【文章內(nèi)容簡介】 。然后單片機調(diào)整PWM輸出信號的占空比。這個脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號送給開關(guān)電源開關(guān)管，從而調(diào)節(jié)開關(guān)管在一個周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時間，從而實現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。當蓄電池充電滿后，由單片機輸出信號控制開關(guān)斷開電源，充電器便停止對蓄電池的充電。這是充電器目前比較新的一種方法，這種方案的特點是，技術(shù)比較復(fù)雜，單片機使用軟件來控制整個充電過程，使得充電的過程易于控制。方案圖如圖7所示：電源高頻變壓器繼電器開關(guān)管指示電路MCU蓄電池模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣電路 圖7 方案二（3）方案三：用VHDL設(shè)計實現(xiàn)。用VHDL設(shè)計主要是利用有限狀態(tài)機來實現(xiàn)。用狀態(tài)機來控制A/D采樣，包括將采得的數(shù)據(jù)存入RAM，整個采樣周期需要4至5個狀態(tài)即可完成。由FPGA代替PWM信號發(fā)生器輸出PWM波形控制開關(guān)管在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通與斷開。電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進行采樣，采樣信號分別送進模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將電壓和電流的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號送入FPGA，由FPGA的有限狀態(tài)機對數(shù)字信號進行分析和處理。然后FPGA調(diào)整PWM輸出信號的占空比。這個PWM信號送給開關(guān)電源開關(guān)管，從而便調(diào)節(jié)的開關(guān)管在一個周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時間，從而實現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。當蓄電池充電滿后，由單片機輸出信號控制開關(guān)斷開電源，充電電路便停止對蓄電池的充電。這是充電電路目前比較新的一種方法，這種方案的特點是，技術(shù)最復(fù)雜、使用VHDL編程較復(fù)雜，成本比上兩個方案都要高。FPGA的晶振頻率一般為幾十兆赫茲，故信號的采樣頻率高。在充滿電的情況下才會產(chǎn)生過充電的現(xiàn)象，減少蓄電池的損耗，延長蓄電池的壽命，方案圖如圖8所示：電源高頻變壓器開關(guān)管指示電路FPGA蓄電池模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣電路繼電器圖8 方案三綜合以上三個方案，方案一雖然所需的成本是最低，技術(shù)簡單、成熟，但是與本次題目的要求不甚相符。，并不是理想的設(shè)計方案。方案三需要的成本最高，技術(shù)復(fù)雜，編寫VHDL語言程序復(fù)雜，在此不選用這種方案。方案二成本比方案一略高一點，易于接受，而且編程沒有那么的復(fù)雜，在本次設(shè)計選擇此方案。4 充電電路的硬件設(shè)計 電路總體設(shè)計由市電送來的220V的交流電經(jīng)繼電器進行整流濾波，得到大約300V的直流電送入給脈沖變壓器，高頻變壓器的次級繞組輸出電壓為48V給蓄電池充電。在蓄電池的出口處分別的進行電壓和電流的采樣，采樣信號送入低通濾波器以濾掉諧波的干擾。低通濾波器輸出的信號送入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機可識別的數(shù)字信號送入單片機中。單片機通過軟件將送進來的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為實際值，并將它們與上一次的實際值進行比較，然后再調(diào)節(jié)輸出的PWM波形的頻率和占空比，并控制指示燈的亮滅來指示充電的過程。當單片機檢測到蓄電池充滿電時，控制繼電器斷開電源，停止充電。同時蓄電池通過DCDC變換器經(jīng)整流濾波后給單片機、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、指示電路和其它的電路提供電源。如圖9所示：交流220V繼電器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機（MCU）指示電路開關(guān)管DC—DC整流濾波直流5V電源高頻變壓器整流濾波電壓采樣低通濾波低通濾波蓄電池電流采樣圖9 電路總體設(shè)計方框圖 芯片選擇 AT89C51型單片機在本設(shè)計中控制部分的單片機是核心，它作為本系統(tǒng)的微控制器，負責整個系統(tǒng)的控制和監(jiān)控任務(wù). ATMEL公司生產(chǎn)的89系列單片機是市場上比較常見，也是比較具有代表性的MCS51單片機。其中AT89C51是我們在學(xué)習生活中常常用到或見到的，它的功能非常強大，在許多方面都得到應(yīng)用。（1）功能特性描述AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位[3]。（2）管腳說明AT89C51有兩種通用的封裝方式，一種是40腳的雙列直插（DIP）方式，另一種是44腳的PLCC方形貼片封裝方式。在本設(shè)計中采用DIP方式，其引腳功能如表2所示： 表2 AT89C51的引腳功能符號引腳功能P0口39~32P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載P1口1~8P1口是一個內(nèi)部有上拉電阻的8位準雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載，T2（），T2EX（）P2口21~28P2口為一個內(nèi)部有上拉電阻的8位I/O口。當CPU以總線方式訪問片外存儲器時，P2輸出高8位地址。作為一般I/O口使用時，為準雙向I/O口可驅(qū)動4個LS型TTL負載P3口10~17P3口內(nèi)部有上拉電阻的8位I/O口，還有一個全雙功能口。作為一般I/O口使用時，為準雙向I/O口可驅(qū)動4個LS型TTL負載RST9復(fù)位輸入，高電平有效。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間ALE30當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)29外部程序存儲器的選通信號31當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H~FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器XTAL119反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入XTAL218來自反向振蕩器的輸出VCC：40該引腳接5V電源正端VSS20該引腳接5V電源地端 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。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行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。（1）主要特性l 輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位l 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫薼 轉(zhuǎn)換時間為100μsl 單個＋5V電源供電l 模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準l 工作溫度范圍為40～＋85攝氏度l 低功耗，約15mW（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。如下圖所示： 圖10 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）外部特性ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能：l IN0～IN7：8路模擬量輸入端 l 21～28：8位數(shù)字量輸出端 l ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 l ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效 l START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換） l EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）l OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量l CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ l REF（+）、REF（）：基準電壓l Vcc：電源，+5Vl GND：地（4）ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示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。當OE輸入高電平 時，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。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 l 定時傳送方式 ：對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128μs，相當于6MHz的MCS51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 l 查詢方式 ：A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 l 中斷方式：把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收。 LM324是四運放集成芯片LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性[4]。它有5個引出腳，其中“+”、“”為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324本身具有許多特點，比如：一是具有短路保護輸出；二是真差動輸入級；三是可單電源工作；四是低偏置電流，最大為100nA；五是每個封裝含有四個運算放大器；六是具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?；七是共模范圍擴展到負電源；八是行業(yè)標準的引腳排列；九是輸入端具有靜電保護功能。LM324系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器。 由于