基于低功耗單片機(jī)的抗干擾電源

引　言

近年來，各種低功耗單片機(jī)在各類儀表中得到了廣泛應(yīng)用，特別是89C51/2單片機(jī)以其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格和標(biāo)準(zhǔn)的降低功耗特性以及片內(nèi)存儲(chǔ)器的快速可擦寫性等贏得了廣大用戶。但各種測(cè)試儀表常常要求能方便地?cái)y帶使用，因此儀表電源常采用專用電瓶。一般專用電瓶電壓為12V(或12V 串聯(lián)組成) ，而以89C51/2單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)其電源電壓Vcc要求在5×(1±0.1)V 范圍內(nèi)，有些儀表使用環(huán)境常常較惡劣，干擾因素較多。因此，要使單片機(jī)系統(tǒng)可靠工作，一套抗干擾能力強(qiáng)的供電電路顯得十分重要。

1 　抗干擾電源電路設(shè)計(jì)與分析

抗干擾電源電路由兩部分組成，如圖1 所示。以MAX638 為中心組成直流降壓電路,要求將12V直流電壓變?yōu)?V ;以TL7705AC為中心組成抗干擾電路，要求當(dāng)電源發(fā)生瞬態(tài)欠壓、瞬間脈沖干擾及電源掉電時(shí)，使單片機(jī)進(jìn)入掉電模式下運(yùn)行。

圖1 　抗干擾電源電路原理圖

1. 1 　直流降壓電路

MAX638是美國MAXIM公司生產(chǎn)的單片開關(guān)型DC-DC電壓變換電路MAX系列中的降壓型產(chǎn)品，本身的工作電流僅為0.135mA，其輸出電壓為5V，而輸入電壓可以是5 V～16. 5V 。由于MAX638內(nèi)部含有一個(gè)峰值開關(guān)電流為375mA 的MOS場(chǎng)效應(yīng)管、一個(gè)+1. 31V 的基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)65kHz的自激振蕩器和誤差比較器，因此在使用時(shí)只要外接儲(chǔ)能電感L(本系統(tǒng)選用220μH) 和輸出電容C (本系統(tǒng)選用100μF) 以及續(xù)流二極管就可組成一個(gè)降壓型直流電源變換器。

MAX638還有一個(gè)低電源電壓檢測(cè)電路，通過電阻R1 、R2 對(duì)輸入電源分壓后提供一個(gè)檢測(cè)電壓。當(dāng)輸入電壓低至Vmin時(shí)，MAX638的第2腳輸出一個(gè)低電平欠壓報(bào)警信號(hào)。改變R1的阻值以改變Vmin的大小。由于可接受的輸入電壓的范圍較寬，因此當(dāng)干擾造成輸入電壓不低于5V時(shí)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)照樣能正常工作。

1. 2 　抗干擾電路

89C51/2單片機(jī)有兩種節(jié)電運(yùn)行模式：待機(jī)運(yùn)行模式和掉電運(yùn)行模式。89C51/2單片機(jī)進(jìn)入掉電模式運(yùn)行時(shí),片內(nèi)振蕩器停止工作，各種活動(dòng)立刻停止，只有片內(nèi)RAM 保持原有數(shù)據(jù)。利用這一特性,可方便實(shí)現(xiàn)電源抗干擾。如圖1 所示，二極管D2 、D3 及電池B 實(shí)現(xiàn)主電源掉電時(shí)備用電源的切換。當(dāng)主電源正常時(shí)，D2導(dǎo)通，D3截止，Vout經(jīng)D2后供電;當(dāng)主電源掉電時(shí)，D3導(dǎo)通，D2截止，單片機(jī)由電池B 經(jīng)D3后供電。TL7705AC為電壓監(jiān)視器，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值為4. 55V，當(dāng)主電源因故降至4. 55V時(shí)，TL7705AC的第5 腳輸出低電平，向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，通過中斷服務(wù)程序可使單片機(jī)進(jìn)入掉電模式下運(yùn)行。為了保證單片機(jī)有足夠的時(shí)間處理電源干擾，TL7705AC的檢測(cè)電壓應(yīng)稍大于4. 55 V，為此可在TL7705AC 的電壓檢測(cè)端與主電源間串入一個(gè)1. 5 kΩ的電位器P，根據(jù)中斷服務(wù)程序的長度確定適當(dāng)?shù)淖柚?，即可得到?duì)應(yīng)的檢測(cè)電壓。TL7705AC的檢測(cè)靈敏度較高，能在500ns內(nèi)檢測(cè)出主電源異常壓降，因此對(duì)微秒級(jí)的干擾脈沖或欠壓也可捕捉，完全能滿足單片機(jī)抗干擾電源的要求。

2 　電源干擾的處理

電源干擾易引起單片機(jī)系統(tǒng)的混亂,因此當(dāng)發(fā)生電源干擾時(shí)，其最佳解決方案是響應(yīng)中斷請(qǐng)求，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入掉電模式下運(yùn)行，待干擾消除后,再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)入正常模式下運(yùn)行。 退出掉電模式有以下解決辦法,即硬件復(fù)位或上電復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位。圖1中，復(fù)位電路由R3 、R4 、C2及按鈕Ks組成。具體解決步驟如圖2 、圖3所示，圖2為電位干擾的處理流程圖，圖3為復(fù)位程序框圖。

3 　結(jié)束語

該電源是筆者在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中為學(xué)生野外實(shí)習(xí)而設(shè)計(jì)的,反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，該電源達(dá)到了較理想的設(shè)計(jì)要求，且具有如下特點(diǎn)：

(1) 工作可靠、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓穩(wěn)定(其精確度可達(dá)±0. 001V) 、轉(zhuǎn)換效率高。

(2) 抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)較小的瞬態(tài)欠壓、瞬態(tài)脈沖干擾可有效抑制;對(duì)較大的干擾，可使單片機(jī)進(jìn)入掉電模式下運(yùn)行。

(3) 有一定的通用性，由于87C51 、80C51與89C51/2性能相近，因此該電源也可適合于87C51 、80C51等低功耗型單片機(jī)。