【文章內(nèi)容簡介】 輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表22所示。表22 P3口第二功能端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0（定時/計數(shù)器0外部輸入）T1（定時/計數(shù)器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的l/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP 外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 本系統(tǒng)控制算法的確定因為蓄電池內(nèi)部阻抗與蓄電池的容量及完好性有著密切的關(guān)系，蓄電池的性能可以通過蓄電池內(nèi)阻精確體現(xiàn)出來，一般而言，蓄電池的容量越大，內(nèi)阻就越小，因此可以通過蓄電池內(nèi)阻的測量，對蓄電池的容量進行在線評估。目前，內(nèi)阻測量常見方法主要有：密度法、直流法和交流法。(1) 密度法密度法主要通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)租，常用于開口式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量，顯然不適合密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量。(2) 直流法一種方法是如果蓄電池的開路電壓是E，在輸出電流為I時蓄電池端電壓為V，則蓄電池內(nèi)阻RS=(EU)/I。這種方法雖然和簡單，并且可以應(yīng)用于不同類型的蓄電池，但是由于(EU)除了包含歐姆極化之外還有活化極化和濃差極化，所以用此方法測得的蓄電池內(nèi)阻并不是蓄電池的歐姆電阻。此外，由于活化極化和濃差極化并不與輸出電流呈線性關(guān)系，因此在不同輸出電流時測得的蓄電池內(nèi)阻也不同。另一種方法是通過對蓄電池進行瞬間大電流放電(一般為幾十或上百安培)放電，測量蓄電池上的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出蓄電池內(nèi)阻。這種方法在實踐中得到了廣泛的應(yīng)用，但是直流法存在著缺陷：測量必須在靜態(tài)或脫機的情況下進行，無法實現(xiàn)在線測量，同時也帶來設(shè)備運行安全性的隱患；大電流放電會對蓄電池造成較大損害，另外會增加設(shè)備維護的工作量，影響日常維護的便捷性。(3) 交流法這種方法是通過對蓄電池注入一個低頻交流電流信號，測出蓄電池兩端的低頻電壓幅度V0和流過的低頻交流電流幅度IS以及兩者的相位差α，根據(jù)公式：Z=V/I，R=∣Z∣ COSα=V0COSα/I，從而計算出蓄電池的等效內(nèi)阻。交流法由于無需放電，不用處于靜態(tài)或脫機，可以實現(xiàn)安全在線監(jiān)測管理，避免了對設(shè)備運行安全性的影響。同時施加的低頻信號頻率非常之低，施加的交流電流也非常小，不會對蓄電池的性能造成影響并且不需要負載箱。但是蓄電池的交流阻抗等效電路極其復(fù)雜，至今尚無法從理論上精確的解決，因而交流法測內(nèi)阻有時也是不準(zhǔn)確的。而且受外來而且受外來噪聲的干擾比較嚴(yán)重。 內(nèi)阻與電動勢的測量變電站中蓄電池組通常是處于浮充電狀態(tài)其充電主回路如21圖所示。圖21蓄電池組充電主回路本題目所設(shè)計的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)對蓄電池的內(nèi)阻和電動勢測量采用了一種特殊的直流檢測法。其電路原理圖如圖22。圖22測量原理圖(Z截止)其中，Ri為蓄電池內(nèi)阻，Ei為蓄電池電動勢，由圖23可知，當(dāng)Ti截止時，有： Ui1I1Ri=Ei ()圖23測量原理圖(Z導(dǎo)通)由圖可知，當(dāng)Ti導(dǎo)通時，有：I21=UC/R* ()I22=I2I21 ()Ui2I22Ri=Ei ()由此可得方程：Ui1I1Ri=Ei ()Ui2I22Ri=Ei ()（120）—（121）可得：Ui1Ui2=( I1I22)Ri ()Ri= (Ui1Ui2)/( I1I22) ()Ei = Ui1 I1 (Ui1Ui2) /( I1I22) ()由此可求出蓄電池的內(nèi)阻和電動勢?？梢钥闯觯枰獪y量的量有端電壓UiUi2，晶體管導(dǎo)通時電壓UC，電流I I2。在蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)中，晶體管的導(dǎo)通由單片機來控制。上述測量是在蓄電池處于充電狀態(tài)時完成的，則電流方向為正。當(dāng)蓄電池處于放電狀態(tài)時其電流方向為負，對兩組并聯(lián)在一起的蓄電池組的內(nèi)阻ΣRi，電動勢ΣEi，做不同的處理時，可出現(xiàn)不同的情況。甚至在某些情況下，一方可能成為另一方的負載。因此，在各組加電流傳感器，測量各自電流。一般在放電狀態(tài)，不檢測Ei，Ri只檢測Ui，以避免增加蓄電池的負擔(dān)，如同樣要檢Ei，Ri，選擇好電壓、電流的參考方向，前式仍然有效。注：精密電阻R*的選取。為了使R*起到一定的分流作用，必須選擇合適的電阻值。一般情況下以為12V或者24V，則有：(1) 取I21為500mA[或1A]則R*=Ui/I21=12/=24Ω 或R*= Ui/I21=24/=48Ω電阻瓦數(shù)：I2R =UI=12=6W 或I2R =UI=24=12W(2) 取I21為200mA則R* =Ui/I21=12/=60Ω 或R*=24/=120Ω電阻瓦數(shù)：I2R =UI=12= 或I2R =UI=24=在使用的時候采用多個電阻并聯(lián)，來減小系統(tǒng)誤差。因為測量的時候時間很短，電阻的值會因電阻的發(fā)熱而變化。 蓄電池溫度的測量采用DSl8820數(shù)字溫度傳感器貼于蓄電池外殼進行測量。 蓄電池組端電壓的測量測量采用電阻分壓，線性光耦隔離的方式進行測量。 本章小結(jié)本章從該系統(tǒng)監(jiān)測原理、控制算法、測量方法及主控芯片等幾個方面進行了詳盡的闡述，即解決了上一章提出的問題，又為下一章硬件的設(shè)計提供了依據(jù)。第3章 硬件電路設(shè)計本文為基于單片機的能量回饋控制系統(tǒng)設(shè)計了硬件電路，采用了功能模塊化設(shè)計方法。將電路按其所實現(xiàn)的功能劃分為單片機最小系統(tǒng)、能實現(xiàn)特定功能的子電路，繪圖采用程序原理圖設(shè)計，對子電路分別進行繪制，這樣做的好處是使電路更加清晰明了，層次突出，方便硬件電路的調(diào)試及排錯。此外，模塊化設(shè)計是一種先進的設(shè)計理念，符合自頂向下的工程設(shè)計理念。 總體硬件電路設(shè)計溫度測量量本文為基于單片機的能量回饋控制系統(tǒng)設(shè)計了硬件電路，采用了功能模塊化設(shè)計方法。將電路按其所實現(xiàn)的功能劃分為單片機最小系統(tǒng)、能實現(xiàn)特定功能的子電路，繪圖采用程序原理圖設(shè)計，對子電路分別進行繪制，這樣做的好處是使電路更加清晰明了，層次突出，方便硬件電路的調(diào)試及排錯。此外，模塊化設(shè)計是一種先進的設(shè)計理念，符合自頂向下的工程設(shè)計理念，形成了如下圖31整體設(shè)計框架。AT89C52單片機RS485 蓄電池組測量電路多路開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換液晶顯示鍵盤31 系統(tǒng)硬件電路框圖可以看出，系統(tǒng)中包含了如下功能模塊：(1) 微處理器AT89C52單片機(2) 測量電路(3) A/D轉(zhuǎn)換電路(4) 鍵盤輸入電路(5) 液晶顯示電路(6) RS485通訊電路下面將對各部分電路進行單獨的詳細分析和說明。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機要想工作必須要在XTAL1和XTAL2端口加晶振電路，單片機工作速度也是由晶振電路決定的。典型的晶振電路如圖32所示。圖32 晶振電路 圖33 微分型復(fù)位電路在晶振電路中，電路中電容C3和C4對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍30177。10pF；石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。其結(jié)果只是機器周期時間不同，影響記數(shù)器的記數(shù)初值和運算速度。單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地。晶振電路已經(jīng)在上一節(jié)介紹了，下面簡單介紹下復(fù)位電路、電源、接地。(1) 復(fù)位電路論文采用微分型復(fù)位電路，電路圖如圖33所示。工作原理：高電平為例，電源上電時，VCC可以認(rèn)為一階躍信號復(fù)位端電壓是由于下拉電阻R1在CPU復(fù)位端引起的電壓值。但在實際應(yīng)用中，VCC不可能為理想的階躍信號。其主要原因有兩點：（1）穩(wěn)壓電源的輸出開關(guān)特性；（2）我們通常在設(shè)計電路時，為保證電源電壓穩(wěn)定性，往往在電源的輸入端并聯(lián)一個大電容，從而導(dǎo)致了VCC不可能為階躍信號特征。從而影響了的復(fù)位電壓的復(fù)位特性。(2) 電源、接地單片機AT89C52所選用的是+5V的電源，可直接由穩(wěn)壓電源提供，接地直接接GND。(3) 單片機最小系統(tǒng)由以上晶振電路、復(fù)位電路、電源、接地即可組成單片機最小系統(tǒng)如圖34所示。圖34 單片機最小系統(tǒng) 系統(tǒng)的監(jiān)測電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，該系統(tǒng)擁有10或20路相互獨立的測量通道。其中的每一路通道都被做成一個單獨的模塊，實際測量時只需插入即可實現(xiàn)測量。另外，系統(tǒng)具有校準(zhǔn)功能，這是通過一個穩(wěn)壓管LM336提供基準(zhǔn)電壓來實現(xiàn)的。根據(jù)測量原理設(shè)計測量模塊電路如圖35所示。圖35模擬測量電路由測量基本原理知，測量電路要測量的量為：電壓U、U，晶體管導(dǎo)通時電壓U，電流I 、I。因為蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)還具有校準(zhǔn)功能，還要測量基準(zhǔn)端壓U。單片機對測量模塊的控制信號有4個，其中控制信號A、B、C接在測量模塊上的光耦上，進行了隔離。其中控制信號A、B經(jīng)光耦后接到了多路開關(guān)CD4051的控制輸入端A、B上，來選通要測量的量(因只用到了3個輸入故控制輸入端C未用，接地)；控制端c經(jīng)光耦后接到一個PNP晶體管的基極以控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通與否。另一個控制信號控制光耦的+5V電源是否接通，這樣可以控制此測量模塊是否工作，實現(xiàn)了各通道的切換。多路開關(guān)CD4051的輸出經(jīng)射隨器后接到高速光耦上，進行隔離放大后接到A/D轉(zhuǎn)換電路進行A/D轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)、運算放大器和光耦都有12V供電，若測量的蓄電池是12V，則由蓄電池直接供電，若測量的蓄電池是24V，則經(jīng)過一個穩(wěn)壓電源器件7812，提供12V電源。測量模塊電路中并沒有電流和溫度的測量，電流的測量是采用電流傳感器對充/放流進行測量，測量的輸出接到電路板上的多路轉(zhuǎn)換器，選通后，進行A/D轉(zhuǎn)換。溫度的測量是由數(shù)字溫度傳感器DSl8820實現(xiàn)的，測量結(jié)果直接送入單片機內(nèi)部。 電壓、電流檢測電路設(shè)計測量電路輸出信號是模擬信號，要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能送到單片機進行處理。 (1) A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549的簡介模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)有以下幾點：分辨率、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、絕對精度、相對精度、穩(wěn)定時間和轉(zhuǎn)換速率等。綜合考慮系統(tǒng)要求和A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)，該蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)采用的是美國德州儀器公司生產(chǎn)的10位逐次逼近A/O換器TLCl549。它采用CMOS工藝，具有內(nèi)在的采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓、高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)誤差達到177。1LSB()。圖36是TLCl549的引腳圖，圖36 TLCl549引腳圖TLC1549各引腳及功能含義如下：ANALOG IN—模擬信號輸入。驅(qū)動源阻抗應(yīng)小于等于1KQ，外部驅(qū)動源的電流容量應(yīng)大于等于10mA。CS—片選信號。低電平有效。DATA OUT—轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。片選無效時，呈高阻態(tài)，片選有效時，在時鐘的作用下，將數(shù)據(jù)從高位到低位依次