【導(dǎo)讀】立研究、撰寫的成果。設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料，均。對(duì)本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已。在文中作了明確說(shuō)明并表示了謝意。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。等復(fù)制手段保存本設(shè)計(jì)（論文）。

　　

【正文】 電路）； （ 11）時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器用戶在下載用戶程序時(shí)可選擇是使用內(nèi)部 R/C振蕩器還是外部晶體 /時(shí)鐘常溫下內(nèi)部 R/C振蕩器頻率為： 精度不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛袦仄?，?yīng)認(rèn)為是； （ 12）共 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； （ 13） PWM(4 位 )/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來(lái)在實(shí)現(xiàn) 4個(gè)定時(shí)器； （ 14） ADC， 10 位精度 ADC，共 8路； （ 15）通用異步串行口（ UART）； （ 16） SPI 同步通信口，主模式 /從模式 （ 17）工作溫度范圍： 0‐ 75℃ /40‐ +85℃； （ 18）封裝： PDIP— 28， SOP— 28， PDIP— 20， SOP— 20， TSSOP— 20， PLCC— 32 STC12C5410AD 單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（ RAM）、EEPROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 I/O 接口、 UART 接口和中斷系統(tǒng)、 SPI 接口、高速 A/D轉(zhuǎn)換模塊、 PWM（或捕捉 /比較單元）以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi) RC 振蕩器等模塊?？梢哉f(shuō) STC12C5410AD 單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測(cè)控系統(tǒng)。 STC12 系列單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu) STC 12 系列單片機(jī)是宏晶科技公司新的低功耗 16位 Flash單片機(jī)，它的 16級(jí)中斷、高效尋址方式、 10K大容量 Flash, EEPROM, A/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器 (PWM)等功能特點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合，因此具有很好的性價(jià)比和應(yīng)用適應(yīng)性。 STC12系列有 6種型號(hào) :分別是 STC12C5412AD、 STC12C5410AD、 STC12C5408AD、STC 12C5406AD、 STC 12C5404AD、和 STC 12C5402AD。它們區(qū)別在于 Flash 的容量大小，本設(shè)計(jì)所用到的 STC12C5412AD 的 Flash 容 量為 10K。該單片機(jī)的管腳齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 圖 32 STC12C5408DA管腳 STC12C5408DA 管腳說(shuō)明如圖 33 所示。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 33管腳說(shuō)明圖 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 基本配置： STC12C5412AD 單片機(jī)除了具有 STC12 系列單片機(jī)共有特點(diǎn)外，還具有一些自身特點(diǎn)，對(duì)其一些基本配置做以介紹 : （ 1） Flash 存儲(chǔ)器 STC12C5412AD Flash 存儲(chǔ)器為 l 0KB。 Flash 存儲(chǔ)器主要用作程序存儲(chǔ)，可經(jīng)計(jì)算機(jī)串口接口下載程序 。程序運(yùn)行時(shí)能對(duì)其中的 1 段或多段進(jìn)行擦 /寫操作，因此兼有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器功能 。 Flash 可用于程序數(shù)據(jù)保存，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)， Flash存儲(chǔ)器可以按字或字節(jié)讀寫，最小擦除單位為 1 段，經(jīng)過擦除的位為“ 1，寫入位為“ 0”。 （ 2）脈寬調(diào)節(jié)模式 (PWM) 所有 PCA模塊都可用作 PMW 輸出。輸出頻率取決于 PCA 定時(shí)器的時(shí)鐘源。由于所有模塊共用僅有的 PCA 定時(shí)器，所有它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器 {EPCnL,CCAPnL}有關(guān)。當(dāng) CL SFR 的值小于 {EPCnL, CCAPnL}時(shí)，輸出為低，當(dāng) PCA CL SFR 的值等于或大于 {EPCnL, CCAPnL}時(shí)，輸出為高。當(dāng) CL 的值由 FF變?yōu)?00溢出時(shí)， {EPCnH, CCAPnH}的內(nèi)容裝載到 {EPCnL,CCAPnL}中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾地更新 PWM。要使能 PWM 模式，模塊 CCAPMn 寄存器的 PWMn 和 ECOMn 位必須置位。 （ 3） I/O 口工作類型設(shè)置 STC12C5412AD 帶有 24個(gè) I/O 引腳，它的 I/O 與傳統(tǒng)的 I/O 不同，每個(gè) I/O口均可由軟件設(shè)置成 4種工作類型之一，使得功能口和通用 I/O 口復(fù)用。 4種類型分別為 :準(zhǔn)雙向口 (標(biāo)準(zhǔn) 8051 輸出模式 )、推挽輸出、僅為輸入 (高阻 )和開漏輸出功能。四 種 類型說(shuō)明如下： 1）準(zhǔn)雙向口輸出配置 準(zhǔn)雙向口輸出類型可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。這是因?yàn)楫?dāng)口線輸出為 1時(shí)驅(qū)動(dòng)能力很弱，允許外部裝置將其拉低。當(dāng)引腳輸出為低時(shí)，它的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，剛一吸收相當(dāng)大的電流。準(zhǔn)雙向口有 3個(gè)上拉晶體管適應(yīng)不同的需要。 在 3 個(gè)上拉晶體管中，有 1 個(gè)上拉晶體管稱為“弱上拉”，當(dāng)口線寄存器為1 且引腳本身也為 1 時(shí)打開。此上拉提供基本驅(qū)動(dòng)電流使準(zhǔn)雙向口輸出為 1。如果一個(gè)引腳輸出為 1而由外部裝置下拉到低時(shí)，弱上拉關(guān)閉而“極弱上拉”維持開狀態(tài)，為了把這個(gè)引腳強(qiáng)拉為低，外部裝置必須 有足夠的灌電流能力使引腳上的電壓降到門檻電壓以下。 第 2 個(gè)上拉晶體管，稱為“極弱上拉”，當(dāng)口線鎖存為 1 時(shí)打開。當(dāng)引腳懸空時(shí)，這個(gè)極弱的上拉源產(chǎn)生很弱的上拉電流將引腳上拉為高電平。 第 3 個(gè)上拉晶體管稱為“強(qiáng)上拉”。當(dāng)口線鎖存器跳變到 1 時(shí)，這個(gè)上拉用來(lái)加快準(zhǔn)雙向口由邏輯 4 到邏輯 1 轉(zhuǎn)換。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，強(qiáng)上拉打開約 2 個(gè)齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 機(jī)器周期以使引腳能夠迅速地上拉到高電平。 2）推挽輸出配置 推挽輸出配置的下拉結(jié)構(gòu)與開漏輸出以及準(zhǔn)雙向口的下拉結(jié)構(gòu)相同，但當(dāng)鎖存器為 1時(shí)提供持續(xù)的強(qiáng)上拉。推挽模式一般用于需要更大驅(qū)動(dòng)電流的情況 。 3）僅為輸入 (高阻 )配置 僅為輸入時(shí)，不提供吸入 20mA 電流的能力。 4）開漏輸出配置 當(dāng)口線鎖存器為 0時(shí)，開漏輸出關(guān)閉所有上拉晶體管。當(dāng)作為一個(gè)邏輯輸出時(shí)，這種配置方式必須有外部上拉，一般通過電阻外接到。這種方式的下拉與準(zhǔn)雙向口相同。開漏端口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 （ 4） AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換寄存器 STC12C5412AD 單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換口在 P1 口 ()，有 8路 10 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器， STC12C5410AD 系列是 12 位精度的 A/D，速度均可達(dá)到 100KHz。 8路電壓輸 入型 A/D，可以完成溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等功能。上電復(fù)位后 P1口是弱上拉型的 I/O 口，可以通過軟件設(shè)置將 8路中的任何一路設(shè)置為 A/D轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。這樣，A/D轉(zhuǎn)換和 I/O 口可以靈活的運(yùn)用，節(jié)省了軟件及時(shí)間。 （ 5）有配套的仿真開發(fā)工具 STC12C5412AD 的 Flash 存儲(chǔ)器給用戶的開發(fā)帶來(lái)方便。用戶可以將芯片焊接在線路板上后進(jìn)行下載程序、調(diào)試程序和修改程序。同時(shí)， STC12C5410AD 的片內(nèi)己集成了程序斷點(diǎn)控制等邏輯功能。因此，它的開發(fā)工具較 為簡(jiǎn)單，只需 1套 PC 環(huán)境下的調(diào)試軟件和 1 個(gè)連接于并口的仿真器。仿真器與 STC12C5410AD 經(jīng)串口連接。因此，用戶只要在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)為調(diào)試需要預(yù)留好 STC12C5410AD的串口接口的引出插座，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的程序下載調(diào)試、系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)編程硬件仿真或軟件升級(jí)功能，而且無(wú)需外加編程電壓。 設(shè)計(jì)思路 （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。 1）電源模塊 對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行 的前提和基礎(chǔ)。 51 單片機(jī)雖然使用時(shí)間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個(gè)和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)， 51 單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。如圖 34所示。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 34電源供電模塊 2）復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由 RC 電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。如 圖35所示。 圖 35 RC電路 3）震蕩電路 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精 確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。 通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。如圖 36所示。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 36震蕩電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)整體電路圖如圖 37 所示。 單片機(jī)最小系統(tǒng)整體電路圖 37 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制器。采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護(hù)技術(shù) 。充放電控制器是太陽(yáng)能充電器的核心部 件，針 對(duì)鋰蓄電池充電的特殊要求，本文 巧妙地采用簡(jiǎn)單電路檢測(cè)充放電電壓電 流、軟件補(bǔ)償用于檢測(cè)的小電阻的溫度效應(yīng)，省去硬件補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用，降低了成本。由 單片機(jī)根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行 。 為了保護(hù)電路本產(chǎn)品還利用二極管和蜂鳴器設(shè)計(jì)了報(bào)警電路。如果用戶把充電池接反了電路會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警來(lái)提醒用戶。 鋰蓄電池的充電特性 鋰蓄電池選用鋰離子電池。鋰電池具有重量輕容量大無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍應(yīng)用。鋰電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 氫電池的 倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰電池似乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于鋰電池的充電過程，要求是比較嚴(yán)格的。 影響蓄電池壽命的因素有 :放電深度，過充電程度等。在光伏系統(tǒng)中蓄電池的放電深度不是恒定的，它隨天氣狀況和季節(jié)而變。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小 。在天氣陰沉的冬日，蓄電池放電深度大。過充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬季，蓄電池可能從沒充滿過，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。為了延長(zhǎng)蓄電池的壽命，必須合理的控制蓄電池的放電與充電。當(dāng)蓄電池放電到一定程度時(shí)，應(yīng)停止放電，防止過放電減少蓄電 池壽命 。當(dāng)蓄電池充電到一定程度時(shí)要停止充電和減小充電電流，防止不合理的過充電對(duì)蓄電池造成損害。 鋰蓄電池的充電曲線如圖 38所示。 0 . 2 5 A0 . 5 A0 . 7 5 A1 A1 . 2 5 A1 . 5 A1 . 7 5 A最 大 充 電 電 流快 充 到 減 充 過 渡 點(diǎn)浮 充 電 壓充 電 終 止 電 流預(yù) 充 電 流預(yù) 充 到 快 充 過 渡 電 壓電 壓電 流1 3 V1 4 V1 5 V1 6 V圖 38 鋰蓄電池充電曲線 鋰蓄電池的充電過程： 1）如果開始充電時(shí)，電池電量很低，那么必須用小電流（大概 ）開始充電，即涓流充電。如果電壓高于 5V就不必進(jìn)行這個(gè)步驟。 2）當(dāng)電池電壓大于 5V可以開始大電流充電，恒流充電。隨著充電的進(jìn)行，電池電壓逐漸升高。 3）當(dāng)電池電壓達(dá)到或 接近充滿電壓（如 5V左右）時(shí)，則要開始轉(zhuǎn)入恒壓充電：當(dāng)電流減少到大概 ，則停止充電。 控制器充放電電路 （ 1）充放電電路圖如圖 39所示。 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 39 控制器充放電電路圖 單片機(jī)的 PWM控制充、放電驅(qū)動(dòng) Q1和 Q2。 當(dāng)蓄電池電壓 處于正常情況下，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動(dòng)三極管管 Q1（ 2N5551）為高電平導(dǎo)通，三極管 Q1導(dǎo)通，此時(shí)太陽(yáng)能電板向蓄電池恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到 5V時(shí)，單片機(jī)控制充電驅(qū)動(dòng) Q1為低電平時(shí)， Q1截止，通過控制占空比，使 Q1實(shí)現(xiàn)通斷控制，此時(shí)處于恒壓浮充狀態(tài)；當(dāng)電流下降到某值時(shí)，進(jìn)行恒流充電；但蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定的過充點(diǎn)5V時(shí)，再進(jìn)行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機(jī)控制的充電驅(qū)動(dòng) Q1進(jìn)行短路保護(hù)；當(dāng)蓄電池電壓下降到某設(shè)定值時(shí)， Q1重新導(dǎo)通，恢復(fù)為正常充電狀態(tài)。（ 2）關(guān) 于單片機(jī) PWM的介紹 1)PWM控制的基本原理 理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)