1、畢業(yè)設(shè)計(論文) 課 題 名 稱 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 曹 為 學(xué) 號 系、年級專業(yè) 信息工程系、10 通信工程 指 導(dǎo) 教 師 周建華 職 稱 副教授 2013 年 05 月 20 日 摘 要 隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，尋求潔凈能源的現(xiàn)實問題也日益顯現(xiàn)出來。具有清 潔可再生的太陽能已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。本文提出了一個基于單片機(jī)的太陽 能充電器的設(shè)計，它不但能環(huán)保節(jié)能，還可以在沒有電源充電時對手機(jī)進(jìn)行應(yīng)急充 電。 喜歡外出或游玩的人通常會有手機(jī)沒電的經(jīng)歷，提供充電的地方也不會到處都 有，因此會出現(xiàn)手機(jī)因沒有電無法正常使用的情況。本次畢業(yè)設(shè)計介紹一種通過單 片機(jī)控制的

2、太陽能手機(jī)充電器，它能將太陽能通過電路變換成穩(wěn)定的直流電從而給 手機(jī)充電，還可以在電池充好電以后有自動停止充電的功能，并且能當(dāng)作一般的直 流電源，讓我們減弱對市電的依靠，從而得到通信的自由。與傳統(tǒng)的充電器對比， 太陽能充電器的優(yōu)勢日益發(fā)揮出來。 關(guān)鍵詞：太陽能電池板；單片機(jī)；光伏發(fā)電技術(shù)；智能充電 Abstract With the enhancement of environmental consciousness，issues concerning finding new clear energy source are turning up. Being clean and recycla

3、ble, Solar energy has gained more and more attention. This Paper introduces a solar charger design which is based on single-chip Microcontrollers. It can not only protect the environment and save energy, but also emergency charge for mobile phone. People who go out and travel a lot have the experien

4、ce of running out its cell phone power, Provide charging place nor are everywhere, so the phones will appear because of no electricity cant normal use. this paper introduces a solar cell phone charger controlled by single-chip microcomputer. It can convert the solar energy into stable direct current

5、 through circuit so as to charge the cell phone. It features the function to stop charging once the battery is fully charged.Besides it can be used as a general direct current power, lightening our relying on the commercial electricity to obtain the freedom of correspondence. With so many advantages

6、 over the traditional chargers, the solar charger will play an increasing role in the futures. Key words: solar energybattery； single chip；solar energy；intelligent charge 目錄 摘 要.I Abstract.II 目錄.III 1 緒論.1 1.1 本課題研究背景及現(xiàn)狀 .1 1.2 課題設(shè)計思想 .1 1.3 論文結(jié)構(gòu) .2 2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計.3 2.1 設(shè)計方案一.3 2.2 設(shè)計方案二.3 2

7、.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計的總體設(shè)計方案.4 3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計.5 3.1 太陽能電池板的選用.5 3.2 LM7805 穩(wěn)壓電路.5 3.3 充電主電路的設(shè)計.6 3.4 信號采集處理電路.7 3.6 單片機(jī) AT89C51 介紹.8 3.7 單片機(jī)電路.10 3.7.1 單片機(jī)復(fù)位電路.10 3.7.2 單片機(jī)時鐘電路.10 3.7.3 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換電路.11 3.7.4 按鍵電路.12 3.7.5 數(shù)碼管顯示電路.13 3.8 鋰電池充電原理.14 4 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計.15 4.1 設(shè)計思想.15 4.2 基于單片機(jī)的太

8、陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計.16 4.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計.16 4.3.1 電路啟動初始化.16 4.3.2 按鍵采集程序.17 4.3.3 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序.18 4.3.4 數(shù)碼管顯示子程序.19 4.3.5 充電子程序的設(shè)計.20 4.3.6 電源子程序的設(shè)計.21 5 仿真與調(diào)試.22 5.1 充電電路仿真.22 5.2 電流采樣處理電路仿真.22 5.3 系統(tǒng)做直流電源使用時電路仿真圖.22 5.4 系統(tǒng)做充電器使用時仿真結(jié)果.23 總結(jié)與展望.26 參考文獻(xiàn).27 附錄 A 整體電路圖.28 附錄 B 整體程序.29 致謝.39 1 緒論 1.1

9、 本課題研究背景及現(xiàn)狀 當(dāng)代社會隨著一些不可再生資源如煤炭，石油等日益減少，使得各國社會經(jīng) 濟(jì)越來越受能源問題的約制，因此許多國家開始逐漸的實行“陽光計劃”，開 發(fā)潔凈的能源如太陽能，用以成為本國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。 首先讓我們想到的是太陽能電池，因為它不會消耗水，燃料等物質(zhì)，并且不 會釋放任何對環(huán)境有污染的氣體，是直接通過太陽光與材料的相互作用釋放出電 能，這種無污染資源對環(huán)境的保護(hù)有著相當(dāng)重要的意義 1。由于無公害的作用， 目前世界太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出具規(guī)模，1995年到2004年的十年內(nèi)平均年增 長率達(dá)到30%以上。隨著新型太陽能電池的涌現(xiàn)，以及傳統(tǒng)硅電池的不斷革新， 新的概念已經(jīng)開始在太

10、陽能電池技術(shù)中顯現(xiàn)，從某種意義上講，預(yù)示著太陽能電 池技術(shù)的發(fā)展趨勢 2。世界各國對光伏發(fā)電也越來越重視，目前全世界已超過一 百個國家使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中以歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家為主，占總市場的 80.1%,早在09年的時候，世界各國總的光伏新加裝機(jī)容量接近800萬千瓦， 截至當(dāng)年低，世界光伏裝機(jī)容量總共接近2700萬千瓦3。隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電 市場的迅速發(fā)展，讓它受到了世界各地的關(guān)注。 目前，太陽能電池的應(yīng)用已經(jīng)逐漸廣泛得到推廣，眾所周知，沙漠地區(qū)由于氣 溫特別高，因此最具有大規(guī)模開發(fā)太陽能的潛力，這使得沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)對其的使 用更加方便，并且能減低甚至節(jié)省昂貴的輸電線路，從長遠(yuǎn)發(fā)展?fàn)顩r來看，

11、隨著改 善太陽能電池制造技術(shù)和新的光 - 電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)明，國家環(huán)保和清潔能源，光伏發(fā) 電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電的巨大需求恢復(fù)將繼續(xù)利用太陽輻射能比較實用方法，這可以 為人類以后能使用太陽能提供了廣闊的開辟前景4。 當(dāng)代社會太陽能手機(jī)充電器得到了一定的使用，它具有運(yùn)用方便，環(huán)保，節(jié)能， 格外使用于應(yīng)急場合，高效率充電，性價比較高，讓大家無論身處何處，都不會受 到手機(jī)沒電的困擾5。借此太陽能手機(jī)充電器的眾多優(yōu)點，因此提出本課題。 1.2 課題設(shè)計思想 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計是本次探導(dǎo)的課題。首先，由于太陽能電池 板的電壓會隨太陽光的強(qiáng)度波動，強(qiáng)烈的太陽光的太陽能電池板的電壓是高的數(shù)， 當(dāng)太陽光弱

12、的強(qiáng)度，所述太陽能電池板的輸出電壓低時，從太陽能電池板的輸出到 穩(wěn)定的電壓6。本設(shè)計采用了穩(wěn)壓器LM7805 ， LM7805輸出端口可以輸出穩(wěn) 定的 5V 電壓，因為電力可以用于單芯片和其它芯片，其次，作為下一個電源電壓轉(zhuǎn) 換電路。第二，考慮到電池的充電過程的電壓要求各不相同，不能簡單穩(wěn)定的直流 輸出，因此提出了利用 DC / DC 轉(zhuǎn)換器電路的，通過控制關(guān)斷時間的占空比，以調(diào) 節(jié)輸出電壓。 SCM是控制中心，在控制信號產(chǎn)生電路是由充電過程的一個外部狀 態(tài)產(chǎn)生的，外部充電電壓的比較信號和充電電流與理想充電過程中，占空比調(diào)節(jié)。 單個微控制器設(shè)計用于該目的，所述電壓檢測電路和一個電流檢測電路，并

13、且為了 方便用戶知道系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)計設(shè)置在顯示模塊和指標(biāo)。 1.3 論文結(jié)構(gòu) 本論文第一部分介紹了當(dāng)前的形勢和太陽能電池和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，本研 究的背景，并提出了設(shè)計思路的發(fā)展前景；第二部分論述整個系統(tǒng)的設(shè)計方案；第 三部分介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計；第四部分進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計；第五部分進(jìn)行 了系統(tǒng)仿真分析；第六部分分析了該設(shè)計的成果和前景。 2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計方案一 方案一方框圖如圖2.1所示 DC/DC轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 按 鍵 顯示 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 圖 2.1 方案一方框圖 該程序使用的DC / DC轉(zhuǎn)換電路，將太陽能電池板輸出的電壓變換

14、為需要的 電壓值給手機(jī)電池充電，同時單片機(jī)可以控制電路變換，還可采用按鍵設(shè)定某些值， 有顯示部分，可以設(shè)定為顯示電路狀態(tài)?？梢詮脑搱D中的框圖中可以看出，該程序 能夠控制DC / DC變換器電路，顯示模塊，但該程序是沒有實時檢測的外部電路， 而不是用DC / DC實時控制根據(jù)外部電路的條件轉(zhuǎn)換電路。 2.2 設(shè)計方案二 借于方案一存在的缺點，所以在此提出第二種方案，方案二方框圖如下圖 2.2。 DC/DC轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 按 鍵 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 PWM芯片 模數(shù)轉(zhuǎn)換 顯 示 圖2.2 方案二方框圖 如從圖 2 可以看出，以彌補(bǔ)設(shè)計用于檢測電路的狀態(tài)的方案的缺點，并通過模 擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的

15、轉(zhuǎn)換模塊的信號到微控制器。 PWM控制芯片微控制器可以產(chǎn)生 施加 PWM 波轉(zhuǎn)換電路的控制主要模塊和顯示模塊，但此次方案是將生成PWM部分 用芯片替換，這使得電路復(fù)雜硬件部分的設(shè)計，它是更好地使用軟件允許硬件電路 簡單，而且還能充分利用單片機(jī)的功能。 2.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器的設(shè)計的總體設(shè)計方案 綜合以上兩種方案提出本次設(shè)計的整體設(shè)計框圖如下圖2.3所示。 DC/DC轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 按 鍵 手機(jī) 電池 太陽 能電 池板 模數(shù)轉(zhuǎn)換 顯 示 圖2.3 整體設(shè)計框圖 相對于前兩種方案，此整體方案顯示的優(yōu)點，不僅能對充電電路進(jìn)行檢測，單 片機(jī)還可以根據(jù)充電電路的關(guān)鍵電路的信號處理后的分析來檢測的

16、情況進(jìn)行控制可 以選擇系統(tǒng)可以實現(xiàn)功能。顯示電路可以顯示用于實現(xiàn)本方案的電路中，PWM 控制 信號的工作狀態(tài)，從而使硬件電路非常簡單，節(jié)省資源，提高系統(tǒng)的性能。 3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1太陽能電池板的選用 太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng) 直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅” ，但因制作 成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。硅太陽能電池分為晶體硅電 池板,非晶硅電池板等幾種。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高 通常可以達(dá)到24%，它是所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制

17、作成 本很大，以致于它還不能被普遍地使用,因為單晶硅通常會用鋼化玻璃和防水樹脂包 裝起來，所以會十分耐用，通常能用十幾年，最長可以用25年。多晶硅太陽電池 的制作過程與單晶的差不多，可相對而言起光電轉(zhuǎn)換效率要比單晶降低很多，其效 率大概在12%左右 (其中世界上最高的多晶硅轉(zhuǎn)換效率為14.8%)7。但如果我們 從制作費(fèi)用上來講，多晶硅的由于制造簡單，節(jié)能節(jié)電，因此其生產(chǎn)費(fèi)用就會降低 不少，從而得到了一定的發(fā)展。另外，其使用年限沒有單晶硅太陽能電池那么長。 如果從性價比來說，自然是單晶硅太陽能電池還略好。接下來我們說下非晶硅太陽 電池，它是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，其制造過程得到了很多

18、簡化，對 硅材料的使用很少，電耗也更低，它突出的優(yōu)點是在很多情況下都能發(fā)電包括弱光 時候。但它也有一定的問題，就是光電轉(zhuǎn)換效率相對而言偏低，就算國際上的先進(jìn) 水平也只大約在10%，不夠穩(wěn)定，時間越久，其轉(zhuǎn)換效率會衰減。 根據(jù)所需要的不同數(shù)目的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率是通過光，溫度和結(jié)晶型太 陽能電池的制造工藝和其他因素的影響，2010年中國平均效率接近為18%，一般 的太陽能電池電壓有很多種，其主要用于太陽能發(fā)電。 太陽能電池板的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是其工作的基礎(chǔ)，是充電器的第一部分，其功 能是將太陽光轉(zhuǎn)為電能，如今更多種類型的便攜式數(shù)字設(shè)備，電壓和電流范圍所需 的輸入功率較大的器件，面積較大，必須使

19、用太陽能電池板，這給了攜帶不便。因 此，模塊化設(shè)計的組合，可根據(jù)不同的負(fù)載充電需求，太陽能電池板組合起來以實 現(xiàn)一組光伏電池在某個期望的輸出功率和輸出電壓。本文通過一些常用的小功率設(shè) 備例如手機(jī)，來講解太陽能充電器設(shè)計的過程。 3.2 LM7805 穩(wěn)壓電路 由于太陽能電池板的電壓會隨太陽光的強(qiáng)度波動，強(qiáng)烈的太陽光會使太陽能電 池板的電壓變高，當(dāng)太陽光強(qiáng)度變?nèi)鯐r，自然會使電池板輸出電壓變低。為了獲得 到穩(wěn)定的輸出，本設(shè)計應(yīng)用穩(wěn)壓管LM7805，其輸出口能輸出穩(wěn)定的所需要電壓 （5V），以便能保持穩(wěn)定的輸出電壓。典型LM7805的應(yīng)用電路圖如圖3.1所示。 0.1uF C7 0.1uF C4 I

20、NOUT GND LM7805 LM7805 470uF C5 470uF C6 D2 Diode VinVout 圖3.1 LM7805穩(wěn)壓電路圖 圖中C4、C7的是用于清除因長期連接時由于電感效應(yīng)產(chǎn)生的自激振蕩，降低 了紋波電壓，在其輸出端接上電容C6、C5的作用是清除電路高頻產(chǎn)生的噪聲，以 便提高所用負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。一般來說電容的耐壓性都會比電源輸入、輸出電壓要 強(qiáng)。此外，在穩(wěn)壓器輸入、輸出端之間加上二極管，可以避免對穩(wěn)壓器的破壞，從 而實現(xiàn)對LM7805的保護(hù)。 LM7805輸入電壓在7V至37V之間，其最大工作電流可達(dá)1.5A，且擁有 電路精簡，電流輸出高，運(yùn)行工作穩(wěn)定，即使電壓不穩(wěn)

21、定，也能使太陽能電池?fù)碛?不變的輸出電壓（5V） ，最后能讓單片機(jī)控制的電路正常穩(wěn)定的運(yùn)行，并且性價比 高，不需要消耗多余的材料。 3.3 充電主電路的設(shè)計 充電主電路圖如圖3.2所示。 30K R3 0.1 R6 3k R4 D1 1mH L1 Q2 1 2 P2 為為為為 為為為為 Q1 2N3906 PWM 圖3.2電池充電電路圖 DC/DC變換是將直流電能（DC）轉(zhuǎn)換成另一種固定電壓或電壓可調(diào)的直流 電能，又可稱成直流斬波8。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式 (Buck )直流斬波器即頻率調(diào)制（1）Buck電路，若其輸出電壓較輸入之電源電壓 高，則稱為升壓式(Boost)直

22、流斬波器。主電路核心由圖可以看出，主要由三部分 組成即電感L1,三極管區(qū)和續(xù)流二極管D1，其也就形成了一個完整的BUCK降壓 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；上圖Q2是具有將PWM信號打開變大，從而到達(dá)驅(qū)動Q1開關(guān) 管的功能。 3.4 信號采集處理電路 為了使鋰電池能完成安全充電，本設(shè)計的電流取樣處理電路圖如下圖3.3所示 10K R7 10K R8 200K R9 LM358 + 3 - 2 84 1 0.01uF C8為為為為 Ibat VCC 圖3.3電流取樣處理電路圖 電池電壓與單片機(jī)A/D接口相連，通過A/D轉(zhuǎn)換和微控制器即單片機(jī)，以獲 得測量的電壓值得到計算處理。此次充電電流通過0.1的取樣電

23、阻，產(chǎn)生的電壓 再使用LM358，將電流取樣電壓放大相應(yīng)的倍數(shù)后輸?shù)絾纹瑱C(jī)A/D接口進(jìn)行采集。 電壓檢測輸出電壓直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后被發(fā)送到A/D輸入接口的單片機(jī)進(jìn)行處理。 3.5 單片機(jī)選型 單片機(jī)型號眾多，但大家熟悉了解的就那么幾種類型。我們在學(xué)校接觸到的也 就是C51系列，C51是51單片機(jī)C語言程序設(shè)計的簡稱，由于接觸到的單片機(jī) 以型號為AT開頭的為多，所以選用了型號是AT89C51為此次設(shè)計的單片機(jī)。 3.6 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only M

24、emory）的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)9。AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只 讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采 用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和 輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51單片機(jī)引腳圖如下圖3.4所示。 圖3.4 單片機(jī)引腳圖 以下為其引腳功能及作

25、用 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0 口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它 可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下 拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時， P1口作為低八位地址

26、接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4 個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因 此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地 址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲 器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時 接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門 電流。當(dāng)

27、P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由 于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（計時器0外部輸入） P3.5 T1（計時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保

28、持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平 時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以 不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部 輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳 過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只 有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程

29、序存儲器取指期間，每個機(jī) 器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將 不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H- FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此 引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 3.7 單片機(jī)電路 3.7.1單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路圖如圖3.5所示。 2K R2 10uFC3

30、S1 VCC RST 圖3.5復(fù)位電路圖 當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，由于上圖使用的是按鍵復(fù)位，當(dāng)電源給電容充電的過程中， 會使電容存儲的電能增加，致使單片機(jī)復(fù)位端電平減低，這時候得人為的按下鍵， 才能使電平變高，單片機(jī)收集到信號后就會自動復(fù)位。 3.7.2 單片機(jī)時鐘電路 單片機(jī)可作為驅(qū)動時鐘定時邏輯電路，在其工作過程中可以看出，所有的工作 都是在時鐘信號的控制下進(jìn)行的，當(dāng)執(zhí)行一個指令事，CPU 控制器必須發(fā)出一系列 特定的控制信號。單片機(jī)時鐘電路圖如圖3.6所示 30pF C2 30pF C1 12 CAY XTAL X1 X2 圖3.6單片機(jī)時鐘電路圖 3.7.3 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC08

31、09是8位的采樣分辨率，以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的逐次逼近原理。 ADC0809由一個8通道模擬開關(guān)，地址鎖存器,解碼器， A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有一 個8通道多路復(fù)用器，它能根據(jù)信號的地址鎖存譯碼后，門控8模擬輸入信號的 A/D轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。數(shù)字鎖存器的A/D轉(zhuǎn)換完成三態(tài)輸出鎖存器，當(dāng) OE 端為高電平，可 以從三態(tài)輸出鎖存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)后，應(yīng)該傳給單片機(jī) 進(jìn)行處理。關(guān)鍵的問題是如何確定數(shù)據(jù)的 A/D 轉(zhuǎn)換完成轉(zhuǎn)移，因為只有確認(rèn)完成后， 可以發(fā)送。A/D 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 3.7 所示 P1.0/T2 1 P1.1

32、/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/A

33、D7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 U? P80C31SBPN Q QD CLK R S 74HC74 ADC0809 1 IN3 2 IN4 3 IN5 4 IN6 5 IN7 6 START 7 EOC 8 D3 9 OE 10 CLK 11 VCC 12 REF+ 13 GND 14 D1 15 D2 16 REF- 17 D0 18 D4 19 D5 20 D6 21 D7 22 ALE 23 ADDC 24 ADDB 25 AD

34、DA 26 IN0 27 IN1 28 IN2 ADC0809 VCC VCC 圖3.7 A/D電路圖 ADC0809的引腳功能及作用 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的 一路。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使 其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換） 。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高 電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信

35、號，輸入端，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸 入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHz。 REF（+） 、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源（+5V） 。 GND：接地。 3.7.4按鍵電路 按照鍵盤與單片機(jī)的連接方式分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤11。獨立式鍵盤相 互獨立，每個按鍵占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)對其他按鍵 的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生不好作用。這種按鍵軟件程序簡單，但占用I/O口線較多（一 根口線只能接一個鍵） ，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。矩陣式鍵盤又稱行列式 鍵盤，與獨立式鍵盤對比，單片

36、機(jī)口線資源利用率提高了一倍。 按鍵接線圖如圖3.8所示。 S2 SW-PB VCC 10 R17 P1.4 圖3.8按鍵電路圖 鍵盤抖動的時間一般為510ms，抖動現(xiàn)象會引起CPU對一次鍵操作進(jìn)行多 次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理， 可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。為了準(zhǔn)確判斷閉合鍵的位置，要對每個按鍵 進(jìn)行編碼。根據(jù)矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，采用行掃描的鍵位識別方法。使某條列線為低 電平，如果這條列線上沒有閉合鍵，則各行線的狀態(tài)都為高電平；如果列線上有鍵 閉合，則相應(yīng)的那條行線即變?yōu)榈碗娖?。于是就可以根?jù)行線號與列線號計算出閉 合鍵的鍵碼。掃描時由第一列開

37、始，即由PA口先輸出0FEH，然后由PC口輸入 行線狀態(tài)，判斷哪一行有鍵閉合，若無鍵閉合，再輸出0FDH檢測下一列各行鍵閉 合狀態(tài)，由此一直掃描下去。 在這個設(shè)計中，按鍵的數(shù)量設(shè)置為 3，它們中的一個作為一個復(fù)位按鈕;另一個 作為電壓按鍵，這樣的設(shè)計提供 3V，3.5V，4.0V，4.5V 為周期的四個電壓值，可以 “電壓選擇”鍵選擇一個電壓輸出;另一個開始充電，裝上一個電池為電池充電，當(dāng) 按下“開始充電”按鈕，系統(tǒng)開始為鋰電池充電。因此，使用一個獨立的密鑰的方 法，它可以減少編程的難度。 3.7.5數(shù)碼管顯示電路 LED數(shù)碼管組成的多個發(fā)光二極管打包在一起，以形成“8”字狀的裝置中， 連接導(dǎo)

38、線已在內(nèi)部做好，只要能導(dǎo)致它們導(dǎo)出各自的筆劃，公共電極。 數(shù)碼管顯示電路圖如圖3.9所示 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13

39、 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 U1 P80C31SBPN A4 6 f 10 A3 8 A1 12 e 1 c 4 DP 3 b 7 a 11 g 5 A2 9 d 2 DIG1DIG2DIG3DIG4 DP2 DP3 DS1 HDSP-B42G1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10

40、 9 1K R? Res Pack4 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 LE 11 0E 1 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 10 20 74HC573 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 LE 11 0E 1 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 10 20 74HC573 VCC 圖3.9 數(shù)碼管顯示電路圖 本設(shè)計使用四位LED數(shù)碼管數(shù)碼管段加小數(shù)點為7或8個數(shù)碼管，數(shù)碼管有 兩種

41、陰陽，本設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管，8段LED陰極接地連接在一起，陽極當(dāng)某 一高電平時，二極管被點亮而發(fā)光，設(shè)計時允許數(shù)碼管陽極的某一組合被設(shè)置高。 3.8 鋰電池充電原理 鋰電池充電的工作原理就是指其充放電原理。充電時鋰離子由正極向負(fù)極運(yùn)動 而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面脫離移向正極。所以，在 該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現(xiàn)，而不是以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。一般 而言電池容量指的就是放電容量?？梢钥吹?，鋰電池在充放電的過程中，鋰離子是 存在于正極 負(fù)極 正極的運(yùn)動狀態(tài)。如果我們把鋰電池形象地比喻為一把搖 椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動健將，在搖椅的兩端來

42、回 奔跑。 鋰蓄電池的充電特性曲線圖如圖3.10所示： 圖3.10鋰電池充電特性曲線圖 為保證安全充電，對鋰離子電池充電要求首先是在充電時保持電流不變，電池 電壓會在充電過程中漸漸升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V（4.1V）,會改變充電狀態(tài)， 即變化為電壓不變的恒壓充電。電流會依照電芯的飽和程度，隨著充電過程的漸漸 降低，當(dāng)降低到0.01CA時，認(rèn)為充電終止。大家注意，其中C是以電池標(biāo)稱容量 對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流 1000mA，注意是 mA 而不是 mAh，0.01CA就是10mA。當(dāng)然，規(guī)范的表示方式是 0.01C5A。 4 基于單片機(jī)的太陽能

43、充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 設(shè)計思想 首先主程序由初始化段和循環(huán)主體段兩部分組成，在執(zhí)行循環(huán)體時，需要一個 個的調(diào)用所需的任務(wù)模塊，不會直接去執(zhí)行程序，其中每一個任務(wù)為一個子函數(shù)， 這種機(jī)制也叫稱為輪詢機(jī)制。舉個例子說明：就是當(dāng)一個正在被主程序執(zhí)行的子函 數(shù)，它會自動確認(rèn)其執(zhí)行條件有無可行性，如果可以就執(zhí)行，反之，就會返回。按 鍵處理是以10ms為周期的選擇一次。PWM的控制調(diào)節(jié)不能過快，最好以200ms 為周期，如果太快，會影響到數(shù)碼管刷屏，A/D采樣速度也是一樣。 子程序主要由4部分組成，包括初始化程序，PWM波程序，按鍵采集程序， 信號采集與轉(zhuǎn)換程序；如果從系統(tǒng)表現(xiàn)出的功能來看，又可以

44、分成充電子程序、電 源子程序，這兩程序都會用到子程序的4個程序。 本次設(shè)計使用的PWM波是可以掌控開關(guān)管的占空比，它的生成是運(yùn)用了輸出 在低電平和高電平的轉(zhuǎn)換、延時。即當(dāng)輸出為低電平時，將輸出信號放大驅(qū)動開關(guān) 管斷開，反之，如果其為高電平時，開關(guān)管則會打開。開關(guān)管的占空比是通過低電 平和高電平的時間的比值（即PWM波的占空比）來控制。 本設(shè)計單片機(jī)采用AT89C51芯片，由于其內(nèi)部沒有AD轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)需 外接轉(zhuǎn)換模塊，本設(shè)計采用ADC0809，模擬信號輸入有兩路，一路是電壓信號， 一路是電流信號。ADC0809 在對多路輸入的模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時采用分時復(fù)用 的方法，即AD轉(zhuǎn)換器對兩路信號

45、輪換采集轉(zhuǎn)換。輪換周期根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換時間和控 制的情況設(shè)定。 4.2 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計 本設(shè)計由單片機(jī)程序控制來實現(xiàn)整體工作，其工作過程主要為：電路啟動初始 化，電路功能的選擇，輸出選擇及確定輸出，單片機(jī)集合計算輸出PWM信號，定 時采集數(shù)據(jù)及處理調(diào)節(jié)PWM信號占空比等，程序整體框架圖如下圖4.1所示。 開始 初始化 電池充電 電源子程序 充電子程序 No Yes Yes 結(jié)束 圖4.1 程序整體框架流程圖 4.3 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計 4.3.1電路啟動初始化 初始化設(shè)置初始運(yùn)行環(huán)境為單片機(jī)運(yùn)行，主要完成以下任務(wù)：清理片內(nèi) RAM，每一個微控制器

46、上電，上電復(fù)位將導(dǎo)致單片機(jī)操作。在復(fù)位操作完成后， 單芯片寄存器將被設(shè)置為不同的值，該值的一個相當(dāng)大的部分是未知的。在微控制 器的復(fù)位完成這些未知的值，正式工作后，會產(chǎn)生不能讓程序員掌握的后果，甚至 會損壞系統(tǒng)。因此，微控制器運(yùn)行后，先設(shè)置為0，這樣的初始參數(shù)設(shè)置，方便編 程人員掌握，以方便系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行所需的參數(shù)，設(shè)置定時器和中斷設(shè) 置。 初始化程序流程圖如下圖4.2所示。 清片內(nèi) RAM 初始參數(shù)設(shè)定 AD 設(shè)定 定時器設(shè)定 中斷設(shè)定 返回 開始 圖4.2 初始化程序流程圖 4.3.2按鍵采集程序 鍵盤子程序用于檢測開關(guān)，是否在有效的開關(guān)狀態(tài)來決定是否啟動系統(tǒng)運(yùn)行。 讀線、讀取、

47、連接到該端口，它的值存儲處理后確定相關(guān)的緩存。看完端口在其中 做了一定的延遲，以排除引起的誤動作鍵晃動。按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖如圖4.3所 示。 入口 讀 I/O 口 處理后存入緩存 延時 Y 返回 N 圖4.3按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖 4.3.3數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 數(shù)據(jù)收集主要是由單片機(jī)控制ADC0809來完成，該方案分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā) 送一個命令到開始轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，接收數(shù)據(jù)，處理且存儲在緩存中，程序流 程如圖4.4所示。 入口 初始化 啟動轉(zhuǎn)換 處理存儲 返回 N 0 Y 轉(zhuǎn)換結(jié)束 圖4.4 數(shù)據(jù)采集子程序結(jié)構(gòu)流程圖 4.3.4數(shù)碼管顯示子程序 開機(jī)時，先讓數(shù)碼管初始化，通過串口為“0

48、”字形碼輸出使數(shù)碼管顯示“O” 。 然后來確認(rèn)按鍵是否被按下，如果沒有鍵被按下繼續(xù)確認(rèn)。 顯示子程序時要先初始化串口，以致串口工作會顯示在方式0，以便讀取顯示 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)（其用來存儲數(shù)據(jù)也就是將被顯示出來的數(shù)據(jù)） ，然后找到通過字形碼 查表相應(yīng)的方式，再將字形碼寫入串口寄存器SBUF通過串口方式0發(fā)送出去顯示。 子程序是如何顯示在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字形碼呢？具體方法是，從小型 字形碼到每一位十六進(jìn)制數(shù)到大的順序固定區(qū)域，以便存儲在表單中顯示出來碼表 的記憶。當(dāng)要顯示的字符，該表的起始地址到數(shù)據(jù)指針DPTR寄存器為基地，在顯 示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)作為偏移到索引寄存器A，查表“MOVCA，

49、A + DPTR“，在取出相應(yīng)數(shù)字的字形碼其是通過累加器A得到的結(jié)果。 4.3.5 充電子程序的設(shè)計 充電過程分兩階段進(jìn)行，第一階段為預(yù)充電，充電電流以 0.01CA 的小電流進(jìn)行充 電；第二階段，當(dāng)充電電壓達(dá)到 3V 時轉(zhuǎn)入第二階段(一般認(rèn)為三分鐘后電池電壓大 于 3V)，以 0.5CA 的電流進(jìn)行恒流充電方式， 。電流降到小于 0.01CA 時，表明電池 已充到額定容量，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿4。 充電過程中， “充電”指示燈亮；充滿時， “充飽”指示燈亮， “充電”指示燈滅，通 過按鍵設(shè)置可控制充電時間。充電子程序流程圖如圖4. 5所示。 電流小于 0.01CA 入口 采集電壓電 流 電壓大于 3V 否 電壓大于 4V 預(yù)充電 恒流充電 恒壓充電 是 電壓大 于 3V 是 電壓大于 4V 否 O 是 充電完成 結(jié)束 是 否 O 否 否 圖4.5 充電子程序圖 4.3.6電源子程序的設(shè)計 與傳統(tǒng)的手機(jī)充電器相比，本次設(shè)計的太陽能手機(jī)充電器最大的優(yōu)點是不僅能 夠為