【導(dǎo)讀】為利用太陽能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而蓄電池正是太陽能儲(chǔ)存的重要器件。能充電控制器，控制蓄電池的充放電，從而達(dá)到更有效的存儲(chǔ)太陽能。單片機(jī)作為核心器件進(jìn)行控制。池電壓的采集和顯示。實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池過充、過放保護(hù)和短路保護(hù)。單片機(jī)最小系統(tǒng).

　　

【正文】 轉(zhuǎn) 換 成實(shí) 際 電 壓 值 圖 43 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 顯示模塊 1602 液晶寫操作時(shí)序圖 通過電壓采集轉(zhuǎn)換子程序，通過單片機(jī)處理就可以得到蓄電池的實(shí)際電壓值，本設(shè)計(jì)用液晶 1602 作顯示器來進(jìn)行顯示。液晶 1602 通常用并行操作，作為一款顯示芯片，為了使其能夠正常的工作，首先必須對(duì)其進(jìn)行初始化，然后按照其時(shí)序圖進(jìn)行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設(shè)計(jì)中顯示模塊的任務(wù)。下面就 1602 的初始化指令和操作時(shí)序進(jìn)行介紹。 液晶 1602 的初始化，是讓其正確顯示的前提，其初始化通常如下： EN=0。首先關(guān)閉使能，防止開始時(shí)顯示亂碼，同時(shí)為以后高脈沖寫入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。 write_(0x38)。 //設(shè)置 16X2 顯示 ,5X7 點(diǎn)陣 ,8 位數(shù)據(jù)接口 write_(0x0c)。//設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo) write_(0x06)。//寫一個(gè)字符后地址指針加 1 write_(0x01)。//顯示清零，數(shù)據(jù)指針清零 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 了解液晶 1602 的基本操作時(shí)序，讀懂其操作時(shí)序圖，是對(duì)其讀寫操作的關(guān)鍵。 1602 的基本時(shí)序如下： 讀狀態(tài) 輸入： RS=L, WR/ =H, E=H 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =H, E=H 輸出：無 寫指令 輸入： RS=L, WR/ =L, DO~D7=指令碼， E=H 高脈沖 輸出： DO~D7=狀態(tài)字 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS=H, WR/ =L, DO~D7=數(shù)據(jù)， E=H 高脈沖 輸出：無 作為顯示用的芯片，通常對(duì)其進(jìn)行寫操作， 1602 液晶寫操作時(shí)序圖如圖 44所示。 圖 44 1602 液晶寫操作時(shí)序圖 電壓顯示流程圖 分析時(shí)序圖可知，對(duì) 1602 液晶進(jìn)行寫操作的流程如下： （ 1）通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫操作，寫命令包括使液晶的光標(biāo)顯示 /不顯示、光標(biāo)是否閃爍、需 /不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數(shù)據(jù)是指要顯示什么內(nèi)容。 （ 2）讀 /寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 （ 3）將數(shù)據(jù)或命令送到達(dá)數(shù)據(jù)線上。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （ 4）給使能端 E 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入到液晶控制器，完成寫操作。 關(guān)于時(shí)序圖中的各個(gè)延時(shí)，不同廠家生產(chǎn)的液晶延時(shí)不同，不過大多數(shù)基本為納秒級(jí)，而單片機(jī)操作最小單位為微秒級(jí)，因此在寫程序是可不做延時(shí)，不過為了使液晶運(yùn)行穩(wěn)定 ，最好做簡(jiǎn)短延時(shí)即可。本設(shè)計(jì)采用 C51 庫中自帶的延時(shí)函數(shù) _nop_（）（延時(shí)一個(gè)機(jī)器周期的意思）來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)短延時(shí)。 按照 1602 液晶的寫操作時(shí)序圖，結(jié)合硬件連接電路，軟件設(shè)計(jì)中電壓顯示模塊的流程圖如圖 45 所示。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 CI2 總線模擬時(shí)序圖 在對(duì)蓄電池充放電控制過程中，會(huì)出現(xiàn)電壓值過高或過低的異常情況，很有必要對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，作為以后分析優(yōu)化使用；同時(shí)我們可以按一定周期間隔性的對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行采集，然后求取電壓的平均值，通過分析每天的平均值情況，可以大致了解蓄電池的充電情況，這對(duì)以后優(yōu)化充放電很有用。本設(shè)計(jì)用常見E2PROM 器件 AT24C02 作為存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存記錄。 AT24C02 芯片的優(yōu)點(diǎn)：采用 CI2 總線標(biāo)準(zhǔn)，串行操作，可以簡(jiǎn)化硬件電路；同時(shí)具有很好的掉電保護(hù)功能。 由于 STC89C52 單片機(jī)沒有 CI2 總線接口，所以使用時(shí)要先通過軟件模擬CI2 總線的工作時(shí)序，正確的調(diào)用函數(shù)就可方便的擴(kuò)展 CI2 總線接口部件。CI2 總線模擬時(shí)序圖如圖 46 所示。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 開 始初 始 化 設(shè) 置讀 取 A D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 處 理 結(jié)果 ， 得 到 實(shí) 際 電 壓 值分 離 出 十 位 、 個(gè) 位 和 十分 位 ， 送 給 1 6 0 2 液 晶具 體 位 置 顯 示調(diào) 用 寫 命 令 函 數(shù) ， 定 位第 一 行 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 指 針調(diào) 用 寫 數(shù) 據(jù) 函 數(shù) ， 進(jìn) 行第 一 行 數(shù) 據(jù) 顯 示調(diào) 用 寫 命 令 函 數(shù) ， 定 位第 二 行 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 指 針調(diào) 用 寫 數(shù) 據(jù) 函 數(shù) ， 進(jìn) 行第 二 行 數(shù) 據(jù) 顯 示移 屏 顯 示結(jié) 束 圖 45 電壓顯示流程圖 S C LS D A啟 動(dòng) 信 號(hào) S 4 u s 4 . 7 u sS C LS D A 4 u s 4 . 7 u s終 止 信 號(hào) P4 u sS C LS D A應(yīng) 答 信 號(hào)S C LS D A初 始 化 信 號(hào) 圖 46 CI2 總線模擬時(shí)序圖 按照時(shí)序圖，設(shè)計(jì)中為了模擬 CI2 總線通信，寫出了幾個(gè)關(guān)鍵部分的程序：總線初始化、啟動(dòng)信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)、停止信號(hào)等。下面以啟動(dòng)信號(hào)為例進(jìn)行介紹。 啟動(dòng)信號(hào)的程序如下：在 SCL 為高電平期間， SDA 一個(gè)下降沿為啟動(dòng)信號(hào)。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) void start() //啟動(dòng)信號(hào) { sda=1。 delay1()。 scl=1。 delay1()。 sda=0。 delay1()。 } 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖 作為存儲(chǔ)芯片最重要的是對(duì)其進(jìn)行寫操作，下面將給出 CI2 總線發(fā)送一個(gè)字節(jié)的流程圖如圖 47 所示。并根據(jù) AT24C02 字節(jié)寫入方式，結(jié)合 CI2 總線時(shí)序圖，軟件中實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的流程圖如圖 48 所示。 開 始時(shí) 鐘 信 號(hào) S C L 置 低傳 送 數(shù) 據(jù) 左 移 一 位將 此 位 送 到 數(shù) 據(jù) 線 上時(shí) 鐘 信 號(hào) 置 高8 位 送 完 否 ？一 個(gè) 應(yīng) 答 信 號(hào) 的 周 期結(jié) 束NY 開始總線初始化，地址指針異常電壓值送給變量a標(biāo)志位是否有效？清除標(biāo)志位，調(diào)用20寫字節(jié)函數(shù)結(jié)束NY地址指針加1 圖 47 CI2 發(fā)送字節(jié)流程圖 圖 48 異常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程圖 當(dāng)檢測(cè)蓄電池充電使電壓值超過 造成過充電時(shí)，首先蜂鳴器報(bào)警，標(biāo)志位置 1，然后調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)函數(shù)把此時(shí)刻的電壓值保存下來；當(dāng)發(fā)生過放電時(shí)，同理如此。由于單片機(jī)的處理速度很快，因此很容易實(shí)現(xiàn)循環(huán)檢測(cè)，做到對(duì)蓄電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件調(diào)試和仿真 為 了檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)是否可以正常工作以及設(shè)計(jì)合理性，很有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。通過仿真可以看出系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的不合理部分，以方便改善使得系統(tǒng)更加合理；同時(shí)更重要的是驗(yàn)證自己編寫的軟件程序是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)其功能，完成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)任務(wù)。 軟件調(diào)試的過程：首先根據(jù)太陽能充電控制器軟件設(shè)計(jì)要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)，然后按照 C 語言模塊化設(shè)計(jì)的編程方法，設(shè)計(jì)出各個(gè)子模塊和主程序的算法流程圖，最后在 KEIL C51 中去編寫相應(yīng)的程序去實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然在編寫程序進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)過程中，遇到的第一個(gè)問題就是：程序的調(diào)試。程序編寫后 ，進(jìn)行編譯，一開始發(fā)現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，一下子把自己卡住了；后來通過查看相關(guān)資料，同時(shí)咨詢指導(dǎo)老師和同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，在軟件的提示下，慢慢地修改，最終把出現(xiàn)的錯(cuò)誤都改正過來了。最終在顯示輸出信息窗口出現(xiàn)了一下信息： Build target 39。Target 139。 //創(chuàng)建目標(biāo) 39。Target 139。 piling 控制器移屏 .c... //編譯文件控制器移屏 .c linking... //鏈接 Program Size: data= xdata=0 code=1572 //項(xiàng)目大?。捍鎯?chǔ)空間 RAM 和ROM 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量 creating hex file from 充放電控制器 ... // 創(chuàng)建了十六進(jìn)制的目標(biāo)文件 充放電控制器 0 Error(s), 0 Warning(s). //工程“充放電控制器”，編譯結(jié)果 ， 0 錯(cuò)誤， 0 警告 。 當(dāng)看到這個(gè)信息時(shí)，我很激動(dòng)，知道自己編寫的程序終于調(diào)試成功了。通過編寫和調(diào)試程序，深深的體會(huì)到了程序編寫的不易和艱辛，同時(shí)積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，收益匪淺。更十分地感謝我的同學(xué)和指導(dǎo)老師的無私幫助，是在他們的指導(dǎo)下，我才把程 序調(diào)試無誤完成了軟件調(diào)試工作。 程序調(diào)試成功后，下一步就是軟件仿真，是檢驗(yàn)程序運(yùn)行是否正確的關(guān)鍵所在，更是優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。 Proteus 軟件為單片機(jī)系統(tǒng)提供了良好的仿真環(huán)境，所以程序調(diào)試完成后，把在 KEIL 中生成的目標(biāo)文件 HEX 文件，下載在仿真系統(tǒng)的單片機(jī)中，進(jìn)行 KEIL 和 proteus 聯(lián)合調(diào)試，看系統(tǒng)是否能正常工作。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 和自己當(dāng)初預(yù)料的一樣，在剛開始仿真時(shí)，遇到了許多的問題，如 1602 液晶不顯示，系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈指示狀態(tài)不正確等等，調(diào)試很久找不到關(guān)鍵所在。無奈之下，最后去咨詢指導(dǎo)老師該怎么辦，老師說可以 在模擬的電池板和蓄電池附近并聯(lián)虛擬的電壓表，通過電壓表的示數(shù)，用以時(shí)刻監(jiān)測(cè)蓄電池的充放電狀態(tài)。果然加上虛擬電壓表，通過監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)蓄電池兩端電壓表的示數(shù)一直顯示為零，明白是 AD 轉(zhuǎn)換部分出現(xiàn)問題，然后通過修改 AD 轉(zhuǎn)換模塊的子程序，同時(shí)調(diào)整硬件引腳部分與軟件相一致，慢慢的調(diào)試，最終蓄電池兩端電壓表有了示數(shù)，液晶 1602 也正確的顯示了。然后再慢慢調(diào)試主程序，修改控制指令，最終三個(gè)工作狀態(tài)指示燈也正確指示了。 系統(tǒng)共三種狀態(tài)：正常充電、過充、過放。這里僅列出系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的仿真圖，如下圖 49 所示，以便更形象的 看出充電控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)功能。 正常工作時(shí)的狀態(tài)：（此時(shí)電壓 ） 其工作原理如下，單片機(jī)在軟件程序控制下，控制著各個(gè)部分硬件電路有序工作，把從模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到的蓄電池的電壓值，用 1602 液晶去顯示，同時(shí)綠燈亮起表示系統(tǒng)正在充電。（注：這里為了得到更加逼真效果，仿真時(shí)采用直流電機(jī)作為負(fù)載）。 由于利用 C 語言開發(fā)單片機(jī)與匯編語言相比，具有易于操作、規(guī)范性好、適合模塊化處理且容易移植的優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用 C 語言作為編程語言。按照 C 語言模塊化程序設(shè)計(jì)方法，論文編制了系統(tǒng)主程序和各個(gè)子程序模塊來實(shí)現(xiàn) PWM 脈寬調(diào)制控制策略和各種保護(hù)，完成了軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。 第 四 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) D0D1D2D3D4D5D6D7RSR/WENENR / WRSCS A Db e e pD0D1D2D3D4D5D6D7L E D 2L E D 1ADWRRDCS A DP W MF UZ A IK2K1S C KS D ARX DT X DL E D 2L E D 1L E Db e e pK1ADK2L E DP W MRX DT X DRDWRS D AS C KF UZ A IX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1 S TC 8 9 C 5 2C12 2 p FC23 0 p FC31 0 u FX11 2 MR11 0 k234567891R P 1D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1602RV 21 0 kV I N+6V I N7V RE F / 29CLK I N4A G ND8RD2WR3I