基于單片機(jī)的充放電手電筒摘要在科技日益發(fā)展的今天，任何事物都需要跟上進(jìn)步的潮流。現(xiàn)在的手電筒功能過于單一，如果不加以改進(jìn)的話很可能會被替代掉。本課題是研究手電筒的多種功能：充放電，電量顯示以及燈光的三檔亮度調(diào)節(jié)，是通過軟件程序以及硬件電路的結(jié)合來實現(xiàn)的。本次設(shè)計是通過軟件程序的編輯以及硬件電路兩部分相結(jié)合而實現(xiàn)的。首先是確定MCU，本次設(shè)計采用的是STC89C52芯片，通過keil5編寫程序來控制MCU對燈珠進(jìn)行三檔亮度的調(diào)節(jié)。其次是通過ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片將電源的模擬量電壓轉(zhuǎn)換為MCU可以讀取的數(shù)字量，再從LCD1602上顯示電源的實時剩余電量。以上部分都是在proteus中來仿真的。然后就是在立創(chuàng)EDA中設(shè)計硬件電路：電源模塊以及升壓模塊。電源模塊是通過IP5306芯片的內(nèi)部調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對電池的充電以及通過Type-C口對外部的放電。其次就是升壓模塊，因為本設(shè)計采用的18650電池是3.7V的，而MCU以及內(nèi)部許多模塊都需要5V電壓才能工作，所以就需要升壓電路中的XL6007E1芯片來內(nèi)部調(diào)節(jié)3.7V升壓到5V。最后再畫出PCB電路圖下單，然后與器件焊接出實物進(jìn)行最終調(diào)試，將編寫好的程序通過STC-ISP軟件下載到單片機(jī)中來實現(xiàn)目標(biāo)功能比更改錯誤。關(guān)鍵詞：STC89C52，XL6007E1，ADC0832,IP5306

ChargedischargeflashlightbasedonsinglechipmicrocomputerAbstractWiththeincreasingdevelopmentofscienceandtechnology,everythingneedstokeepupwiththetrendofprogress.Thefunctionofthecurrentflashlightistoosingle,anditislikelytobereplacedifitisnotimproved.Thistopicistostudythevariousfunctionsofflashlight:chargeanddischarge,electricquantitydisplayandthree-levelbrightnessadjustmentoflight,whichisrealizedthroughthecombinationofsoftwareprogramandhardwarecircuit.Thisdesignisrealizedthroughthecombinationofsoftwareprogrameditingandhardwarecircuit.ThefirstistodeterminetheMCU.STC89C52chipisusedinthisdesign.Theprogramiswrittenbykeil5tocontroltheMCUtoadjustthethree-levelbrightnessofthelampbeads.Secondly,theanalogvoltageofthepowersupplyisconvertedintothedigitalquantitythatcanbereadbyMCUthroughADC0832digitaltoanalogconversionchip,andthenthereal-timeremainingpowerofthepowersupplyisdisplayedfromLCD1602.TheabovepartsaresimulatedinProteus.ThenthehardwarecircuitisdesignedinLichuangEDA:powersupplymoduleandboostmodule.Thepowermodulechargesthebatterythroughtheinternalregulationofip5306chipanddischargestheoutsidethroughtype-Cport.Thesecondistheboostmodule,becausethe18650batteryusedinthisdesignis3.7V,andMCUandmanyinternalmodulesneed5Vvoltagetowork,sothexl6007e1chipintheboostcircuitisneededtointernallyadjustthe3.7Vboostto5V.Finally,drawthePCBcircuitdiagram,placeanorder,andthenwelditwiththedeviceforfinaldebugging.Downloadthepreparedprogramtothesinglechipmicrocomputerthroughstc-ispsoftwaretoachievethetargetfunctionratioandchangetheerror.KeyWords：STC89C52，XL6007E1，ADC0832,IP5306

目錄1.緒論 11.1課題背景 11.2研究意義 11.3研究內(nèi)容 11.4主要器件選擇 22.充放電手電筒的總體設(shè)計 32.1設(shè)計要求 32.2硬件電路框架 33.程序的設(shè)計 43.1STC-ISP軟件介紹 43.2keil5軟件介紹 43.3LCD程序框架 53.3.1LCD主程序框架 53.3.2LCD指令框圖 53.3.3LCD數(shù)據(jù)框圖 63.4ADC程序框圖 63.5按鍵程序框圖 73.6主程序框圖 74.仿真部分設(shè)計 84.1仿真軟件介紹 84.2總仿真電路圖 84.3仿真結(jié)果檢驗 94.3.1電路連接及文件下載 94.3.2按鍵燈珠功能測試 94.3.3LCD1602顯示功能測試 115.硬件電路部分設(shè)計 135.1立創(chuàng)EDA軟件介紹 135.2總體硬件電路 135.3單片機(jī)部分 145.4最小系統(tǒng)部分 145.5LCD1602模塊 155.5.1LCD1602電路圖及引腳連接 155.5.2LCD1602引腳功能 165.6ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 165.6.1ADC0832引腳圖 165.6.2ADC0832電路圖 175.7燈珠與按鍵模塊 175.8升壓模塊 175.8.1XL6007E1升壓芯片 185.8.2升壓電路電路圖 185.9電源管理模塊 185.9.1IP5306引腳圖 195.9.2IP5306電路圖 195.10PCB板制作與實物3D預(yù)覽圖 216.實物調(diào)試 236.1整體實物圖： 236.2最小系統(tǒng)與燈珠按鍵部分實物測試 236.3升壓電路的測試 256.4LCD1602顯示測試 266.5電源管理IC測試 266.6實物測試時的問題 28結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 301.緒論1.1課題背景單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。單片機(jī)作為微型計算機(jī)的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已經(jīng)發(fā)展為上百種系列的近千個機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。隨著科技的日益進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，加班似乎成為了一種常態(tài)，許多人都避免不了加班后走夜路摸黑回家，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)可能會有路燈為人們照亮，但在一些4,5線城市就不是任何地方都會有路燈，這個時候人們往往會選擇手電筒來幫助自己照明。但傳統(tǒng)的手電筒已經(jīng)逐漸淡出了熱銷市場，一來是因為其不方便性，需要頻繁的更換電池；二來是因為它無法顯示剩余電量，導(dǎo)致人們無法判斷手電筒什么時候該換電池或是充電，十分的不便。1.2研究意義隨著社會的發(fā)展，手電筒也必須跟上科技的步伐，增加許多新的功能，否則有大概率會被其他產(chǎn)品所替代。我研究的這款由單片機(jī)控制的可充電的充放電手電筒，它相比于傳統(tǒng)的手電筒，其優(yōu)點在于：一、可以充電使用，這樣就可以節(jié)約買電池的錢，也可以減少電池用量，保護(hù)環(huán)境；二、可以顯示剩余電量，這樣人們在使用的時候就可以知道電池余量，及時充電；三、我還在傳統(tǒng)手電筒的基礎(chǔ)上又增加了一項功能，它的電池也可以給其他微小型電子設(shè)備進(jìn)行充電，以備不時之需，相當(dāng)于一個小型充電寶，十分的方便與快捷。研究這樣一款多功能又便捷環(huán)保的手電路既可以低成本，又可以多次利用，可能會成為未來手電筒的首要發(fā)展方向。1.3研究內(nèi)容（1）該畢業(yè)設(shè)計（論文）需要采用理論研究與實踐相結(jié)合的技術(shù)路線，了解并掌握單片機(jī)的編程，檢測電池電量，符合電池電壓曲線，掌握ADC功能的實現(xiàn)，學(xué)習(xí)電源管理相關(guān)技能，分析信號采集，信號分析以及信號處理過程，分析設(shè)計電路功能，繪制PCB電路板以及制作實物。（2）畢業(yè)設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容包括文獻(xiàn)綜述，任務(wù)提出，理論分析，設(shè)計思路，設(shè)計結(jié)果以及結(jié)論等。設(shè)計類題目還需包含相應(yīng)的設(shè)計圖紙，設(shè)計過程以及設(shè)計說明，畢業(yè)設(shè)計（論文）需符合本校本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范。（3）系統(tǒng)上電初始化，檢測電池電壓，用LCD顯示電池電量。包含按鍵可以打開手電筒主燈珠?？梢猿潆娛褂?。同時系統(tǒng)自帶USB口，可以對外作為充電寶使用。（4）手電筒電池性能研究，探究其最大容量，耗電量，用來檢測其使用時長，剩余電量，可接受的最大充電電壓及最大放電電壓，可以用來考慮短路保護(hù)和過壓保護(hù)。1.4主要器件選擇（1）芯片：STC89C52(低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī),可運用在許多嵌入式控制系統(tǒng)中)（2）數(shù)模轉(zhuǎn)化：ADC0832（8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。）（3）顯示器：LCD1602（價格便宜，使用簡單，多位顯示）（4）電源管理：IP0536（2.1A充電2.4A放電高集成度移動電源SOC，主要應(yīng)用于移動電源和便攜式電子設(shè)備）（5）升壓芯片：XL6007E1（將3.7V電池電壓升壓位5V提供給MCU等模塊）（6）軟件：keil5（用C語言編寫程序來控制MCU）；proteus（仿真軟件，用來測試）；立創(chuàng)EDA（國產(chǎn)EDA軟件，用來設(shè)計硬件電路和畫PCB板）STC-ISP（用來下載編程到單片機(jī)中，實現(xiàn)功能的軟件）。

2.充放電手電筒的總體設(shè)計2.1設(shè)計要求（1）技術(shù)參數(shù)：①單片機(jī)工作電壓5V或3.3V，可選32位單片機(jī)或8位，16位單片機(jī)，工作頻率12MHz~48MHz；②傳感器電壓5V或3.3V；③對內(nèi)充電電壓為5V充電，對外也為5V充電，系統(tǒng)使用鋰電池并聯(lián)設(shè)計，可使用單節(jié)或多節(jié)鋰電池并聯(lián)；（2）工作要求：①調(diào)研，搜集資料，翻譯相關(guān)英文科技資料；②編寫開題報告；③設(shè)計系統(tǒng)硬件電路；④編寫系統(tǒng)程序；⑤制作PCB實物；2.2硬件電路框架想要設(shè)計手電筒，必須要先構(gòu)思一個總體框架，將其主要的功能全部包括在內(nèi)，再將其包括功能的給個模塊構(gòu)思出來后設(shè)計出來。我的手電筒主要有3個功能：按鍵控?zé)襞莸拈_關(guān)及3檔燈光亮度調(diào)節(jié)，顯示電池剩余電量，對電池進(jìn)行充電和對外部電子設(shè)備放電；所以設(shè)計框架的話也主要是3部分的模塊來對應(yīng)上面要實現(xiàn)的3種功能，再將其組合起來形成一個整體的框架?？傮w框架如下圖2.1所示：圖2.1總體框架3.程序的設(shè)計設(shè)計MCU最重要的就是編程，只有將正確的編程通過STC-ISP下載到單片機(jī)中才能實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，而編程工作也是在keil5軟件中來實現(xiàn)的。3.1STC-ISP軟件介紹STC-ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對STC系列單片機(jī)而設(shè)計的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī)，使用簡便。圖3.1STC-ISP程序下載界面上圖顯示了STC-ISP軟件下載程序的界面，只需調(diào)為正確的波特率，將數(shù)據(jù)線將電腦與實物板連接之后，點擊下載后就可以將程序下載到單片機(jī)中實現(xiàn)功能。3.2keil5軟件介紹KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。在keil5軟件中就可以將寫好的編程生成.hex文件下載到STC-ISP以及proteus軟件中實現(xiàn)目標(biāo)功能。3.3LCD程序框架3.3.1LCD主程序框架圖3.2LCD主框圖3.3.2LCD指令框圖圖3.3LCD指令框圖3.3.3LCD數(shù)據(jù)框圖圖3.4LCD數(shù)據(jù)框圖由以上可以看出，LCD分為3個程序框圖，而指令與數(shù)據(jù)框圖都為主框圖的分支，它們兩個十分相似，功能也是如此。3.4ADC程序框圖圖3.5ADC程序框圖3.5按鍵程序框圖圖3.6按鍵程序框圖3.6主程序框圖圖3.7主程序框圖以上就是所有程序的框圖了，根據(jù)框圖可以更加直觀的表達(dá)出程序所表達(dá)的意義以及過程，詳細(xì)程序見附錄。4.仿真部分設(shè)計想要設(shè)計手電筒，先得設(shè)計其軟件部分，也就是程序的編寫和仿真部分。首先在proteus中畫出仿真所需模塊的電路圖，然后再從keil5軟件上編寫程序來從仿真中實現(xiàn)其功能。本設(shè)計的功能中有兩個可以在仿真中實現(xiàn)：燈泡的3檔變亮和LCD顯示器顯示電池剩余電量。而電池的充放電部分無法通過程序控制來實現(xiàn)，而是通過特定的芯片內(nèi)部調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，所以要在硬件電路中來設(shè)計。4.1仿真軟件介紹本次設(shè)計所采用的仿真軟件是proteus8.0軟件，它是一個可以對單片機(jī)及其外圍電路進(jìn)行仿真的一個工具。它可以將keil5軟件中編寫的程序所生成的.hex通過單片機(jī)來讀取，讓外圍電路工作達(dá)到自己所需要的狀態(tài)，從而達(dá)到仿真的目的。4.2總仿真電路圖下圖是本次設(shè)計的總仿真電路圖，該仿真主要是在proteus8.0軟件中畫出電路圖，然后通過編程來實現(xiàn)燈珠的3檔亮度調(diào)節(jié)以及LCD1602顯示剩余電量。圖4.1總仿真圖如圖4.1所示中間部分為MCU部分，左下角為按鍵與燈珠模塊，右邊整個部分為LCD1602顯示部分。4.3仿真結(jié)果檢驗4.3.1電路連接及文件下載首先考慮電路的設(shè)計以及連接，要特別注意導(dǎo)線的連接以及器件的布局，還有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的標(biāo)記，定要連接在導(dǎo)線上，而且要連接兩端的標(biāo)號要相同，才會表示兩端連接到了一起，proteus軟件無法指出錯誤的地方，所以在連線標(biāo)號時要十分仔細(xì)，避免連接錯誤。在電路連接完成之后， 雙擊單片機(jī)下載keil5軟件編輯代碼所生成的.hex文件來運行仿真，如圖4.2所示：圖4.2.hex文件下載4.3.2按鍵燈珠功能測試上述文件下載完成后，點擊開始仿真就會出現(xiàn)燈珠發(fā)亮，并且LCD1602顯示器上面會顯示兩行字，第一行為：WDZ-18WX;第二行顯示為：Battery：。燈珠部分顯示如下圖所示：圖4.3燈珠發(fā)光模式1如上圖所示，當(dāng)仿真開始后，就可以看到燈珠的發(fā)亮。在沒有按下按鍵的時候，它是全亮的狀態(tài)，沒有變暗。當(dāng)我們按下按鍵之后，就可以看到燈珠如圖4.4所示，在一直閃爍，并沒有變暗。這是因為proteus軟件有一個固定的bug，它會將頻率放慢，顯示為人眼可以觀察到的頻率，所以看起來是在不斷地閃爍。但在實際情況下并不會閃爍，顯示效果為變暗。圖4.4燈珠發(fā)光模式2燈珠閃爍在圖片上是無法直觀表達(dá)的，所以只能將閃爍過程的圖片放到上面來表達(dá)。燈珠是亮度模式改變是通過按鍵以及延時函數(shù)的程序來實現(xiàn)的，包括下面的模式3以及燈珠關(guān)閉都是如此。下圖是燈光發(fā)光模式3，亮度在模式2的基礎(chǔ)上有變暗了一個程度，放在proteus中仿真的表現(xiàn)就是燈珠閃爍的頻率更加的快了。圖4.5燈珠發(fā)光模式3同理，燈珠閃爍是無法直觀在圖片中表達(dá)的，之能在實物的變暗中才能體現(xiàn)出來。而圖4.6表達(dá)的燈珠模式4就是滅掉，同樣是通過按鍵以及延時函數(shù)來實現(xiàn)的，這樣就在仿真中完成了燈泡的3檔燈光的調(diào)節(jié)。圖4.6燈珠發(fā)光模式4（燈滅）如上圖，在第四次按下按鍵的時候，燈珠就會滅掉，完成仿真的一套過程。4.3.3LCD1602顯示功能測試在完成燈珠發(fā)光功能的測試后就來到了LCD1602的功能測試，它的主要功能就是在顯示屏上顯示電池的剩余電量。但是電池輸出的電壓量是個模擬量，單片機(jī)無法直接接收模擬量，所以就需要將模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以接收的數(shù)字信號，也就是ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片，它可以將電池的電壓模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所需的數(shù)字量，然后再將剩余電量以百分比的形式在LCD1602上顯示出來。圖4.750%電量顯示如上圖所示當(dāng)滑動變阻器的阻值在50%的時候，電源也就只有50%的電量，在LCD1602第二行顯示出來Battery：50%。而當(dāng)阻值在70%的時候，電源的電壓也只有30%，所以在LCD1602上第二行顯示出來的就是Battery：30%。圖4.830%電量顯示在仿真中我們是通過滑動變阻器來實現(xiàn)電源電壓的改變，從而實現(xiàn)LCD1602上面剩余電量的顯示。而在實際中檢測的是通過連接電路板上面的外界電池，檢測電池電壓的變化來顯示剩余電量的，所以在運行實物的時候要更該部分程序，從而實現(xiàn)LCD1602直接顯示電池剩余電量。5.硬件電路部分設(shè)計在做完所有的軟件與程序的準(zhǔn)備工作后就可以開始硬件電路部分的工作了，這一部分的工作主要是在立創(chuàng)EDA上畫出所有的電路部分，然后再生成PCB板將其布線和鍍銅，在無網(wǎng)絡(luò)錯誤之后就可以下單PCB板以及器件，之后進(jìn)行焊接進(jìn)行最終的實物調(diào)試。5.1立創(chuàng)EDA軟件介紹一個國產(chǎn)的EDA軟件，可以在網(wǎng)頁進(jìn)行編輯也可以下載客戶端進(jìn)行操作。它的主要功能與我們所學(xué)的AD軟件十分相似，都是在其中進(jìn)行電路的搭建，在檢查DRC無報錯后進(jìn)行PCB電路搭建，布線與鍍銅。立創(chuàng)EDA可以直接在其中下單設(shè)計完成的PCB板，等PCB板快遞到手之后就可以開始在上面進(jìn)行硬件焊接了。5.2總體硬件電路想設(shè)計一塊PCB板，首先要構(gòu)思整體的一個思路：自己所研究設(shè)計的PCB板完成焊接之后到底需要完成什么樣的功能，該功能需要什么樣的電路與程序結(jié)合起來才能實現(xiàn)，程序在仿真電路中實現(xiàn)之后又是否能在實體電路中實現(xiàn)等等的問題。我在立創(chuàng)EDA中設(shè)計的總體電路如圖5.1所示：圖5.1總體硬件電路根據(jù)我所研究的電路考慮，它主要實現(xiàn)的功能有3個：燈泡的三檔燈光調(diào)節(jié)，LCD顯示電池剩余電量，電池的充電以及對外部的放電。上圖我所研究的整體電路就可以完成以上3個功能，接下來我將分塊將其進(jìn)行介紹。5.3單片機(jī)部分想讓一塊電路板工作，它的核心就是一塊可以燒錄程序的單片機(jī)，在本設(shè)計中我所采用的單片機(jī)為STC89C52RC芯片，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)的51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它的電路圖如下圖所示：圖5.2MCU電路上圖就是我的設(shè)計中的單片機(jī)電路部分，它的每一個引腳都有特定的功能：P1.0口連接的是燈泡，使其發(fā)光工作；RST口連接的是復(fù)位按鍵，可以是整個電路回到剛開始的工作狀態(tài)；XTAL1,2口所連接的晶振，它是整個單片機(jī)的心臟，可以促使單片機(jī)工作；RXD口與TXD口所連接的是單片機(jī)的下載口，可以往單片機(jī)中燒錄編輯完成的程序；P0.0至P0.7口以及P2.0口至P2.3口所連接的是LCD1602的4至14號引腳，用來通過程序編輯LCD1602的顯示字符；P2.4至P2.7口所連接的是ADC模塊，是通過程序?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的模塊；P2.3口連接的是按鍵部分，通過按下按鍵可以調(diào)節(jié)燈泡的亮度與開關(guān)。5.4最小系統(tǒng)部分總所周知，一個電路想要工作，就必須要有一個最小系統(tǒng)的部分，單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是使單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)簡單運行的最少的原件的組合，其中包括：晶振，復(fù)位電路，電源系統(tǒng)。如圖5.2所示，就是我所設(shè)計的電路中的最小系統(tǒng)：圖5.3最小系統(tǒng)以上就是我的電路中的最小系統(tǒng)部分，晶振我所采用的是12MHz頻率的，再將其接到單片機(jī)的XTAL1、2接口上就可以使單片機(jī)工作了，它的作用就類似于心臟，是驅(qū)使單片機(jī)工作的部分。然后就是復(fù)位電路，其作用顧名思義就是使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，重新開始其最開始的工作狀態(tài)，將按鍵電路接到單片機(jī)的9號接口，也就是RST接口上之后按下按鍵就會是單片機(jī)9號口獲得高電平，而當(dāng)單片機(jī)RST腳擁有兩個機(jī)器周期的高電平時，就可進(jìn)行復(fù)位。5.5LCD1602模塊5.5.1LCD1602電路圖及引腳連接要實現(xiàn)電量顯示必須要有一塊LCD顯示器，在我的設(shè)計中我才用的是LCD1602顯示器。LCD1602液晶顯示器是一種穩(wěn)定的字符型顯示模塊，該顯示器畫質(zhì)高且使用時不會閃爍，同時該顯示器與單片機(jī)的連接較為簡單，同時由于該顯示器重量輕、體積小，擁有方便攜帶的特點。LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，即可以顯示出圖形。同時LCD液晶顯示器比起其他顯示器來說，耗電量要低很多，符合此次設(shè)計的需要。電路圖部分如下圖所示：圖5.4LCD1602顯示器本次設(shè)計的LCD1602是通過排阻將LCD1602的4號腳至14號腳連接至單片機(jī)上的P0.0至P0.7口以及P2.0至P2.2口來通過程序控制LCD1602的顯示，3號腳是LCD1602的背光調(diào)節(jié)腳，用來顯示LCD1602顯示器上面的字符的，將它連接至滑動變阻器上就可以通過改變阻值來控制LCD1602顯示器的字符顯示，其余連接VCC的接口是讓LCD1602接通電源工作的接口。5.5.2LCD1602引腳功能LCD1602顯示器是一款十分好用的顯示屏，它的每個引腳功能也有不同，下圖就是LCD1602的引腳功能圖：圖5.5LCD1602引腳功能5.6ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊要實現(xiàn)設(shè)計中電池剩余電量的顯示，就必須要一個具有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的芯片。在這一部分我選擇的是ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。它具有體積小，兼容性，性價比高的優(yōu)點，已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。5.6.1ADC0832引腳圖ADC0832具有8位引腳，采用直插式封裝，下圖為引腳圖：圖5.6ADC0832引腳圖5.6.2ADC0832電路圖ADC0832與總電路的連接圖如下圖所示：圖5.7ADC0832電路圖它的每一個引腳的功能都是特定的：ADC使能，CLK為時鐘信號，DO口為輸出，DI口為輸入。5.7燈珠與按鍵模塊下圖為本設(shè)計的按鍵與燈珠模塊的電路圖，此次設(shè)計的燈珠三檔燈光的調(diào)節(jié)主要是通過程序來實現(xiàn)的，其主要原理是設(shè)定一個端口讓按鍵連接在單片機(jī)上，再研究一個延時程序，通過PWM來調(diào)節(jié)輸出波形的架空比，讓其波形圖達(dá)到高低高低的起伏狀態(tài)，每一檔燈光的亮度不同，它的波形的架空比就不同。再將其每種亮度都設(shè)置為一個模式，由按鍵按下為信號來控制模式的轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到燈光的三檔亮度調(diào)節(jié)。圖5.8燈珠與按鍵模塊上圖為燈珠與按鍵的電路圖，其中按鍵部分我額外加了個NMOS管，它的作用相當(dāng)于一個開關(guān)，保護(hù)燈泡防止一直有電流通過，延長其壽命。5.8升壓模塊本次設(shè)計采用的電池為鋰電池，型號為18650，18650是鋰離子電池的鼻祖--日本索尼公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的鋰離子電池型號，其中18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。常見的18650電池分為鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池電壓為標(biāo)稱電壓為3.7v，充電截止電壓為4.2v，磷酸鐵鋰電池標(biāo)稱電壓為3.2V，充電截止電壓為3.6v，容量通常為1200mAh-3350mAh，常見容量是2200mAh-2600mAh。本次設(shè)計的18650鋰電池工作電壓為3.7V，而單片機(jī)等電路工作所需要的電壓為5V。所以單靠電池供電的電壓是不足以使電路工作的，這時就就需要一個升壓電路來提升電池輸出的電壓使其達(dá)到5V，才能使電路正常工作。5.8.1XL6007E1升壓芯片這次升壓我所采用的升壓芯片為XL6007E1升壓芯片，因為其使用簡單方便，只需要一些簡單的元器件，例如：電感，電容等就可以完成對電源的升壓。通過升壓芯片連接一個電路就可以使鋰電池輸出的3.7V電壓升為5V。5.8.2升壓電路電路圖下圖為升壓電路的電路圖：圖5.9升壓電路圖從上圖中可以看到，電池輸出的電壓會首先經(jīng)過升壓電路，在入口處還加入了一個自鎖開關(guān)，可以控制鋰電池電流的流入，在不需要電路工作時就可以將其關(guān)閉。而滑動變阻器的作用就是通過阻值的改變來改變輸出的電壓，可以通過萬用表來檢測其是否達(dá)到5V。在此升壓電路中我還加入了許多的電容，因為鋰電池輸入的電壓極其不穩(wěn)定，是一個交流電，而單片機(jī)工作時需要一個比較穩(wěn)定的電壓來提供，所以加入電容的主要作用就是濾波，將不穩(wěn)定的交流電壓過濾為一個比較穩(wěn)定的電壓，雖然不能達(dá)到直流電壓那么穩(wěn)定，但是足夠讓單片機(jī)工作了。5.9電源管理模塊最后就是本設(shè)計的電源管理模塊，它是用來實現(xiàn)鋰電池充放電功能的，相當(dāng)于一個迷你充電寶的作用，采用的芯片為IP5306。IP5306是一款集成升壓轉(zhuǎn)換器、鋰電池充電管理、電池電量指示的多功能電源管理SOC，為移動電源提供完整的電源解決方案。它的高集成度與豐富的功能，使其在應(yīng)用時僅需極少的外圍電子器件，并有效減少整體方案尺寸，降低BOM成本。5.9.1IP5306引腳圖IP5306為一款多功能的電源管理IC，它的引腳與功能圖如下：圖5.10IP5306引腳圖圖5.11IP5306引腳功能圖5.9.2IP5306電路圖了解完IP5306的引腳與功能后就可以開始設(shè)計電源管理的電路圖了，本設(shè)計的電源管理電路圖如下：圖5.12電源管理電路圖上圖就是通過特定引腳功能連接IP5306與鋰電池之后的電路圖，其通過左方Type-C口充電至芯片到鋰電池，再通過鋰電池放電至芯片到達(dá)右方的USB接口對外部電子設(shè)備進(jìn)行充電。在輸出部分焊接四個電容的功能與升壓電路部分電容的功能一致，都是為了濾波，將電壓過濾為一條較為平穩(wěn)的波形，使輸出的電壓可以被外部電子器件接受。下方四個LED管為IP5306的特定功能，它可以識別長按按鍵和短按按鍵的操作，不需要按鍵時PIN5腳懸空：1.按鍵持續(xù)時間長于50ms，但小于2s，為短按動作，短按可以打開電量顯示燈和升壓輸出；2.按鍵持續(xù)時間長于2s，即為長按動作，長按可以開啟或者關(guān)閉照明LED;3.小于50ms的按鍵動作不會有任何反應(yīng)；4.在1s內(nèi)連續(xù)兩次短按鍵，會關(guān)閉升壓輸出、電量顯示和LED照明；下圖為4顆LED燈時充放電的亮滅情況：圖5.13LED充放電的亮滅情況5.10PCB板制作與實物3D預(yù)覽圖在完成所有的電路圖部分并確認(rèn)所有的網(wǎng)絡(luò)無誤后就可以開始將生成的元器件進(jìn)行PCB布局了。圖5.14元器件圖如上圖所示，將電路圖中所有的元器件生成PCB圖之后就會雜亂無章的生成在PCB圖上。這樣子肯定是無法進(jìn)行連線的，因為如果不進(jìn)行布局就走線的話，很多線就會相互沖突，無法讓元器件之間進(jìn)行連接，所以制作PCB板就需要我們對元器件進(jìn)行合理的布局。布局的規(guī)則也十分的簡單，就是要將電路圖中的一個模塊的部分?jǐn)[放在一起，再根據(jù)電路圖中電流的走向，以及電容電阻等的位置來進(jìn)行布局。最后再在正反兩面鍍銅，鍍銅的網(wǎng)絡(luò)選擇為GND，就可以完成PCB板的設(shè)計了。圖5.15PCB板鍍銅圖上圖為PCB板布線完成后的成品圖，在正反兩面都鍍了銅。鍍完銅后還需要檢查網(wǎng)絡(luò)錯誤以及DRC是否有誤才能生成訂單。圖5.163D實物預(yù)覽圖圖5.16則是實物板焊接完成之后的3D預(yù)覽圖，此預(yù)覽圖與真正的實物相差無幾。最左邊為電源管理部分，可以進(jìn)行充放電；右上角為LCD1602顯示器，進(jìn)行電池剩余電量的顯示；中間部分為升壓電路，負(fù)責(zé)將18650電池輸出的3.7V電壓升為5V；中下部分為燈珠與最小系統(tǒng)，最小系統(tǒng)負(fù)責(zé)單片機(jī)的基礎(chǔ)工作；右下角為89C52單片機(jī)與ADC0832芯片以及燈珠的按鍵控制模塊。

6.實物調(diào)試在進(jìn)行完所有的準(zhǔn)備工作后就要進(jìn)行實物的焊接與測試了，這是所有工作中最難完成的一步，因為這一步十分容易出錯，一個很小的錯誤例如：電容選取錯誤，電路布局錯誤，虛焊等等一些微小的錯誤就會導(dǎo)致整個電路板的報廢，就必須重新開始焊接新的一塊電路板，而且在仿真中成功的程序在實物板中不一定可以實現(xiàn)，需要根據(jù)實際情況修改。我的實物板也經(jīng)歷了許多的錯誤，導(dǎo)致我不得不重新下單新的PCB板，導(dǎo)致我浪費了許多的時間，拖到了很晚才將實物的調(diào)試完成。6.1整體實物圖：焊接實體板的時候是分步進(jìn)行焊接的，首先進(jìn)行的是最小系統(tǒng)與按鍵燈珠的焊接，確認(rèn)此部分無誤之后才能進(jìn)行后面部分的焊接。圖6.1實物整體圖上圖為本設(shè)計焊接完成后的實物額整體圖，可以看出跟3D預(yù)覽圖并無多大的差別，左邊的部分為電源與充電管理IC；中間為升壓系統(tǒng)與燈珠模塊，中下部分為最小系統(tǒng)模塊，包括晶振與復(fù)位按鍵；右上方為LCD1602顯示器，用來顯示電池的剩余電量；右下方為89C52單片機(jī)，連接LCD1602顯示器的排阻，控制燈珠亮度的按鍵與ADC0832芯片。6.2最小系統(tǒng)與燈珠按鍵部分實物測試在測試燈珠與按鍵部分之前需要將最小系統(tǒng)與單片機(jī)部分焊接成功，保證編寫好的程序可以通過PCB板上的下載口燒錄進(jìn)單片機(jī)中。圖6.2下載口實物上圖為焊接完成的下載口，從左至右依次為：VCC,TXD,RXD,GND；可以通過下載器將程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中。圖6.3燈珠模式一上圖則為已經(jīng)燒錄完成的PCB板實物，將中左上角的自鎖按鍵按下就會使燈珠進(jìn)入模式一：熄滅狀態(tài)。此時按下右下方的按鍵部分就會進(jìn)入模式二：圖6.4燈珠模式二上圖為燈珠的模式二，也就是最暗的狀態(tài)；此時再次按下按鍵部分就會進(jìn)入燈珠的模式三：圖6.5燈珠模式三上圖為燈珠的模式三亮度，此亮度為燈珠的次亮程度，再次按下按鍵就會進(jìn)入燈珠的模式四：圖6.6燈珠模式四上圖為燈珠的模式四亮度，也就是全亮的模式，此亮度是根據(jù)燈珠下方的電阻阻值來決定的，它的阻值越小，它分到的電壓就會越小，燈珠得到的電壓就會越大，也就會更亮。但是不能超過其閾值，否則將會大大減小電池的壽命。而且焊接時也要注意不能將燈珠的正負(fù)極焊反，否則將會使燈泡短路。當(dāng)模式四再次按下按鍵時就會再次進(jìn)入模式一，以此類推進(jìn)入這四個模式的無限循環(huán)。6.3升壓電路的測試燈珠與按鍵測試完成后就需要進(jìn)入升壓電路部分的焊接與測試了，將升壓電路與電源部分焊接完成后并無法直觀的將結(jié)果顯示出來，需要將萬用表連接在升壓電路的輸出端，測試其是否達(dá)到了5V；6.4LCD1602顯示測試測試完升壓電路之后就可以開始LCD1602顯示電壓的測試了，由于在燈珠按鍵測試的時候已經(jīng)將程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中了，所以測試LCD1602顯示的時候久久沒有必要再燒錄一次程序了。圖6.8LCD1602顯示電源電量上圖為已經(jīng)完成的LCD1602顯示電壓的部分，由上圖可見第一行為我的名字以及測試的日期；第二行為電池的英文以及電源的剩余電量的百分比顯示。此時電池的剩余電量為80%；6.5電源管理IC測試再做完前面的所有工作之后就可以進(jìn)入電源管理部分的焊接了，此部分的功能是電池的充放電，它的功能與前面的升壓芯片一致，都由特定的內(nèi)部芯片完成特定的功能，所以并不需要軟件部分的程序來輔助完成。圖6.9電源管理部分上圖為焊接完成的電源管理部分，左邊為充電的Type-C口，右邊為對外部電子設(shè)備放電的USB口。中間為IP5306芯片以及從左至右的100%，75%，50%，25%的LED電量指示燈。圖6.10充電時的顯示上圖為電源管理部分充電時的圖片，發(fā)亮的LED為IP5306的功能，電量指示燈。顯示方法已經(jīng)在硬件部分介紹過了，將Type-C線接在充電口后就會進(jìn)行充電，并且LED電量指示燈也會亮起。由圖可見此時的電量是在25%以下，并且在不斷地閃爍，表示在進(jìn)行充電。圖6.11充電后的電量指示上圖為充電后的LED電量指示燈的顯示，此時的電量為82%，而在75%以上的電量時，四個LED指示燈在打開時就會長亮。6.6實物測試時的問題在實物測試時真的會遇到十分多的問題，例如：在第一塊電路板的焊接中將晶振與電容的位置接反，導(dǎo)致晶振無法起振，無法使單片機(jī)工作。從而導(dǎo)致的結(jié)果是燈珠與LCD1602顯示電量部分無法完成，不得不進(jìn)行電路的更改，然后再次下單第二塊電路板。在第二塊電路的自鎖按鍵的電路上有出現(xiàn)了問題，將電源線與燈珠和ADC0832連接在了一起，導(dǎo)致在未焊接ADC0832時燈珠可以正常工作，但在焊接上ADC0832時，在自鎖按鍵關(guān)閉時，燈珠也會不斷地閃爍。而在自鎖按鍵按下時，按鍵就無法正常的控制燈珠變換模式了。在第三塊電路中是電源管理部分出現(xiàn)了問題：將電容與USB接口的位置布局反了，USB成為了更靠近IP5306芯片的部分，導(dǎo)致電容無法進(jìn)行濾波，無法正常對外部電子設(shè)備釋放波形較為平緩的電壓。而且Type-C的接口布局太靠內(nèi)部了，使得充電線無法連接到充電口進(jìn)行充電。以上均為我在硬件測試部分遇到的一些問題，這些問題說大也不大，都是可以細(xì)心避免的低級錯誤?？梢栽贛CU實驗中一旦遇到問題都是不可逆的，都需要重新開始進(jìn)行布局，焊接，測試等等步驟。想要得到一塊達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的成品PCB板最重要的就是細(xì)心，盡量要避免一些低級的錯誤，才能少走彎路，盡早成功。

結(jié)論本次設(shè)計完成了對基于單片機(jī)控制的充放電手電筒的設(shè)計，完成的功能有：按鍵控制燈珠的三檔燈光調(diào)節(jié)，LCD1602顯示器顯示電源剩余電量，電源管理對電源進(jìn)行充電以及對外部電子設(shè)備進(jìn)行放電。所需要的主要元器件有：STC89C52，ADC0832，XL6007E1,IP5306，LCD1602顯示器，18650可充電電池，以及許多型號大小的電容，電阻，電感等。設(shè)計的過程依次為：運用keil5軟件編寫燈珠的PWM調(diào)節(jié)以及ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換和LCD1602顯示器顯示的程序。然后用proteus軟件進(jìn)行仿真，用來