【正文】 與單片機(jī)接口電路設(shè)計 在單片機(jī)系統(tǒng)中 LED 顯示器是應(yīng)用最廣泛的一種，而其與單片機(jī)的接口方法有很多。而一塊MAX7219 芯片最多可以驅(qū)動 8 個 LED 顯示器，利用 MAX7219 來驅(qū)動 LED 顯示器，會使電路簡單。單片機(jī)在啟動運(yùn)行時，都需要先復(fù)位，以便中央處理器 CPU以及其。 MAX7219 與單片機(jī)的連接，只需三條線 CLK、 LOAD、 DIN，接線如圖 321 所示，在本設(shè)計中用到了 8 位 LED 顯示器，分別接到 8 根數(shù)位驅(qū)動線上，即 DIG0DIG7，用導(dǎo)線將 8 位 LED 顯示器的 a～ g7 段和小數(shù)點(diǎn) dp 分別并聯(lián)在一起，并連接到 MAX7219 芯片的段選碼 SEGA～ SEGDP 上。若采用動態(tài)刷新方式，要占用 MCU資源；若采用靜態(tài)刷新方式，則需用器件太多并且電路更加復(fù)雜。共陰極的 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 其引腳排列及連接（如圖 39）所示： 圖 39 DS1302 顯示電路的設(shè)計 在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要顯示時間，有時也需要調(diào)節(jié)時間，由于顯示的內(nèi)容只是數(shù)碼，所以選擇 LED 數(shù)碼管作為顯示器，由于顯示的位數(shù)比較多，因此選用MAX7219 來驅(qū)動 8位 LED 數(shù)碼管，依次顯示月，日，時，分。 RST：復(fù)位，用于對芯片操作。如果 RST 輸出為低電平，則I/O 引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，中止數(shù)據(jù)傳送。 串行時鐘芯片的主要組成如（圖 38） 所示，為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，通過把 RST 輸入驅(qū)動至高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 DS1302 還有另外的功能：即用于主電源和備用電源相連接的雙電源引腳 VC1 和 VC2。實(shí)時時鐘 /日歷提供秒、分、時、日、月和年等信息，對小于 31 天的月末的日期進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年的校正功能。 DS1302 實(shí)時時鐘，可對秒、 分、時、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，具有 31 8RAM，可供保存有用數(shù)據(jù)。上圖中所畫出的只是整個控制電路的一個分支，完整的控制電路由 4組與 上圖中完全相同的電路組成，四個分支分別由 AT89C51 單片機(jī)的四個引腳 引出，四組電路接了四個繼電器，分別控制兩個電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電路實(shí)現(xiàn)了這樣的功能：白天時，運(yùn)放輸出高電位，中斷 0 檢測到高電位，系統(tǒng)沒有中斷請求，程序繼續(xù)運(yùn)行，開始檢測是陰天還是晴天；黑夜時，運(yùn)放輸出低電位， INT0 檢測到低電位，外部中斷 0 是低電平有效的引腳，因此當(dāng) INT0 檢測到低電平時，即INT0=0，向單片機(jī)發(fā)出中斷請求 ，單片機(jī)接到中斷請求后外部中斷 0被激活，進(jìn)入外部中斷 0處理程序，從而進(jìn)入等待狀態(tài)。因此，系統(tǒng)將光電追蹤模式和太陽角度追蹤模式相結(jié)合，當(dāng)陰天的時候，太陽光變的比較弱，這時系統(tǒng)會由 光電追蹤模式轉(zhuǎn)換到太陽角度追蹤模式。下文將闡述怎樣通過單片機(jī)引腳檢測到的電位的高低還控制電機(jī)的工作。這樣就可以通過 ~ 的高低電位來判斷太陽光線的方向了。圓柱體的上方中央開一個與檢測用的光電二極管直徑相同的洞，以讓光線通過。圓柱體的長度取 25mm，是通過多次試驗(yàn)得到的結(jié)果。 根據(jù)整個電路的需要，由于光敏二極管在很寬的入射照度范圍內(nèi)都具有線性的光電流，響應(yīng)速度快，對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低，小型輕量以及耐振動與沖擊的特點(diǎn)，所以，系統(tǒng)采用光敏二極管作為光敏傳感器 [9]。光敏二極管和光敏三極管兩者的暗電流相差不多，而且一 般都不超過 1微安，大多在。它分兩類，其一是光電導(dǎo)效應(yīng)：在光作用下，電子吸收光子能量，使半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率顯著改變。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 時鐘電路的設(shè)計：由于系統(tǒng)中要進(jìn)行時間的控制，因此需要使用時鐘電路，電路中選擇串行時鐘芯片 DS1302。 A T 8 9 C 5 1控 制 電 路判 斷 晴 天 還 是陰 天輔 助 電 路外 部 時 鐘判 斷 黑 夜 還 是白 天光 電 檢 測 電 路按 鍵 電 路 圖 31 系統(tǒng)構(gòu)成圖 系統(tǒng)功能介紹 整體追蹤系統(tǒng)是由光電檢測電路，單片機(jī)控制電路，時鐘電路，顯示電路，輔助電路。數(shù)據(jù)從位 0 開始輸出 [8]。注意，被傳送的第一個數(shù)據(jù)位發(fā)生在寫命令字節(jié)的最后一位之后的第一個下降沿。當(dāng)把 RST 驅(qū)動至邏輯 1狀態(tài)時， SCLK必須為邏輯 0。 RST 輸入線有兩種功能，首先 RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供了中止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的手段。應(yīng)注意，傳送數(shù)據(jù)每 16 位為一組，從高位地址字節(jié)的最高位 D15 開始發(fā)送，直到低位數(shù)據(jù)字節(jié)最后一位 D0為止。 LOAD 引腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，串行數(shù)據(jù)在其上升沿作用下方可鎖存。 DIN 是串行數(shù)據(jù)輸入端，在 CLK 時鐘作用下，串行數(shù)據(jù)依次從 DIN 端輸入到內(nèi)部 16 位移位寄存器。 ：串行時鐘輸入端。 : 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動端。在 LOAD 的上升沿 ,最后送入的 16 位串行數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中。 ～ DIG0: 8 位數(shù)值驅(qū)動線。MAX7219 可方便地對每位 LED 進(jìn)行單獨(dú)控制、刷新，不需重寫整個顯示器寄存器。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 通常的七段 LED 顯示塊中有 8 個發(fā)光二極管，其中 7 個發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字型“ 8”，一 個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。 LED 顯示及 MAX7219 顯示控制芯片介紹 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。在光電檢測電路中，用 LM324 的四組運(yùn)算放大器來比較每組運(yùn)算放大器的同向輸入端和其反向輸入端的電信號的強(qiáng)弱。除電源共用外，四組運(yùn)放之間相互獨(dú)立。 它的基本特性： 當(dāng)從同相端輸入信號時，其輸出與輸入端信號同相位，即同相放大；當(dāng)從反相端輸入信號 時，其輸出與輸入端信號相位相反，即反相放大。當(dāng)光照在 PN結(jié)上，使 PN 結(jié)附近產(chǎn)生光電子 —— 空穴對時，使少數(shù)載流子（電子）的濃度增加，因此通過PN 結(jié)的光電流也增加。 下面將對各部分電路的設(shè)計方法作詳細(xì)的介紹，包括電路中元件的選擇，電路的連接，以及每部分電路所實(shí)現(xiàn)的功能。 2．單片機(jī)控制電路 在控制電路中，用繼電器作控制，用 4個繼電器控制兩個電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。有雙列直插封裝 (DIP)方式和方形封裝方式。 AT89C51 單片機(jī)的特性 AT89C51 的主要性能 1. 4KB 可改寫程序 Flash 存儲器 2. 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 3. 3 級程序存儲器保密 4. 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 5. 32 條可編程 I/O 線 6. 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器 7. 5 個中斷源 8. 可編程串行通道 另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 —— 空閑方式 (Idle Mode)和掉電方式 (Power Down Mode)。 ：調(diào)制解調(diào)器、智能線路運(yùn) 行控制、程控交換技術(shù)。 由于單片機(jī)具有體積小、低功耗、可靠性高、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，對各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動作用。 單片機(jī)在控制領(lǐng)域中，有如下幾個特點(diǎn)： 、成本低、易于產(chǎn)品化，能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備及各種智能儀器儀表。 60+時差時差（弧度） 通過上面太陽高度角及太陽方位角概念和有關(guān)公式的介紹，我們了解到，只要經(jīng)度、緯度、時間確定了，那么就能通過以上的公式計算出相應(yīng)的太陽高度角和方位角的值，而這個值是唯一的。 要計算太陽高度角和方位角必須了解一些重要的參數(shù)的含義和表達(dá)式，下面介紹下各個參數(shù) :左大康利用 Flourier 分析給出赤緯與日期的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，設(shè)一年 365 天對應(yīng)區(qū)間為 [0，π ]，取日角 3651 d2 nn ）（?? ? ， dn 為年度日序， 1月 1 日取為 1， 12月 31 日就為 365，則可用如下級數(shù)式計算弧度表示的緯度： n n n n n n 3s i n0 0 1 5 1 o s0 0 2 6 8 i n0 0 0 8 9 2c o s0 0 6 7 9 . 0 7 2 0 7 5 s ic o s3 9 9 5 1 0 6 8 9 ??? ???? ?? ????? 赤緯δ的角度表示為： 3 6 5 ) d2 8 4(3 6 0s n???? 太陽時角ω可用下述方法進(jìn)行計算： ω =真太陽時（小時） 15180 式中ω單位為度， 15 表示每小時相當(dāng)于 15176。之間變化，日出日落時為零太陽在正天頂時為 90176。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 控制芯片及其傳感器介紹 太陽角度追蹤模式的數(shù)學(xué)模型 太陽角度追蹤模式是基于太陽高度角和太陽方位角的計算而進(jìn)行追蹤的，下面介紹一下太陽高度角和太陽方位角的計算公式以及公式中所用到的參數(shù)。 ：由于系統(tǒng)中要進(jìn)行時間的控制，因此需要使用時鐘電路，電路中選擇串行時鐘芯片 DS1302。 論文的研究內(nèi)容 本文所研究的太陽自動追蹤器是以單片機(jī)為控制核心 的自動控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)是通過硬件、軟件、機(jī)械裝置三部分共同作用的結(jié)果，因此本論文的研究內(nèi)容如下。本課題在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計出一套以單片機(jī)為控制核心的太陽自動追蹤控制系統(tǒng)，能夠隨著太陽光照射方 向的變化而使太陽能板始終與太陽光線垂直。 課題研究的目的及意義 太陽追蹤系統(tǒng)是利用太陽能不可缺少的重要組成部分，而完善太陽追蹤裝置是充分利用太陽能和環(huán)境保護(hù)必不可少的重要組成部分。集熱器的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。 極軸式全追蹤原理：聚光鏡的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。采用這種追蹤方式，一天之中只有正午時刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時熱流最大；而在早上或下午太陽光線都是斜射。 視日運(yùn)動軌跡系統(tǒng)根據(jù)追蹤系統(tǒng)的軸數(shù)，可分為單軸和雙軸兩種。這些光電追蹤裝置利用光敏傳感器，如硅光電管進(jìn)行太陽光的檢測。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，無法保證太陽光的垂直照射，不能充分利用太陽能資源，使其發(fā)電效率低下。這也是世界海拔最高、中國裝機(jī)容量最大的太陽能電站。全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá) 1000 余家，年產(chǎn)值 20 億元。特別是我國有 108萬平方米的荒漠，大部分分布在西部，太陽能資源極為豐富。意大利 1998 年開始實(shí)行“全國太陽能屋頂計劃”，將于 2020 年完成，總投入 5500 億里拉，總?cè)萘窟_(dá) 5 萬千瓦。為了降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，美國政府最近制定了陽光計劃，大幅度增加了光伏發(fā)電的財政投入，加快多晶硅和薄膜半導(dǎo)體材料的研發(fā)，提高太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。截至2020 年年底，德國共有 670 萬平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽能集熱器，每年可生產(chǎn)4700 兆瓦的熱量。 1990 年德國政府推出了“一千屋頂計劃”， 至 1997 年已完成近萬套屋頂系統(tǒng)，每套容量 1～ 5 千瓦，累計安裝量已達(dá) 萬千瓦。日本將太陽能的利用分為太陽光能和 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 熱能兩種。在過去的 25 年間，太陽能發(fā)電成本下降了 95%。 太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前人類對能源資源的開發(fā)和利用進(jìn)入一個新的時期，即以太陽能、核能為主體的多樣化新能源時期。 1952 年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為 1MW 的太陽爐 ，發(fā)展到今天的追求太能用的利用效率 。另一類是將太陽熱能通過熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本組成與常規(guī)發(fā)電 設(shè)備 類似，只不過其熱能是從太陽能轉(zhuǎn)換來。 Photo electricity examination。晴天時系統(tǒng)采用光電 檢測追蹤模式，而陰天時系統(tǒng)進(jìn)入太陽角度追蹤模式。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的，無法保證太陽光的垂直照射，不能充分利用太陽能資源，使其發(fā)電效率低下。 然而它也存在缺點(diǎn)，如能量密度低，不易收集，不穩(wěn)定，隨季節(jié)氣候和天氣晝夜變化而變化等，使太陽能的利用有著間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時間不斷變化的問題，由此對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。 本文闡述了單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程以及機(jī)械部分的設(shè)計，系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)采用了兩種追蹤模式：光電檢測追蹤模式和太陽角度追蹤模式。t track normally under the condition of cloudy day but causable system mess appearance. After analyzing and paring a few kinds of the ways of tracking the sun, the system regards onechip puter as the core, thinking about the advantage and di