基于AVR单片机的多功能电源设计29883.docx

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1、基于AVR单片机的多功能电源设计0 引 言 随着嵌入式系统设计技术的发展，在设计和仿真中，系统工程师对电源的要求也越来越高。在嵌入式系统设计是使用8031单片机和74系列集成电路时，所有使用74系列集成电路的电路板都使用单一的5 V电源供电就可以了。当时的供电电源部分不是一个需要太多注意的单元，基本上5 V的电源能满足所有的数字集成电路设计的需要。而近几年来，随着技术的发展，集成电路里的三极管变得越来越小并且工作的电压越来越低，使得嵌入式系统开发的重点从系统的速度，转到低功耗设计上。因此在同一个嵌入式系统中，存在多种不同电压的电源供电，从低于1 V到高于5 V都存在。而且在系统的稳定性和可靠性

2、测试时，还要模拟不同的电源故障情况下，比如掉电等，嵌入式系统的稳定性和可靠性，这也需要用不同的电源来模拟。1 电源系统结结构在本文中，提提出了一种基基于AVR ButteeRFly的的电源设计，能能够很好地完完成嵌入式系系统的供电和和系统的测试试要求。电源源系统的结构构如图1所示示。2 硬件设计系统由两种种电源电压供供电，主电源源电压12 V，给目标标系统和Buutterffly(通过过一个333 V线性稳稳压器)提供供足够的电流流，另一个电电源电压-55 V是用来来给功率放大大器提供负电电压的。主模模块是线性稳稳压电源，一一个10 bb的DAC控控制该电压，该该模块的输出出接入电流检检测模块

3、，然然后从输出端端输出。如图2所示示，电源的主主要部分是LLM723稳稳压电源，它它的参考电压压受外部干扰扰小，而且短短路保护时，它它的输出电压压为0。LMM723输出出电压的范围围是2377 V之间。若若要LM7223输出电压压大于2 VV，V-引脚脚可以直接接接地，但是为为了能够使输输出电压达到到0 V，VV-引脚应该该接至少应为为-04 V的负电压压，有多种方方法能够达到到这种要求，一一个是使用倒倒相器把正电电压转换为负负电压，但是是这样会引入入噪声干扰，由由LM2733的技术手册册和它内部的的结构可知，LLM237的的参考电压与与V-引脚的的电压直接相相关，这个引引脚的电压必必须稳定，

4、而而且不能有干干扰，因此在在这里采用另另一种方法来来得到合适的的电压，如图图2所示，在在电路中，VVREF=1128 VV是由U2AA，R19，RR5和R6从从LM7233的参考电压压得到，它被被功放U2BB，R1，RR2倒相，在在节点VM2256=-2256 VV，这就是完完成了一个到到VREF的的负反馈，部部分地补偿了了由于温度对对电压的影响响，使得参考考电压稳定，这这里的R199是可调电阻阻，可以控制制VM2566点的电压到到一个合适的的值，使得LLM723的的输出的基准准电压可以微微调。TC13221DAC连连接到LM7732的INN引脚上，用用来设置输出出电压，TCCl321有有10

5、位的分分辨率，27555 V输出电电压，积分微微分线性度并并且输出电压压的偏移量小小于8 mVV，该DACC是由Buttterflly内部的CCPU通过II2C总线控制制的。它的参参考电压VRREF128 V。DDAC的输出出电压通过一一个简单的低低通滤波器(由R7和CCs构成)，目目的是使得输输出电压平滑滑，去除毛刺刺。由于许多电电子设备不能能在反相电压压下工作，于于是在该电源源设计中有电电压偏置纠正正电路，如图图3所示，由由R20，RR9，R100，R18和和U2D构成成电压反馈电电路，在电源源刚刚启动时时(这时的DDAC的输出出是0)，这这部分电路能能够消除负电电压输出。这这里是用电路路

6、来完成，没没有使用在软软件中加一个个常数给DAAC的方法，这这是因为偏移移量可能是正正值，在软件件中DAC的的常数就应该该是一个负值值来纠正，而而这种方法不不起作用，因因为DAC只只在无符号数数下工作。二极管D11给供电电路路提供了保护护使得输出电电压不会低于于07 V。在电源源的输出端，有有一个1FF的电容，是是用来防止电电路的自激振振荡，这个电电容值不能太太大，如果太太大电源的输输出响应会变变慢，CPUU控制电源的的速度降低了了。三极管QQ1用来放大大LM7233的电流输出出，Q1耗散散的多余功率率P(VIINVOUUT)IOOUT。电阻R144设置了LMM723的电电流门限，当当R14上

7、的的电压达到0065 VV时，输出电电压由微分放放大器U2CC钳制，此时时R14上的的电压被微分分放大器放大大，电压与输输出电流的比比是1 V1 A。电压压放大到56 VAA以适应Buutter-fly的VVIN测量电电路的测量要要求。电源的的控制部分是是Butteerfly，结结构如图3所所示，它有良良好的用户界界面，有五通通道的控制杆杆和六字符的的LCD许多多外围设备连连接着微控制制器，比如扬扬声器、数据据闪存、一个个NTC电热热调节器、一一个光敏传感感器和一个RRS 2322通信端。所所有的外围接接口都能用来来扩展系统的的功能。现在在，在这个电电源设计中使使用到LCDD、控制杆、JJTA

8、G、AADC、USSI(用I22C驱动DAAC)和一电电流保护指示示LED。DAC(UU3)和Buutterffly模块使使用HT75533-1线线性降压稳压压电源供电，该该电源不会有有高电压输出出。为了避免免噪声对电源源精度的影响响，电路中所所有的“地”都都连接到电路路板上的一点点上，并且信信号“地”也也连接到同一一点上。3 软件设计软件的结构构图如图4所所示，基于MMartinn Thommas的BuutteRFFly演示版版代码的GCCC接口设计计。CPU的的工作频率设设定为8 MMHz，因为为在程序中要要用到浮点运运算，但在电电源设计中不不需要，所以以省电模式都都未使用。AAT-meg

9、ga169的的ADC在每每一次转换时时都会发出中中断请求，电电流保护的优优先级高于其其他进程，AADC的取样样来自8次输输入的平均值值，以消除毛毛刺，不至于于触发错误的的过流保护。AADC的一些些匹配的常量量值在测量电电路的参数后后再在软件中中设置。4 校 准因为要作为为测试用的信信号源使用，所所以电源在使使用之前必须须校准。校准准包括两部分分，硬件校准准和软件设置置，在这个过过程中，需要要对Buttterflyy的程序进行行改写和重新新编译。断开Buttterflly与电源电电路的连接，正正确连接电源源电路后，给给电路上电，测测量电压VPPLUS(112 V)，VVMINUSS(-5 VV)

10、，VCCC(33 V)，VRREF(128 V)和VM2556(-256 V)，这些值应应该接近括号号中的值，不不必与之完全全一致。然后后，调节微调调电阻R199调整电压VVREF到1128 VV。调整后，断断电连接Buutterffly和电路路中的其他部部分，然后上上电。因为要与硬硬件一起进行行设置，所以以在软件中的的相关文件中中设置一个初初始值，以便便于后面的校校准，在文件件DAChh中：编译代码并并写入Buttteterrfly后，输输出的电压通通过菜单设置置为零，通过过调节微调电电阻R20输输出电压调节节为零。校零零完成。为了计算VV2CODEECONSTT(VOUTT=1 V)时的值

11、，在在Butteerfly的的菜单上输入入一个VSEET电压，如如4 V，然然后测量VOOUT并且计计算出实际的的常量：输出电路置置为开路(此此时的电流输输出应为0)，此时电源源的显示值记记为I0DIISP，使用用如下公式：计算CURRCODEOOFFSETT。下一步，按按照新的常量量值给Buttterflly重新编程程，为了计算算CODE22CURCOONST的值值，设置一个个预设电压值值VSET，比比如5 V，并并且连接一个个已知的准确确电阻RLOOAD大约在在47 左左右(电流在在100 mmA左右)，记记下此时LCCD上电流的的显示值IDDISP，用用下面的公式式计算：然后在ADDCH

12、中修修改此常量值值并且重新编编译程序，校校准完成。该电源同其其他高级电源源一样，具有有短路保护和和过载保护功功能，而且在在显示器显示示电压电流、功功耗，能够精精确地模拟主主电源，用来来测试目标系系统在各种不不同电源故障障下的性能，比比如电压下降降、电压周期期下降、电源源线上的干扰扰等。5 结 语由于AVRR Buttterflyy提供了丰富富的外部接口口，使得设计计控制电路的的过程非常简简单，而且在在这个设计中中，只使用了了有限的几个个接口，还有有一些接口可可以用来扩展展该电源的功功能，例如，使使用RS 2232串行接接口，把智能能电源与PCC机连接，在在PC机上就就能够实时反反映电源的工工作状态。