【正文】 與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 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(dòng) 8 個(gè) LED 顯示器，利用 MAX7219 來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 顯示器，會(huì)使電路簡(jiǎn)單。單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，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(jì)中用到了 8 位 LED 顯示器，分別接到 8 根數(shù)位驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽(yáng)極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，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(jì) 在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要顯示時(shí)間，有時(shí)也需要調(diào)節(jié)時(shí)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(lái)驅(qū)動(dòng) 8位 LED 數(shù)碼管，依次顯示月，日，時(shí)，分。 RST：復(fù)位，用于對(duì)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(shí)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(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)至高電平來(lái)啟動(dòng)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(shí)時(shí)鐘 /日歷提供秒、分、時(shí)、日、月和年等信息，對(duì)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(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、 分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，具有 31 8RAM，可供保存有用數(shù)據(jù)。上圖中所畫(huà)出的只是整個(gè)控制電路的一個(gè)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(gè)分支分別由 AT89C51 單片機(jī)的四個(gè)引腳 引出，四組電路接了四個(gè)繼電器，分別控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電路實(shí)現(xiàn)了這樣的功能：白天時(shí)，運(yùn)放輸出高電位，中斷 0 檢測(cè)到高電位，系統(tǒng)沒(méi)有中斷請(qǐng)求，程序繼續(xù)運(yùn)行，開(kāi)始檢測(cè)是陰天還是晴天；黑夜時(shí)，運(yùn)放輸出低電位， INT0 檢測(cè)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(cè)到低電平時(shí)，即INT0=0，向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求 ，單片機(jī)接到中斷請(qǐng)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(yáng)角度追蹤模式相結(jié)合，當(dāng)陰天的時(shí)候，太陽(yáng)光變的比較弱，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)由 光電追蹤模式轉(zhuǎn)換到太陽(yáng)角度追蹤模式。下文將闡述怎樣通過(guò)單片機(jī)引腳檢測(cè)到的電位的高低還控制電機(jī)的工作。這樣就可以通過(guò) ~ 的高低電位來(lái)判斷太陽(yáng)光線的方向了。圓柱體的上方中央開(kāi)一個(gè)與檢測(cè)用的光電二極管直徑相同的洞，以讓光線通過(guò)。圓柱體的長(zhǎng)度取 25mm，是通過(guò)多次試驗(yàn)得到的結(jié)果。 根據(jù)整個(gè)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(duì)寬范圍波長(zhǎng)的光具有較高的靈敏度，噪聲低，小型輕量以及耐振動(dòng)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(guò) 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(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)：由于系統(tǒng)中要進(jìn)行時(shí)間的控制，因此需要使用時(shí)鐘電路，電路中選擇串行時(shí)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(shí) 鐘判 斷 黑 夜 還 是白 天光 電 檢 測(cè) 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(cè)電路，單片機(jī)控制電路，時(shí)鐘電路，顯示電路，輔助電路。數(shù)據(jù)從位 0 開(kāi)始輸出 [8]。注意，被傳送的第一個(gè)數(shù)據(jù)位發(fā)生在寫(xiě)命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)下降沿。當(dāng)把 RST 驅(qū)動(dòng)至邏輯 1狀態(tài)時(shí)， 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(kāi)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(shí)，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(shí)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(shí)鐘輸入端。 : 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)線。MAX7219 可方便地對(duì)每位 LED 進(jìn)行單獨(dú)控制、刷新，不需重寫(xiě)整個(gè)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(gè)發(fā)光二極管，其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字型“ 8”，一 個(gè)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(cè)電路中，用 LM324 的四組運(yùn)算放大器來(lái)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(hào)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(hào)時(shí)，其輸出與輸入端信號(hào)同相位，即同相放大；當(dāng)從反相端輸入信號(hào) 時(shí)，其輸出與輸入端信號(hào)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(duì)時(shí)，使少數(shù)載流子（電子）的濃度增加，因此通過(guò)PN 結(jié)的光電流也增加。 下面將對(duì)各部分電路的設(shè)計(jì)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(gè)繼電器控制兩個(gè)電動(dòng)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(xiě)程序 Flash 存儲(chǔ)器 2. 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 3. 3 級(jí)程序存儲(chǔ)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(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 7. 5 個(gè)中斷源 8. 可編程串行通道 另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到 0Hz，并提供兩種可用軟件來(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)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(dòng)作用。 單片機(jī)在控制領(lǐng)域中，有如下幾個(gè)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(shí)差時(shí)差（弧度） 通過(guò)上面太陽(yáng)高度角及太陽(yáng)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(shí)間確定了，那么就能通過(guò)以上的公式計(jì)算出相應(yīng)的太陽(yáng)高度角和方位角的值，而這個(gè)值是唯一的。 要計(jì)算太陽(yáng)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(gè)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(duì)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(jí)數(shù)式計(jì)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(yáng)時(shí)角ω可用下述方法進(jìn)行計(jì)算： ω =真太陽(yáng)時(shí)（小時(shí)） 15180 式中ω單位為度， 15 表示每小時(shí)相當(dāng)于 15176。之間變化，日出日落時(shí)為零太陽(yáng)在正天頂時(shí)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(yáng)角度追蹤模式的數(shù)學(xué)模型 太陽(yáng)角度追蹤模式是基于太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的計(jì)算而進(jìn)行追蹤的，下面介紹一下太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的計(jì)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(shí)間的控制，因此需要使用時(shí)鐘電路，電路中選擇串行時(shí)鐘芯片 DS1302。 論文的研究?jī)?nèi)容 本文所研究的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤器是以單片機(jī)為控制核心 的自動(dòng)控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)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?jī)?nèi)容如下。本課題在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一套以單片機(jī)為控制核心的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤控制系統(tǒng)，能夠隨著太陽(yáng)光照射方 向的變化而使太陽(yáng)能板始終與太陽(yáng)光線垂直。 課題研究的目的及意義 太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能不可缺少的重要組成部分，而完善太陽(yáng)追蹤裝置是充分利用太陽(yáng)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(shí)刻太陽(yáng)光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)熱流最大；而在早上或下午太陽(yáng)光線都是斜射。 視日運(yùn)動(dòng)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(yáng)光的檢測(cè)。目前很多太陽(yáng)能電池板陣列基本上都是固定的，無(wú)法保證太陽(yáng)光的垂直照射，不能充分利用太陽(yáng)能資源，使其發(fā)電效率低下。這也是世界海拔最高、中國(guó)裝機(jī)容量最大的太陽(yáng)能電站。全國(guó)從事太陽(yáng)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(guó)有 108萬(wàn)平方米的荒漠，大部分分布在西部，太陽(yáng)能資源極為豐富。意大利 1998 年開(kāi)始實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，將于 2020 年完成，總投入 5500 億里拉，總?cè)萘窟_(dá) 5 萬(wàn)千瓦。為了降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，美國(guó)政府最近制定了陽(yáng)光計(jì)劃，大幅度增加了光伏發(fā)電的財(cái)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(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。截至2020 年年底，德國(guó)共有 670 萬(wàn)平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽(yáng)能集熱器，每年可生產(chǎn)4700 兆瓦的熱量。 1990 年德國(guó)政府推出了“一千屋頂計(jì)劃”， 至 1997 年已完成近萬(wàn)套屋頂系統(tǒng)，每套容量 1～ 5 千瓦，累計(jì)安裝量已達(dá) 萬(wàn)千瓦。日本將太陽(yáng)能的利用分為太陽(yáng)光能和 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 熱能兩種。在過(guò)去的 25 年間，太陽(yáng)能發(fā)電成本下降了 95%。 太陽(yáng)能利用的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前人類對(duì)能源資源的開(kāi)發(fā)和利用進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期，即以太陽(yáng)能、核能為主體的多樣化新能源時(shí)期。 1952 年，法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為 1MW 的太陽(yáng)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(yáng)熱能通過(guò)熱機(jī)帶動(dòng)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(guò)其熱能是從太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來(lái)。 Photo electricity examination。晴天時(shí)系統(tǒng)采用光電 檢測(cè)追蹤模式，而陰天時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入太陽(yáng)角度追蹤模式。目前很多太陽(yáng)能電池板陣列基本上都是固定的，無(wú)法保證太陽(yáng)光的垂直照射，不能充分利用太陽(yáng)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(yáng)能的利用有著間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問(wèn)題，由此對(duì)太陽(yáng)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(jì)過(guò)程以及機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)采用了兩種追蹤模式：光電檢測(cè)追蹤模式和太陽(yáng)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