【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 極管全橋式整流后電路可得到 9V 電壓， 然后經(jīng)三端穩(wěn)壓器 LM7805 得到 +5 V的電壓。如圖 100pFC16100pFC13100pFC14100pFC15D41N4007D21N4007S?SWPBVin VoutGND7805Volt RegD11N4007D31N4007T1Trans IdealVCCGND12P4220V 圖 5V 電源原理圖 轉(zhuǎn)換芯片的對(duì)比和選擇 現(xiàn) 在使用的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片有很多，選擇一種性能好的并且價(jià)格便宜的芯片。對(duì)設(shè)計(jì)很有必要，不但能夠使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，而且更加實(shí)用容易得到推廣。 8 ADC0809 是美國(guó)國(guó)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。 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的有效數(shù)據(jù)信號(hào)，選擇其一 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。具有轉(zhuǎn)換起暫停和開(kāi)始控制端，A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s(時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) )， 130μ s（時(shí)鐘為 500kHz 時(shí)），單個(gè) +5V電源供電。模擬部分輸入電壓范圍為 0～ +5V，可以不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)， A/D轉(zhuǎn)換器工作溫度范圍 40～ +85 攝氏度，低功耗約 15MW。 ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片， 8 位分辨率，雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換，輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容， 5V電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間，工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μ S，一般功耗僅為 15mW。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片，其最高分辨可達(dá) 256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。 PCF8591 芯片是一個(gè)貼片集成、獨(dú)立供電、低功耗和 8bit CMOS 有效數(shù)據(jù)獲取貼片。 PCF8591 芯片具有 4 個(gè)模擬輸入端、 1 個(gè)模擬輸出端和 1 個(gè)串行 I2C總線接口。 PCF8591 的 3 個(gè)地址引腳 A0、 A1 和 A2 可用于硬件地址編程，可以在同個(gè) I2C 總線上接入 8 個(gè) PCF8591 轉(zhuǎn)換器件，而無(wú)需外接硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址，控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向 I2C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 PCF8591 的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、 8bit 模數(shù)轉(zhuǎn)換和8bit 數(shù)模轉(zhuǎn)換。 PCF8591 的最大轉(zhuǎn)化速率由 I2C 總線的最大速率決定。 本系統(tǒng)要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。 ADC0809 是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片， DAC0832 數(shù)模芯片，但這兩塊芯片要控制端口多。所以它們要占用的系統(tǒng) IO 端口和 IO 端口復(fù)用的情況比較復(fù)雜。不利于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，而且容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。并且 ADC0809 正常工作還要外接時(shí)鐘脈沖，比較麻煩。但是 PCF8591 是模數(shù)和數(shù)模集成于一塊芯片上，工作時(shí)不用外 接時(shí)鐘，使用的是 IIC 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，所以占用系統(tǒng)的 IO 端口比較少。因此本設(shè)計(jì)選擇 PCF8591 器件。 9 第 3 章 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 主控制器模塊 本設(shè)計(jì)采用 STC89C52RC 芯片為主控電路，如圖 所示。該芯片正常工作電壓為 +5V，支持的最高時(shí)鐘頻率為 80MHz，程序存儲(chǔ)器為 8KB,RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為 512B,內(nèi)置看門(mén)狗電路，支持 ISP/IAP。本單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1 超低功耗。 ① 掉電模式：典型功耗為 ,可由外部 中斷喚醒，中斷指令返回后，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。 ② 空閑模式：典型功耗為 2mA。 ③ 正常工作模式：典型功耗為 4mA7mA。 2 超強(qiáng)抗干擾。 ① I/O 口、電源、時(shí)鐘、看門(mén)狗、復(fù)位電路都抗干擾特殊處理。 ② 寬電壓，不怕電源抖動(dòng)，工作電壓范圍為 – 6V。 ③ 高抗靜電，輕松過(guò) 500V。 圖 STC89C52RC 芯片引腳 圖 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 l 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 10 l 1000 次擦寫(xiě)周期 l 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz l 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 l 32 個(gè)可編程 I/O 口線 l 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 l 八個(gè)中斷源 l 全雙工 UART 串行通道 l 低功耗空閑和掉電模式 l 掉電后中斷可喚醒 l 看門(mén)狗定時(shí)器 l 雙數(shù)據(jù)指針 l 掉電標(biāo)識(shí)符 控制部分是系統(tǒng) 整機(jī)核心部分為電路實(shí)現(xiàn)智能化管理化，用 STC89C52RC 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能是其主要環(huán)節(jié)，采用單片機(jī)不但方便數(shù)控，并且減少硬件。電路圖如圖 : 11 圖 單片機(jī)智能系統(tǒng) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) CPUA內(nèi)部復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中所用的 MCS51系列單片機(jī)采用高電平復(fù)位的工作方式，在高電平復(fù)位脈沖有效信號(hào) RST引腳輸入到內(nèi)部施密特觸發(fā)器整形后，再送到 CPU內(nèi)部復(fù)位工作電路中。 CPU在每一個(gè)機(jī)器周期指令內(nèi)的 S5P2相采樣施密特觸發(fā)器的輸出端口，若施密特觸發(fā)器的輸出端口為高電平，則強(qiáng)迫單片機(jī) 的機(jī)器工作進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。為了保證 CPU內(nèi)部各個(gè)單元電路可靠和準(zhǔn)確復(fù)位， RST引腳復(fù)位脈沖有效高電平信號(hào)維持時(shí)間必須大于等于 2個(gè)機(jī)器周期為準(zhǔn)（即 24個(gè)振蕩周期 ） . 外部復(fù)位電路 本設(shè)計(jì)中可以采用 RC分立元件或微處理器監(jiān)控芯片，構(gòu)成 MCS51單片機(jī)的外部復(fù)位整體電路。對(duì)于本設(shè)計(jì)中采用 RC分立元件構(gòu)成 MCS51外部復(fù)位電路，電路 12 如圖 。 從圖 ，按下復(fù)位按鍵 K20 的時(shí)候，電容 C3通過(guò) R1在復(fù)位電路中放電，當(dāng)電容 C3放電結(jié)束后，單片機(jī) RST引腳電位由 R R2分壓比決定 。由于 R2R1,因此 RST引腳為高電平，此時(shí) CPU進(jìn)入復(fù)位工作狀態(tài)。松開(kāi)復(fù)位按鍵 K20后，電容C3開(kāi)始在復(fù)位電路中充電， RST引腳電位開(kāi)始下降，使單片機(jī) CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R1的作用，在于限制復(fù)位按鈕瞬間電容 C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，對(duì)整個(gè)電路造成損壞的影響，以保護(hù)按鈕的觸點(diǎn)，促使整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)電路穩(wěn)定有序可靠地工作。 單片機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，即進(jìn)入時(shí)序工作狀態(tài)，只要在單片機(jī)控制系統(tǒng)的 RST引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖信號(hào)以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù) 位，等到下一指令的開(kāi)始。為了保證應(yīng)用單片機(jī)控制系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，我們通常使 RST保持高電平狀態(tài)。只要 RST保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。 系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖 ： S11KR20100pFC1VCCRESET 圖 復(fù)位電路 振蕩電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)工作是在統(tǒng)一的脈沖控制指令下進(jìn)行的。這個(gè)脈沖就是由單片機(jī)芯片控制器的時(shí)鐘電路發(fā)出的，即時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片芯片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，為單片機(jī)正常工作提供所需的脈沖信號(hào)。單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的控制同步時(shí)序電 13 路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)與正常工作，電路 應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作直到完成指令的任務(wù)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作的時(shí)鐘信號(hào)。而時(shí)鐘電路又可以分為兩種類(lèi)型，即內(nèi)部時(shí)鐘工作方式和外部時(shí)鐘工作方式。 本文設(shè)計(jì)主要采用內(nèi)部時(shí)鐘工作方式，選擇此種方式時(shí)，單片機(jī)內(nèi)接一個(gè)高增益反向放大器構(gòu)成內(nèi)部振蕩器，提供工作時(shí)的即時(shí)脈沖信號(hào)。引腳 XTAL1和 XTAL2分別是此處放大器的輸入端和輸出端兩個(gè)端口。同時(shí)在 XTAL1和 XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖有效信號(hào)直接送入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。電容 C1和 C2通常選擇電容值大 小為（ 30＋或－ 10） pf左右的；而外接陶瓷諧振器時(shí)則選為 47pf左右。電容 C1和 C2對(duì)頻率有微調(diào)作用。為了減少寄生電容造成的不良影響，更好地保證振蕩器可靠穩(wěn)定地工作，諧振器和電容應(yīng)安裝得與單片機(jī)芯片盡可能的靠在一起。內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)際上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，該二分頻為單片機(jī)提供一個(gè)二相的時(shí)鐘信號(hào)即相位信號(hào) 1（ P1）和相位信號(hào) 2（ P2），驅(qū)動(dòng) CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。這里我們采用的是 12MHz的晶振，也就時(shí)說(shuō)單片機(jī)芯片的時(shí)鐘周期為 1/12uS，指令的周期為 1uS。晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越 高，如圖 。 圖 STC89C52 的振蕩電路 微處理器與 MAX232 連接電路設(shè)計(jì) STC89C52 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。 MAX232 的第 10 腳和單片機(jī)的 11 腳連接，第 9 和單片機(jī)的1212MXTAL30pFC1Cap30pFC2CapXTAL2XTAL1 14 10 腳連接。（三孔接線座的 1 腳接地， 2 腳接 RXD， 3 腳接 TXD）就可以直接用串口線，將開(kāi)發(fā)板與計(jì)算機(jī)串口相連，使用 STC_ISP 下載軟件，將寫(xiě)好的程序直接下載到 STC89C52 里面。單片機(jī)與 MAX232 的電路連接原理圖如圖 所 示： 充電器電源部分設(shè)計(jì) PCF8951的芯片簡(jiǎn)介 PCF8591 芯片是一個(gè)貼片集成、獨(dú)立供電、低功耗和 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。 PCF8591 芯片具有 4 個(gè)模擬輸入端、 1 個(gè)模擬輸出端和 1 個(gè)串行 I178。C 總線接口。PCF8591 芯片的 3 個(gè)地址引腳 A0、 A1 和 A2 端可用于硬件地址編程，可以在同個(gè) I178。C 總線上接入 8 個(gè) PCF8591 轉(zhuǎn)換器件，而無(wú)外接其他硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的地址、控制和有效數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向 I178。C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 PCF8591 的功能包括多路 模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、 8bit 模數(shù)轉(zhuǎn)換和 8bit 數(shù)模轉(zhuǎn)換。 PCF8591 的最大轉(zhuǎn)化速率由 I178。C 總線的最大速率決定。其引腳圖如圖 ： 15 C1+1VS+2C13C2+4C25VS6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U2MAX232N12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1STC89C5220UFC6Cap Pol230pfC430pFC52KR8Res212Y2S1SWPBVCC+5V+5V104C1Cap104C2Cap104C3Cap104C4Cap 圖 與單片機(jī)接口的連接電路 圖 引腳圖 PCF8951 的引腳說(shuō)明 AIN0～ AIN3：模擬信號(hào)輸入端。 A0～ A3：引腳地址端。 16 VDD、 VSS：電源端。 （ ～ 6V） SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、 時(shí)鐘線。 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘 輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) EXT 接地。 AGND：模擬信號(hào)地。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 VREF：基準(zhǔn)電源端 PCF8951 的特性 單獨(dú)供電。 PCF8591 的操作電壓范圍 低待機(jī)電流 通 過(guò) I178。C 總線串行輸入 /輸出 PCF8591 通過(guò) 3 個(gè)硬件地址引腳尋址 PCF8591 的采樣率由 I178。C 總線速率決定 4 個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 自動(dòng)增量頻道選擇 PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 1 8bit 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器 1通過(guò) 1 路模擬輸出實(shí)現(xiàn) DAC 增益 充電器的電源電路圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能充電器的電源部分，采用的是一塊 PCF8591 芯片。以這塊芯片為設(shè)計(jì)核心，把這塊芯片的數(shù)模轉(zhuǎn) 換部分輸出的電壓，作為充電裝置的恒定充電電壓；這塊芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分，采集充電裝置上的電壓值，從而來(lái)判斷電池是否充滿電，若充