【文章內容簡介】 光強度變化而波動，太陽光強時太陽能電池板電壓會偏高一些，太陽光強度弱時，太陽能電池板輸出電壓會偏低，為了從太陽能電池板輸出得到穩(wěn)定電壓，本設計采用穩(wěn)壓管 LM7805， LM7805 輸出口可以輸出穩(wěn)定的 5V 電壓，保持輸出電壓的穩(wěn)定。 LM7805 的典型應用電路如下圖 所示。 C7C4IN OUTGNDLM7805LM7805470uFC5470uFC6D2DiodeVin Vout 圖 LM7805 穩(wěn)壓電路 圖中 C C7 的作用是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，；在輸出端接電容 C C6 是用于消除電路高頻 噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應。一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時 C6 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 起保護作用。 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。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 8 充電主電路的設計 充電主電路如下圖 所示，充電主電路采用 DC/DC 變換電路。 30KR3R63kR4D11mHL1Q212P2手機電池直流輸入Q12N3906PWM 圖 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。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻率調制（ 1） Buck 電路 —— 降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0小于輸入電壓 Ui，極性相同。 主電路核心由三極管去、電感 L1及續(xù)流二極管 D1構成的典型的 BUCK 降壓 DC/DC 變換電路；圖中 Q2的作用是放大 PWM 信號，驅動開關管 Q1。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 9 信號采集處理電路 實時檢測電池電壓和充電 電流是保證鋰電池安全充電的前提，電流取樣處理電路如圖 所示 10KR710KR8200KR9LM358+32841C8電池負極IbatVCC 圖 電池電壓直接接到單片機 A/D 接口，經 A/D 轉換和單片機運算處理得到測量電壓值。本設計充電電流流經 ，得到電壓采用運算放大器 LM358，把電流取樣電壓放大 21 倍后送到單片機 A/D 接口進行采集。 電壓檢測可將輸出口電壓直接送到 A/D 輸入接口，經模數(shù)轉換后給單片機進行處理。 單片機選型 對于單片機型號，最熟悉的就是 C51 系列，其中包括 AT89C51， AT89C52 在AT89C51 的基礎 上有些改進，但是聽有經驗的同學說以型號 AT 開頭的的單片機在燒寫程序時不容易進行燒寫，于是考慮采用以型號是以 STC 為開頭的單片機，通過查資料了解發(fā)現(xiàn) STC89C52 在功能上與 AT89C52 相似，為此，本設計單片機采用STC89C52 型號單片機。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 10 單片機 STC89C52介紹 STC89C52 是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器 ， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。 STC89C52 使用經典的 MCS51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能。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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量2 級中斷結構），全雙工 串行口 。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機 一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。 STC89C52 單片機引腳圖如下圖 所示。 圖 單片機引腳圖 STC89C52RC引腳功能說明 VCC（ 40引 腳）：電源電壓 VSS（ 20引腳）：接地 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 11 P0端口（ ～ ， 39～ 32引腳）： P0口是一個漏極開路的 8位雙向 I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動 8個 TTL負載，對端口 P0寫入 “1”時，可以作為高阻抗輸入。 P1端口（ ～ ， 1～ 8引腳）： P1口是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式） 4個 TTL輸入。對端口寫入 1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，可用作輸入口。 P2口是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P2的輸出緩沖器可以驅動 （吸收或輸出電流方式） 4個 TTL輸入。對端口寫入 1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 P2作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引腳）： P3是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL輸入。對端口寫入 1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 P3做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。 在對 Flash ROM編程或程序校驗時， P3還接收一些控制信號。 ALE/（ 30引腳）：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在 Flash編程時，此引腳（ ALE）也用作編程輸入脈沖。 /VPP（ 31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接 GND。注意加密方式 1時，將內部鎖定位 RESET。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接 VCC。在 Flash編程期間，也接收 12伏 VPP電壓。 XTAL1（ 19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生 電路的輸入端。 XTAL2（ 18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端 除這些功能引腳外，還有一些特殊功能寄存器。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 12 單片機電路 單片機復位電路 本設計復位電路采用按鍵復位電路， 當系統(tǒng)進入死循環(huán)時，按下復位鍵可使系統(tǒng)重啟，單片機復位電路如圖 所示。 2KR210uFC3S1VCCRST 圖 系統(tǒng)正常工作時，電源給電解電容充電，電解電容儲有電能，單片機復位端口電瓶為低，當按鍵被按下時，單片機復位端口電平變?yōu)楦?，單片機采集到信號后復位。 單片機時鐘電路 單片機可以看成是在時鐘驅動下的時序邏輯電 路 ,單片機在工作過程中 ,所有工作都是在時鐘信號控制下進行的 ,每執(zhí)行一條指令 ,CPU 的控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號。 外部時鐘信號一般為 12MHZ 的方波 。 單片機時鐘電路如下圖 所示 30pFC230pFC112CAYXTALX1X2 圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 13 單片機 A/D 轉換電路 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 — 數(shù)轉換的器件。ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一 個進行 A/D 轉換。多路開關可選通 8個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。 A/D 轉換電路如圖 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U?P80C31SBPNDCLKRS74HC74ADC08091IN32IN43IN54IN65IN76START7EOC8D39OE10CLK11VCC12REF+13GND14D115D216REF17D018D419D520D621D722ALE23ADDC24ADDB25ADDA26IN027IN128IN2ADC0809VCCVCC 圖 ADC0809 的引腳功能介紹： IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 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行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 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。通道選擇表 1 所示。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 14 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 表 1 CBA 通道選擇表 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－ ）為參考電壓。 按鍵電路 在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。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行識別。 按鍵接線圖如下圖 所示。 S2SWPBVCC10R17 圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設計 15 通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關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。因而機械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴 隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。 在本設計中設置