【正文】 大大簡化了硬件電路設(shè) 計，由于單片機良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài)或電路參數(shù)，只需 簡單的修改程序即可實現(xiàn)，從而使電路的升級改造變得簡單易行。電路中 Ci 的作用 是消除輸入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 6 ～1μF 之間，本文 Ci 選用 ；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路 高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 左右，本文 Co 即選用 。本系統(tǒng) 總體設(shè)計方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機編 5 程實現(xiàn) PWM 波控制開關(guān)管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變， 通過顯示電路顯示輸 出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機做判斷處理， 從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 文中介紹設(shè)計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊 之處除了能源的供應(yīng)來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設(shè)有完備 的電壓電流檢測保護(hù)電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活 的選擇電路輸出，為不同的電子產(chǎn)品提供電源。 非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕， 轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗 燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境 無污染的可再生能源。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。T模式1， 。A中為高電 。檢測輸 0000H MAIN 000BH PWML 。PWM波周期 OUT ORG BIT 02H 0100H 。 入口 采集電壓電流 N 過電流 Y 小 輸出電壓判斷 大 關(guān)斷輸出 相等 增大占空比 跳過 減小占空比 返回 圖 13 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖 18 結(jié)束語 本手機充電器系統(tǒng)的設(shè)計分為硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計兩個部分， 硬件電路 設(shè)計屬于前期的主要工作，通過方案論證與可行性分析，最終確定由 89C51 單 片機完成主電路的控制與設(shè)計，并展開外圍電路與控制硬件電路設(shè)計，硬件電路 的設(shè)計主要是電路原理圖的繪制以及參數(shù)的確定。 由于單片機在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時候數(shù)據(jù)從 RXD 引腳從低位到高位 依次輸出，而最先輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過 74LS164 串轉(zhuǎn)并后到達(dá) Q7，也就是說單片機 15 內(nèi)的 DO 通過串口發(fā)送并經(jīng)過 74LS164 后到達(dá) 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A 腳，因此在單片機內(nèi)字型碼與 74LS164 所對應(yīng)的字型碼正好相反，所以共陽極 數(shù)碼管在單片機內(nèi) O9 所對應(yīng)的字型碼分別是： 01H，4FH，12H，06H，4CH，24H，20H，0FH．00H，04H。圖 10 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流 14 程圖。復(fù)位操作完成以后，單片 機的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的值。RS+為內(nèi)傳感電阻的電源端。直到 A／D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請，而觸發(fā)單片機動作準(zhǔn)備接收 數(shù)據(jù)，這是使 輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù) 據(jù)總線上，單片機讀取 P0 口然后做下一步處理操作。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。 圖 5 BUCK 變換器電路 電壓電流的 A/D 采集 以逐次逼近原理進(jìn)行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。 圖 4 數(shù)碼管驅(qū)動電路 單片機 AT89C51 的串口外接 1 片 74LS164 作為 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口， 把 AT89C2051 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時鐘脈沖。方式 0 的輸出是 8 位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將 8 位串行數(shù)據(jù)變成 8 位并行數(shù)據(jù)輸出，也可以將外部的 8 位并行數(shù)據(jù)變成 8 位串行數(shù)據(jù)輸入。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當(dāng)我們 按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開時也不會一下子斷開。 LM7805 輸入電壓為 8V 到 36V， 最大工作電流 ， 具有輸入電壓范圍寬， 工作電流大，輸出精度高且工作及其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電 壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出 5V 電壓，從而是單片機等控制電路正常 工作，且成本低。 本文 以手機、MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計過程。 2 太陽能手機充電器硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 總體 DC/DC 變換 太 陽 能 電 池 板 按 鍵 AT89C51 顯示電路 手 機 電 池 ADC0809 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。太陽能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制 造工藝等影響，2010 年中國平均效率為 %。但是，從長 遠(yuǎn)來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國對環(huán)境的保護(hù)和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用 太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。 使用手機的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時電池突然沒電了，因不能及 時找到或沒有 220V 市電而無法給手機充電，影響了手機的正常使用。 太陽能作為一種可再生能源它具有取之不 盡、用之不竭和清潔安全等特點，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越 來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補充能源向替代能源過渡。 目前，太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、 高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。 硅太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對角 線 150mm，功率 ，工作電壓 ，工作電流 ，開路 電壓 ，短路電流 。這種便捷的太陽能充電器 幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自有。因此該設(shè)計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽 能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。另外，為避免輸入端斷開時 Co 從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸 出端之間跨接一個二極管，對 LM7805 起保護(hù)作用。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機的一個 I/O 口上，獨立按鍵則通過判 斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作； 而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識 別。串口的工作方式可以參看相關(guān)的書籍，此處不做詳細(xì) 介紹。需要幾個數(shù)碼管就擴展幾個并行接口，數(shù)碼管直接接在 74LS164 的輸出腳上， 單片機通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至 74LS164 的輸出腳上數(shù)碼管就可以顯示相應(yīng)的數(shù)字。開關(guān)變換器因具有效率高、靈 活的正負(fù)極性和升降壓方式的特點，而備受人們的青睞[10]。其 電路如圖 5 所示，PWM 脈寬調(diào)制信號有單片機提供，控制開關(guān)管的通斷。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖 存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通 道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。OE＝1，輸出 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。下降沿啟動 A／D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn) 換正在進(jìn)行。 MAX471 各引腳功能說明如下：SHDN 為關(guān)閉信號，正常操作時接地；當(dāng)它 為高電平時，供電電流小于 5μA。 開始 初始化 Yes 電池充電 No 充電子程序 電源子程序 結(jié)束 圖 8 程序整體框架流程 電路啟動初始化 初始化是為單片機的運行設(shè)置初始的運行環(huán)境， 主要完成以下工作： 清片內(nèi)， 每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復(fù)位操作。其中讀 取端口后要做一定的延時以排除鍵抖引起的誤動作。 對于電路中的 74LS164 共陰極數(shù)碼管數(shù)據(jù)位和字形的對應(yīng)關(guān)系如下表。充電子程序 流程圖如圖 13 所示。在此，對指導(dǎo)老師的幫助表示感謝！ 19 參考文獻(xiàn) [1] 蔣鴻飛，胡淑婷. .綠色能源——太陽能充電器[J]. 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2007，(2)：147149 [2] 蔡朝洋. 單片機控制實習(xí)與專題制作[M]. .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年 11 月 [3] 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社，2005，(05) [4] 張伯文. 簡易鎳鎘電池定時恒流充電器[J]. 電池，1997，(6) [5] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 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12 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR 3 15 14 31 19 18 9 17 16 RXD TXD ALE/P PSEN 1 2 3 4 5 6 7 8 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 C7 R10 D4 R8 P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00 32 33 34 35 36 37 38 39 msb21 22 23 24 25 26 27 lsb28 21 20 19 18 8 15 14 17 C3 103 C2 47u/10V 10u C6 C4 R10 10K 30P RES 12M C5 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 21 22 23 24 25 26 27 28 30P R1 10k 6 DPY a U6 1 2 A B 5 3 f g d dp c e b a b c d e D CLK S u5 數(shù) 數(shù) 數(shù) Q U4A 1 Q3 2SC9013 5V MR 74HC164 D2 8 D3 9 CLK f g dp R 8 Q 4 2 74HC74 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 3 4 4 5 5 7 6 9 10 10 11 2 12 1 13 6 D1 21 附錄 2 匯編源程序 ORG LJMP ORG LJMP 輸出 ORG LJMP 出 LED 顯示緩沖 PWMF BIT 00H 志位 PWM1H PWM1L PWM2H PWM2L 期緩存 TESTL EQU TESTV EQU 壓檢測緩沖 TESTI EQU 電流檢測緩沖 PWMT EQU 。數(shù)碼管 001BH TESTOUT 。PWM低電平緩沖 TESTH EQU MAIN: MOV A,00H MOV LED,A MOV P1,07FH 22 MOV A,0FFH CLR C SUBB A,R1 INC