【应用】基于C8051F330 8位单片机的数控电源设计
本方案目标是设计一款便携小巧的数控开关电源，可方便的设置输出电压、输出限流，并同时在显示屏上显示实时电压、电流及功率。
本电源采用SILICON LABS公司的C8051F330作为主控，系统供电电源采用ROHM公司的BA7805FP-E2提供5V，SGMICRO公司的SGM3209提供-5V。可调电压输出采用KIS-3R33S稳压模块（需要移除内部部分器件，改为0-20V输出），KIS-3R33S内部采用的是MPS公司的MP2307方案，具有效率高，开关噪声小等特点。前端信号采集处理采用ROHM公司的LM358F-GE2。数控电源与PC之间的通讯接口芯片采用CP2102N-A02-GQFN28R。
设计指标参数
●输入电压：12V~24V
●输出电压：0~20V连续可调，步长0.1V或0.01V
●输出电流：0~3A连续可调，步长0.1A或0.01A
●输出纹波：<15mV vpp
系统原理框图
系统原理框图如下（此图仅表示系统拓扑，并非最终电路）：
图1 系统原理框图
原理图设计
系统电源及开关机电路：
●开机：当按下电源按键，POWER_KEY被拉低，Q3导通，系统电源正常工作，单片机启动后将POWER_EN引脚拉高，Q2导通，从而继续使Q3的G极保持低电平导通状态。此时用户放开电源按键，系统仍能保持开机状态。
●关机：当长按下电源按键，单片机检测到用户长时间按下电源按键，则将POWER_EN置低，Q2不导通，此时单片机通过显示屏告知用户可以放开电源按键了，按键抬起后，Q3的G极被R33上拉至高电位，Q3断开，关机完成。
●电源拓扑：输入电压经BA7805FP-E2降压至+5V，SGM3209将+5V变换为-5V，SPX3819-3.3将+5V变换为+3.3V。±5V用于驱动运放LM358F-GE2；+3.3V为单片机和OLED屏提供电源
图2 系统电源及开关机电路
主控单片机电路：
●单片机使用内置晶振，晶振引脚当做IO使用。
●由于单片机需要使用内置REF功能，所以P0.0不可外接设备，应空置。
图3 单片机电路
功率电源输出电压、电流采集与调节电路：
●电压调节原理：用户设置输出电压后，MCU根据电压设定值计算得出PWM占空比，通过PWM_V控制KIS-3R33S的FB引脚电压，从而控制Vout输出对应电压。
●电流调节原理：用户设置输出电流后，MCU根据电流设定值计算得出PWM占空比，通过PWM_A输出对应电压到IC1A，与IC1B的输出电压（IC1B负责将实际电流转为电压）作比较，从而实现调节限流值。
●电压采集：IC3A与IC3B完成稳压控制，运放IC3B主要是为了去除电流采样电阻R34上的电压对电源输出电压影响而设计的，处理后的输出电压经电阻分压（R24、R23、R21）后，送入单片机计算得出输出电压。
●电流采集：采样电阻R34将电流转为电压，经运放IC1B放大后，送入单片机计算得出输出电流；
图4 电压、电流采集与调节电路
USB通讯电路：
●USB转TTL实现利用PC软件控制电源的输出电压、电流。
●可以实时将电压电流传送至PC，绘制实时电压、电流、功率曲线。
图5 USB通讯电路
按键、OLED显示屏、蜂鸣器电路
●四个按键：开关机、功能键、上调键、下调键。
●使用有源蜂鸣器
●采用IIC接口的OLED显示屏
图6 按键、显示屏、蜂鸣器电路
PCB电路展示
图7 电路展示（正面）
图8 电路展示（背面）
成品展示（屏幕条纹为拍照时刷屏导致，实际效果是完整的）
●第一行显示当前输出电压
●第二行显示当前输出电流
●第三行显示当前设置的输出电压与电流
●右上角显示当前输出模式是恒压或恒流
图9 成品展示
总结
●相比其他51核单片机，C8051F330单片机可以通过交叉开关很方便的配置外设，对LAYOUT工程师来说非常友好，可以一定程度上调换IO。
●DCDC芯片SGM3209与参数指标相近的TL7660CDR相比，价格仅为TL7660CDR的一半，推荐使用。
●CP2102N相比CP2102具有更好的传输速度，可以实现电压电流的高速采样，以达到精准计量的目的。
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型号- BU7421S,LM4565,BU7445S,BU7245,BU7244,BU7242,BU7295S,BU7241,LMR1803Y,BU7271S,BU7481,BA82904Y,BA83474Y,BD7282,BD7280Y,BU7475,BU7233,BU7232,BU7231,BU7230,BA4558Y,BU5265S,BD7284,BA82903Y,BD12734,BD12732,BD12730,BD7281Y,BD87524,BU7205S,BU7411S,BD87522,BU7465,BU7464,BU7462,BU7461,BU7261S,BD7541S,LM8391,BA82902Y,BA4580Y,BA8391,BA83472Y,BD87554Y,LMR1802Y,BU7262S,BU7250S,BD7542S,LMR982,LMR981,LMR1801Y,BA82901Y,LMR1801,BU7441S,LMR1803,BU7465S,LMR1802,BU7291S,LMR1701Y,TLR377,LM8391EY,BU7442S,LM358,BU7275,BU7271,BA3404,LM324,BU7266,BU7265,BU7264,BU7262,BA2901S,BU7261,BA3472W,BA3472Y,BA2901Y,BA3472R,BD7561S,LMR376Y,BA4560Y,BU7444S,BA4584Y,BU7255,LM339,BU5255S,BU7495,BU7253,BU7252,BA4584R,BU7251,BU7250,BU7294S,BD7562S,TLR4376Y,BU7485S,BU7255S,BA2904,BA2903,BU7231S,BA2902,BU7486/,BA2903S,BA2901,BA2107,BU7461S,BA3474Y,BA2903Y,BA3474W,BA3474R,LM2902EY,TLR4377Y,BU7244S,BU7462S,BU7486S,BU7232S,BU7487/,BU7232Y,BA2902S,BD7562,BD7561,BD87584Y,BU7244Y,BA2902Y,LMR321,LMR324,LM393,BU7233S,LMR1701,BU7245S,BU7487S,BU7475S,LMR341,BU7233Y,BA4510,BD1321,LM2901EY,BU7291,BA4564W,BU7464S,LMR1001Y,BA2904S,BD7542,BD7541,BU7295,BA2904Y,BU7294,BD87582Y,BA4564R,LMR344,LMR342,TLR344,TLR341,TLR342,BU7275S,BD87581Y,LM2904,BU7442,BU5265,BU7441,BU7481S,BU7251S,LM2901,LM2902,LM2903,BD77502,BD77501,BD77504,BU7205,BU7445,LMR358,TLR377Y,BU7264S,BU7264Y,BU7252S,BA4584,BU5255,BD5291,BU7495S,BU7253S,BU7265S,BU7421,BU7241Y,BU7241S,LMR932,LMR931,LM2903EY,LMR934,TLR2376Y,BU7266S,BU7242S,LM4559,BU7485/,LM2904EY,BU7242Y,BU7230S,BA3472,LMR822,LMR821,TLR376Y,BA3474,BU7411,LMR824,TLR2377Y
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