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智能汽车是依靠电能工作的，因此智能汽车的硬件系统各个模块中有一个稳定可靠的电源系统是智能汽车正常运行的前提。然而在智能汽车运行过程中，各个传感器及其周边电路所需要的电压不尽相同，而根据大赛组委会的规定，智能汽车的电源只能是规定型号的充电电池，因此在硬件电路设计过程中，第一步就是给各个电路单元设计好输出电压值不同的供电电路。
在设计供电电路之前，首先要充分了解智能汽车电池的特性。智能汽车的充电电池标准规格为7.2V，2000mAh。根据实际使用过程中的经验来看，在电池充满电时，其电压能达到8.2V左右。随着使用，电池的电压会缓慢下降，当电压下降到7.5V以下时，电池就不能提供足够的电流给电动机。根据电池的特性，要对所有恒压供电的器件提供稳定的电压值才能保证智能汽车的稳定运行。
表2.1.1给出了智能汽车常用模块的电压需求情况，在下面的各小节中将对以上模块的供电方案进行详细解读。
表2.1.1 智能汽车常用模块的电压需求情况
单片机供电部分为5V或3.3V。这两种典型电压是根据智能汽车大赛组委会规定的预选芯片种类而定的。其中最常用的16位单片机MC9S12XS128为5V供电，如图2.1.2所示。常用的32位单片机如K60、ColdFire 52259等芯片则为3.3V供电，如图2.1.3所示。大部分单片机的功耗并不大，所以不需要大电流稳压，但单片机需要一个稳定的电压保持平稳工作，所以供电最好设计为独立供电，避免与其他负载并联导致负载变化时影响单片机供电引起问题。
图2.1.2 MC9S12XS128核心板
图2.1.3 K60核心板
在单片机供电中，推荐使用“三端固定式集成稳压器”来为单片机提供降压稳压供电。首先介绍一下“三端固定式集成稳压器”。
如图2.1.4所示为“三端固定式集成稳压器”的基本应用电路，只要把正输入电压加到“三端固定式稳压器”的输入端，稳压器的公共端接地，其输出端则可以输出芯片所表示的正电压。在实际应用电路中，芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出根部接小容量（0.1～10μF）电容到地，用于抑制芯片自激振荡，压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。电容的具体取值应随芯片输出电压的高低及应用电路的方式不同而异。
图2.1.4 “三端固定式集成稳压器”典型电路
常用的稳压芯片有78系列、LM2940、AMS1117等系列。由于78系列的稳压芯片发热量较大，不作推荐。在5V稳压方案中使用LM2940进行讲解，在3.3V稳压方案中则使用AMS1117-3.3。
图2.1.5和图2.1.6分别为LM2940和AMS1117-3.3的实物图，关于实物封装的选择将在PCB设计部分进行介绍。
图2.1.5 LM2940S(TO-263-3)
图2.1.6 AMS1117-3.3(SOT-223)
如图2.1.7所示，使用一片LM2940为5V单片机进行供电，其中输入端的滤波电容选择0.47μF和0.1μF，输出端的滤波电容值为22μF和0.1μF。在输出端接入LED指示灯来检测稳压IC是否有正常输出。其中，三端稳压器也可换为AMS1117-3.3。
若使用3.3V供电的单片机，则可以在5V稳压后使用AMS1117-3.3进行二次稳压，从而给32位的单片机提供3.3V的电压供电。其稳压电路如图2.1.8所示。实例电路图中的滤波电容值仅供参考，有精力的读者可以根据理论依据自行计算所需的滤波电容值。在使用滤波电容时，应注意区分是否有极性。极性电容和非极性电容应区分使用。
值得注意的是，在三端稳压器的使用过程中，一定要注意避免将输出端直接接地，否则很容易损坏三端稳压器，进而对整个电路造成不可预知的影响。
上述三端稳压器的示例电路都是根据芯片手册设计，根据外围电路的不同，三端稳压器还能实现更多其他功能。有关LM2940和AMS1117-3.3的更多功能请参考芯片手册自行设计。
图2.1.7 LM2940 5V稳压电路示例
图2.1.8 AMS1117-3.3 3.3V稳压电路示例
在舵机供电部分，要根据舵机型号分别制订供电方案。A车的舵机为S3010（图2.1.9），此舵机的额定工作电压为6V，在6V电压下其扭力达6.5kg·cm，动作速度0.16±0.02 s/60°。实际使用中，为了使舵机转向更加灵活有力，常将舵机供电电压升至6.5V甚至更高。B车的舵机为SD-5（图2.1.10）。相比A车，B车的舵机性能较弱，在额定5V供电下，速度为0.16～0.14s/60°，扭力为5kg·cm。又因为SD-5舵机内部齿轮组的自身缺陷，无法负载更大的扭力，电压过高会导致齿轮碎裂，SD-5型的舵机一般使用5V供电。
图2.1.9 S3010舵机
图2.1.10 SD-5舵机
舵机供电在考虑供给足够电压的同时，还要考虑给舵机提供足够的电流。如果稳压芯片的最大通过电流小于舵机的最大工作电流，则可能制约舵机的性能发挥。
综合上述情况，在给S3010舵机的供电方案中，推荐使用AMS1117-ADJ来实现。AMS1117-ADJ与固定电压的三端稳压器不同，它是一种稳压值可调的三端稳压器。通过外围电路中的电位器来实现。
通过图2.1.11可知，AMS1117-ADJ与上文提到的AMS1117-3.3都由SOT-223封装，但引脚的定义却是不同的。其外围电路的设计方案如图2.1.12所示。
图2.1.11 AMS1117-ADJ(SOT-223)
图2.1.12 AMS1117-ADJ稳压电路示例
示例电路根据芯片手册给出的典型电路设计添加了LED指示灯来指示输出端是否正常。AMS1117-ADJ的1号引脚为调整端，2号引脚为输出端，3号引脚为输入端。这是与其他三端稳压器不同之处。使用时要注意区分。图2.12所示的方案中，使用1kΩ的电位器可以调节输出端的电压，精度可达0.1V。
根据上述稳压方案，可以给S3010型舵机预置6V甚至更高伏值的电压来提升舵机的扭力，使智能汽车在高速运行时有更出色的表现。而对于SD-5型舵机，由于前文中提到的自身缺陷，将电压预置在5V左右，过高的电压将大大增加舵机齿轮组损坏的概率。SD-5型舵机也可使用LM2940实现5V定值稳压供电，电路设计方案与单片机5V供电方案相同。
由于舵机的工作电流普遍大于200mA，峰值电流可能达到800mA甚至更高，由此可见舵机的功率变化相对单片机和一般芯片来说浮动更大。上文中选取的稳压芯片通过电流一般在1A左右，为了保证智能汽车的稳定运行，建议舵机的供电模块下不要并联其他用电器或者增加二级稳压单元给其他模块供电。
从表2.1中可以得知，大部分供电模块都实现降压稳压的功能，其供电电压都低于供电电池的电压。然而在智能汽车的制作过程中，使用部分特殊的传感器或者芯片时需要为其提供高于电源的电压才能正常工作，如SONY CCD摄像头、MOS管电动机驱动H桥等。对于需要高于电源电压驱动的模块单元，可以购买成品的升压模块来实现升压，也可以自行设计升压电路。组委会指定的比赛规则中禁止对电动机进行升压，但是对于传感器模块允许使用升压电路。在升压电路的设计中，对于大电流设备供电，推荐使用LM2577-ADJ；对于小电流设备供电，推荐使用MC34063。
首先介绍LM2577-ADJ芯片，外形图如图2.1.13所示。LM2577-ADJ的输入电压为3～30V，输出电压为4～35V，最高转换效率为92%，最大电流为3A，完全可以满足智能汽车所有需要升压电路单元的电源供给。
图2.1.13 LM2577-ADJ(TO-263-6)
根据芯片手册给出的典型电路可以自行设计升压电路。图2.1.14给出LM2577-ADJ的典型升压电路。
图2.1.14 LM2577-ADJ升压稳压电路示例
许多参赛选手比赛初期都使用5V摄像头，在调试过程中由于各种原因想更换12V的CCD摄像头，在改动主板的情况下，可以自行制作或者购买升压稳压模块来实现对12V摄像头的供电。模块实物如图2.1.15所示。
再来介绍一下使用MC34063的升压稳压方案，首先了解一下MC34063芯片，如图2.1.16所示。其输入电压范围为2.5～40V，输出电压可调范围为1.25～40V，输出电流可达1.5A，工作频率最高可达180kHz，并且静态电流低，可限制短路电流，该器件本身包含了AC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路，且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R-S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。
图2.1.15 LM2577-ADJ升压模块实物图
图2.1.16 MC34063(SOP-8)
MC34063可以根据外围电路的不同而实现很多不同的功能，在此只研究升压功能。升压电路方案如图2.1.17所示，升压模块实物图如图2.1.18所示。
图2.1.17 MC34063 升压稳压电路示例
图2.1.17所示的升压方案为升压至16V的电路方案，其功能主要用于MOS管H全桥电路的驱动升压。其他升压方案可自行参考资料搭建，也可购买现成的升压模块实现升压功能。
图2.1.18 MC34063 升压模块实物图
12V的CCD摄像头的自身发热量相比CMOS摄像头要高，但是为了获取更好的图像质量和优越的动态图像性能，很多选手选择这款摄像头参加比赛。在升压的同时保证有足够的电流才能发挥出CCD摄像头的优势，所以建议使用LM2577-ADJ给CCD摄像头升压供电，保证电流的供给。SONY CCD摄像头示意图如图2.1.19所示。
图2.1.19 SONY CCD 摄像头（12V）
MC34063电流较小，作为MOS管的H全桥电动机驱动更为合适。由于MOS管为电压元件，需要电压来导通MOS管驱动电动机，而不需要大电流，所以MC34063更为合适。关于MOS管电动机驱动将在本章2.2节做详细介绍。
其他传感器、外设、IC等供电则参考其需求进行配置。除了电动机、舵机之外的电路单元一般不存在大电流器件，一般的稳压方案足以负载，则电压相同的电路电源可以并联供电。若担心稳定性，可以对单独的电路单元进行单独的稳压供电。
值得注意的是，在对缓冲芯片和光电耦合器进行供电时，一定要注意电平的匹配，如3.3V供电的单片机输出控制信号要过缓冲将信号匹配为5V电平，5V传感器获取的信号要经过缓冲芯片变换为3.3V的信号输入到单片机中等。关于缓冲和光电耦合器的设计将在本章2.3节做详细介绍。