-.z.------專業(yè)資料-本科畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕論文〔設(shè)計(jì)〕題目：蓄電池智能均充系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：_____機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：班級(jí)：＿_(dá)__＿_(dá)_學(xué)號(hào)：＿_(dá)__＿＿_(dá)_學(xué)生姓名：＿＿＿＿_(dá)____指導(dǎo)教師：＿_(dá)_＿＿2011年5月２5日-.z.-.z.-.z.貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕誠(chéng)信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)展研究所完成。畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文〔設(shè)計(jì)〕作者簽名：日期：-.z.目錄摘要IV關(guān)鍵詞IV第一章緒論11.1、蓄電池的介紹11.1.1、蓄電池的現(xiàn)狀與前景11.1.2、鉛酸蓄電池的工作原理11.1.3、蓄電池的充電理論根底21.1.4、充電方法的研究31.2、課題的應(yīng)用背景41.3、課題的研究意義5第二章串聯(lián)蓄電池組均衡法62.1、引言62.2、蓄電池的不一致性62.3、蓄電池組中各蓄電池容量不一致的影響62.4、各種均衡充電的方法72.4.1、電池單體電壓均衡法72.4.2、電容切換均衡法82.4.3、多繞組變壓器均衡法8第三章總體設(shè)計(jì)93.1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求93.1.1、系統(tǒng)的根本功能93.1.2、系統(tǒng)的理想技術(shù)指標(biāo)93.2、充電方法的選擇93.3、系統(tǒng)總體框圖10第四章各電路〔元件〕的設(shè)計(jì)114.1、單片機(jī)的選擇114.2、整流電路的設(shè)計(jì)114.3、濾波器的選擇124.3.1、電容濾波器124.3.2、電感電容濾波器124.3.3、π形濾波器124.3.4、濾波器的選定134.4、開關(guān)管的選擇134.5、放電電路的設(shè)計(jì)134.6、采樣電路144.6.1、蓄電池端電壓的采樣電路144.6.2、蓄電池溫度采樣164.7、蓄電池電壓均衡電路174.8、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇184.9、顯示電路204.10、D/A轉(zhuǎn)換器的選擇214.11、時(shí)鐘電路224.12、復(fù)位電路234.13、報(bào)警電路23第五章軟件局部設(shè)計(jì)245.1、系統(tǒng)程序流程245.2、顯示子程序的設(shè)計(jì)255.3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換子程序285.4、數(shù)/模轉(zhuǎn)換子程序29第六章設(shè)計(jì)總結(jié)30參考文獻(xiàn)31致謝32基于單片機(jī)的蓄電池智能均充系統(tǒng)摘要隨著電子技術(shù)的迅速開展,蓄電池正廣泛運(yùn)用于交通運(yùn)輸、電力、通信等領(lǐng)域的各種設(shè)備中。它已經(jīng)成為這些設(shè)備的最為重要的部件，其直接影響到設(shè)備的壽命和可靠性。本文介紹了蓄電池的工作原理及充電的特性。由于充電方法的選擇對(duì)蓄電池的性能和壽命影響較大，因此本文還涉及到目前該領(lǐng)域中的充電方法。通過(guò)綜合考慮各個(gè)方面，我們選擇了分階段脈沖充/放電的充電方法。而實(shí)現(xiàn)脈沖充/放電的方法有很多，這里主要利用了場(chǎng)效管作為開關(guān)管使用。通過(guò)8051單片機(jī)發(fā)出電壓控制信號(hào)，來(lái)控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。另外，本設(shè)計(jì)中還提出了電壓均衡的實(shí)現(xiàn)方法，從而保證了蓄電池組串充時(shí)各節(jié)電池的充電狀態(tài)根本上一致。而這里的一個(gè)亮點(diǎn)就是，該系統(tǒng)能根據(jù)蓄電池組的周圍環(huán)境溫度變化而自動(dòng)地調(diào)整其充電電壓，使它們處于最正確的充電電壓上。本課題的研制，對(duì)蓄電池的大規(guī)模應(yīng)用具有積極的促進(jìn)作用，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義與應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：蓄電池單片機(jī)充/放電BasedontheSCMarefullyintelligentbatterysystemAbstractWithrapiddevelopmentoftheelectronictechnology,batteriesarewidelyusedfortransport,electricpower,telecommunicationsandotherfieldsofequipment.Itbecomesthekeypartialoftheseequipments,itdirectlyaffectedtheequipmentlifeandthereliability.Thispaperintroducestheprincipleofbatteryandchargerfeatures.Asthechargingmethodofchoicefortheperformanceandbatterylifeofgreaterimpact,thispaperalsorelatestothecurrentfieldofchargingmethod.Comprehensiveconsiderationofallaspects,wehavechosenaphasedpulsecharge/dischargechargingmethod.Andtherearemanywaysofrealizingapulsecharge/dischargecharging,thisismainlyusedtomarketeffectivelymanageasaswitchtouse.Through8051SCMissuedvoltagecontrolsignals,itcouldcontroltheswitchconductionordeadline.Inaddition,thedesignhasalsoraisedthevoltagetoachieveabalancedapproach,thusensuringthebatterychargestatewhenthebatterychargingseriesisbasicallyconsistent.Andtheonebrightspothereisthatthesystemaccordingtothebatterytemperatureofthesurroundingenvironmentchangesautomaticallyadjusttheirchargingvoltage,attheirbestonthechargevoltage.Theresearchofthissubjectwillplayanactiverole,andproducesignificanceandvalueonlarge-scaleapplicationofbattery.Keywords:battery;SCM;charge/discharge-.z.第一章緒論1.1、蓄電池的介紹、蓄電池的現(xiàn)狀與前景在蓄電池問世一百余年的時(shí)間里，由于蓄電池作為一種能源變換器可以方便的存儲(chǔ)與提供電能，且具有可逆性好，電壓特性平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣，原材料豐富且可再生，使用及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中不可或缺的重要產(chǎn)品，在大力提倡環(huán)保節(jié)能、使用綠色能源的今天，蓄電池將具有更加廣闊的開展應(yīng)用前景。蓄電池按其采用原料分，目前主要應(yīng)用的多為鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池及鋰離子電池。其中鉛酸蓄電池由于具有能夠儲(chǔ)存大量的電能、提供電流范圍寬〔從幾安培到幾百安培的電流〕、價(jià)格低的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在工農(nóng)生產(chǎn)中；而鋰離子電池由于具有體積小、重量輕、平安可靠的特點(diǎn)，則廣泛應(yīng)用于各類小型設(shè)備、通訊設(shè)備與日常生活中。雖然蓄電池產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，但就其充電方法上來(lái)講卻根本上仍然采用較為老套的常規(guī)方法，已經(jīng)無(wú)法滿足蓄電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)控制、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建立開展的需要，嚴(yán)重的影響了蓄電池產(chǎn)品的應(yīng)用質(zhì)量和使用壽命，制約與阻礙了蓄電池產(chǎn)品的開展。、鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池由正極板(二氧化鉛)、負(fù)極板(海棉狀鉛)以及電解液(硫酸)組成。充電時(shí)，硫酸鉛通過(guò)氧化復(fù)原反響分別恢復(fù)成二氧化鉛和鉛，電解液中的硫酸濃度增大。放電時(shí)，正極板的二氧化鉛和負(fù)極板的鉛與電解液中的硫酸反響，生成硫酸鉛，電解液中的濃度降低。在充放電狀態(tài)下，鉛酸蓄電池的正、負(fù)極板上在進(jìn)展不同的化學(xué)反響，產(chǎn)生正負(fù)離子形成電流，稱為成流反響。正極的成流反響式：負(fù)極的成流反響式：電池的總反響式：反響的中間過(guò)程可以表示為：式中左方向?yàn)榉烹姺错?，右方向?yàn)槌潆姺错憽Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn):電池充電過(guò)程對(duì)電池壽命影響最大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō)，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是"充壞〞的。由此可見，一個(gè)好的充電器對(duì)蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。、蓄電池的充電理論根底上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開口蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可承受的充電曲線，如圖1.1所示。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最正確充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。由圖1.1可以看出:初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過(guò)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板(正極板產(chǎn)生氧氣)，使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。很顯然，充電過(guò)程和放電過(guò)程互為逆反響。可逆過(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過(guò)電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐說(shuō)明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行，而這個(gè)數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差異而在不同程度上超過(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)反響中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。、充電方法的研究〔1〕、常規(guī)充電方法a、恒流充電法：恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法，如圖1.2所示。該控制方法簡(jiǎn)單，但由于電池的可承受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)展而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)甚，因此，常選用階段充電法。b、階段充電法：此方法包括二階段充電法和三階段充電法。二階段充電法:采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如圖1.3所示。首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。三階段充電法:在充電開場(chǎng)和完畢時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。c、恒壓充電法：充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過(guò)程更接近于最正確充電曲線。用恒定電壓快速充電，如圖1.4所示。由于充電初期蓄電池電動(dòng)勢(shì)較低，充電電流很大，隨著充電的進(jìn)展，電流將逐漸減少，因此，只需簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。這種充電方法電解水很少，防止了蓄電池過(guò)充。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢?！?〕、快速充電方法為了能夠最大限度地加快蓄電池的化學(xué)反響速度，縮短蓄電池到達(dá)滿充狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)，保證蓄電池正負(fù)極板的極化現(xiàn)象盡量地少或輕，提高蓄電池使用效率?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來(lái)得到了迅速開展。下面介紹目前的其中一種快速充電方法：脈沖式充電法，這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電承受率，而且能夠提高蓄電池充電承受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電承受曲線的限制，這也是蓄電池充電理論的新開展。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖1.5所示。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反響產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)展，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反響時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流承受率。1.2、課題的應(yīng)用背景蓄電池因其可循環(huán)再充電的特性，以及本錢低廉、使用平安、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在目前的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的需求正日益增大。相應(yīng)的，免維護(hù)蓄電池的快速充電技術(shù)也引起了普遍地關(guān)注。一方面，傳統(tǒng)的充電方法充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要。資料說(shuō)明，使用傳統(tǒng)的恒壓或恒流充電方法一般需要大約20小時(shí)左右的時(shí)間才能充滿。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)蓄電池的特殊要求，會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。國(guó)內(nèi)外多年來(lái)的實(shí)踐證明，免維護(hù)電池浮充電壓偏差5%，電池的浮充壽命將減少一半。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明，國(guó)內(nèi)通信設(shè)備和UPS中的免維護(hù)電池很難到達(dá)規(guī)定的浮充壽命(12～16年)，大量的免維護(hù)電池在使用幾年后即報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在其他方面，由于充電方法不正確，免維護(hù)電池也很難到達(dá)規(guī)定的循環(huán)壽命。1.3、課題的研究意義蓄電池作為一種能源變換器，充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，而放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。充電是放電的逆反響，充電的反響物就是放電的生成物，所以?放電過(guò)程對(duì)于蓄電池來(lái)講是十分重要的。但在以往的蓄電池實(shí)際使用中，往往過(guò)分強(qiáng)調(diào)蓄電池的放電能力與使用壽命，常常忽略了蓄電池充/放電過(guò)程對(duì)其產(chǎn)生的嚴(yán)重影響。研究與實(shí)踐說(shuō)明，蓄電池組的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及單體電池的壽命。蓄電池組的循環(huán)壽命往往達(dá)不到廠商標(biāo)稱值。很大局部原因是由于蓄電池組中電池單體不均衡。對(duì)電池組充電時(shí)，目前普遍采用單一電源對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)展充電，此時(shí)流過(guò)各單體電池的電流大小一樣，然而由于電池的化學(xué)，運(yùn)行溫度與濕度存在一定差異，可能導(dǎo)致電池的特性有所不同，單個(gè)電池的容量就不一致。研究蓄電池組均衡充電是一個(gè)非常重要的課題，充電不均衡是影響蓄電池組壽命的主要因素之一。蓄電池在循環(huán)使用的條件下，對(duì)充電條件的要求更為嚴(yán)格，同樣的電池，在不同的充電條件下，會(huì)出現(xiàn)很大的差異，即所謂的電池的不一致性。蓄電池的不一致性極大地降低了電池的使用水平，嚴(yán)重影響了裝置的壽命，危及系統(tǒng)的平安。因此，研究一種有效的充電均衡方法，彌補(bǔ)蓄電池在使用過(guò)程中電池的不一致性，最大限度地發(fā)揮電池的效用，延長(zhǎng)電池的使用壽命，增加系統(tǒng)的平安性，是十分必要的。第二章串聯(lián)蓄電池組均衡法2.1、引言由于單體蓄電池電壓和容量有限，因此大局部蓄電池系統(tǒng)使用的都是電池組，這些蓄電池組由單體蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)而成。在循環(huán)充放電過(guò)程中，由于各蓄電池化學(xué)組分的差異，蓄電池運(yùn)行歷史的不同，蓄電池的不一致性會(huì)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致在同一充放電條件下蓄電池充電終止電壓不同。假設(shè)讓電池系統(tǒng)在該情況下運(yùn)行而不加以管理，蓄電池的使用壽命以及系統(tǒng)的可靠性均會(huì)受到影響。為了延長(zhǎng)電池組的使用壽命，必須使所有的蓄電池單體均保持在同樣的放電深度，通過(guò)均衡充電的方法可加以解決。2.2、蓄電池的不一致性蓄電池的不一致性是指同一型號(hào)規(guī)格的電池的電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)存在差異。產(chǎn)生這種差異的主要原因有兩個(gè)方面:一是在制造過(guò)程中，由于工藝和材料均勻性問題，使得同批次出廠的同型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻等不完全一致;二是在電池裝車使用時(shí)，由于電池組中各個(gè)蓄電池電解液密度、溫度和通風(fēng)條件等的差異，增加了蓄電池的不一致性。在使用過(guò)程中，造成蓄電池的不一致性擴(kuò)大的原因有：蓄電池過(guò)充電、充電承受能力的差異和過(guò)放電的影響。2.3、蓄電池組中各蓄電池容量不一致的影響如上所述，組成蓄電池組的各電池的內(nèi)阻、容量等參數(shù)的不一致性，會(huì)使電池組中容量低的蓄電池更容易過(guò)充電和過(guò)放電，從而使蓄電池組陷于電池極板硫化加劇，容量差距更進(jìn)一步拉大的惡性循環(huán)中。這不僅縮短電池的使用壽命，而且還會(huì)因?yàn)樾铍姵貥O板硫化而內(nèi)阻增大和有效活性物質(zhì)減少，從而使蓄電池組充放電轉(zhuǎn)換效率、輸出功率和裝置性能下降。2.4、各種均衡充電的方法串聯(lián)蓄電池組均衡是指對(duì)串聯(lián)蓄電池組中不同的電池(或電池組)采用差分電流。串聯(lián)蓄電池組中每個(gè)蓄電池的電流通常是一樣的，因此必須給蓄電池組增加額外的元件和電路來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池均衡。電池組在串聯(lián)充電過(guò)程中通過(guò)一定的裝置和控制規(guī)則使每個(gè)電池單體都能充到自己的最大電量而又不過(guò)充。如果沒有充電均衡，則由于蓄電池單體狀況不一致，而流過(guò)其中的電流卻是一樣的。這樣，假設(shè)充電的控制規(guī)則以大容量電池的充電情況作為判據(jù)，則小容量電池必定過(guò)充;相反，假設(shè)以小容量電池的情況作為判據(jù)，則大容量電池不能充滿。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于蓄電池的充電均衡方面做得比擬成熟，有很多充電均衡的資料和系統(tǒng)可供借鑒。大致而言，充電均衡電路可分為以下幾類:、電池單體電壓均衡法如圖2.1所示為蓄電池單體電壓均衡法的拓?fù)錁?gòu)造。在每個(gè)單體蓄電池上附加一個(gè)均衡電路，它可以起到分流作用。其中，最簡(jiǎn)單的方法就是在串聯(lián)電池組中的每個(gè)單體蓄電池都并聯(lián)一個(gè)大電阻。電壓較高的蓄電池將會(huì)在并聯(lián)的電阻上消耗較多的能量，盡管這種方法簡(jiǎn)單，而且便于實(shí)施，但這種方法是以消耗大量能量為代價(jià)。而且，電阻的大小難以確定，太大均衡效果不明顯，太小功耗卻較大。另外，還可以利用三極管和電阻進(jìn)展串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)ICE，在這種模式下，當(dāng)*個(gè)蓄電池首先到達(dá)滿充時(shí)，其均衡裝置能阻止其過(guò)充并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能，同時(shí)可以對(duì)沒有充好的蓄電池繼續(xù)充電。雖然這種方法也會(huì)消耗大量能量，但與純電阻實(shí)現(xiàn)ICE相比擬要優(yōu)越得多。、電容切換均衡法如圖2.2所示為電容切換均衡法，這種方法是利用電容在蓄電池組間來(lái)回切換實(shí)現(xiàn)電壓均衡充放電，通過(guò)單刀雙擲的雙向開關(guān)進(jìn)展切換。每個(gè)電容都與相鄰的兩個(gè)蓄電池相連。均衡充電時(shí)，電容通過(guò)其控制開關(guān)交替地與相鄰的兩個(gè)蓄電池相連，承受電壓高的電池充電，并向電壓低的電池放電，直到兩電池電壓趨于一致。這種方法不用消耗能量，效率明顯高于上種方法，因此實(shí)際應(yīng)用中較為常見。但是這種方法由于引進(jìn)電容，所以均衡頻率受到一定限制。、多繞組變壓器均衡法圖2.3所示為多繞組變壓器均衡法拓?fù)錁?gòu)造。理論上，如果變壓器的副邊繞組匝數(shù)相等時(shí)，它們就能提供一樣的電壓對(duì)各單體蓄電池充電，由此到達(dá)電壓均衡的目的。然而實(shí)際上，任何相互耦合的繞組之間的耦合系數(shù)都不可能為1，因此在實(shí)際應(yīng)用中我們必須考慮變壓器的漏感，還有副邊繞組之間的互感，在這種情況下，即使副邊繞組的匝數(shù)完全一樣，它們也未必提供一樣的充電電壓。所以，這種方法的重點(diǎn)是如何減小繞組的漏感和互感的影響。第三章總體設(shè)計(jì)3.1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)的根本功能1.充電過(guò)程可以在系統(tǒng)的控制下智能地快速地完成；2.充電過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示電池的電壓和溫度；3.電池充滿電后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。、系統(tǒng)的理想技術(shù)指標(biāo)根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)應(yīng)該滿足對(duì)相應(yīng)蓄電池進(jìn)展理想的快速充電。因此對(duì)本系統(tǒng)的電源提出下面的理想技術(shù)指標(biāo)：充電電源空載輸出電壓＞40V蓄電池組由8節(jié)蓄電池構(gòu)成，每節(jié)電池的充電極限狀態(tài)或高阻抗電池的充電飽和電壓為5V，則8節(jié)電池的極限端電壓為8×5V=40V，因此電源開路電壓必須在40V以上。電源的充電電流可在0～4A范圍內(nèi)調(diào)整在充電系統(tǒng)的工作中，應(yīng)能夠根據(jù)使用者的需要來(lái)改變充電電流的大小。根據(jù)實(shí)際情況，我們要求充電電源可以輸出的充電電流的大小可由程序控制，在0～4A范圍內(nèi)調(diào)整。3.2、充電方法的選擇充電方法的選擇是非常重要的，不同的充電方法，其充電速度的差異可能很大，導(dǎo)致的充電效果的差距也會(huì)很大。針對(duì)傳統(tǒng)充電方法充電緩慢，平安性能不好等缺點(diǎn)，本系統(tǒng)選擇的快速充電方法，一方面要求能夠最大程度地加快蓄電池的化學(xué)反響速度，縮短蓄電池到達(dá)滿充狀態(tài)的時(shí)間，提高充電速度:另一方面，又要保證蓄電池負(fù)極的吸收能力足以及時(shí)地吸收正極所產(chǎn)生的氧氣，以防止電池的極化現(xiàn)象。以這種標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)，選擇了分級(jí)電流脈沖快速充電法。在快速充電過(guò)程中，采用定電壓脈沖快速充電法，將充電電流分為三級(jí)，如圖3.1所示。開場(chǎng)充電時(shí)采用大電流，隨著容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開場(chǎng)降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減少。采用這種方法可以消除充電接近充滿時(shí)出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象及過(guò)充電問題。3.3、系統(tǒng)總體框圖交流220V的電流，經(jīng)變壓器降壓成66V的交流電，再通過(guò)橋式整流和濾波器后，轉(zhuǎn)換成較為平滑的直流量。而單片機(jī)通過(guò)發(fā)出脈沖控制信號(hào)，控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，從而對(duì)蓄電池組進(jìn)展充/放電，如圖3.2所示。圖中的電池端電壓采樣裝置和電池組溫度檢測(cè)裝置，分別對(duì)蓄電池組中的每節(jié)電池的端電壓和電池組的周圍環(huán)境溫度進(jìn)展實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)放大電路放大后，將檢測(cè)的信號(hào)送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到單片機(jī)上。單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算，求出由于溫度變化而引起的充電電壓變化量ΔU，將該值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成模擬量，輸入到減法運(yùn)算器上，使充電電壓適應(yīng)周圍環(huán)境溫度的變化。這里還有一個(gè)均壓裝置，對(duì)串聯(lián)蓄電池組進(jìn)展電壓均衡操作，使各節(jié)蓄電池的充電狀態(tài)盡量接近一致。第四章各電路〔元件〕的設(shè)計(jì)4.1、單片機(jī)的選擇目前常用的單片機(jī)主要有MCS-48、51、96系列。其中，MCS-96系列是16位單片機(jī)。而MCS-51系列單片機(jī)是目前8位微機(jī)中性能價(jià)格比最正確，應(yīng)用較多的系列產(chǎn)品。MCS-51系列單片機(jī)包括8051、8751、8031三種產(chǎn)品。它們的功能一樣，主要區(qū)別在于：8051片內(nèi)有4KB的ROM；8751片內(nèi)有4KB的EPROM；8031片內(nèi)無(wú)ROM或EPROM，使用時(shí)必須配置外部的程序存儲(chǔ)器EPROM。本系統(tǒng)的精度要求不高，8位的單片機(jī)已經(jīng)足夠了，而且運(yùn)行程序不多，可以直接選用有ROM的8051單片機(jī)，無(wú)需另外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。它有4KB的ROM和128B的RAM，其管腳圖見［8］所示。它有四個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。其中P0是訪問外存儲(chǔ)器的低位地址和數(shù)據(jù)總線。P2口，在訪問外存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高位地址字節(jié)。P3口具有第二功能，它實(shí)現(xiàn)第二功能時(shí)，必須在相應(yīng)的輸出鎖存器里寫入"1〞。這四個(gè)I/O口的輸入低電平：-0.5～0.8V；輸入高電平：2.0～VCC+0.5V；輸出低電平：≤0.45V；輸出高電平：≥2.4V。4.2、整流電路的設(shè)計(jì)整流電路是將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。為了有效地利用交流電源的正負(fù)極性，本設(shè)計(jì)選擇了橋式整流電路。而其中的整流元件有晶體二極管、電子二極管或晶閘管，這里選則最常用的晶體二極管作為整流元件。如圖4.2所示，它利用了晶體二極管的單向?qū)ㄐ?，在正電流時(shí)，晶體二極管1和3導(dǎo)通，而在負(fù)電流時(shí)，晶體二極管2和4導(dǎo)通，這樣就使輸出端輸出單向的電流。4.3、濾波器的選擇濾波器是減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需要。目前，常用的濾波器有電容濾波器、電感電容濾波器、π形濾波器等。、電容濾波器〔C濾波器〕如圖4.2所示，它的電路簡(jiǎn)單，輸出電壓較高，脈動(dòng)也較??；但是外特性較差，且有電流沖擊。因此，電容濾波器一般用于要求輸出電壓較高，負(fù)載電流較小并且變化也較小的場(chǎng)合。、電感電容濾波器〔LC濾波器〕如圖4.3所示，電感電容濾波器比C濾波器能濾掉更多的交流分量，可以得到甚為平直的直流輸出電壓。但是，由于電感線圈的電感較大〔一般在幾亨到幾十亨的范圍內(nèi)〕，其匝數(shù)較多，電阻也較大，因而其上也有一定的直流壓降，造成輸出電壓的下降。具有LC濾波器的整流電路適用于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為適合。、π形濾波器如圖4.4所示，π形濾波器的濾波效果是三者中最好的，所以這種濾波電路主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。、濾波器的選定由于蓄電池的充電電壓對(duì)其壽命和容量的影響較大，假設(shè)充電電壓過(guò)大，則會(huì)造成過(guò)充，嚴(yán)重地降低了蓄電池的實(shí)際壽命；反之，假設(shè)充電電壓過(guò)小，則使蓄電池充缺乏。因此，要選用脈動(dòng)很少的π形濾波器。在選擇器件時(shí)，選擇低頻電感，電感量為幾十微亨。因?yàn)殡姼辛刻?，相?yīng)的直流電阻大，負(fù)載電流流過(guò)電感時(shí)，電感上的壓降也大，使負(fù)載兩端電壓降低；假設(shè)電感量太小，濾波效果差。而濾波電容可用兩個(gè)容量一樣的鋁電解電容，由于變壓器次級(jí)電壓為60V，負(fù)載電流較大，故兩個(gè)電容可選幾千微法的電容。4.4、開關(guān)管的選擇考慮到功率器件的開關(guān)速度、價(jià)格本錢和驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)潔，本設(shè)計(jì)中選用MOSFET作為主功率開關(guān)管。開關(guān)管所需承受的最高電壓20V，考慮到電壓裕量可以選用額定電壓為50V左右的開關(guān)管。考慮到電感有10%的電流波動(dòng)，則通過(guò)它的最大電流為5A。綜合考慮額定電壓和額定電流的選取，設(shè)計(jì)中開關(guān)管選用VN05M10，其額定電壓為50V，額定電流在25℃殼溫時(shí)為10A如圖4.5所示，系統(tǒng)在對(duì)蓄電池進(jìn)展充電操作時(shí)，由MOS型場(chǎng)效應(yīng)管VN05M10構(gòu)成的功率單元通過(guò)60V直流母線供電，源極通過(guò)均流電阻與串聯(lián)蓄電池組構(gòu)成串聯(lián)回路，通過(guò)改變柵極電壓控制VN05M10輸出電流的大小對(duì)充電電流進(jìn)展控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)蓄電池組的可控充電。4.5、放電電路的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)蓄電池組的間歇性放電，可以利用單片機(jī)發(fā)出的電壓控制信號(hào)，來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管的狀態(tài)。同時(shí)，以防放電電流倒流，這里使用二極管來(lái)限制電流的流向，如圖4.6所示。4.6、采樣電路蓄電池充/放電系統(tǒng)主要的測(cè)量是充/放電電流與蓄電池端口的電壓，而這里我們測(cè)量的是蓄電池的端電壓以及蓄電池組的溫度變化。對(duì)于電壓量的測(cè)量在測(cè)量領(lǐng)域來(lái)講是較為常見的測(cè)量，但是由于本課題設(shè)計(jì)的蓄電池充/放電系統(tǒng)是針對(duì)多個(gè)蓄電池進(jìn)展充/放電測(cè)量與控制的系統(tǒng)，其電壓的實(shí)際測(cè)量存在一些需要解決與克制的實(shí)際問題，下面將對(duì)這些問題提出切合實(shí)際的解決方法。、蓄電池端電壓的采樣電路a、端電壓的采樣對(duì)蓄電池組進(jìn)展測(cè)量要考慮的首要問題是每節(jié)蓄電池之間都有電位的聯(lián)系，由于蓄電池組中的蓄電池?cái)?shù)量較多，整組電壓很高，因此直接測(cè)量比擬困難。目前對(duì)蓄電池組監(jiān)測(cè)的采集方式都是采用雙刀繼電器進(jìn)展切換，如圖4.7所示。由圖4.7中可見，每一節(jié)蓄電池的兩端都與一只雙刀繼電器的兩對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)相連接。這樣，當(dāng)繼電器都不動(dòng)作時(shí)，所有蓄電池均與測(cè)量回路斷開。當(dāng)需要測(cè)量*只蓄電池時(shí)，所對(duì)應(yīng)的那只繼電器閉合，以使該蓄電池的負(fù)端接到測(cè)量電路的地端，蓄電池的正端經(jīng)緩沖器進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。此時(shí)其他蓄電池與測(cè)量電路仍處于隔離狀態(tài)，因而對(duì)測(cè)量沒有影響。用此方法雖可完成對(duì)蓄電池組的測(cè)量，但需要的繼電器太多，儀器的體積大，功耗和本錢及故障率也較高。而本系統(tǒng)采用的是雙單刀單擲模擬開關(guān)來(lái)完成對(duì)被測(cè)量的蓄電池的切換。如圖4.8所示，通過(guò)八路模擬開關(guān)DG845分時(shí)依次驅(qū)動(dòng)模擬開關(guān)AD7512DIKN，把每節(jié)蓄電池電壓選送到采樣總線V+與V，DG845的A0、A1和A2為000，則S1被選通。驅(qū)動(dòng)第一個(gè)模擬開關(guān)AD7512DIKN的雙單刀，使其接到第一節(jié)蓄電池的兩端，這時(shí)蓄電池的端電壓通過(guò)OUT1和OUT2輸出信號(hào)處理電路上。而此時(shí)其它蓄電池都與數(shù)據(jù)處理電路斷開連接，不會(huì)對(duì)所輸出的電壓產(chǎn)生影響?！睤G845的真值如表4.1〕b、數(shù)據(jù)處理電路由圖4.8可知，OUT1和OUT2輸出的電壓是蓄電池的端電壓。由于蓄電池端電壓在2～5V之間變化〔當(dāng)其低于2V時(shí)，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)均充器進(jìn)展充電；當(dāng)其高于5V時(shí)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路并停頓充電?！?，其電壓值在A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍內(nèi)，故無(wú)需電壓放大電路。但本設(shè)計(jì)中采用的蓄電池組串充，在*一節(jié)蓄電池的任何一端的電位都可能高于5V，而這里的采樣電壓是每一節(jié)蓄電池兩端的電位差，這個(gè)值才在2～5V之間。因此，設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)減法運(yùn)算器，它是利用運(yùn)算放大器的減法運(yùn)算功能，如圖4.9所示。減法運(yùn)算器的輸出電壓U=Uout1(1+)-Uout2為了式U=Uout1-Uout2成立，應(yīng)使R1=Rf，則R2+R3=2,而這里使R2=R3=1kΩ，R1=Rf=2kΩ。表4.1DG458的真值表、蓄電池溫度采樣溫度對(duì)蓄電池的容量有一定的影響。當(dāng)環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度而升高時(shí)，將使蓄電池水分散失，加大了電液濃度；其次，蓄電池溫度高會(huì)加速合金腐蝕速度，長(zhǎng)期處于這一環(huán)境中的蓄電池板柵可因之而穿孔損壞，易使活性物質(zhì)附著減弱而脫落。由此看出，環(huán)境溫度的升高，雖使容量有所增加，但高溫又使蓄電池板柵腐蝕劇增，嚴(yán)重地阻礙著電極反響，降低了容量的增加。此外，蓄電池的充電電壓要隨環(huán)境溫度的變化而作出相應(yīng)的調(diào)整。如果環(huán)境溫度超出標(biāo)準(zhǔn)溫度25℃目前國(guó)內(nèi)常用的溫度傳感器是熱敏電阻，該溫度傳感器是非線性傳感器，在使用過(guò)程中必須外加補(bǔ)償電路，電路復(fù)雜，體積較大。在課題中，我們選用新型的LM35系列集成溫度傳感器。LM35系列是精細(xì)集成溫度傳感器。它是直接以攝氏度為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，不是以絕對(duì)溫度為標(biāo)準(zhǔn)。其線性比例系數(shù)為10mV/℃。它的測(cè)量精度較高，在25℃時(shí)的測(cè)量精度到達(dá)℃，非線性誤差典型值為士1/4℃.這個(gè)測(cè)量精度滿足系統(tǒng)的要求。同時(shí)它還具有低輸出電阻的特性，當(dāng)負(fù)載電流為1mAΩ。其工作電流范圍從400uA～mA，工作溫度范圍在-55℃+如圖4.10所示為溫度傳感器接線圖。我們?cè)O(shè)定的溫度測(cè)量范圍為0～100℃，則輸出電壓V1V1=0+10mV/℃×100℃為了使A/D轉(zhuǎn)換的輸入統(tǒng)一到0～5V，我們使用了比例放大器，通過(guò)比例放大，使輸出的V2到達(dá)適宜的范圍，從而滿足了系統(tǒng)的要求。V2=(1+4/1)×V1=5V1=5V4.7、蓄電池電壓均衡電路前面已經(jīng)提過(guò)，用電容與蓄電池并聯(lián)可使每一節(jié)電池的電壓趨于均衡。故這里在此根底上，運(yùn)用模擬開關(guān)AD7512DIKN來(lái)到達(dá)所要的目的，如圖4.11所示。4.8、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇本設(shè)計(jì)的采樣電壓最大為5V，則一般的8位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為而這里的采樣電壓精度在50mVV；而溫度采樣精度取1℃，由于溫度傳感器的線性比例系數(shù)為10mV/℃，故有1℃×10mV/℃=10mV，經(jīng)比例放大器放大后，精度為5×10mV=50mV)，也就是說(shuō)8位A/D轉(zhuǎn)換器就可以滿足要求，故可采用較常用的ADC0809進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換。其引腳圖見［10］，它是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件；是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)展轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OEADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0～5V，假設(shè)信號(hào)太小，必須進(jìn)展放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如假設(shè)模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0809應(yīng)用說(shuō)明如下：〔1〕ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與8051單片機(jī)直接相連?！?〕初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。〔3〕送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上?！?〕在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)?！?〕是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷?！?〕當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。其主要技術(shù)指標(biāo)和特性如下：分辨率：8位轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于芯片時(shí)鐘頻率，轉(zhuǎn)換一次時(shí)間為64個(gè)時(shí)鐘周期，當(dāng)CLK=500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間T=128μs，最大允許值為800KHz。單一電源：+5V模擬輸入電壓范圍：?jiǎn)螛O性0+5V；雙極性±5V，±10V具有可控三態(tài)輸出鎖存器啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式〔正脈沖〕，上升沿使內(nèi)部所有存放器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開場(chǎng)這里的采樣電壓和溫度共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，因此它們要分時(shí)送入到A/D轉(zhuǎn)換器里，不能同時(shí)進(jìn)展。對(duì)于外部環(huán)境來(lái)說(shuō)，溫度變化是非常緩慢的，而采樣電壓在任一節(jié)蓄電池的端電壓控制下，也是變化非常微小的，它們?cè)贏/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換期間可以認(rèn)為是不變的，故這里無(wú)需用采樣保持電路。只要在單片機(jī)的控制下，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器中的A、B和C進(jìn)展選擇，即可實(shí)現(xiàn)分時(shí)采取電壓和溫度信息。4.9、顯示電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用LED〔發(fā)光二極管〕、CRT顯示器和LCD〔液晶顯示器〕等作為顯示器件。其中LED和LCD本錢低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，故應(yīng)用廣泛。數(shù)碼顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由假設(shè)干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用七段顯示器的構(gòu)造如圖4.12所示，其中〔a〕為共陰極，〔b〕為共陽(yáng)極，(c)為管腳配置。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡(jiǎn)單、使用方便。實(shí)際使用的LED顯示器都是多位的。對(duì)多位LED顯示器，通常都是采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)展顯示，即逐個(gè)地循環(huán)地點(diǎn)亮各位顯示器。這樣雖然在任一時(shí)刻只有一位顯示器被點(diǎn)亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來(lái)與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮效果完全一樣。為了實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段〔字形代碼〕的輸入之外，還要對(duì)顯示器加位的控制，這就是通常所說(shuō)的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有二個(gè)輸出口，其中一個(gè)用于輸出8條段控線〔有小數(shù)點(diǎn)顯示〕；另一個(gè)用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)，如圖4.13是使用8155作四位LED顯示器的接口電路。其中C口為輸出口〔位控口〕，以PC0～PC0輸出位控線。由于位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，8段全亮?xí)r約40～60mA，因此PC口輸出加74LS06進(jìn)展反相和提高驅(qū)動(dòng)能力，然后再接各LED顯示器的位控端。A口也為輸出口〔段控口〕，以輸出8位字形代碼〔段控線〕。段控線的負(fù)載電流約為8mA，為提高顯示亮度，通常加74LS244進(jìn)展段控輸出驅(qū)動(dòng)。4.10、D/A轉(zhuǎn)換器的選擇D/A轉(zhuǎn)換是將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與此數(shù)值成正比的模擬量。對(duì)于蓄電池串充系統(tǒng)，假設(shè)溫度變化，而蓄電池的溫度系數(shù)為，則對(duì)于8節(jié)蓄電池來(lái)說(shuō)，其總的充電電壓變化為。當(dāng)8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入的基準(zhǔn)電壓為-5V時(shí)，它的分辨率為，即8位D/A轉(zhuǎn)換器的已經(jīng)符合精度要求。故這里可以選用了DAC0832轉(zhuǎn)換器，引腳圖見［10］。其主要指標(biāo)如下：分辨率：8位電流穩(wěn)定時(shí)間：1μs可單緩沖、雙緩沖或直接輸出單電源供電低功耗：200mW此充電系統(tǒng)中的D/A轉(zhuǎn)換器是用來(lái)將外部環(huán)境溫度的變化反響到充電電壓上，以此到達(dá)智能控制充電電壓的變化，使蓄電池處于較好的充電電壓下進(jìn)展充電。4.11、時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為引腳*TAL1，其輸出端為引腳*TAL2。而在單片機(jī)的外部，*TAL1和*TAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。如圖4.14所示。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)展二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。一般電容C1和C2MHz～12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印刷電路板的工藝要求也高〔線間寄生電容要小〕。MCS-51在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHz的石英晶體，而12MHz主要是在高速串行通信的情況下才使用。4.12、復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開場(chǎng)執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電復(fù)位是利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST引腳端保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。而按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種，這里只介紹前一種。按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖4.15所示。4.13、報(bào)警電路圖4.16中的報(bào)警電路，它主要是利用三極管的開關(guān)功能，來(lái)控制蜂鳴器的工作。假設(shè)蓄電池的端電壓超出5V，則單片機(jī)發(fā)出低電平，經(jīng)非門轉(zhuǎn)換成高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。第五章軟件局部設(shè)計(jì)5.1、系統(tǒng)程序流程如圖5.1所示，程序開場(chǎng)時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制模擬開關(guān)分別檢測(cè)各節(jié)蓄電池的端電壓，求出其平均值；然后，在單片機(jī)內(nèi)將該值與2進(jìn)展比擬，假設(shè)是大于2，則單片機(jī)的P2.4口不發(fā)出高電平，這時(shí)充電電路上的場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管處于截至狀態(tài)，從而不會(huì)給蓄電池組充電。假設(shè)是小于2，則單片機(jī)的P2.4口被激活，不斷地發(fā)出高電平的脈沖信號(hào)，此時(shí)該開關(guān)管就會(huì)周期性地處于導(dǎo)通和截至狀態(tài)，蓄電池組進(jìn)展脈沖充電，而在開關(guān)管處于截至狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)的P3.0口會(huì)有一段時(shí)間出現(xiàn)高電平，使放電電路上的場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蓄電池組就會(huì)向負(fù)載放電。在脈沖充/放電的過(guò)程中，充電電流會(huì)隨著蓄電池端電壓的變化而變化。本設(shè)計(jì)中采用了分階段脈沖充電法：初始時(shí)，以大電流進(jìn)展脈沖充電，這樣可以減少蓄電池組充電的時(shí)間；當(dāng)蓄電池的平均端電壓到達(dá)4V〔25℃〕時(shí)，單片機(jī)的P2.4口輸出的電壓降低〔此時(shí)還處于高電平狀態(tài)〕，使場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)管的漏源電流IDV〔25前面已說(shuō)過(guò)，蓄電池的壽命與周圍的環(huán)境溫度有很大關(guān)系。假設(shè)蓄電池組的周圍環(huán)境溫度升高了，則蓄電池組的充電電壓應(yīng)降低；反之，其充電電壓應(yīng)升高。通過(guò)類比法，每節(jié)蓄電池的溫度系數(shù)為3～4mV/℃。由于本設(shè)計(jì)采用了蓄電池組串充，故單片機(jī)內(nèi)部要通過(guò)一定的運(yùn)算：ΔU=4×8×Δt。單片機(jī)將該值以數(shù)字量輸入到D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出模擬信號(hào)，此信號(hào)就是蓄電池組充電電壓的變化量。除此之外，本設(shè)計(jì)中還有一個(gè)顯示功能。它主要反映充電過(guò)程中各節(jié)蓄電池的端電壓和周圍的環(huán)境溫度。在充電開場(chǎng)時(shí)，顯示子程序就要被調(diào)用，它貫穿于整個(gè)充電過(guò)程。5.2、顯示子程序的設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，顯示器顯示方式主要有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式是指每位顯示器同時(shí)進(jìn)展顯示的方式，此時(shí)位選為全選，即所有N個(gè)顯示器的COM端接地，段選采用N個(gè)8位I/O口來(lái)驅(qū)動(dòng)。而動(dòng)態(tài)顯示方式是逐位輪流顯示的方式，其特點(diǎn)是：對(duì)位選，讓當(dāng)前被選位COM端接地，用I/O線提供，需占用的I/O口位數(shù)為顯示器個(gè)數(shù)；對(duì)段選，使各位段碼線并聯(lián)，用一個(gè)8位I/O口來(lái)控制。動(dòng)態(tài)顯示方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，并且由于各個(gè)數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡(jiǎn)化了硬件線路。各個(gè)數(shù)碼管雖然是分時(shí)輪流通電，但由于發(fā)光數(shù)碼管具有余輝特性及人眼具有視覺暫留作用，所以適中選取循環(huán)掃描頻率時(shí)，看上去所有數(shù)碼管是同時(shí)點(diǎn)亮的，發(fā)覺不出有閃爍現(xiàn)象。不過(guò)這種方式數(shù)碼管不宜太多，一般在8個(gè)以內(nèi)，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到實(shí)際導(dǎo)通的時(shí)間會(huì)太少，使得亮度缺乏。為了存放顯示的數(shù)字，通常在內(nèi)部RAM中設(shè)置顯示緩沖區(qū)，其單元個(gè)數(shù)與LED顯示器位數(shù)一樣。顯示的數(shù)據(jù)存在8051內(nèi)部RAM的79H～7CH單元，數(shù)據(jù)是別離的BCD碼形式,如表5.1所示。表5.1顯示器地址分配表圖4.15中的8155的I/O端口地址分配為：命令狀態(tài)存放器的地址為7F00H，C口的地址為7F01H，A口的地址為7F02H。以R0存放當(dāng)前位控值，DL1為延時(shí)子程序。顯示子程序清單如下：DIS：MOVA，#4DH；命令字存入A〔A、C口輸出〕MOVDPTR，#7F00H；指向命令存放器MOV*DPTR，A；設(shè)A口、C口都為輸出MOVR0，#79H；建立顯示緩沖區(qū)首址MOVR3，#01H；從右數(shù)第一位顯示器開場(chǎng)MOVA，R3；位控碼初值LD0：MOVDPTR，#7F01H；位控口地址MOV*DPTR，A；輸出位控碼INCDPTR；得段控口地址MOVA，R0；取出顯示數(shù)據(jù)ADDA，#0DH；求查段碼所需偏移量MOVCA，A+PC；查表取字形代碼MOV*DPTR，A；輸出段控碼ACALLDL1；調(diào)用延時(shí)1ms子程序INCR0；指向下一緩沖單元MOVA，R3；位選字送AJBACC.3，LD1；判是否到最高位，到則返回RLA；不到，向顯示器高位移位MOVR3，A；位控碼送R3保存AJMPLD0；繼續(xù)掃描LD1：RET；返回DSEG：DB3FH，06H，5BH，4FH，66HDB6DH，7DH，07H，7FH，6FHDL1：MOVR2，#7DHLOOP：NOPNOPDJNZR2，LOOPRETI程序說(shuō)明：1、在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，調(diào)用延時(shí)子程序DL1，其延遲時(shí)間大約1ms。這是為了使掃描到的那位顯示器穩(wěn)定地點(diǎn)亮一段時(shí)間，猶如掃描過(guò)程中在每一位顯示器上都有一段駐留時(shí)間，以保證其顯示亮度。2、對(duì)于延時(shí)子程序DL1，NOP指令的機(jī)器周期為1，DJNZ指令的機(jī)器周期為2，則一次循環(huán)共4個(gè)機(jī)器周期。而單片機(jī)的晶振頻率為6MHz，則一個(gè)機(jī)器周期是2μs，因此一次循環(huán)的延遲時(shí)間為8μs。定時(shí)程序的總延遲時(shí)間是循環(huán)程序段延時(shí)時(shí)間的整數(shù)倍，故該程序的延遲時(shí)間為8×TIME(μs)，TIME是裝入存放器R2的時(shí)間常數(shù)，R2是8位存放器。3、此接口電路是軟件為主的接口電路，對(duì)顯示數(shù)據(jù)以查表方法得到其字形代碼，為此在程序中有字形代碼DESG。從0開場(chǎng)依次寫入十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼。為了進(jìn)展查表操作，使用查表指令MOVCA，A+PC，由PC提供16位基址，由A提供變址。MOVC指令距DSEG表的地址間隔為0DH，因此顯示數(shù)據(jù)送A后，進(jìn)展A←〔A〕+0DH操作，以求得變址值，然后進(jìn)展查表操作。4、在實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中，LED顯示程序都是作為一個(gè)子程序供監(jiān)控程序調(diào)用。因此各位顯示器都掃過(guò)一遍之后，就返回監(jiān)控程序。返回監(jiān)控程序后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔后，再調(diào)用顯示掃描程序。通過(guò)這種反復(fù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)LED顯示器的動(dòng)態(tài)掃描。5.3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)展處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確定A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)展傳送。為此可采用下述三種方式?！?〕、定時(shí)傳送方式：對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是的和固定的。據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用這個(gè)延時(shí)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了。接著就可進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送?！?〕、查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片有說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)〔ADC0809的EOC端〕。因此可以用查詢方式，軟件測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。〔3〕、中斷方式：把說(shuō)明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)〔EOC〕作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以左選通信號(hào)，當(dāng)信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收。這里選擇中斷方式來(lái)確定A/D轉(zhuǎn)換的完成，通道地址分配見表5.2。表5.2通道地址分配表中斷方式程序清單如下：MAIN：MOVRO，#AOH；指向待存入單元首地址MOVR2，#02H；置轉(zhuǎn)換通道數(shù)量SETBIT1；外部中斷1邊沿觸發(fā)方式SETBEA；中斷允許SETBE*1