【正文】 完成主電路的控制與設(shè)計 ，并展開外圍電路與控制硬件電路設(shè)計 ， 硬件電路的設(shè)計主要是電路原理圖的繪制 以及參數(shù)的確定 。 測試及分析 將太陽能電池連接到 LM7805 的輸入端，同時，輸出端通過 USB 線接上手機(jī)，檢查完畢后，置于陽光下，觀察手機(jī)是否能正常充電； 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 31 結(jié)果顯示，手機(jī)無充電現(xiàn)象， 且數(shù)碼 管及 LED 都不會亮， 分析可能是由于太陽光線不強(qiáng)，造成太陽能電池輸入電壓沒有達(dá)到 LM7805 的起振電壓； 用電壓表測量 LM7805 的輸入電壓即太陽能電池板的輸入電壓，最大只有 3V，而 LM7805 正常起振電壓至少為 8V，因此可以斷定太陽能電池板沒有達(dá)到實(shí)際所需的輸入電壓要求； 分析可能是太陽能電池的輸出功率較低，使得 LM7805 無法正常工作，通過串聯(lián)更換的太陽能電池來提高它的工作電壓，同時，用手電筒對著太陽能電池板，提升光照的強(qiáng)度，從而把電池板的輸出功率提上去； 在新的條件下，再次連接好線路，放在太陽光下，觀察 充電效果，可是手機(jī) 、數(shù)碼管和 LED 還是沒有任何的反應(yīng) ； 根據(jù)以上情況， 懷疑電路本身可能出現(xiàn)某種未知的故障，造成整個電路出現(xiàn)無法正常工作，于是，用萬用表檢測各個管腳的連接情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)的 VCC 無電壓，進(jìn)一步檢測后，原來是單片機(jī)的 20 管腳斷路，排除故障后，再次進(jìn)行充電； 仍然沒有進(jìn)行充電，用萬用表檢測各個模塊的電壓，從 LM7805 入手，輸入電壓為 9V，輸出電壓卻為 ，而實(shí)際上 LM7805 輸出電壓為穩(wěn)定的 5V電壓； 為驗證是否是 LM7805 的故障，將 5V 的充電器直接加在電路上，而斷開 LM7805 這個 模塊，結(jié)果，單片機(jī)正常工作，數(shù)碼管及 LED 正常顯示，由此斷定 LM7805 故障； 將 LM7805 從板上拆下來，用萬用表的電阻檔測了一下，它本身已經(jīng)短路，換了新的 LM7805 后，焊接上去，置于太陽下，手機(jī)有充電的反應(yīng)，但時常停止充電，數(shù)碼管及 LED 亮度閃爍； 用電壓表測電路輸入數(shù)碼管及 LED 燈的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)定；測太陽能板的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)電壓不能穩(wěn)定，說明太陽能板光電轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定，在太陽光不強(qiáng)的情況下輸出的電壓無法供應(yīng) LM7805 工作。 測試儀器 數(shù)字萬用表，數(shù)據(jù)線， 9V 干電池， 5V 充電器，手機(jī) 。充電子程序流程圖如圖 36 所示。 采集電壓電流 恒流充電 恒壓充電 充電結(jié)束 電壓 4V？ 電流 ？ Yes No Yes No 入口 返回 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 28 圖 35 充電 子程序結(jié)構(gòu)流程圖 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 29 電源子程序的設(shè)計 本太陽能手機(jī)充電器與傳統(tǒng)充電器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是不僅能直接給電池充電，還能作為普通的直流電源使用，其中的 5V 直流輸出也可以直接給手機(jī)充電，或作為 MP3 等其他小電子設(shè)備的供電電源。充電過程中，“充電”指示燈亮；充滿時，“充飽”指示燈亮，“充電”指示燈滅，通過按鍵設(shè)置可控制充電時間。 具體程序如下所示： DISPLAY: MOV DPTR,LEDTAB MOV A,LED MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A RET LEDTAB: DB 01H,4FH,12H,06H,4CH,24H,20H,0FH,00H,04H OTVTAB: DB 00H,11H,22H,33H,44H,55H,66H,77H,88H,99H OTITAB: DB 00H,33H,66H,99H,0CCH,0FFH 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 數(shù)據(jù) 采集主要由單片機(jī)控制 ADC0809 完成，程序分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送啟動轉(zhuǎn)換命令，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，接收數(shù)據(jù)，處理并存入緩存，程序流程如圖 34所示。當(dāng)要顯示某字符時，把表格的起始地址送入數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 中作為基址，將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)作為偏移量送入變址寄存器 A，執(zhí)行查表指令“ MOVCA， A+DPTR”，則累加器 A 中得到的結(jié)果即表格中取出的對應(yīng)數(shù)字的字形碼。當(dāng) 8 個時鐘脈沖后，字形碼都移至 74Ls164 的 Q0Q7，數(shù)碼管就顯示相應(yīng)按鍵的編碼 [17]。然后判斷 P1 口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。圖 33 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖。讀線、讀取、相連的端口，并將其值判斷處理后存于相關(guān)緩存中。圖 32 為初始化程序流程。因此，在單片機(jī)運(yùn)行后，首先清 0 使之置初始參數(shù)設(shè)定，便于程序設(shè)計人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。復(fù)位操作完成以后，單片機(jī)的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 值。 系統(tǒng)整體程序框架 本設(shè)計整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集計算輸出 PWM 信號，定時采集數(shù)據(jù)并處理調(diào)節(jié) PWM 信號占空比等，程序整體框架如圖 31 所示。 在本設(shè)計中，電阻 R4 采用 20K/ 精密電阻，在輸出最大 500mA 時 Uo不超過 5V，輸出電壓便于 ADC0809 采集并作數(shù)字化處理。 RS－為內(nèi)傳感電阻的負(fù)載端。 GND 為地端或電源負(fù)端。A。這一電容的引入不會影響到MAX471 的使用性能。MAX471/MAX472都可通過一個輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為 對地電壓輸出。對于允許較大電流的場合，則可選用 MAX472[15]。 由于ADC0809 不能處理微弱的電信號，尤其在手機(jī)充電接近飽和的時候，電流十分微弱，必須經(jīng)過放大才能由 ADC0809 處理。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請，而觸發(fā)單片機(jī)動作準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，這是使 輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總 線上，單片機(jī)讀取 P0 口然后做下一步 處理操作。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 ADC0809 具體工作過程為：首先 、 、 輸入 3 位地址，并使 輸出高電平 ，將地址存入地址鎖存器中。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHz， VREF（ ＋ ）， VREF（ － ）為參考電壓輸入 [14]。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 表 21 CBA 通道選擇表 C B A 選 擇的通道 0 0 0 IN0 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 15 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入 [13]。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （ 1） ADC0809 的 管腳圖 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 圖 27 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 ADC0809是采樣分辨率為 8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS組件。 在本電路中輸入始終大于輸出，所以采用脈寬調(diào)制方式的 BUCK 變換器，BUCK 變換器又稱降壓變換器 、串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。 （ 4） Cuk 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電容傳輸。 （ 2） Boost 電路 —— 升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于輸入電壓 Ui，極性相同。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻率調(diào)制 ton 不變，改變 Ts（易產(chǎn)生干擾）。開關(guān)變換器因具有效率高、靈活的正負(fù)極性和升降壓方式的特點(diǎn)，而備受人們的青睞。 DC/DC 變換器廣泛應(yīng)用于便攜裝置（如筆記本計算機(jī)、蜂窩電話、 PDA 等）中。 當(dāng)有 按鍵 按下時 ， 有單片機(jī)處理編碼后送到 數(shù)碼管上 顯示 。 本設(shè)計 采用的是共 陽 極數(shù)碼管，因而各數(shù)碼管的公共極接電源 VCC， 本電路有 LM7805 提供 ，并采用三只串聯(lián)的二極管降壓，而非電阻降壓，這樣保證個數(shù)碼段的亮度一致 。 福州大學(xué)專升本學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 圖 26 數(shù)碼管驅(qū)動 電路 單片機(jī) AT89C51 的串口外接 1 片 74LS164 作為 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口，把 AT89C2051 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線， TXD 作為移位時鐘脈沖?？梢蕴峁﹩为?dú)鎖存的 I／ O 接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器 74LS164，擴(kuò)展并行的 I／ O 口。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I／ O 接口用于筆劃段字形代碼 [10]。 本設(shè)計采用 基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路 ， 在串口擴(kuò)展中最常用的就是基于串口的 LED 數(shù)碼管顯示電路。方式 0 的輸出是 8 位串行數(shù)據(jù)，通過移位寄存器可將 8位串行數(shù)據(jù)變成 8 位并行數(shù)據(jù)輸出，也可以將外部的 8 位并行數(shù)據(jù)變成 8 位串行數(shù)據(jù)輸入。其中，方式 0 是 8 位移位寄存器輸入／輸出方式，多用與外接移位寄存器以擴(kuò)展 I／ O 端口。 數(shù)碼管顯示電路 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)有一個串行 I／ O 端口，通過引腳 RXD 和 TXD 可與外部電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時由 TXD 端送出，接收時數(shù)據(jù)由RXD 端輸入 [9]。 圖 25 按鍵接線圖 對電路總體考慮后，將 ADC0809 采集電路接在了單片機(jī)的 P0 口，并用 P2口做采集控制，這樣 P0 口僅用接收數(shù)據(jù)，不用發(fā)送數(shù)據(jù)，有 P0 口的硬件構(gòu)成知道，其做輸出的話需接上拉電阻，做輸入的不用接，這樣整體上減少了電路的硬件開支，而 P3 口要做串口傳輸?shù)裙ぷ?，所以在本電路中將按鍵接在P1 口 [8]。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為 5ms～ 20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。獨(dú)立按鍵的每個按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個 I/O 口上，獨(dú)立按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識別。 本設(shè)計中單片機(jī)的主要任務(wù)是控制數(shù)據(jù)的采集過程，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后生成 PWM 脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制輸出大小。 通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設(shè)計，由于單片機(jī)良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態(tài)或電路參數(shù)，只需簡單的修改程序即可實(shí)現(xiàn)，從而使電路的升級改造 變得簡單易行。在輸出過程中通過 單片機(jī)定時器定時檢測輸出電流或電壓 ，與設(shè)定值比較后調(diào)節(jié) PWM 占空比，使輸出趨于設(shè)定值。 基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器 9 單片機(jī) 電路 本系統(tǒng)單片機(jī)主要完成的任務(wù)是控制數(shù)據(jù)的采集過程，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理后生成 PWM 脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷 ，從而控制輸出大小 [7]。另外，為避免輸入端斷開時 Co 從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對 LM7805 起保護(hù)作用 [6]。電路中 Ci 的作用是消除輸入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 ～ 1μF 之間，本文 Ci 選用 ；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 左右，本文 Co 即選用 。 主要特點(diǎn)： ? 輸出電路可達(dá) 1A ? 輸出電壓有： 5V ? 過熱保護(hù) ? 短路保護(hù) ? 輸出晶體管 SOA 保護(hù) 單片機(jī)電源電路的設(shè)計以三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 為核心，它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。 用途：可以為需要提供 5V 直流電源的電路提供穩(wěn)定工作電壓。 LM7805 應(yīng)用 圖 24 LM7805 典型應(yīng)用電路 LM7805 有三個引腳， 1 腳接輸入電壓， 2 腳接地， 3 腳接輸出。