【文章內(nèi)容簡介】 P145P15/MOSI6P16/MISO7P17/SCK8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P20(A8)21P21(A9)22P22(A1023P23(A11)24P24(A12)25P25(A13)26P26(A14)27P27(A15)28PSEN29ALE/P30P31/TXD11P30/RXD10 圖 31 STC89C52 引腳圖 這里僅詳細(xì)介紹編程引腳： （ 1） RST：復(fù)位輸入。 晶振工作 時， RST 引 腳持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 （ 2） ALE/ PROG ：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 (PROG )也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的 振蕩 頻率輸出脈沖，可作為外部定時器或時鐘使用。 如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1” ， ALE 操作將無效。這一位置 “ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標(biāo)志位 (地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位 )的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 （ 3） PSEN ：外部程序存儲器選通信號 (PSEN )是外部程序存儲器選通信號。 當(dāng) STC89C52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 （ 4） EA /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接VCC。在 flash 編 程 期間， EA也接收 12 伏 Vpp 電壓。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路 單片機(jī)是系統(tǒng)的主控芯片，為了使整個電路得到很好的控制，首先必須構(gòu)建最小系統(tǒng)是單片機(jī)可以工作起來。本設(shè)計 單片機(jī) 最小系統(tǒng)擴(kuò)展 電路包括上電復(fù)位電路， 時鐘電路 ， 工作 指示燈 和蜂鳴器報警電路等。 （ 1）時鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入端 和輸出端分別是引腳 XTAL1 和 XTAL2，在 XTAL1 和 XTAL2 上外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路， CPU 的所有操作均在時鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ~12MHz 之間選取。時鐘電路如圖 32 所示。 電路中 C C7 是反饋電容，其值在 5pF~30pF 之間選取 ， 本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 。 （ 2）復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 單片機(jī)的復(fù)位電路 如圖 33 所示。本系統(tǒng)采用的是上電 +電平按鈕復(fù)位，上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。按鈕復(fù)位是當(dāng)按鈕按下后，第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 電源通過電阻 R14 施加到復(fù)位端上，實現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位。 復(fù)位電路雖然簡單，但其作用非常重要。一個單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視 RST 引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出 (瞬時的 )，還可以通過改變復(fù)位電路 電阻和電 容值進(jìn)行實驗。 12C633PFC733PFXTAL1XTAL2C810uFR1510KVCCRESTR141KS1SWPB 圖 32 時鐘電路 圖 33 復(fù)位電路 （ 3）工作狀態(tài)指示燈電路 本設(shè)計可以時刻檢測蓄電 池電壓，為了更好的進(jìn)行監(jiān)控，要對整個電路的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，這是很有必要的。工作狀態(tài)指示燈電路如圖 34 所示。其中LED1 為正常充電指示燈， LED2 為過壓指示燈， LED3 為欠壓指示燈。串聯(lián)的電阻的目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流太大而將其燒毀。 （ 4）蜂鳴器報警電路 報警電路采用蜂鳴器來發(fā)出報警聲音，由于 STC89C52 輸出引腳 的驅(qū)動能力較弱，所以蜂鳴器要加三極管 進(jìn)行 驅(qū)動 。 在對蓄電池電壓 實時監(jiān)測的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測 電壓 值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動自身報警電路，即當(dāng) 電壓 超過 程序 設(shè)定的最高 值 或最低 值 時， 單片機(jī)的 引腳 (beep 端 )輸出低電平， 三極管 隨之 導(dǎo)通， 驅(qū)動 蜂鳴器發(fā)出報警信號。 蜂鳴器報警 電路圖如圖 35 所示 。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 330R23LED1LED2LED3330R24330R25VCCLED1LED2LED3 LS1BellVCCQ5NPN85501KR26beep 圖 35 工作狀態(tài)指示燈電路 圖 35 蜂鳴器報警電路 充放電電路 充放電 電路 如圖 36 所示，電路 由防反充二極管 D濾波電容 C4 和 C穩(wěn)壓管 D 續(xù)流二極管 D MOSFET 管 Q1 和 Q2 等構(gòu)成。二極管 D1 是為了防止 反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池 板 的電壓時， D1 就生效 ，可以防止蓄電池電流流向太陽能電池板 。 分析可知， 通過控制 MOSFET 管 閉合和 斷開 的時間（即 PWM—脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。所使用的MOSFET 是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動功率較小。而且 MOSFET 只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時間，因而開關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關(guān)。設(shè)計中采用 IRL2703 N溝道 MOSFET 管， N 溝道 MOSFET 的導(dǎo)通電壓 Vth0。 當(dāng)光耦 U2 斷開 時，由于 Q1 的 G 極電壓 接近蓄電池電壓 ， S 極是接地，使得 Vgs0，當(dāng) G 極電壓達(dá)到一定值時， Q1 導(dǎo)通 。電容 C4 是太陽能電池板輸出電壓濾波，使得更穩(wěn)定地給蓄電 池充電。電容 C5 是對蓄電池輸出電壓進(jìn)行濾波，以保證負(fù)載供電電路的穩(wěn)定性。圖中穩(wěn)壓管 D2 用來對蓄電池進(jìn)行穩(wěn)壓作用。當(dāng)用戶將蓄電池反接至控制器時，續(xù)流二極管 D3 可以進(jìn)行續(xù)流，從而保護(hù)控制器不被毀壞。 按程序設(shè)計當(dāng)檢測到蓄電池的電壓低于 12V，充電模式為均充， Q1 為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測到蓄電池的電壓在 ， 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 太陽能電池板20KR210KR4100uFC4100uFC5D212v15VDCQ1MOSFETNQ2MOSFETND11N4148D31N4148BT1Battery20KR310KR51KR1PV+K1ADIN充電電路開關(guān)蓄電池電壓采集放電電路開關(guān)K2DS4LampBAT+BATPV 圖 36 充放電電路 充電模式為浮充， Q1 導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小 ， 當(dāng)檢測到蓄電池的電壓等于 15V 左右 ， Q1 截止 使 充電停止 ，同時 Q2 也關(guān)閉來關(guān)斷負(fù)載 。當(dāng)檢測 到蓄電池的電壓低于 ， Q2 關(guān)閉停止放電 ，關(guān)斷負(fù)載來實現(xiàn)欠壓關(guān)斷。 光耦 驅(qū)動 電路 為了增加系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計用光電耦合器實現(xiàn)單片機(jī)控制電路和充放電電路的隔離。光耦驅(qū)動電路如圖 37 所示。 M0S 管 Q1 控制著充電電路， 當(dāng) 充電控制 信號 PWM 為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零， 右側(cè)三極管不導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān) ―斷開 ‖，輸出端 K1 被抬高，電阻 R9 右側(cè)被穩(wěn)壓管 D2 穩(wěn)壓到 12V 左右， MOSEFT 的 Vgs0， MOS 管Q1 開啟，太陽能極板開始對蓄電池充電； 當(dāng) 充電控制器信號 為高 電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光， 三極管導(dǎo)通， 輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān) ―接通 ‖，此時從 U2 輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端， K1 處的電壓接近為零，MOSEFT 的 Vgs0， Q1 截止，充電電路關(guān)斷 。 這就是充電電路原理。 M0S 管Q2 控制著放電電路，其原理與 Q1 相似。 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 1243U2Q817Q3NPN805010KR7500R610KR8200R9VCC(5V)PWMPV+K11243U3Q817Q4NPN805010KR11500R1010KR12200R13VCC(5V)FUZAIBAT+K2 圖 37 光耦驅(qū)動電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本系統(tǒng)設(shè)計的 STC89C52 單片機(jī)沒有內(nèi)置的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，因此 需要先 采集 蓄電池 的電壓 ，然后 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換才可接入單片機(jī)。 市場中集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器品種很多，選用時需要綜合考慮各種因素進(jìn)行 選取。一般逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器用到較多，本 設(shè)計采用 8 位并 行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0804。因為蓄電池電壓的采集轉(zhuǎn)換在系統(tǒng)中極為重要，所以下面對所選 ADC0804 芯片及在本系統(tǒng)中是典型連接電路予以介紹。 ADC0804 的簡介 AD 轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換， 顧名思義，就是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 AD轉(zhuǎn)換器最主要的技術(shù)參數(shù)是轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換精度，由于逐次比較型兼有并行 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度高和雙積分型轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點，所以得到普遍應(yīng)用。 ADC0804就是這類集成 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ADC0804 為一只具有 20 引 腳 并行 8 位 CMOS 工藝逐次比較型 的 集成 A/D 轉(zhuǎn)換器， 其規(guī)格如下： 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 (1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 ， 分辨率： 8 位 (0~255) (2) 存取時間： 135 us ； 轉(zhuǎn)換時間： 100 us (3) 總誤差： 正負(fù) 1LSB (4) 工作溫度： 0 度 ~70 度； (5) 模擬輸入電壓范圍： 0V~5V (6) 參考電壓： ； 工作電壓： 5V (7) 輸出為 三態(tài)結(jié)構(gòu)，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。 ADC0804 引腳 圖如圖 38 所示，其各個引腳的 功能 ： CS — 芯片片 選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器別選中，可啟動工作。 RD— 外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。 RD為 1 時， DB0~DB7 處理高阻抗： RD 為 0 時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。 WR — 用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（ CS =0 時），當(dāng) WR 由 1 變?yōu)? 0 時，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) WR 回到 1 時，轉(zhuǎn)換正式開始。 圖 38 ADC0804 引腳圖 CLK IN— 時鐘信號輸入端 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 CLK R：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端，與 CLK 配合可有芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（ ） INTR — 中斷請求信號輸出 ,端，低地平動作 .，表明本次轉(zhuǎn)換已完成。 VIN(+) VIN() —— 差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓 時 , VIN()接地 :而差動輸入時 , 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND—— 模擬信號以及數(shù)字信號的接地 . VREF/2— 參考電平輸入，決定量化單位。 DB0~DB7— 三態(tài)特性數(shù)字信號輸出端 . VCC: 電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓 . ADC0804 外圍接線電路 （ 1） 電壓采集電路 如 圖 39 所示，電壓采集電路使用兩個串聯(lián)的電阻，大小比例為 2:1，然后并聯(lián)在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為 ADIN，當(dāng)蓄電池充滿電時電 壓大概為 ，計算出采集到的電壓為，符合 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的 ADC0804 的輸入值。 BT1Battery20KR310KR5ADINBAT+BAT 圖 39 電壓采集電路 （ 2） ADC0804 構(gòu)成的典型 A/D 轉(zhuǎn)換電路 第三 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 按照芯片手冊中 ADC0804 的典型接法，系統(tǒng)中設(shè)計的 A/D 轉(zhuǎn)換電路如 311所示。單片機(jī)的 引腳，用來實現(xiàn)片選； RD、