单片机和数据采集系统的电源模块设计
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开发研究与设计技术
本栏目责任编辑: 谢媛媛
单片机和数据采集系统的电源模块设计
茶国智 ( 大理学院物理与电子信息学院, 云南 大理 671000)
摘要: 拥有一个优质的电源模块是使单片机应用系统或数据采集系统稳定、安全地工作的重要保障。但不同系统会有不同要求, 本文 就针对该模块的设计作了些探讨, 并阐述了进行电源模块设计时需要掌握的一些要点, 包括设计方案的确定、稳压和变压环节的处理、为 获得高性能电源模块需采用的诸多特殊措施等等, 希望能给需要进行电源模块设计的初学者带来有益帮助。
份就显得十分有用。 现在我们常用的系统备份软件是 Ghost, 用 Ghost 做好备份以
后, 即使你是一个计算机的初学者, 也不怕系统崩溃了, 只要机器 一有故障, 而自己又处理不了的话, 用 Ghost 恢复出了问题的系统 是个不错的办法。但前提是要事先做好系统分区的映像文件, 另 外要在 DOS 下使用, 对新手来说难度较大, 一旦出现误操作, 可能 导致整个分区的数据被破坏, 而且 Ghost 的映像文件占用的磁盘 空间也比较大。
因此, 为了保证计算机系统的稳定和重要数据不因病毒的侵 蚀而丢失, 我们在自己的爱机上一定要安装防病毒软件。国产的 几种防病毒软件都能达到防病毒的目的, 而且价格又不太高, 建 议大家购买正版软件, 这样就可以通过网络来升级病毒库, 最大 限度地保护我们的计算机。
近年来, 网络犯罪的递增、大量黑客网站的诞生, 促使人们思 考 网 络 的 安 全 性 问 题 。各 种 网 络 安 全 工 具 也 跟 着 在 市 场 上 被 炒 得
(上接第 1690 页)
源器件多为开关型电压变换器件, 如 MAX 系列电源芯片等, 示例
[3]见图 2( b) 、( c) 、( d) 。在设计中是必定要用到升降压和倒相变压
处理的。
3.3 几个方面的考虑
(1)电 源 功 率 及 效 率 考 虑
功率和效率二者是所设
计电源的质量参数, 它们关联
到驱动能力, 低耗设计, 系统
等, 示例[3]见图 2( a) 。设计中基本都要用到二次稳压处理。
2) 升降压和倒相变压处理
在系统中一般都需要设计多个电压等级 , 如典型的有+/- 3.3V
用于微耗芯片供电; +/- 5V 用 于 单 片 机 IC 供 电 ; +/- 12V 或+/- 15V
则为数据采集 AD 芯片所用, 这时就需要采用升降压办法来变换
该方案最为简单, 只须根据系统要求购买合适的商品化模
块, 然后按照制造商的规定将其安装到系统中, 不需要太多设计
就 可 达 到 过 压 、过 流 保 护 、热 管 理 等 方 面 的 系 统 要 求 。缺 点 是 成 本
过 高 , 原 因 是 每 个 模 块 都 有 独 立 的 隔 离 变 压 器 、反 馈 环 路 及 其 它
2.1 按原理分类[1] a)线 性 稳 压 电 源 线性电源是调整管工作在放大区域的电源, 它通过改变调整 元件的控制信号强弱来调节其等效电阻大小, 从而稳定输出电压。 其特点是纹波系数小, 但效率低, 一般适用于小功率的电子电路。 b)开 关 稳 压 电 源 开关电源是调整管工作在开关状态, 通过改变开关管的导通时 间, 来得到稳定的电压输出。其特点是纹波系数大, 电磁兼容性差、 但效率高, 过载能力强, 一般适用于大功率或要求效率高的场合。 2.2 按用途分类 a)通用型: 常用的有线性类型的稳压电源器件、开关类型的变 换电源器件; b)专用型: 一些多功能的、专门用途的电源器件。
3 结束语
笔者认为, 多媒体电脑的日常维护和故障排除必须从硬件和 软件两个方面加强注意。上面所探讨到的, 也是笔者在多年维护 和故障排除中所得到的体会, 希望能够给读者以借鉴。亦希望大 家能够把手中的多媒体电脑用得越来越顺手。
参考文献: [1]范 文 历,高 志 国,石 大 立.多 媒 体 电 脑 日 常 维 护 与 故 障 排 除 [M].清华大学出版社,110- 200. [2]方 兴 胜.等.个 人 多 媒 体 电 脑 日 常 维 护 指 南[J].数 字 化 生 活, 2004(1):56. [3]徐文兴,李丽.电脑维护三部曲[J].维护技术,2006(2):20- 26.
计算机病毒就是能够通过某种途径潜伏在计算机存储介质 ( 或程序) 里, 当达到某种条件时即被激活的具有对计算机资源进 行破坏作用的一组程序或指令集合。计算机病毒是一个程序, 一 段 可 执 行 码 。它 们 能 把 自 身 附 着 在 各 种 类 型 的 文 件 上 。当 文 件 被 复制或从一个用户传送到另一个用户时, 它们就随同文件一起蔓 延开来。除复制能力外, 某些计算机病毒还有其它一些共同特性: 一 个 被 污 染 的 程 序 能 够 传 送 病 毒 载 体 。当 你 看 到 病 毒 载 体 似 乎 仅 仅 表 现 在 文 字 和 图 象 上 时 , 它 们 可 能 也 已 毁 坏 了 文 件 、再 格 式 化 了 你 的 硬 盘 驱 动 或 引 发 了 其 它 类 型 的 灾 害 。若 是 病 毒 并 不 寄 生 于 一个污染程序, 它仍然能通过占据存贮空间给你带来麻烦, 并降 低你的计算机的全部性能。病毒种类多种多样, 病毒代码千差万 别, 而且新的病毒制作技术也不断涌现, 因此, 我们对于已知病毒 可以检测、查杀, 而对于新的病毒却没有未卜先知的能力, 尽 管 这 些新式病毒有某些病毒的共性, 但是它采用的技术将更加复杂, 更不可预见。
电压值大小, 而用倒相方式改变电压极性。与此相关的可选用电
(下转第 1718 页)
收稿日期: 2007- 01- 12 作者简介: 茶国智( 1973- ) , 男, 云南大理人, 讲师, 西南交通大学 2004 级光学工程在读硕士, 研究方向: 光电检测与信息处理。
1690 电脑知识与技术
多媒体技术及其应用
安全运行, 散热等问题。二者
的 含 义[1]为(在 电 源 正 常 输 出
时):
!) 电源功率=输出电压
输出电流;
") 电源效率=电源输出
的功率/进入电源的功率。
设计中要求具有一定的
过载能力。
(2)抗 干 扰 能 力 : 要 求 具 有
良好的电磁兼容性, 常采用的
措施如电源滤波、屏蔽与隔
离 、接 地 等 [4];
图 2 稳压、变压环节示例图
(3) 电 源 监 测 及 过 欠 压 检
1718 电脑知识与技术
本栏目责任编辑: 李桂瑾
火热。其中最受人注目的当属网络安全工具中最早成熟, 也是最 早产品化的网络防火墙产品了。所谓“防火墙”, 是指 一 种 将 内 部 网和公众访问网(如 Internet)分 开 的 方 法 , 它 实 际 上 是 一 种 隔 离 技 术。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问控制尺度, 它能 允许你“同意”的人和数据进入你的网络, 同时将你“不同意 ”的 人 和数据拒之门外, 最大限度地阻止网络中的黑客来访问你的网 络, 防止他们更改、拷贝、毁坏你的重要信息。防火墙对 网 络 的 安 全起到了一定的保护作用, 要做到防患于未然, 安装网络防火墙 软件是保护好机器的行之有效的一种方法。
测 功 能:目 的 是 防 止 电 源 出 现 故 障 、过 压 或 欠 压 , 尤 其 对 电 池 供 电 型系统是很必要的;
(4)低 耗 、散 热 考 虑 。 以上功能一般可通过选用专用型电源器件得到实现, 请参看 相 关 资 料 [5]。
源功率相对较低, 且多数不需要
和主电源隔离, 因Baidu Nhomakorabea实际实现起
来比较容易, 成本廉价, 使系统
成本得以优化, 参见图 1( c) 。
3.2 几个关键环节的处理
1) 二次稳压处理
对数字器件或稳定性要求
较高的器件, 通常需采用二次稳 压 处 理 。与 此 相 关 的 可 选 用 电 源
图 1 设计方案图
器件为线性稳压源类型, 常用的如三端稳压源 CW78XX,CW79XX
一些相关元件,参见图 1( b) 。
3) 采 用 一 个 隔 离 型 DC/DC
获得系统主电源, 然后由系统利
用 多 个 非 隔 离 DC/DC 变 换 模 块
获得各种电源。
该方案可以获得最低的成
本。由一个 DC/DC 转换器提供隔
离及系统主电源, 其它电源采用
廉价的拓扑变化获得。一般来
说, 除主电源之外的其它辅助电
(College of Physics and Electronic Information Science,Dali University, Yunnan 671000, China ) Abs tract:It,s important that the applied system for single chip microprocessor or data acquisition have a power supply module with high quality, but different systems have different requirements.some main points applied to design a power supply module,which is concerned with se- lecting design scheme,stabilizing or tansforming voltage,employing measurements for special propert,and so on, is expounded.It,s expected to give help to greeners. Key words :Single chip microprocessor; Data acquisition; Power supply module; Design
3 模块设计
实 际 中 给 系 统 供 电 的 一 般 是 已 经 过 工 频 整 流 、滤 波 、一 次 稳 压的直流电源, 或直接采用各种电池, 故此处就不讨论这部分。
3.1 方案确定 对一个需要多组电源电压的系统来说, 通常有以下几个方案[2]: 1)采用一个具有多路输出的隔离型 DC/DC 模块; 该方案实际是一个区域的集中式供电, 存在着集中式供电的 一些弱点, 另外也很难获得满足系统实际需求的商品化多路输出 DC/DC 模块, 参见图 1( a) 。 2)采用多个不同的隔离型 DC/DC 模块获得多组电源;
1 引言
电源模块是单片机应用系统或数据采集系统中不可缺少的 部分, 但不同系统会有不同要求, 本文就针对该模块的设计作些 探讨。
2 相关知识
设计时通常提倡采用“器件解决”途径( 即尽 量 寻 找 合 适 电 源 芯片来解决难题) 的指导思想, 故对电源器件的了解是很必要的。 为讨论方便现先给直流电源器件做个分类:
多媒体电脑的软件的故障排除一般只需要把软件关掉然后 再重新启动一下就可以了。如果这样都不能解决问题, 那么就需 要遵循以下的原则了。首先, 看看硬件是否能否支持这个软件的 运 行 。一 般 在 购 买 的 软 件 的 外 包 装 上 面 都 会 给 出 对 硬 件 的 最 低 要 求, 硬件最低要求都不能满足的, 自然在运行软件时就会出现问 题。其次, 上互联网来查找解决办法。一般情况下, 软件的问题都 不是个别的, 所以上互联网查找都会找到满意的答案。可是新的 情况出现了, 互联网上的答案不一定都是对的, 有些是错的, 结果 有可能把系统搞坏。这时候就需要用到 Ghost 将系统还原。所以, 软件的故障排除和日常维护都是密不可分的。
关键词: 单片机; 数据采集; 电源模块; 设计 中图分类号: TP 303+.3 文献标码: B 文章编号: 1009- 3044(2007)06- 11690- 01
The Des ign of a P ower S upply Module Applied to the S ingle Chip Microproces s or and Data Acquis ition S ys tem CHA Guo- zhi
本栏目责任编辑: 谢媛媛
单片机和数据采集系统的电源模块设计
茶国智 ( 大理学院物理与电子信息学院, 云南 大理 671000)
摘要: 拥有一个优质的电源模块是使单片机应用系统或数据采集系统稳定、安全地工作的重要保障。但不同系统会有不同要求, 本文 就针对该模块的设计作了些探讨, 并阐述了进行电源模块设计时需要掌握的一些要点, 包括设计方案的确定、稳压和变压环节的处理、为 获得高性能电源模块需采用的诸多特殊措施等等, 希望能给需要进行电源模块设计的初学者带来有益帮助。
份就显得十分有用。 现在我们常用的系统备份软件是 Ghost, 用 Ghost 做好备份以
后, 即使你是一个计算机的初学者, 也不怕系统崩溃了, 只要机器 一有故障, 而自己又处理不了的话, 用 Ghost 恢复出了问题的系统 是个不错的办法。但前提是要事先做好系统分区的映像文件, 另 外要在 DOS 下使用, 对新手来说难度较大, 一旦出现误操作, 可能 导致整个分区的数据被破坏, 而且 Ghost 的映像文件占用的磁盘 空间也比较大。
因此, 为了保证计算机系统的稳定和重要数据不因病毒的侵 蚀而丢失, 我们在自己的爱机上一定要安装防病毒软件。国产的 几种防病毒软件都能达到防病毒的目的, 而且价格又不太高, 建 议大家购买正版软件, 这样就可以通过网络来升级病毒库, 最大 限度地保护我们的计算机。
近年来, 网络犯罪的递增、大量黑客网站的诞生, 促使人们思 考 网 络 的 安 全 性 问 题 。各 种 网 络 安 全 工 具 也 跟 着 在 市 场 上 被 炒 得
(上接第 1690 页)
源器件多为开关型电压变换器件, 如 MAX 系列电源芯片等, 示例
[3]见图 2( b) 、( c) 、( d) 。在设计中是必定要用到升降压和倒相变压
处理的。
3.3 几个方面的考虑
(1)电 源 功 率 及 效 率 考 虑
功率和效率二者是所设
计电源的质量参数, 它们关联
到驱动能力, 低耗设计, 系统
等, 示例[3]见图 2( a) 。设计中基本都要用到二次稳压处理。
2) 升降压和倒相变压处理
在系统中一般都需要设计多个电压等级 , 如典型的有+/- 3.3V
用于微耗芯片供电; +/- 5V 用 于 单 片 机 IC 供 电 ; +/- 12V 或+/- 15V
则为数据采集 AD 芯片所用, 这时就需要采用升降压办法来变换
该方案最为简单, 只须根据系统要求购买合适的商品化模
块, 然后按照制造商的规定将其安装到系统中, 不需要太多设计
就 可 达 到 过 压 、过 流 保 护 、热 管 理 等 方 面 的 系 统 要 求 。缺 点 是 成 本
过 高 , 原 因 是 每 个 模 块 都 有 独 立 的 隔 离 变 压 器 、反 馈 环 路 及 其 它
2.1 按原理分类[1] a)线 性 稳 压 电 源 线性电源是调整管工作在放大区域的电源, 它通过改变调整 元件的控制信号强弱来调节其等效电阻大小, 从而稳定输出电压。 其特点是纹波系数小, 但效率低, 一般适用于小功率的电子电路。 b)开 关 稳 压 电 源 开关电源是调整管工作在开关状态, 通过改变开关管的导通时 间, 来得到稳定的电压输出。其特点是纹波系数大, 电磁兼容性差、 但效率高, 过载能力强, 一般适用于大功率或要求效率高的场合。 2.2 按用途分类 a)通用型: 常用的有线性类型的稳压电源器件、开关类型的变 换电源器件; b)专用型: 一些多功能的、专门用途的电源器件。
3 结束语
笔者认为, 多媒体电脑的日常维护和故障排除必须从硬件和 软件两个方面加强注意。上面所探讨到的, 也是笔者在多年维护 和故障排除中所得到的体会, 希望能够给读者以借鉴。亦希望大 家能够把手中的多媒体电脑用得越来越顺手。
参考文献: [1]范 文 历,高 志 国,石 大 立.多 媒 体 电 脑 日 常 维 护 与 故 障 排 除 [M].清华大学出版社,110- 200. [2]方 兴 胜.等.个 人 多 媒 体 电 脑 日 常 维 护 指 南[J].数 字 化 生 活, 2004(1):56. [3]徐文兴,李丽.电脑维护三部曲[J].维护技术,2006(2):20- 26.
计算机病毒就是能够通过某种途径潜伏在计算机存储介质 ( 或程序) 里, 当达到某种条件时即被激活的具有对计算机资源进 行破坏作用的一组程序或指令集合。计算机病毒是一个程序, 一 段 可 执 行 码 。它 们 能 把 自 身 附 着 在 各 种 类 型 的 文 件 上 。当 文 件 被 复制或从一个用户传送到另一个用户时, 它们就随同文件一起蔓 延开来。除复制能力外, 某些计算机病毒还有其它一些共同特性: 一 个 被 污 染 的 程 序 能 够 传 送 病 毒 载 体 。当 你 看 到 病 毒 载 体 似 乎 仅 仅 表 现 在 文 字 和 图 象 上 时 , 它 们 可 能 也 已 毁 坏 了 文 件 、再 格 式 化 了 你 的 硬 盘 驱 动 或 引 发 了 其 它 类 型 的 灾 害 。若 是 病 毒 并 不 寄 生 于 一个污染程序, 它仍然能通过占据存贮空间给你带来麻烦, 并降 低你的计算机的全部性能。病毒种类多种多样, 病毒代码千差万 别, 而且新的病毒制作技术也不断涌现, 因此, 我们对于已知病毒 可以检测、查杀, 而对于新的病毒却没有未卜先知的能力, 尽 管 这 些新式病毒有某些病毒的共性, 但是它采用的技术将更加复杂, 更不可预见。
电压值大小, 而用倒相方式改变电压极性。与此相关的可选用电
(下转第 1718 页)
收稿日期: 2007- 01- 12 作者简介: 茶国智( 1973- ) , 男, 云南大理人, 讲师, 西南交通大学 2004 级光学工程在读硕士, 研究方向: 光电检测与信息处理。
1690 电脑知识与技术
多媒体技术及其应用
安全运行, 散热等问题。二者
的 含 义[1]为(在 电 源 正 常 输 出
时):
!) 电源功率=输出电压
输出电流;
") 电源效率=电源输出
的功率/进入电源的功率。
设计中要求具有一定的
过载能力。
(2)抗 干 扰 能 力 : 要 求 具 有
良好的电磁兼容性, 常采用的
措施如电源滤波、屏蔽与隔
离 、接 地 等 [4];
图 2 稳压、变压环节示例图
(3) 电 源 监 测 及 过 欠 压 检
1718 电脑知识与技术
本栏目责任编辑: 李桂瑾
火热。其中最受人注目的当属网络安全工具中最早成熟, 也是最 早产品化的网络防火墙产品了。所谓“防火墙”, 是指 一 种 将 内 部 网和公众访问网(如 Internet)分 开 的 方 法 , 它 实 际 上 是 一 种 隔 离 技 术。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问控制尺度, 它能 允许你“同意”的人和数据进入你的网络, 同时将你“不同意 ”的 人 和数据拒之门外, 最大限度地阻止网络中的黑客来访问你的网 络, 防止他们更改、拷贝、毁坏你的重要信息。防火墙对 网 络 的 安 全起到了一定的保护作用, 要做到防患于未然, 安装网络防火墙 软件是保护好机器的行之有效的一种方法。
测 功 能:目 的 是 防 止 电 源 出 现 故 障 、过 压 或 欠 压 , 尤 其 对 电 池 供 电 型系统是很必要的;
(4)低 耗 、散 热 考 虑 。 以上功能一般可通过选用专用型电源器件得到实现, 请参看 相 关 资 料 [5]。
源功率相对较低, 且多数不需要
和主电源隔离, 因Baidu Nhomakorabea实际实现起
来比较容易, 成本廉价, 使系统
成本得以优化, 参见图 1( c) 。
3.2 几个关键环节的处理
1) 二次稳压处理
对数字器件或稳定性要求
较高的器件, 通常需采用二次稳 压 处 理 。与 此 相 关 的 可 选 用 电 源
图 1 设计方案图
器件为线性稳压源类型, 常用的如三端稳压源 CW78XX,CW79XX
一些相关元件,参见图 1( b) 。
3) 采 用 一 个 隔 离 型 DC/DC
获得系统主电源, 然后由系统利
用 多 个 非 隔 离 DC/DC 变 换 模 块
获得各种电源。
该方案可以获得最低的成
本。由一个 DC/DC 转换器提供隔
离及系统主电源, 其它电源采用
廉价的拓扑变化获得。一般来
说, 除主电源之外的其它辅助电
(College of Physics and Electronic Information Science,Dali University, Yunnan 671000, China ) Abs tract:It,s important that the applied system for single chip microprocessor or data acquisition have a power supply module with high quality, but different systems have different requirements.some main points applied to design a power supply module,which is concerned with se- lecting design scheme,stabilizing or tansforming voltage,employing measurements for special propert,and so on, is expounded.It,s expected to give help to greeners. Key words :Single chip microprocessor; Data acquisition; Power supply module; Design
3 模块设计
实 际 中 给 系 统 供 电 的 一 般 是 已 经 过 工 频 整 流 、滤 波 、一 次 稳 压的直流电源, 或直接采用各种电池, 故此处就不讨论这部分。
3.1 方案确定 对一个需要多组电源电压的系统来说, 通常有以下几个方案[2]: 1)采用一个具有多路输出的隔离型 DC/DC 模块; 该方案实际是一个区域的集中式供电, 存在着集中式供电的 一些弱点, 另外也很难获得满足系统实际需求的商品化多路输出 DC/DC 模块, 参见图 1( a) 。 2)采用多个不同的隔离型 DC/DC 模块获得多组电源;
1 引言
电源模块是单片机应用系统或数据采集系统中不可缺少的 部分, 但不同系统会有不同要求, 本文就针对该模块的设计作些 探讨。
2 相关知识
设计时通常提倡采用“器件解决”途径( 即尽 量 寻 找 合 适 电 源 芯片来解决难题) 的指导思想, 故对电源器件的了解是很必要的。 为讨论方便现先给直流电源器件做个分类:
多媒体电脑的软件的故障排除一般只需要把软件关掉然后 再重新启动一下就可以了。如果这样都不能解决问题, 那么就需 要遵循以下的原则了。首先, 看看硬件是否能否支持这个软件的 运 行 。一 般 在 购 买 的 软 件 的 外 包 装 上 面 都 会 给 出 对 硬 件 的 最 低 要 求, 硬件最低要求都不能满足的, 自然在运行软件时就会出现问 题。其次, 上互联网来查找解决办法。一般情况下, 软件的问题都 不是个别的, 所以上互联网查找都会找到满意的答案。可是新的 情况出现了, 互联网上的答案不一定都是对的, 有些是错的, 结果 有可能把系统搞坏。这时候就需要用到 Ghost 将系统还原。所以, 软件的故障排除和日常维护都是密不可分的。
关键词: 单片机; 数据采集; 电源模块; 设计 中图分类号: TP 303+.3 文献标码: B 文章编号: 1009- 3044(2007)06- 11690- 01
The Des ign of a P ower S upply Module Applied to the S ingle Chip Microproces s or and Data Acquis ition S ys tem CHA Guo- zhi