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基于单片机的电源管理系统设计

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1 引言

本章简要的叙述了电源管理系统的市场需求和发展趋势，并系统的介绍了本文要研

究的主要内容及特点。

1.1 电源管理系统的现状及发展趋势

随着电子产业的高速发展，给电源市场带来了巨大的挑战和市场机会。但同时也给

电源提出了新的需求。

需要自身独立的内置电源管理系统，保证其在移动或无人职守状态下工作，一般采

用可充电的锂离子电池或镍氢电池作为设备内置电源(连续使用三到五年不更换)。但其

却有限压的要求，蓄电池的使用和保护方法及剩余电量监测对电池寿命有着重大的影响，

是产品性能的一个重要方面。合理的充电策略对维持畜电池性能延长其使用寿命都有重

要的意义。电源管理是一个完整的系统，它不仅包含对畜电池的电量检测和充放电管理

和为设备提供标准电压等级和定制电压等级的电源输出，还应有人机交互的功能。

现在地电源发展正在朝着以下几个方向发展：

（1）高效率、高功率；

（2）网络化、智能化的监控管理；

（3）全数字化控制；

（4）产品绿色环保。

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位。

基于单片机的电源管理系统设计

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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

3.4.1 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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