工程师如何设计电源，DCDC基本知识入门

单片机常用的电源为DC5V或者DC3.3V或者DC1.8V，通常在设计产品时，产品的标称电压为DC9V，DC12V，DC24V等，将输入的标称电压转化为电路所需要的电压就是电源设计的过程。

我们经常接触AC/DC和DC/DC。AC/DC就是将交流电转换为直流电，比如说手机充电器，是将AC220V转换为DC5V；DC/DC就是将直流转换为直流，比如说将DC24V转换为DC3.3V。

对于输出和输入压差不大的情况，可以使用LDO的方案来解决，比如将DC12V转化为DC5V，就可以使用LDO芯片，LDO的优点就是：1)外围电路简单，2)文波容易控制。对于压差较大的情况，可以使用DC/DC芯片的方案。本文主要讲DC/DC方案。

DC/DC电源类型分为2种，一种是隔离性，一种是非隔离型。隔离型DC/DC 的输出的GND和输入的GND是无关系的，也叫做悬浮电源。常见的DC/DC芯片大都是非隔离型的。首先我们来说下非隔离的DC/DC原理，这类电源又分为boost/buck，即为升压/降压模式。首先分析下DC/DC降压电路：

Buck 模式DC/DC 结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。DC/DC开关电源这种结构模式决定了它输出噪声比较大。

接下来我们分析下工作原理，当功率MOS(以后简称开关)，闭合时，电源通过电感给负载供电，并将电能储存在电感L和输出电容中，由于电感L的自感，在开关闭合时，电流增大的比较缓慢，即输出不能立刻达到电源的电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用(可以形象的认为电感中的电流具有惯性作用)，将保持电路中的电流不变，即从左到右继续流。电流流过负载，从地返回，留到肖特基二极管的征集，经过二极管返回电感L的左端，从而形成一个回路。通过控制PWM的占空就可以控制输出的电压。

在开关闭合器件，电感储存能量，在断开期间释放能量，所以电感L叫做储能电感，二极管在开关断开期间负责给L提供电流通路，所以二极管叫做续流二极管。当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U*I就会很小，这就是开关电源高效率的原因。

通过这里原理，我们就知道了为什么在DC/DC设计的时候，输出一定要有大电容，二极管和电感为什么一定要靠近IC。而且DC/DC的后级滤波一定要好，因为内部有开关频率，噪声很大。

接下来讲解下boost型DC/DC电路：

其基本模型如上图，经过我们对buck 电路的原理分析，对于BOOST 应该很清楚了，同样调整PWM的占空比，可以调节输出，当PWM占空比为50%的时候，输出电压为输入电压的2倍。

基本原理如下：

开关导通时, 输入电压流向电感, 电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。

开关断开时, 电感电压等于输入电压减去输出电容的电压, 电感电流减少,电感储能减少, 电感储能向负载转移电能。

通过这样不断的开关实现了DC/DC升压，但是这种结构得到的电流比较小，通常在几百毫安，而且效率不高。

最后我们讲解下隔离性DC/DC，这种DC/DC是无升压/降压的说法，其实内部可以理解为直流变交流，然后再线圈耦合，后通过整流变成直流。基本原理框图如下：

通过框图大家很容易明白的，这里就不多说了，主要就是调整线圈的匝数，调节输出的。这种电源的特点就是输出电流大。

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51、AVR、PIC、MSP430等单片机的复位电路详解

51单片机复位电路

复位是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

80C51复位结构如上图所示，此处的复位引脚只是单纯地称为RST而不是RST/VPD，因为CHMOS型单片机的备用电源也是由VCC引脚提供的。

无论是HMOS型还是CHMOS型的单片机，在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在RST/VPD引脚加持续2个机器周期（即24个振荡周期）的高电平来实现的。在RST引脚出现高电平后的第二个周期执行内部复位，以后每个周期重复一次，直至RST端变低电平。

单片机的复位有上电复位和按钮手动复位两种。如下图2所示为上电复位电路，图（b）所示为上电按键复位电路。

上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。图2 (a)中的R是施密特触发器输入端的一

个10K?下拉电阻，时间常数为10×10-6×10×103=100ms。只要VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。上电复位所需的最短时间是振荡周期建立时间加上2个机器周期时间，在这个时间内RST的电平应维持高于施密特触发器的下阈值。

上电按键复位2（b）所示。当按下复位按键时，RST端产生高电平，使单片机复位。

在复位有效期间（即高电平），80C51单片机的ALE引脚和PSEN引脚均为高电平，且内部RAM不受复位的影响。

AVR单片机复位电路

Mega16已经内置了上电复位设计。并且在熔丝位里，可以控制复位时的额外时间，故AVR 外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单：直接拉一只10K的电阻到VCC即可(R0)。为了可靠，再加上一只0.1uF的电容(C0)以消除干扰、杂波。D3(1N4148)的作用有两个：作用一是将复位输入的最高电压钳在Vcc+0.5V 左右，另一作用是系统断电时，将R0(10K)电阻短路，让C0快速放电，让下一次来电时，能产生有效的复位。当AVR在工作时，按下S0开关时，复位脚变成低电平，触发AVR芯片复位。

重要说明：实际应用时，如果你不需要复位按钮，复位脚可以不接任何的零件，AVR芯片也能稳定工作。即这部分不需要任何的外围零件。

PIC单片机复位电路

当PIC16F87X系列单片机使用低频振荡方式时，单片机的外接引脚MCLR连接如图所示中（a）和（b）所示。

其中，MCLR引脚的漏电流最大值为5μA，电阻R取值应小于40kΩ，以保证其压降不大于0.2V；R1用作限流电阻，取值1.0Ω，用于保护MCLR引脚内部电路。

PIC单片机复位电路

二极管D使电容C能够在电源掉电时快速放电。电容C的充电过程对于我们有用，而放电过程不仅无用，而且在一次掉电之后，C还有积累电荷时，如果再次上电，就会造成RC延时电路失去延时作用，从而不能可靠复位。

MSP430单片机复位电路

只要电源接通，那么这个电容就会“逐渐充满电”，这个过程必须要有，正是这个过程保证了CPU正确地“RESET”。

当电容充满电之后我们把电源开关断开了，这个电容中的电“何去何从”呢?VCC和GND之间接了N多的器件，所有的器件都对它说：“把你那点电给我吧，我还能坚持一下。”电容说：“给你们没问题，可是我他娘脑袋上有个电阻挡我的财路，你们先别急，我慢慢把电放给你们。”

当电容刚刚要把电通过那个上拉电阻放出来，电源开关突然又接通了。CPU开始冲电容吼：“孙子!你Y的那个充电过程怎么没啦?我还要复位呢!”电容不干了：“废话，我上次充的电还没放呢这他妈电源又通啦!”CPU急了：“那我怎么办?我得复位啊!”电容眼珠一翻：“管你Y怎么办，死去吧你!”

如果有了这个二极管就可以快速将电容上的电压释放，保证复位信号正确无误。这个才是该二极管起到的真正作用。

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