AVR单片机可控直流电源

介绍：单片机可控的直流电源使用ATMEL单片机 AT90S4433单片机可控。它有一个Lcd显示，你可以从你的Linux服务器通过RS232串口发送命令给它。 它设计的很棒。虽然是Linux下的作品,但是它真的很棒！

这个单片机可控的直流电源不是一个简单的电路。但是我能保证你用到它时， 如果你没有，你会后悔的。它很稳定可靠，而且在技术上它也是很有趣的， 因为你会学到如何在没有一个模/数转换芯片的情况下如何产生一个模拟直流电源。

主电路图(点击可放大): 接近高电压部分的电路图(点击可放大): 如何在矩阵中连接一个按键(点击可放大): 主电路板，顶视图(点击可放大): 这个板子很适合业余电子爱好者。蓝色的层是要被腐蚀掉后留下的铜箔。红色的表示连线。 这个单面板的制作很容易，不需要太精确的。你可以在板上布线最短的线（红色的）。 但是我在eagle上可不成。 在高压电路中只有很少的元器件，它可以用一个面包板来做（这种板子有很多的过孔）。 主板和电源板通过JP2和JP3插头的连线连接。 你会注意到主板的地线连接到了直流电源的输出。 这也是我们需要2个变压器的原因（一个是在电源板上，一个是和单片机和运放在一起）。

工作原理看一下主板的原理图你可以看到它从逻辑上分为2个部分，一个部分在电路图中标有 “电流控制”，另一个部分标有“电压控制”。它们是2个独立的控制回路。 一个回路控制输出电压另一路电流流过0.275欧姆的电阻上，压降等于电流。这2个部分通过二极管D2和D3“联系”到一起。这些二级管在电路中的作用就象数字电路中的或门一样。如果电流过大那么电流控制电路会降低电压直到某个限定值，否则（在电流不大的情况下） 电压控制部分会控制整流输出的直流电压。 这个或逻辑是成立的，因为三极管T3通过R19连到了+5V。 如果这里没有D2和D3后面的运放电路存在，你可以得到最大的输出。 控制电路是通过减小T3基极电压（最小可接地）来控制输出电压的。 电压控制回路通过调整IC6B的5脚的电平来实现调压。换句话来讲， 脚5的电压等于由R15，R10和R16决定的放大系数乘电压输出。 电流控制也是一样，不同的是在R30上的压降等于最大的输出电流。 为了把输出电压或者电流调整到某个的值，我们需要控制2个点的电压 （IC6B脚5和R30上的压降）。这就是单片机要做的事.... 但是，单片机怎么产生和整流一个直流电源呢？看下图：

你会看到一个脉冲信号如何变成一个直流信号的。 你做到这点，需要把（脉冲）信号通过一个截止频率是信号频率1/100 （或者比100更大）的低通滤波器。 由于我们的单片机运行在4Mhz，它做到这么一个低通滤波器不成问题的。即使我们使用软件成生信号，我们仍可以得到很小的khz的信号并且滤波器会依旧很小。 在图片上方和下方中间的电路图部分叫做脉冲宽度调制。 通过改变脉冲的长度我们可以控制滤波器后的直流电压。 酷吗？我们可以使用数字信号产生额外的直流电压。 AT90S4433 单片机有2个内部的计数器。一个16位宽，一个8位宽。 16位的计数器有PWM（脉冲宽度调制）的能力，它在单片机内部由硬件实现了10bit精度脉冲宽度调制。 8位的没有但是我们可以使用软件模拟实现。它的速度还是够快。我们使用16位的计数器来实现电压调制，可以实现10位精度，1023等分输入电压。 8位计数器负责控制电流，它是8位精度，可以255等分1－3000mA的电流，就是说可以得到12mA（或者更少）的电流。这对于电流控制来说是足够了。 电流剩下的部分是电源供应部分，参考电压部分（7805的输出是我们参考点） 还有保证当开关电源时，电源保持不跳动部分。

软件：这里我们关注的是软件的PWM（脉冲宽度调制）。 在软件PWM中，用到了变量ipwm_phase和变量ipwm_h。我们使8位的计数器运行在中断模式下，每当中断溢出，中断处理程序 “SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)”会被调用。在中断处理程序里，我们检查变量ipwm_phase 来决定是产生1还是0。之后，重启动计数器。很简单。 软件不复杂但是如果你想搞懂这些东西，你需要阅读4433的手册（看下面的参考）。 4433是8位的单片机并且它的计算能力有限。决定用户给定电压大小的精确的脉冲宽度 需要24位的除法和乘法。我们的电源有7个按键。6个按键步进电流和电压大小，另一个按键是“待命”。 使用待命按键时，你可以以暂时停掉电源的同时调节电压和电流的上限。这些按键的状态在主程序中被”上拉“了。变量ignorebutton用于按键去抖。你用手指按动按键时，它会上下跳动的。人是感觉不到的，但是单片机运行很快， 它会读到到开，关，开，关...这些状态的，变量ignorebutton计数到一定值再去读，这样就去抖动了。

象任何的电路一样你把它焊好后，不要直接连接电源而是应该一步一步的测试它， 这样做才好。这样你可以找到你做电路时的错误。

把主电路板的所有元器件装齐但是不要把IC芯片装到插座上。 拿一个9伏的电池，正极连接电路图中标注“AC_POWER”接头的脚2和负极连接脚1。 用一个电压表检查在max232的脚8和脚16之间的和单片机脚7和脚8的电压。 在运放上你会发现它的正电源达到9伏。 把9伏电池1脚接正，脚2接负。检查一下运放的负电源你会发现是负9伏的样子。 如果前面的测试通过了，电源检测就通过了。这样， 就可以把max232和单片机芯片插到插座里了。 再次使用9伏电池连接。这样，正5伏电源就有供应了。 连接编程线一连接端计算机并口，一端连接电流板上的编程插座。 更新软件包（下载地址见参考）。 进入解包的目录并且键入：make avr_led_lcd_xmake testloadmake ttydevinit这样测试软件在板子上运行了。lcd上会显示“hello”。红色的led会闪烁。 如果你连接了串口到你的计算机上，你可以看到“ok”打印在屏幕上。（使用ttydevinit初始化串口，如果用串口1， 键入cat /dev/ttyS0；如果使用串口2，键入cat /dev/ttyS1）。 现在组装电源部分但是不要装主变压器。 把9伏电池连接到变压器连的地方。 无论连接的极性，在4700uF的电容总会被稳压到9伏。 用电压表量一下。 所有的测试都通过后，最后检查一下连线。 然后，连接变压器，上电。 因为运放没有插到插座里，所以你会得到电源的最大的输出电压。 量一下它，但是要注意不要短路否则会烧电路板的， 因为没有短路保护。 断电。把运放插到插座里，连接编程电缆，上电，键入： makemake load这样电源供应就有了所有的功能。注意的是编程电缆连接的时候， 输出电压有一点下降。如果你想得到精确的输出电流和电压的话， 不要连接它

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