【正文】 1 35 63 96 134 172 201 236 266 296 326 356 386 416 446 476 506 536 566 分析： 16 伏電壓充電時(shí)，占空比變化明顯，且不大，滿足設(shè)計(jì)要求，基本確定充電電壓是16 伏，在電網(wǎng)電壓降至 180 伏時(shí)（充電電壓為 伏）充電不能正常結(jié)束 ，需軟件定時(shí)10 小時(shí)（容量 10 安 /時(shí)，充電電流 1 安）。 解決方法：提高充電電壓至 16V，當(dāng)電網(wǎng)電壓輸入 180V時(shí)，基本可以滿足充電要求。此外電網(wǎng)電壓從 220V降至 180V時(shí)，由于變比不變（ 220/15），導(dǎo)致充電電壓降至 ，遠(yuǎn)滿足不了充電電壓值（小于充電終止值 ）。 解決方法：減小充電電壓，輸入 伏，如下表： 表 充電電壓為 、電流、電壓關(guān)系 時(shí)間（分） 占空比 D 電流（ A） 電壓 (V) 00 1 30 60 90 120 150 分析： ，調(diào)節(jié)不明顯。 3. 示波器 1ms 檔加擴(kuò)展（每格 ）情況下校正波形周期為 1ms，保證波形周期和充電電流不變，測出脈寬。每半小時(shí)記錄并重復(fù)以下操作： 1. 暫時(shí)關(guān)閉穩(wěn)壓電源，用萬用表（ 20 伏檔）記錄電池電壓。由于電池放完電后電壓大約為 伏，充滿之后為 伏。 設(shè)計(jì) 方案論證 充電電壓選取 充電電壓的選取對變壓器的制作、 PWM 脈寬調(diào)制能不能很好的改變占空比達(dá)到恒流充電都是很重要的。并能對充電電壓、電流，進(jìn)行監(jiān)視、顯示等。人們對充電裝置的要求主要有兩方面 :其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無故障運(yùn)行時(shí)間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、動態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動、靜態(tài)特性 。其中指示單元紅指示燈發(fā)光表示裝置處于放電狀態(tài)，綠指示燈發(fā)光表 示裝置處于充電狀態(tài)。在充電過程中要保持恒流充電，需對充電電壓和電流檢測，反饋給單片機(jī)，單片機(jī)通過控制充電器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間來控制占空比，調(diào)節(jié)充電電流使之達(dá)到恒定。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)電路主要工作過程如下所述：電網(wǎng)電壓（ 220 V）通過變壓器變壓得到交流電壓16 V（降壓過程），由于應(yīng)急照明設(shè)備主要用到了蓄電池，給電池充電必須是直流 電壓，變壓后的電壓通過整流得到直流電壓 16 V。如果需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器。 2%，該振蕩器的周期可以由用戶以大約 %的增量編程；片內(nèi)還集 成了一個(gè)低速振蕩器，更適合于低功耗操作。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以被永久性使能。 MCU 有多達(dá) 8 個(gè)復(fù)位源： 上電復(fù)位電路（ POR）、一個(gè)片內(nèi) VDD 監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于 VRST 時(shí)強(qiáng)制復(fù)位）、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH 讀 /寫錯(cuò)誤保護(hù)電路復(fù)位。一個(gè)中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的 MCU干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。 C8051F330MCU 在 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時(shí)所需的系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)的關(guān)系。而對于 CIP51內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。 CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。 CIP51 與 MCS51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。當(dāng) MCU 工作在空閑方式時(shí)，這些中斷可用于喚醒 MCU。比較器的正向和負(fù)向回差電壓也是可配置的。如果需要，可以將兩個(gè)比較器輸出連到端口引腳：一個(gè)鎖存輸出和 /或一個(gè)未鎖存的輸出（異步）。 C8051F330內(nèi)部有一個(gè)電壓比較器，可以由用戶軟件使能 /禁止和配置。 窗口比較寄存器可被配置為當(dāng) ADC 數(shù)據(jù)位于一個(gè)規(guī)定 的范圍之內(nèi)或之外時(shí)向控制器申請中斷。一次轉(zhuǎn)換完成可以產(chǎn)生中斷（如果被允許），或者用軟件查詢一個(gè)狀態(tài)位來判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束。 A/D 轉(zhuǎn)換可以有 6 種啟動方式：軟件命令、定時(shí)器 0 溢出、定時(shí)器 1 溢出、定時(shí)器 2溢出、定時(shí) 器 3 溢出或外部轉(zhuǎn)換啟動信號。端口 0~1作為ADC 的輸入； 另外，片內(nèi)溫度傳感器的輸出和電源電壓（ VDD）也可以作為 ADC 的輸入。 1LSB。 17 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 16 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 CNVSTR 15 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 數(shù)字輸入 端口 ADC0 外部轉(zhuǎn)換啟動輸入或 IDA0 更新源輸入 14 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 13 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 12 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 11 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 10 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 9 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 8 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 7 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 6 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 端口 10 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器及比較器 C8051F330內(nèi)部有一個(gè) 10 位 SAR ADC 和一個(gè) 16通道差分輸入多路選擇器。該引腳是晶體或陶瓷諧振器的激勵(lì)驅(qū)動器。 調(diào)試接口的時(shí)鐘信號 C2D 5 數(shù)字 I/O 數(shù)字 I/O 端口 C2 調(diào)試接口的雙向數(shù)據(jù)信號 VREF 20 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 模擬輸入 端口 外部 VREF 輸入 IDA0 19 數(shù)字 I/O 或模擬輸入 模擬輸入 端口 外部時(shí)鐘輸入。內(nèi)部上電復(fù)位或 VDD 監(jiān)視器的漏極開路輸出。在一次上電復(fù)位之后的 MCU 初始化期間， WDT 可以被永久性 使能。 MCU有多達(dá) 8 個(gè)復(fù)位源：上電復(fù)位電路（ POR）、一個(gè)片內(nèi) VDD 監(jiān)視器（當(dāng)電源電壓低于 VRST時(shí)強(qiáng)制復(fù)位）、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測器、一個(gè)由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH讀 /寫錯(cuò)誤保護(hù)電路復(fù)位。一個(gè)中斷驅(qū)動 的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。CIP51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 4 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器、一個(gè)具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工 UART、一個(gè)增強(qiáng)型 SPI 端口、 768 字節(jié)內(nèi)部 RAM、 128 字節(jié)特殊功能寄存器（ SFR）地址空間及 17 個(gè) I/O 端口。 C8051F330/1 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制 器內(nèi)核。在使用 C2 進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 片內(nèi) Silicon Labs 二線（ C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU 進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。 FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。下面列出了一些主要特性： 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS）； 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）； 真正 10 位 200 ksps 的 16 通道單端 /差分 ADC，帶模擬多路器； 10 位電流輸出 DAC； 高精度可編程的 25MHz 內(nèi)部振蕩器； 8KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器； 768 字節(jié)片內(nèi) RAM； 硬件實(shí)現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強(qiáng)型 UART 和增強(qiáng)型 SPI 串行接口； 4 個(gè)通用的 16 位定時(shí)器； 具有 3 個(gè)捕捉 /比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列（ PCA）； 片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器； 片內(nèi)電壓比較器； 17 個(gè)端口 I/O（容許 5V 輸入）。在此基礎(chǔ)上，對當(dāng)前角度區(qū)間內(nèi)最終輸出的脈寬控制字 X 當(dāng)前還要分別進(jìn)行最大、最小脈寬控制字檢測，以保證系統(tǒng) SPWM 的實(shí)際控制效果及可靠性。在此基礎(chǔ)上，以蓄電池放電終了電壓（ 10V）作為逆變交流電壓的峰值，每 10o 間隔生成基本的 SPWM 脈寬控制字表格。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)值濾波處理，最終剔除工頻干擾。 3. 系統(tǒng)恒流充電 PWM 控制信號周期確定為 1ms。 系統(tǒng)軟件思想 1. 對于公網(wǎng)市電狀態(tài)采用重復(fù)檢測的方式，保證系統(tǒng)狀態(tài)切換的正確性。前述已經(jīng)闡明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是在滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的情況下，盡可能使得電路結(jié)構(gòu)簡化，以降低成本并提高其可靠性。而采用 SPWM控制方式的高頻（幾個(gè)至上百千赫茲）逆變技術(shù)的逆變裝置輸出波形更趨近于理想的正弦波。這兩種狀態(tài)下的逆變主體電路結(jié)構(gòu)其本相同，差異只是應(yīng)急照明狀態(tài)下逆變輸出接白熾燈負(fù)載，而并網(wǎng)能饋方式維護(hù)性放電狀態(tài)下逆變輸出與市電公網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)然軟件開發(fā)時(shí)還要考慮逆變電壓高低及其相位等諸多問題。高頻整流方式即目前的開關(guān)電源技術(shù)，具有技術(shù)新穎、高 效、體積及重量小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其開關(guān)管工作在高電壓（通常在 400V以上）高速度（幾十至上百千赫茲）狀態(tài)下，成本相對偏高，可靠性易受影響。 隔離降壓方式的整流技術(shù)即 AC/DC 變換技術(shù)基本上可以分為普通工頻方式及高頻方式。 系統(tǒng)整流及逆變 廣義的講，整流技術(shù)涉及降壓、整流及濾波技術(shù)。另外， Motorola公司的 68HC 系列中如 68HC05BXX 微處理器也可以在考慮的范疇。 綜合以上 對微處理器的要求可以看出，滿足設(shè)計(jì)要求的微處理器首推 Microchip 微芯公司的 PIC16F87X系列。 5. 系統(tǒng)微處理器應(yīng)可以在平時(shí)處于睡眠狀態(tài)以降低系統(tǒng)功耗，又可在緊急狀態(tài)發(fā)生時(shí)直接中斷喚醒系統(tǒng)，立即進(jìn)入應(yīng)急照明狀態(tài)。 3. 微處理器應(yīng)為多時(shí)鐘源結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)超長定時(shí)（ 15 個(gè)月）的準(zhǔn)確性?？傊?，應(yīng)急照明系統(tǒng)微處理器應(yīng)具有以下特點(diǎn)及硬件資源： 1. 應(yīng)急照明系統(tǒng)涉及電壓、電流、溫度、環(huán)境光度等模擬信號的多路連續(xù)采集，因而微處理器內(nèi)應(yīng)嵌有四路以上的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換精度 10 位以上。 系統(tǒng)微處理器 鑒于應(yīng)急照明設(shè)備的特殊性及對可靠性更高的要求，依據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式及功能，微處理器除了通常的通用、高速、低功耗等基本優(yōu)點(diǎn)外，還應(yīng)具備在復(fù)雜環(huán)境下可靠工作的特質(zhì)，優(yōu)先考慮廣泛應(yīng)用于如汽車等特殊工業(yè)領(lǐng)域的微處理器系列。綜合監(jiān)控部分涉及公網(wǎng)市電的掉電檢測及應(yīng)急照明的切換啟動，另外還有關(guān)于蓄電池的充、放電狀態(tài)監(jiān)控如通過負(fù)電壓斜率檢測終止充電狀態(tài)的控制方式等，綜合監(jiān)控部分大多采用模擬及數(shù)字器 件即硬件完成。 2 系統(tǒng)方案 應(yīng)急照明設(shè)備系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 目前，典型 (基本 )應(yīng)急照明系統(tǒng)如圖 由以下幾部分組成：降壓整流及充電，綜合監(jiān)控，蓄電 池，白熾燈等組成。 5. 蓄電池維護(hù)性 SPWM 放電系統(tǒng)軟件（維護(hù)性定時(shí)、放電速率調(diào)節(jié)、放電方式）。 3. 環(huán)境溫度、光照度檢測采集軟件。 設(shè)計(jì)的功能： 1. 典型電源狀態(tài)監(jiān)控及工作狀態(tài)切換。 4. 正常情況下，通過單片機(jī)對蓄電池電壓曲線的采樣監(jiān)測對具有潛在危害（如蓄電池容量嚴(yán)重下降等）及損壞（如充電電路故障等）的應(yīng)急照明設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出聲光等形式報(bào)警，提高了應(yīng)急照明保障系數(shù)。 2. 創(chuàng)新性采用系統(tǒng)整流、逆變電路復(fù)用，電源、充電、逆變變壓器復(fù)用，降低設(shè)備