李疆,董景新,陈皓生

    (清华大学精仪系,北京100084）

    摘要：微电子技术的发展和工业测量的需求,使便携式仪表有着很好的发展前景。便携式仪表体积小,单电源供电,多种电压输出的特点,使其电源模块的设计有其特殊性。通过对便携式仪表典型硬件结构的分析,总结了各功能模块的电源需求,提出了便携式仪表电源处理的一般方法,并给出了两种电源模块的设计实例。

    关键词：便携式仪表;电池;电源处理

    design of power supply for portable instruments

    li jiang, dong jing-xin, chen hao-sheng

    abstract:with the development of the microelectronics technology and the demand of the industrial measurements, portable instruments have a bright future. portable instruments are small in size, but flexible in use. the design of their power supply is quite different from other equipment, on account of their special requirements of single voltage input and multi voltage output. by analyzing the typical hardware structure and the different requirements of different modules, a general method is given to solve such problems. and two examples are given to meet the same demand of a particular application.

    keywords:portable instruments; battery; power supply.

    中图分类号：tn86文献标识码：a文章编号：0219－2713(2002)1·2－0032－04

    在微电子技术基础上发展起来的单片机及其外围器件,使仪表技术进入了一个崭新的智能化时代。此外,半导体工艺的发展使器件普遍地采用cmos技术,cmos器件不仅器件的体积越来越小,也为实现低电压、低功耗和功耗管理提供了良好的条件,使便携式仪表的普及成为可能。因此,低功耗的便携式仪表有着很好的发展前景。从使用者的角度来说,希望便携式仪表在大多数情况下都能携带方便,操作简单,无需复杂维护又能长时间可靠地工作。为满足以上要求,一方面要选择合适的低功耗器件,另一方面也对电源模块的设计提出了更高的要求。

    便携式仪表中大量cmos器件的低功耗的特性,使得普通的电池就能为系统提供充足的电能,因此,利用单一的电池电源,来满足系统中各部分不同的电源需求,并确保电源正常供电,是便携式仪表电源处理模块的基本任务。

    1 便携式仪表的硬件结构

    便携式仪表通常是一个由单片机及其外围器件构成的,具有多种输入输出形式的单片机系统,其硬件的一般结构如图1所示。将其按照功能模块划分并分析各模块电源需求如下：

    图1 便 携 式 仪 表 硬 件 的 一 般 结 构

    ——传感器模块包括传感器及其驱动电路和传感器输出信号处理电路。传感器及其驱动电路通常以模拟电路为主,输出信号处理一般使用v/f转换器件或模数转换器件,因此传感器模块通常的电压需求为＋5v或±5v。

    ——人机对话的输入输出模块包括lcd显示和键盘输入驱动电路。lcd显示输出除了需要提供＋5v工作电压外,一般还需要提供对比度调节电压,lcd显示器有正、负极性之分,不同的显示器需要的对比度调节电压也不同,一般在±28v之内。

    ——单片机及其接口模块作为整个系统的核心,单片机要连接和管理其他的模块,与不同的模块连接,就会用到不同的接口。例如,不少便携式仪表提供微型打印机接口,将信息打印出来;很多便携式仪表上都有非易失存储单元,即使断电仍能长时间保留历史信息;另一些便携式仪表提供rs－232串行通信接口,可以将保留的数据输出到pc机中,做更高级的分析和处理,或是实时将测量数据传递给上位机,由上位机处理并完成相应的实时控制功能。这一模块使用到的都是各种ic芯片,一般来说都要求＋3.3v或＋5v。

    从以上的分析可以看出,系统中各个模块对电源的要求是不同的,电源模块就是要将单一的电池电源转换成能使系统中的各模块正常工作的多种电源输出。便携式仪表体积虽小,却是一个很完整的系统,在设计便携式仪表的硬件时,首先应尽量使各模块的电源需求一致。比如传感器模块有＋5v的电压需求,那么在单片机及其接口器件的选择时,就应尽量选择＋5v供电的ic芯片。