动一个硬件开发项目，原始的推动力会来自于很多方面，比如市场的需要，基于整个系统架构的需要，应用软件部门的功能实现需要，提高系统某方面能力的需要等等，所以作为一个硬件系统的设计者，要主动的去了解各个方面的需求，并且综合起来，提出最合适的硬件解决方案。2.1硬件设计的任务1.蓄电池充电电路的设计：为12V的蓄电池充电，并且具有防止过充的功能。2.三组不同大小的电源设计：一组是12V的电源输出、一组是3V、4.5V、6V、9V的电源输出、一组是1.5V-12V的连续可调电源输出。3.系统稳压电源设计：为整个系统提供＋12V和+5V稳压电源。4.AD0809模数转换电路设计：把模拟的电压电流信号转换成数字信号。5.看门狗电路设计：使单片机在程序跑飞的情况自动复位。6.显示模块设计：把输出的电压、电流显示在显示器上。7.3-8译码电路设计：译码电路选择显示的位置和AD采样.8.AT89C51基本工作电路设计：使单片机正常工作。9.74LS161分频器设计：对AT89C51的ALE进行4分频为AD0809提供时钟频率。10.辅助电路设计：单片机晶振电路、逻辑电路和按键电路。2.2基于AT89C51智能电源系统设计框图图2-1是以AT89C51单片机为核心的智能电源系统硬件设计的结构框图。该测量系统主要由蓄电池充电模块、12V电源输出模块、3V、4.5V、6V、9V的电源输出模块、1.5V-12V连续电压电源模块、AT89C51单片机、看门狗电路、显示模块、3-8译码模块、分频模块和键盘模块等组成。图中12V的电源输出模块，3V、4.5V、6V、9V的电源输出模块，1.5V-12V连续电压电源模块通过AD0809模数转换送到单片机。经过单片机处理，输出控制信号。同时也可以通过键盘控制输出的电压的大小。除此之外，系统还有看门电路，以防止系统在运行的时候，程序跑飞。以及通过看门狗电路里面的电压比较，来监视蓄电池的电压是不是过低，如果电压过低系统自动为蓄电池充电。基于单片机智能稳压电源设计4AT89C51蓄电池充放电/防止过充模块12V电源输出模块1.5V-12V的连续可调电压输出模块3V/4.5V/6V/9V电源输出模块过放保护模块看门狗单片机复位模块A/D0809模数转换模块74LS161分频模块74LS138译码模块键盘模块显示面板RESETALEP0P0BCAP2.7P2.6P2.5Y0Y6~P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P3.4P3.5P3.7P1.0TCCLKIN0IN1图2-1系统总体设计框图2.3基于AT89C51智能电源系统硬件设计详细分析2.3.1蓄电池充电电路的设计图2-2为蓄电池充电电路，该电路具有防止过充的功能，充电电压是220V、50Hz的市电。蓄电池输出电压为12V，功率在20W时可连续工作5小时。本电路包括下面几个电路。（1）降压整流电路：由变压器T、整流二极管D11、D12组成。（2）Q11可控硅触发电路：由电阻R11、二极管D14、可控硅Q11组成。（3）大电充电电路：整流电路及可控硅Q11（4）小电流充电电路：由整流电路、二极管D13、电阻R12、电位器R13组成。（5）大电流切断电路：由电阻R11、R17可控硅Q12、稳压管D15、电位器R15以及电阻R14等组成。Q123CTD152CW21D1125.2vD1225.2vC1150ufQ13NPNR16R17R12470R13250T11D132CZ11BR11BT12VR14R15P1.0AC-220V/50HzQ113CTD142CP图2-2蓄电池充电电路本电路防止过充电的原理是：当Q11被触发导通后即对蓄电池进行大电流充电。当充电电压升高到规定的上限值时，由于预先调节R15使电位器R15的滑动基于单片机智能稳压电源设计5点与地之间的电压等于稳压管D15的稳压值与可控硅触发电压之和，所以这时可控硅Q12被触发导通。Q12导通后，Q11触发电路受蓄电池电压反向偏置而关断。此后，电源通过D13、R12、R13对蓄电池进行小电流充电。调节R13使电流限制在允许范围内。2.3.2三组不同电源输出设计本次课程设计需要系统具有三组电压输出：一组是12V的电源输出；一组是3V、4.5V、6V、9V的电源输出；一组是1.5V-12V的连续可调电源输出。图2-3为12V的电源输出的电路，该电路中输入的电压是经过稳压以后的12V，后面是一个三级管开关电路，当P1.2输出为低的时候，经过反相器在三级管的基极产生一个高电压是三级管导通，导通后在23F的线圈里面就有电流，产生磁性，是开关K1导通，在Vout端输出12V电压。C2110uQ21NPNVinP1.2R21K123FD21VCCR22VCC12vC23R22R23R24C22-VO4069图2-312V的电源输出图2-4为3V、4.5V、6V、9V的电源输出，该电路的输入和上面的是一样的，不同的是后面的3V、4.5V、6V、9V是有一块LM317可调的稳压的芯片实现的。LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25～37V。1，2脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R31应小于240欧姆。改变1脚与地之间的阻值即可调整稳压电压值。D32，D33用于保护LM317。CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称为控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。本次设计中我使用了四个CD4066，每个CD4066的输入端接地，输出端接LM317的1脚，控制端接单片机的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7的引脚。通过单片机输出相应的信号，就可以控制输出相应的电压大小。后面的三级管开关电路和前面的相同，区别是这里是用的单片机的P1.1引脚控制的。基于单片机智能稳压电源设计6Vin2ADJ1+Vout3LM317C32C34R31C31D32R35D33Q32NPNR34R33R32R3B1213U1A4066111012U1B4066435U1C4066896U1D4066P1.1P1.4P1.5D31P1.6P1.7R36VCC12vK3223FK31D34344069B40694069B564069C40694069C984069D40694069D11104069E40694069E13124069F40694069FVCCR37Q31NPNR38R39R3AC33-VOVin图2-43V、4.5V、6V、9V的电源输出图2-5为1.5V-12V的连续可调电源输出电路，该电路的原理是和前面一样的，所不同的这里使用的电阻是连续可变的，所以输出的电压也是连续可调的。Q41NPNVin2ADJ1+Vout3LM317R41C41D42D43D41VCC12vR42POT2R43R44C42R45C43Q43NPNP1.3R46K323FK41DVCC13124069F40694069FVinR47-VO图2-5为1.5V-12V的连续可调电源输出2.3.3系统稳压电源设计本次设计基于AT89C51智能电源系统中使用到了+12V和+5V的电源，电源设计的原理图如图2-6，输入有蓄电池提供12V的直流电源。电路中使用到的两个芯片是7812和7805，7812是12伏的稳压芯片，7805是5伏的稳压芯片，这种芯片的好处是应用比较的简单，只需要接上几个电容就可以使用了。而且如果前基于单片机智能稳压电源设计7段如果电源有轻微的波动几乎对后面的输出没有影响，这种芯片具有自己调节功能。Vin1GND2Vout37812+C520.33U+C540.1UR5610KD55LEDD511N5817VCC12vBT12V蓄电池供电Vin1GND2Vout37805+C530.33U+C