基于单片机的电源管理系统设计Word格式.docx

1、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。 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

2、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11你今天的日积月累，终会变成别人的望尘莫及。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

3、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3.1 AT89C51 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

4、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：22图 1 电源管理系统设计框图3.3 AT89C51 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

5、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 2 AT89C51 基本工作电路33AT89C51 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3.4.1 LM317 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

6、块。稳压电源的输出电压可用下式计算， Vo 1.25 （1R2/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 028.6 。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

7、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

8、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。44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

9、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55间的电

10、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

11、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。3.6.1 LM7812 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 DC 5V 的输出电压，应用范围广，内

12、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 5 LM 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66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3.7 ADC0809 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。3.7.1 ADC0809 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