【文章內(nèi)容簡介】 動，太陽光強(qiáng)時太陽能電池板電壓會偏高一些，太陽光強(qiáng)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(shè)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(yīng)用電路如下圖 所示。 圖 LM7805 穩(wěn)壓電路圖中 CC7 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， ；在輸出端接電容 CC6 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 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(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，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（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計8 充電主電路的設(shè)計 充電主電路如下圖 所示，充電主電路采用 DC/DC 變換電路。圖 電池充電電路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（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)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 10KR782LM35+圖 電流取樣處理電路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)運算處理得到測量電壓值。本設(shè)計充電電流流經(jīng) 取樣電阻，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(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)驗的同學(xué)說以型號 AT 開頭的的單片機(jī)在燒寫程序時不容易進(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（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計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， 看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)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(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?？臻e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(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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 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）：電源電壓河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計11VSS（20引腳）：接地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(qū)動8個TTL負(fù)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(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TTL輸入。對端口寫入1時，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TTL輸入。對端口寫入 1時，通過內(nèi)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(nèi)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(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TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)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(nèi)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(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（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計12 單片機(jī)電路 單片機(jī)復(fù)位電路本設(shè)計復(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，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。 2KR10uFC3SVT圖 按鍵復(fù)位電路系統(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(jī)復(fù)位端口電瓶為低，當(dāng)按鍵被按下時，單片機(jī)復(fù)位端口電平變?yōu)楦?，單片機(jī)采集到信號后復(fù)位。 單片機(jī)時鐘電路單片機(jī)可以看成是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路,單片機(jī)在工作過程中,所有工作都是在時鐘信號控制下進(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。外部時鐘信號一般為 12MHZ的方波。單片機(jī)時鐘電路如下圖 所示 pAYXL河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計13圖 單片機(jī)時鐘電路 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?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。其內(nèi)部有一個 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進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)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(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，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 +G 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，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 上的一河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計14路模擬量輸入。通道選擇表 1 所示。C B A 選擇的通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 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，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，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，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 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)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(jī)應(yīng)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(jī)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。按鍵接線圖如下圖 所示。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計15圖 按鍵電路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是斷開的，當(dāng)我們按壓按鈕時，由于機(jī)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。因而機(jī)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(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(shè)計中設(shè)置按鍵個數(shù)為 3 個，其中一個作為按鍵復(fù)位用；一個作為電壓選擇用，本設(shè)計提供 3V、 四種電壓值的循環(huán)，可以通過“電壓選擇”鍵選擇某一電壓值作為輸出；另一個作為開始充電用，裝上電池要對電池進(jìn)行充電時按下“開始充電”鍵，系統(tǒng)開始對對鋰電池進(jìn)行充電。故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度。 數(shù)碼管顯示電路LED 數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管顯示電路如圖 所示 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計16圖 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計采用 4 位 LED 數(shù)碼管段數(shù)為 7 段另加一個小數(shù)點即 8 段數(shù)碼管，數(shù)碼管有共陰和共陽兩種，本設(shè)計使用共陰數(shù)碼管，8 段發(fā)光二極管的陰極接在一起接地，若某段發(fā)光二極管的陽極為高電平，則該段二極管被點亮。設(shè)計時可根據(jù)需要顯示的數(shù)字讓某一組合的數(shù)碼管的陽極置高。 鋰電池充電原理鋰電池額定電壓視生產(chǎn)廠家的不同而不同，有 和 兩種；額定容量C 從幾百毫安時到幾安時；充電終止電壓根據(jù)樣機(jī)材料有 和 兩種；充電電流常以 C 的百分比來衡量，充電電流過小會導(dǎo)致充電時間過長，充電電流過大會使電池過熱，導(dǎo)致電池?fù)p壞。本設(shè)計根據(jù)鋰電池的充電特點，采用由預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電、涓流充電四階段組成的充電模式。鋰蓄電池的充電特性曲線如圖 所示：圖 鋰電池充電特性曲線 為保證安全充電，開始充電時若鋰電池電壓 VBAT，則以 IPRE（一般取 A）的小電流對其進(jìn)行充電；當(dāng)電池電壓 VBAT 后，則以 IREF（ A）的恒流進(jìn)行充電；當(dāng) VBAT上升至 VREF時，轉(zhuǎn)入恒定電壓充電階段；隨著電池電量的不斷升高，充電電流逐漸降低，當(dāng)充電電流小于 IFULL后，電池電量全部恢復(fù)，充電過程結(jié)束。為克服電池自放電，系統(tǒng)繼續(xù)以 IFULL的電流進(jìn)行涓流充電。C 為電池容量。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計174 基于單片機(jī)