基于单片机的电源管理系统设计Word格式.docx
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1.2本文的主要内容及特点
本论文主要研究的是基于AT89C51单片机的电源管理系统的设计，该系统具有输出电压、电流显示功能；
电流保护功能，当电流超过安全范围时，系统停止电压输，过流保护后必须按复位键才能重新输出；
充电和过放保护电路；
供电功能。
２系统的总体设计任务
本论文分为硬件部分和软件部分。
2.1基于AT89C51的硬件设计任务
（1）蓄电池充电电路的设计：
为蓄电池充电，并且具有防止电池过量充电的功能。
（2）可调电源的设计：
1.5V-12V连续可调电源的输出。
（3）系统稳压点烟的设计：
这个设计的目的是为整个系统提供的稳压电源。
（4）模数转换电路的设计：
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：
这个设计的功能是在单片机的程序跑飞的情况下自动复
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位。
（6）显示模块设计：
把输出的电压、电流情况显示出来。
（7）译码电路设计：
译码电路选择显示的位置和AD采样。
（8）AT89C51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头、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软件设计的主要任务
（1）分析整个系统，把总系统分为几个子系统，并考虑几个子系统之间的内在的关系。
本论文要完成的任务是：
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。
（2）编写各个子系统的程序，最后组合在一起，得到整个系统。
（3）编译、检查、修改。
（4）看是否能得到我们需要的结果，如果得不到就回到上一步，直到得到想要的结果为止。
3电源管理系统的硬件设计
3.1AT89C51单片机
AT89C51单片机具有简单实用、高可靠性、良好的性能价格比以及体积小等优点。
其特性如下：
（1）一个8位的CPU，包括了运算器和控制器两部分。
（2）片内128个字节的RAM是以高速RAM的形式集成，可以加快运行速度。
（3）4K字节可编程闪烁存储器。
（4）32可编程I/O线。
（5）两个16位定时器/计数器。
（6）5个中断源。
（7）可编程串行通道。
（8）低功耗的闲置和掉电模式。
（9）片内振荡器和时钟电路。
3.2基于AT89C51的电源管理系统设计框图
图1为系统框图：
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图1电源管理系统设计框图
3.3AT89C51基本工作电路设计
本设计是基于单片机的电源管理电路设计，因此核心是单片机电路，考虑到需要两个中断输入，存储容量、外接接口对单片机端口的需求以及兼顾到节约成本的原则，本论文选用了常用的AT89C51单片机。
它采用Atmel公司的非易存储器制造技术，与MCS51的指令设置和芯片引脚可兼容。
AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是客反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图2AT89C51基本工作电路
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AT89C51工作的简单的电路是其外围接一个晶振和一个复位电路，给单片机接上电源和地，单片机就可以工作了，图2为单片机的简单的工作电路。
图2中提到的MAX813芯片是看门狗电路，后面章节将对看门狗电路进行更为详细的分析。
3.4电源输出电路的设计
3.4.1LM317芯片的工作原理
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。
仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。
然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。
首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。
1、2脚之间为1.25V电压基准。
其次是317稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。
最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
由于317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于5mA。
当317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压块就不能正常工作。
当317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直流电压。
在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。
3.4.2基于LM317的电源输出电路
图3中的D42、D43用于保护LM317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。
为了保证稳压器的输出性能，R41应小于240欧姆。
改变1脚和地之间的阻值即可调整稳压电压值。
该电路是中输入的是经过稳压处理的电压，后面是一个三级管开关电路，当P1.3输出为低的时候，经过反相器在三极管的基极产生一个高电压是三级管导通，导通后在23F的线圈里面就有了电流，产生磁性，使开关K3导通，在Vout端输出需要的电压。
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图3基于LM317的电源输出电路
3.5蓄电池充电电路
图4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。
蓄电池在输出电压为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：
又变压器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）大电流充电电路：
整流电路及可控硅Q11组成。
（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和可控硅Q12、稳压管D15、电位器R15
以及电阻R14等组成。
图4蓄电池充电电路
本电路防止过量充电的原理是：
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的滑动点与地之
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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。
3.6系统稳压电源设计
本论文的设计是基于AT89C51单片机的电源管理系统，其中使用到了+12V和+5V的电源，输入由蓄电池提供的12V电源。
电路中使用到的两个芯片是LM7812和LM7805，下面将分别作出介绍。
78xx/79xx系列三端稳压器件是最常用的线性降压型DC/DC转换器，目前也有大量先进的DC/DC转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器LDO等,78xx/79系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。
图5为其这个系列芯片的引脚图。
78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：
（1）输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；
（2）输出电流不能太大，1.5A是其极限值。
大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；
（3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差。
3.6.1LM7812和LM7812芯片的工作原理
LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。
带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流，正面朝上第一脚是正极输入二脚是负极三脚是正极输出。
图5LM系列芯片的引脚图
3.6.2稳压电源电路
LM7812是12V的稳压芯片，LM7805是5V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试用了。
而且如果前段电源有轻微的波动几乎对后
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面的输出没有影响，这种芯片具有自动调节功能。
图6为稳压电源电路。
图6稳压电源电路
3.7ADC0809模数转换电路
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS
组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
3.7.1ADC0809芯片介绍
（1）ADC0809的内部逻辑结构
ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完
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