【正文】 信號(hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)，提高電路的抗干擾能力。其中繼電器電路用于接通和斷開電源，橋形濾波整流電路用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，保護(hù)電路用于過壓和過流保護(hù)。 應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器， 有源帶通濾波器，測(cè)溫電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器 。 LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償 運(yùn)算放大器 。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反； Vi+為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性 [4]。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)， OE信號(hào)即有 效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接收 。 ? 中斷方式 ： 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（ EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 ? 查詢方式 ： A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 ADC0809的 EOC端。例如 ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs ，相當(dāng)于 6MHz的 MCS51單片機(jī)共 64個(gè)機(jī)器周期。為此可采用下述三種方式。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ ? REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓 ? Vcc：電源， +5V ? GND：地 （ 4） ADC0809的工作過程 首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 如下圖所示： 8路模擬量開關(guān)8路A / D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器 I N 0 I N 1 I N 2 I N 3 I N 4 I N 5 I N 6I N 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7S TC L KE O C地 址 鎖 存與 譯 碼 器ABCA L EV R E F ( + )V R E F ( )O E 圖 10 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 3）外部特性 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能 ： ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端 電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 12 ? 21～ 28： 8位數(shù)字量輸出端 ? ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ? ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效 ? START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） ? EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端 輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8位通用 A/D 芯片 。 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALE 30 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié) PSEN 29 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) EA 31 當(dāng) EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H~FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 XTAL1 19 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 XTAL2 18 來自反向振蕩器的輸出 VCC： 40 該引腳接 5V電源正端 VSS 20 該引腳接 5V電源地端 電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 11 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8通道， 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。作為一般 I/O口 使用時(shí) ， 為準(zhǔn) 雙向 I/O口 可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LS型 TTL負(fù)載 P3口 10~17 P3口內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 I/O口， 還有一個(gè)全雙功能口 。在本設(shè)計(jì)中采用 DIP 方式，其引腳功能如表 2所示： 表 2 AT89C51的引腳功能 符號(hào) 引腳 功能 P0口 39~32 P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O口， 每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL負(fù)載 P1口 1~8 P1口是一個(gè)內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 準(zhǔn) 雙向 I/O口， 可驅(qū)動(dòng)4個(gè) LS型 TTL負(fù)載， T2（ ）， T2EX（ ） P2口 21~28 P2口為一個(gè)內(nèi)部 有 上拉電阻的 8位 I/O口 。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 [3]。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可 選的節(jié)電工作模式。 （ 1）功能特性描述 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī) 。如圖 9所示： 圖 9 電路總體設(shè)計(jì)方框圖 芯片選擇 AT89C51 型單片機(jī) 在本設(shè)計(jì)中控制部分的單片機(jī)是核心，它作為本系統(tǒng)的微控制器，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)控任務(wù) . ATMEL 公司生產(chǎn)的 89 系列單片機(jī)是市場(chǎng)上比較常見，也是比較具有代交流 220V 繼電器 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) （ MCU） 指示電路 開關(guān)管 DC— DC 整流 濾波 直流 5V電源 高頻變壓器 整流濾波 電壓采樣 低通濾波 低通濾波 蓄電池 電流采樣 電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 10 表性的 MCS51 單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到蓄電池充滿電時(shí)，控制繼電器斷開電源，停止充電。低通濾波器輸出的信號(hào)送入 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)中。 4 充電電路的硬件設(shè)計(jì) 電路總體設(shè)計(jì) 由市電送來的 220V 的交流電經(jīng)繼電器進(jìn)行整流濾波，得到大約 300V 的直流電送入給脈沖變壓器，高頻變壓器的次級(jí)繞組輸出電壓為 48V 給蓄電池充電。 方案三需要的成本最高，技術(shù)復(fù)雜，編寫 VHDL 語言程序復(fù)雜，在此不選用這種方案。在充滿電的情況下才會(huì)產(chǎn)生過充電的現(xiàn)象，減少蓄電池的損耗，延長(zhǎng)蓄電池的壽命，方案圖如圖 8所示： 圖 8 方案三 電源 高頻變壓器 開關(guān)管 指示電路 FPGA 蓄電池 模數(shù)轉(zhuǎn)換 采樣電路 繼電器 電源 高頻變壓器 繼電器 開關(guān)管 指示電路 MCU 蓄電池 模數(shù)轉(zhuǎn)換 采樣電路 電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 9 綜合以上三個(gè)方案，方案一雖然所需的成本是最低，技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟，但是與本次題目的要求不甚相符。這是充電電路目前比較新的一種方法，這種方案的特點(diǎn)是，技術(shù)最復(fù)雜、使用 VHDL 編程較復(fù)雜，成本比上兩個(gè)方案都要高。這個(gè) PWM信號(hào)送給開關(guān)電源開關(guān)管，從而便調(diào)節(jié)的開關(guān)管在一個(gè)周 期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時(shí)間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。數(shù)字信號(hào)送入 FPGA，由 FPGA的有限狀態(tài)機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理。由 FPGA 代替 PWM 信號(hào)發(fā)生器輸出 PWM 波形控制開關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通與斷開。用 VHDL 設(shè)計(jì)主要是利用有限狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這是充電器目前比較新的一種方法，這種方案的特點(diǎn)是，技術(shù)比較復(fù)雜，單片機(jī)使用軟件來控制整個(gè)充電過程，使得充電的過程易于控制。這個(gè)脈沖寬度調(diào)制（ PWM）信號(hào)送給開關(guān)電源開關(guān)管，從而調(diào)節(jié)開關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時(shí)間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)（ MCU），由單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理。由 AT89C51 系列單片機(jī)代替 PWM 信號(hào)發(fā)生器輸出 PWM 波形控制開關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通與斷開。這種方法是目前市場(chǎng)充電器流行使用的方法，也是一種很技術(shù)非常成熟的方法。 PWM 信號(hào)發(fā)生器對(duì)反饋回來的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析，然后調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。 （ 1）方案一：用 PWM 信號(hào)發(fā)生器 (比如 UC3842)實(shí)現(xiàn)的方案。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后，說明蓄電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 7 電池已經(jīng)充滿電，單片機(jī)控制開關(guān)，斷開電源，停止充電。這兩個(gè)實(shí)時(shí)信號(hào)反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷后，控制 PWM波形的占空比。 控制部分則包括單片機(jī)模塊、電源通斷控制模塊、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)模塊三個(gè)基本部分。由市電送來的 220V交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)脈沖變壓器降壓送給蓄電池進(jìn)行充電。此時(shí)也標(biāo)志著充電過程已結(jié)束。此時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降至某一閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入浮充階段。 （ 3） 補(bǔ)足充電 快速充電終止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入 100％的電量，對(duì)電池還要進(jìn)行補(bǔ)足充電。 （ 2） 脈沖快速充電 在快速充電過程中，采用分級(jí)定電流脈沖快速充電法， 將充電電流分成三級(jí)，開始充電時(shí)采用大電流，隨著電池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減小。 （ 1）預(yù)充電 對(duì)長(zhǎng)期不用的電池、新電池或在充電初期已處于深度放電狀態(tài)的蓄電池充電時(shí)，一開始就采用快速充電會(huì)影響電池的壽命。但存在的缺點(diǎn)是： 體積大、重量重和不能過充或過放。 四階段充電法 目前 ， 電動(dòng)自行車主要以鉛酸蓄電池為動(dòng)力。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。一般兩 階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。 二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方 法，如圖 3所示。 與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。 如果充電電路輸出電壓不足，則充電很短時(shí)間就導(dǎo)致充電電流下降為零，過早地結(jié)束了充電，長(zhǎng)期如此，勢(shì)必導(dǎo)致 蓄電池長(zhǎng)期充電不足，容量下降，壽命縮短。充電初期，由于蓄電池的端電壓較低，充電電路輸出電壓與蓄電池的電壓差較大，所以充電電流也大。缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，并且需要經(jīng)常調(diào)整充電電流。但是各個(gè)蓄電池的容量應(yīng)當(dāng)盡可能相同，否則應(yīng)當(dāng)以容量最小的蓄電池計(jì)算充電電流。 在充電過程中，由于蓄電池的段電壓逐漸升高，為了保持充電電流的恒定，必須相應(yīng)提高充電電壓。 恒流充電法 恒流充電，又叫定電流充電法， 恒流充 電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強(qiáng)度不變的充電方法，如圖 3所示。這個(gè)現(xiàn)象對(duì)蓄電池充電所必須的最短時(shí)間具有重要意義。其中最著名的就是 “ 安培小時(shí)規(guī)則 ” ：充電電流安培數(shù)，不應(yīng)超過蓄電池待充電的安培時(shí)數(shù)。在密封式蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正 極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。 圖 2 最佳充電曲線 t i 0 電動(dòng)車充電站充電電路設(shè)計(jì) 4 由圖 2可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。實(shí)驗(yàn)表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒有影響。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不同 ,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。一般地說 ,充電電流在充電過程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降 ,不可能自動(dòng)按恒流或恒壓充電。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變。實(shí)踐證明，實(shí)際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差 5%時(shí)，免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半。浮充電壓不能過高，以免因嚴(yán)重的過充電而縮短電池壽命。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加