基于AVR單片機的多功能電源設計

1、基于AVR單片機的多功能電源設計0 引 言 隨著 HYPERLINK 嵌入式系統(tǒng)設計技術的發(fā)展，在設計和仿真中，系統(tǒng)工程師對電源的要求也越來越高。在 HYPERLINK 嵌入式系統(tǒng)設計是使用8031單片機和74系列集成電路時，所有使用74系列集成電路的電路板都使用單一的5 V電源供電就可以了。當時的供電電源部分不是一個需要太多注意的單元，基本上5 V的電源能滿足所有的數(shù)字集成電路設計的需要。而近幾年來，隨著技術的發(fā)展，集成電路里的三極管變得越來越小并且工作的電壓越來越低，使得嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的重點從系統(tǒng)的速度，轉到低功耗設計上。因此在同一個嵌入式系統(tǒng)中，存在多種不同電壓的電源供電，從低于1 V到

2、高于5 V都存在。而且在系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 HYPERLINK 測試時，還要模擬不同的電源故障情況下，比如掉電等，嵌入式系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這也需要用不同的電源來模擬。1 電源系統(tǒng)結結構在本文中，提提出了一種基基于AVR ButteeRFly的的電源設計，能能夠很好地完完成嵌入式系系統(tǒng)的供電和和系統(tǒng)的 HYPERLINK 測試試要求。電源源系統(tǒng)的結構構如圖1所示示。2 硬件設計系統(tǒng)由兩種種電源電壓供供電，主電源源電壓12 V，給目標標系統(tǒng)和Buutterffly(通過過一個333 V線性穩(wěn)穩(wěn)壓器)提供供足夠的電流流，另一個電電源電壓-55 V是用來來給功率放大大器提供負電電壓的。主模模塊是

3、線性穩(wěn)穩(wěn)壓電源，一一個10 bb的DAC控控制該電壓，該該模塊的輸出出接入電流檢檢測模塊，然然后從輸出端端輸出。如圖2所示示，電源的主主要部分是LLM723穩(wěn)穩(wěn)壓電源，它它的參考電壓壓受外部干擾擾小，而且短短路保護時，它它的輸出電壓壓為0。LMM723輸出出電壓的范圍圍是2377 V之間。若若要LM7223輸出電壓壓大于2 VV，V-引腳腳可以直接接接地，但是為為了能夠使輸輸出電壓達到到0 V，VV-引腳應該該接至少應為為-04 V的負電壓壓，有多種方方法能夠達到到這種要求，一一個是使用倒倒相器把正電電壓轉換為負負電壓，但是是這樣會引入入噪聲干擾，由由LM2733的技術手冊冊和它內部的的結構可

4、知，LLM237的的參考電壓與與V-引腳的的電壓直接相相關，這個引引腳的電壓必必須穩(wěn)定，而而且不能有干干擾，因此在在這里采用另另一種方法來來得到合適的的電壓，如圖圖2所示，在在電路中，VVREF=1128 VV是由U2AA，R19，RR5和R6從從LM7233的參考電壓壓得到，它被被功放U2BB，R1，RR2倒相，在在節(jié)點VM2256=-2256 VV，這就是完完成了一個到到VREF的的負反饋，部部分地補償了了由于溫度對對電壓的影響響，使得參考考電壓穩(wěn)定，這這里的R199是可調電阻阻，可以控制制VM2566點的電壓到到一個合適的的值，使得LLM723的的輸出的基準準電壓可以微微調。TC1322

5、1DAC連連接到LM7732的INN引腳上，用用來設置輸出出電壓，TCCl321有有10位的分分辨率，27555 V輸出電電壓，積分微微分線性度并并且輸出電壓壓的偏移量小小于8 mVV，該DACC是由Buttterflly內部的CCPU通過II2C總線控制制的。它的參參考電壓VRREF128 V。DDAC的輸出出電壓通過一一個簡單的低低通濾波器(由R7和CCs構成)，目目的是使得輸輸出電壓平滑滑，去除毛刺刺。由于許多電電子設備不能能在反相電壓壓下工作，于于是在該電源源設計中有電電壓偏置糾正正電路，如圖圖3所示，由由R20，RR9，R100，R18和和U2D構成成電壓反饋電電路，在電源源剛剛啟動

6、時時(這時的DDAC的輸出出是0)，這這部分電路能能夠消除負電電壓輸出。這這里是用電路路來完成，沒沒有使用在軟軟件中加一個個常數(shù)給DAAC的方法，這這是因為偏移移量可能是正正值，在軟件件中DAC的的常數(shù)就應該該是一個負值值來糾正，而而這種方法不不起作用，因因為DAC只只在無符號數(shù)數(shù)下工作。二極管D11給供電電路路提供了保護護使得輸出電電壓不會低于于07 V。在電源源的輸出端，有有一個1FF的電容，是是用來防止電電路的自激振振蕩，這個電電容值不能太太大，如果太太大電源的輸輸出響應會變變慢，CPUU控制電源的的速度降低了了。三極管QQ1用來放大大LM7233的電流輸出出，Q1耗散散的多余功率率P(

7、VIINVOUUT)IOOUT。電阻R144設置了LMM723的電電流門限，當當R14上的的電壓達到0065 VV時，輸出電電壓由微分放放大器U2CC鉗制，此時時R14上的的電壓被微分分放大器放大大，電壓與輸輸出電流的比比是1 V1 A。電壓壓放大到56 VAA以適應Buutter-fly的VVIN測量電電路的測量要要求。電源的的控制部分是是Butteerfly，結結構如圖3所所示，它有良良好的用戶界界面，有五通通道的控制桿桿和六字符的的LCD許多多外圍設備連連接著微控制制器，比如揚揚聲器、數(shù)據(jù)據(jù)閃存、一個個NTC電熱熱調節(jié)器、一一個光敏傳感感器和一個RRS 2322通信端。所所有的外圍接接口

8、都能用來來擴展系統(tǒng)的的功能?，F(xiàn)在在，在這個電電源設計中使使用到LCDD、控制桿、JJTAG、AADC、USSI(用I22C驅動DAAC)和一電電流保護指示示LED。DAC(UU3)和Buutterffly模塊使使用HT75533-1線線性降壓穩(wěn)壓壓電源供電，該該電源不會有有高電壓輸出出。為了避免免噪聲對電源源精度的影響響，電路中所所有的“地”都都連接到電路路板上的一點點上，并且信信號“地”也也連接到同一一點上。3 軟件設計軟件的結構構圖如圖4所所示，基于MMartinn Thommas的BuutteRFFly演示版版代碼的GCCC接口設計計。CPU的的工作頻率設設定為8 MMHz，因為為在程序

9、中要要用到浮點運運算，但在電電源設計中不不需要，所以以省電模式都都未使用。AAT-megga169的的ADC在每每一次轉換時時都會發(fā)出中中斷請求，電電流保護的優(yōu)優(yōu)先級高于其其他進程，AADC的取樣樣來自8次輸輸入的平均值值，以消除毛毛刺，不至于于觸發(fā)錯誤的的過流保護。AADC的一些些匹配的常量量值在測量電電路的參數(shù)后后再在軟件中中設置。4 校 準因為要作為為測試用的信信號源使用，所所以電源在使使用之前必須須校準。校準準包括兩部分分，硬件校準準和軟件設置置，在這個過過程中，需要要對Buttterflyy的程序進行行改寫和重新新編譯。斷開Buttterflly與電源電電路的連接，正正確連接電源源電

10、路后，給給電路上電，測測量電壓VPPLUS(112 V)，VVMINUSS(-5 VV)，VCCC(33 V)，VRREF(128 V)和VM2556(-256 V)，這些值應應該接近括號號中的值，不不必與之完全全一致。然后后，調節(jié)微調調電阻R199調整電壓VVREF到1128 VV。調整后，斷斷電連接Buutterffly和電路路中的其他部部分，然后上上電。因為要與硬硬件一起進行行設置，所以以在軟件中的的相關文件中中設置一個初初始值，以便便于后面的校校準，在文件件DAChh中：編譯代碼并并寫入Buttteterrfly后，輸輸出的電壓通通過菜單設置置為零，通過過調節(jié)微調電電阻R20輸輸出電壓

11、調節(jié)節(jié)為零。校零零完成。為了計算VV2CODEECONSTT(VOUTT=1 V)時的值，在在Butteerfly的的菜單上輸入入一個VSEET電壓，如如4 V，然然后測量VOOUT并且計計算出實際的的常量：輸出電路置置為開路(此此時的電流輸輸出應為0)，此時電源源的顯示值記記為I0DIISP，使用用如下公式：計算CURRCODEOOFFSETT。下一步，按按照新的常量量值給Buttterflly重新編程程，為了計算算CODE22CURCOONST的值值，設置一個個預設電壓值值VSET，比比如5 V，并并且連接一個個已知的準確確電阻RLOOAD大約在在47 左左右(電流在在100 mmA左右)，記記下此時LCCD上電流的的顯示值IDDISP，用用下面的公式式計算：然后在ADDCH中修修改此常量值值并且重新編編譯程序，校校準完成。該電源同其其他高級電源源一樣，具有有短路保護和和過載保護功功能，而且在在顯示器顯示示電壓電流、功功耗，能夠精精確地模擬主主電源，用來來測試目標系系統(tǒng)在各種不不同電源故障障下的性能，比比如電壓下