单片计算机电源设计技术

摘要：介绍以M6800系列单片机为例组成系统电源的设计思路和方法以及对单片机系统正常运行影响较大的工频干扰消除办法。

关键词：单片机分布式电源便携式和节能电源抗干扰

Design of Single Chip Microcomputer′ s Power Supply

Abstract: This paper introduces thinking and method on system power supply of M6800 series of single chip Microcomputer. It also discusses how to eliminate power frequency jamming which effects normal operation of single chip microcomputer system.

Keywords:single chip microcomputer,Distributed power supply,Portable and energy saving power supply,anti jamming

中图法分类号：TP368文献标识码：A文章标号：02192713(2000)0842103

1引言

随着微电子技术的不断进步，超大规模集成电路不断涌现，微处理器及其外围芯片也得到了迅速的发展。微电子技术的最新进展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器，数据存储器，并行及串行I/O接口，定时器/计数器，中断控制器等部件集成在一个芯片里，制造成单片计算机（简称单片机）（Single－ChipMicrocomputer）。

近年来推出的一些高档单片机还包含有许多特殊功能单元，如A/D及D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元等。这样，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口，就可以构成各种计算机应用系统，如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、智能仪表、智能接口、功能模块等，而系统电源设计是单片机所有功能得到充分发挥的重要保证。

2基本功能结构框图

目前，在国际上流行的单片机主要有INTEL公司的MCS（如MCS51八位机和MCS96十六位机）和MOTOROLA公司的M68（如M6805，M68HC11）两大系列。由于片内含有的功能电路不同，各种型号单片机的基本结构以及管脚功能和排列顺序均不相同，下面以MC68HC05C8为例，对其基本结构加以介绍。MC68HC05C8基本结构如图1所示，每个管脚功能均已标出。

3对系统电源设计的技术要求

图1MC68HC05C8的内部结构

图2集中供电和分布式供电电源示意图

系统电源设计是单片机应用系统设计中的一项极其重要的工作，它对整个单片机系统是否正常运行起着至关重要的作用。电源设计时应该同时考虑功率、电平及抗干扰等问题，电源功率必须能满足全系统的需要。单片机系统的绝大多数器件以脉冲方式工作，对较小的系统，功率消耗的脉冲特性更为突出，而较大的系统由于器件功耗的分散性，使得系统整体的功率消耗比较平稳。因此，单片机系统的电源必须有足够的耐冲击性，这就要求电源设计时留有充分的余量，一般大系统按实际功率消耗的1.5倍～2倍设计，小系统按实际功率消耗的2倍～3倍设计。

电平设计指的是直流电压幅度和电源在最不利（满载）情况下的纹波电压峰峰值设计。这两项指标都关系到单片机系统能否实现正常运行。因此，必须按系统中对电平要求最高的器件条件进行设计。

各种形式的干扰一般都是以脉冲的形式进入单片机的，干扰窜入单片机系统的渠道主要有3条：空间干扰（场干扰），通过电磁波辐射窜入系统；过程通道干扰，通过与主机相连的前向通道、后向通道及其它与主机相互连接的通道进入；供电系统干扰，通过供电线路窜入。对于上述3种干扰必须采用行之有效的措施和具体电路加以消除，确保单片机系统正常运行和工作。

4分布式电源设计技术

分布式电源设计技术是单片机应用系统和现代电子电路系统中最常使用的一种电源技术。所谓分布式电源是指单片机系统中不同部件的电源相对独立，必要时还可采用完全电隔离技术。分布式电源使电源功率分散，这对降低电源成本、提高电源效率、减少纹波系数、提高电源稳定度都有利。

分布式供电电源系统的设计应遵循“三分离”原则：系统中大功率部分和小功率部分分离，高频部分和低频部分分离，精密电路和一般电路分离。

图2是集中供电和分布式供电的电源连接示意图，其中图2（a）是集中供电方式，图2（b）是分布式供电，电路1～电路4是同一系统中的4个部分。图(a)中4个部分共用1个电源，而图（b）中4个电路用了3个电源，其中Vcc1和Vcc3由系统电源提供，Vcc2是系统电源之外的单独电源。

5便携式和节能要求高的电源设计

单片机系统的一大特点是自身耗能低，因此被广泛地用于便携式电子设备中。便携系统对电源的要求与其他系统不同之处在于：

（1）要求在允许的有效使用期间内输出电压、电流均能满足系统正常工作的要求。

（2）电源种类越少越好。

（3）更换容易或有充电功能。

解决这些问题