【文章內(nèi)容簡介】 光強(qiáng)度變化而波動，太陽光強(qiáng)時(shí)太陽能電池板電壓會偏高一些，太陽光強(qiáng)度弱時(shí)，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(shè)計(jì)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(yīng)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(shí)其電感效應(yīng)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(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。一般電容的耐壓應(yīng)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(shí) 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(gè)二極管，對 LM7805 起保護(hù)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(diǎn)，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(jī)等控制電路正常工作，且成本低。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 8 充電主電路的設(shè)計(jì) 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(jī)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(diào)制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻率調(diào)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(gòu)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(qū)動開關(guān)管 Q1。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 9 信號采集處理電路 實(shí)時(shí)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(fù)極IbatVCC 圖 電池電壓直接接到單片機(jī) A/D 接口，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換和單片機(jī)運(yùn)算處理得到測量電壓值。本設(shè)計(jì)充電電流流經(jīng) ，得到電壓采用運(yùn)算放大器 LM358，把電流取樣電壓放大 21 倍后送到單片機(jī) A/D 接口進(jìn)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(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后給單片機(jī)進(jìn)行處理。 單片機(jī)選型 對于單片機(jī)型號，最熟悉的就是 C51 系列，其中包括 AT89C51， AT89C52 在AT89C51 的基礎(chǔ) 上有些改進(jìn)，但是聽有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)說以型號 AT 開頭的的單片機(jī)在燒寫程序時(shí)不容易進(jìn)行燒寫，于是考慮采用以型號是以 STC 為開頭的單片機(jī)，通過查資料了解發(fā)現(xiàn) STC89C52 在功能上與 AT89C52 相似，為此，本設(shè)計(jì)單片機(jī)采用STC89C52 型號單片機(jī)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 10 單片機(jī) STC89C52介紹 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)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(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)），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(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz，6T/12T 可選。 STC89C52 單片機(jī)引腳圖如下圖 所示。 圖 單片機(jī)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 11 P0端口（ ～ ， 39～ 32引腳）： P0口是一個(gè)漏極開路的 8位雙向 I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動 8個(gè) TTL負(fù)載，對端口 P0寫入 “1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。 P1端口（ ～ ， 1～ 8引腳）： P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫入 1時(shí)，通過內(nèi)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(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動 （吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫入 1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引腳）： P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。 P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。對端口寫入 1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。 P3做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個(gè)電流。 在對 Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)， 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(shí)，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在 Flash編程時(shí)，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(shí)，將內(nèi)部鎖定位 RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)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(nèi)部時(shí)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 12 單片機(jī)電路 單片機(jī)復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位電路， 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，按下復(fù)位鍵可使系統(tǒng)重啟，單片機(jī)復(fù)位電路如圖 所示。 2KR210uFC3S1VCCRST 圖 系統(tǒng)正常工作時(shí)，電源給電解電容充電，電解電容儲有電能，單片機(jī)復(fù)位端口電瓶為低，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)復(fù)位端口電平變?yōu)楦撸瑔纹瑱C(jī)采集到信號后復(fù)位。 單片機(jī)時(shí)鐘電路 單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動下的時(shí)序邏輯電 路 ,單片機(jī)在工作過程中 ,所有工作都是在時(shí)鐘信號控制下進(jìn)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(shí)鐘信號一般為 12MHZ 的方波 。 單片機(jī)時(shí)鐘電路如下圖 所示 30pFC230pFC112CAYXTALX1X2 圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 13 單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，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(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程中應(yīng)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(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，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。 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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 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)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式： 獨(dú)立按鍵； 矩陣編碼鍵盤。獨(dú)立按鍵的每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口上，獨(dú)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。 按鍵接線圖如下圖 所示。 S2SWPBVCC10R17 圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 15 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開的，當(dāng)我們按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會一下子斷開。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開的瞬間均伴 隨有一連串的抖動，抖動時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)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(shí)間的長短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 在本設(shè)計(jì)中設(shè)置