【正文】 入引腳；VCC：+5V工作電壓；GND：地；REF（+）：參考電壓正端；REF（）：參考電壓負(fù)端；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平；OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。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為高電平，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的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)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。如圖310所示。2N5551導(dǎo)通，進(jìn)而2N5366導(dǎo)通，電壓輸出；，2N5551截至，2N5366截至，無電壓輸出。(a)電路圖 (b)波形圖圖39 降壓斬波電路的原理圖及波形 在本設(shè)計中開關(guān)管選用2N5366PNP型三極管和2N5551NPN型三極管聯(lián)合使用。負(fù)載電壓的平均值為： （31）式（31）中ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關(guān)周期，α為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由圖39（b）中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Ui。 降壓斬波電路(Buck Chopper)的原理圖及工作波形如圖39所示。要顯示某字段則相應(yīng)的移位寄存器74HC164的輸出線必須是低電平。Q0Q7(第3—6和10—13引腳)并行輸出端分別接LED顯示器的ADP各段對應(yīng)的引腳上。單片機(jī)通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至74LS164的輸出腳上數(shù)碼管就可以顯示相應(yīng)的數(shù)字。本設(shè)計采用基于串口的LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時,再發(fā)送新的字形碼。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。串口有四種工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式以滿足不同的場合。圖37 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)裙ぷ鳎栽诒倦娐分袑存I接在P1口，、其中5V輸出可直接用USB連接線給手機(jī)充電，電池充電控制則有手機(jī)提供。因而機(jī)械觸點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，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機(jī)的一個I/O口上，獨立按鍵則通過判斷按鍵端口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。通過單片機(jī)編程實現(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。10K 圖36 單片機(jī)最小系統(tǒng) 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。單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容CC3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，容值越大需要的復(fù)位時間越短。 (2)單片機(jī)最小系統(tǒng)： 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。當(dāng)單片機(jī)接通以上5腳后，只要在第9腳上加一個寬度不小于24個振蕩周期，也就是2個機(jī)器周期的正脈沖，它就能使系統(tǒng)復(fù)位。31腳是程序存儲器片內(nèi)片外選擇腳，如果接低電位，CPU不從片內(nèi)ROM中取指；接高電位，CPU先從片內(nèi)程序存儲器取指。此振蕩脈沖，為整個CPU及其定時等有效操作系統(tǒng)提供時鐘。這40條引腳大致可分為電源(Vcc、Vss、VPP、VPD)、時鐘(XTALXTAL2)、專用控制線(ALE、RST、PROG、PSEN、EA)、通用多功能輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)I/O口(P0～P3)等4大部分。而這些輸入都是通過引腳與單片機(jī)連接的。圖34 電源模塊電路 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。此電源模的一個特點，就是當(dāng)光線不夠強(qiáng)時，蓄電池為單片機(jī)及外圍電路供電，光線足夠強(qiáng)時，由太陽能電池板供電，同時可為充電電池充電。LM7805輸入電壓為8V到36V，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作極其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出5V電壓。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。圖33是三端穩(wěn)壓集成電路LM7805的應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。2）當(dāng)穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離電源濾波器時，要求用 Ci。應(yīng)用電路如圖33所示。 功能：輸出穩(wěn)定電壓5V，輸出電流接近1A。這種電源使用較簡便，對周圍電路產(chǎn)生的干擾噪聲較小。而且效率很低，造成電能的浪費。由以上可見串穩(wěn)型穩(wěn)壓源調(diào)整功放兩端有一定直流電壓，由流過相當(dāng)于負(fù)載電流的直流電流，所以調(diào)整功放電路消耗較大功率。其電路框圖如下圖32所示：調(diào)整功放電路VOVi78VsR1取樣比較誤差放大R2輸出輸入1 2 3圖32 三端穩(wěn)壓器7805方框圖與實物圖穩(wěn)壓過程如下：當(dāng)輸出電壓v0 增高時取樣電壓vs也增高。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)正電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓為5V。本系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖31所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)編程實現(xiàn)PWM波控制開關(guān)管從而實現(xiàn)輸出電壓電流的改變，通過顯示電路顯示輸出狀態(tài)及大小，由ADC0809實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機(jī)做判斷處理，從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。這就需要一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，51系列單片機(jī)是當(dāng)前使用最為廣泛的8位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，是51系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來都會有強(qiáng)大的生命力。當(dāng)光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)換為電能。電池板的理想輸出電壓最大值為12V,電流最大可達(dá)160mA，總標(biāo)稱功率為2W左右,但是根據(jù)現(xiàn)實的陽光照射情況，實際輸出并沒有這么大，隨陽光照射的情況變化而變化。所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸125mm63mm3mm，峰值電壓6V，峰值電流160mA。因此該設(shè)計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。圖29 不同溫度下的IV特性曲線 圖210 不同溫度下的PV特性曲線 綜上，太陽能電池板的輸出特性具有以下特點： ① 太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時近似為恒壓源； ② 開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度強(qiáng)成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化；③ 輸出功率在某一點達(dá)到最大值，該點即為太陽能電池板的最大功率點(MPP，Maximum Power Point)，且隨著外界環(huán)境的變化而變化[8]?？梢钥闯?，溫度對太陽能電池陣列的輸出電流影響不大，但對它的輸出開路電壓影響較大。雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結(jié)果最大輸出功率來說，變化顯著，如圖28中虛線與各實線的交點所示。 圖2圖28分別是太陽能電池陣列在溫度為25℃時，不同日照(S)下表現(xiàn)出的電流電壓(IV)和功率電壓(PV)特性。它表示最大輸出功率的值所占的以VCC和ISC為邊長的矩形面積的百分比，填充因子是表征光電池的輸出特性好壞的重要參數(shù)之一。如果在一定光照下的IV特性曲線是理想的矩形，那么IM和VM乘積就等于ISC和VCC的乘積。圖26可表示太陽能電池的PV曲線。但是要求出其解析解，幾乎不可能。M點所對應(yīng)的電流IM為最佳工作電流，VM為最佳工作電壓，PM為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅?。通常采用光伏電池的最大效率值作為其效率η? 以上各個參數(shù)可以在圖26中表示如下。④ 最大功率點電壓(VSC)：在給定日照和溫度下相應(yīng)于最大功率點的電壓。② 開路電壓VCC：在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。本節(jié)將著重探討前兩種特性及其相關(guān)參數(shù)。 太陽能電池板的輸出特性及影響因素光伏電池的輸出特性包括伏安特性、溫度特性和光譜特性，其中伏安特性和溫度特性主要通過IV和PV特性曲線來加以體現(xiàn)。此時的等效電路可根據(jù)圖25來描述，其伏安特性可由（23）式給出。但是在實際的光伏電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負(fù)載的電流經(jīng)過它們時，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻RS來表示。V 圖24 理想狀態(tài)的太陽能電池等效電路圖 在這種等效電路中，加給負(fù)荷的電壓V和流過負(fù)荷的電流I之間的關(guān)系式，可由下式給出。這個電流隨著光強(qiáng)的增加而增大，當(dāng)接受的光強(qiáng)度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。圖23 半導(dǎo)體P型與N型交界面另外，在受光面上，覆蓋著一層很薄的天藍(lán)色氧化硅薄膜以減少入射太陽光的反射，提高太陽能電池對于入射光的吸收率[6]。這樣，太陽的光能就直接變成了可付諸實用的電能。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，外電路則有電流通過。半導(dǎo)體內(nèi)在P型和N型交界面（圖23）兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在PN結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電場。圖21 摻入硼原子的硅晶體結(jié)構(gòu)圖（P型） 圖22 摻入磷原子的硅晶體結(jié)構(gòu)圖（N型） 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個大面積二極管，其基本特性也與二極管類似。對于半導(dǎo)體PN結(jié)，光伏效應(yīng)更明顯。薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)生電子——空穴對。 2 太陽能電池的研究和分析 太陽能電池的原理太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片。 本課題研究的主要任務(wù)結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計的總體思路和任務(wù)要求，我設(shè)計了一種基于單片機(jī)控制的多功用太陽能手機(jī)充電器，設(shè)計的主要任務(wù)有： 硬件設(shè)計：電源模塊設(shè)計，單片機(jī)控制模塊設(shè)計，顯示電路模塊設(shè)計，降壓斬波電路模塊設(shè)計，檢測模塊設(shè)計，A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計以及太陽能手機(jī)充電器電路原理圖設(shè)計。把太陽能電池板放在一個有陽光的地方，即可以為手機(jī)提供一個方便的太陽能充電點。充電過程中采用LED燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中設(shè)計有完備的過流過壓保護(hù)，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊式結(jié)構(gòu)和USB接口，可對手機(jī)、MP攝像機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 本課題研究的總體思路 本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，由充電電路為負(fù)載供電。既節(jié)