[畢業(yè)設計精品]基于51單片機的多用太陽能手機充電器畢業(yè)設計論文

1、 摘 要化石能源的日益枯竭、人們對環(huán)境保護問題的重視程度也在不斷提高，尋找 潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。 太陽能作為一種可再生能源它具有取之不 盡、用之不竭和清潔安全等特點，因此有著廣闊的應用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越 來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補充能源向替代能源過渡。 使用手機的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時電池突然沒電了，因不能及 時找到或沒有 220v 市電而無法給手機充電，影響了手機的正常使用。為了解決 這一問題，本課程設計介紹一種多用太陽能手機充電器，利用單片機控制，將太 陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給手機充

2、電， 并能在電池充電完成后自動停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。與 常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：太陽能，電池，單片機，智能，buck 變換器 1 緒論1.1 本課題的研究背景 當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制 約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”， 開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗 燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境 無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害

3、hk 作用具 有重大意義。 目前，太陽能電池的應用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、 高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進以及新的光電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用 太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。 1.2 硅太陽能電池及參數(shù) 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、 多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜 太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實驗

4、室 里最高的轉(zhuǎn)換效率為 24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為 15%。多晶硅薄膜太陽能電池 與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉(zhuǎn)換效率 為 18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為 10%。 非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕， 轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效 率衰退效應，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應用。 硅太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對角 線 150mm，功率 pmax2.60w，工作電壓 vm0.523v，工作電流 im4.934a，開路 電壓 voc0.629v，短路電流 isc5.2

5、85a。太陽能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制 造工藝等影響，2010 年中國平均效率為 17.2%。常見的太陽能電池電壓有 3v、 6v、9v、12v、18v、32v、48v 等，更大的用于太陽能電廠發(fā)電項目。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 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，由充電電路為負載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是采取開始恒流快速充電， 待電池電壓上升到設定值時， 自動轉(zhuǎn)入恒壓充電的方式， 并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用 led 燈、數(shù)碼管指示

6、，系統(tǒng)中 設計有完備的過流過壓保護，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、mp3、攝像機等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊 之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備 的電壓電流檢測保護電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活 的選擇電路輸出，為不同的電子產(chǎn)品提供電源。把太陽能電池板放在一個有陽光 的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。這種便捷的太陽能充電器 幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自有。 2 太陽能手機充電器硬件設計2.1 系統(tǒng)總

7、體設計方案 太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能 轉(zhuǎn)換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時 停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。這就需要一個復雜的控 制系統(tǒng)，51 系列單片機時當前使用最為廣泛的 8 位單片機系列，其豐富的開發(fā) 資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機現(xiàn)在以至將來都會有強大的生命力。 本系統(tǒng)將采用 89c51 做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現(xiàn)復雜

8、的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。本系統(tǒng) 總體設計方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機編程實現(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)換并傳給單片機做判斷處理， 從而實現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 2.2 太陽能電池板的選用 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎，是該充電器的核心部分，其功 能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設備種類較多，所需電 壓電流不等，對于輸入功率較大的設備，必須采用面積較大的電池板，而這又給 攜帶帶來不便。因此該設計

9、采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負載的需要，將太陽 能板進行組合以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。 本文 以手機、mp3 等常用小功率用電設備為例，說明其太陽能充電器的設計過程。 所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標如下： 尺寸 120mm×45mm， 峰值電壓 6v， 峰值電流 100ma， 標稱功率 0.6w。 考慮被充電池的電流不同所需充電時間不等， 采用八塊相同參數(shù)電池板進行串、并聯(lián)，實測電池板的輸出電壓最大值為 10.8v, 電流最大可達 450ma，總標稱功率為 5w 左右,實際輸出可根據(jù)不同的被充電對 象進行平滑調(diào)整7。2.3 lm7805 應用 圖 2 l

10、m7805 典型應用電路單片機電源電路的設計以三端集成穩(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。圖 2 是三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805 的典型應用電路，三端集成穩(wěn)壓器設置的啟動電路，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 化不直接影響基準電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中 ci 的作用 是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在0.1f1f 之間，本文 ci 選用 0.33f；在輸出端接電容 co 是用于消除電路 高頻噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應，一般取 0

11、.1f 左右，本文 co 即選用 0.1f。 一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。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 起保護作用。 lm7805 輸入電壓為 8v 到 36v， 最大工作電流 1.5a， 具有輸入電壓范圍寬， 工作電流大，輸出精度高且工作及其穩(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，從而是單片機等控制電路正常 工作，且成本低。 2.4 單片機電路本系統(tǒng)單片機主要完成的任務是控制數(shù)據(jù)的采集過程， 并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng) 過分

12、析處理后生成 pwm 脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導通與關(guān)斷， 從而控制輸出 大小。具體工作過程是上電復位，首先查詢鍵盤，確定充電器功能，確定后繼續(xù) 查詢鍵盤以確定輸出電流大小，或作為普通電源的輸出電壓，然后轉(zhuǎn)入相應子程 序并分析計算 pwm 占空比， 開始輸出電流或電壓， 并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。 在輸出過程中通過單片機定時器定時檢測輸出電流或電壓， 與設定值比較后調(diào)節(jié) pwm 占空比，使輸出趨于設定值。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確 定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電4。 通過單片機編程實現(xiàn)了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設 計，由于單片機良好的可重用性，

13、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。 2.5 按鍵指示電路及實現(xiàn) 在單片機應用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：1、獨立按鍵；2、矩陣編碼鍵 盤。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機的一個 i/o 口上，獨立按鍵則通過判 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行識 別。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們 按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機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

14、按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一 般為 5ms20ms； 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。 在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖3為本設計的按鍵接線圖。 圖3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，其中 p1.0 是

15、數(shù)字減鍵，p1.1 為數(shù)字加鍵，p1.2 鍵位確定鍵，p1.3 為過電流保護指示 燈，p1.4、p1.5 為輸出功能選擇鍵，按下 p1.4 代表給手機電池充電，按下 p1.5 則做普通直流電源使用，其中 5v 輸出可直接用 usb 連接線給手機充電，電池 充電控制則有手機提供。 2.6 數(shù)碼管顯示電路 at89c51 單片機內(nèi)有一個串行 io 端口， 通過引腳 rxd 和 txd 可與外部 電路進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。串口有四種工作方式，通過編程設置，可以使其工作在任一方式以滿足 不同的場合。其中，方式 0 是 8 位移位寄存器

16、輸入輸出方式，多用與外接移位 寄存器以擴展 io 端口。串口的工作方式可以參看相關(guān)的書籍，此處不做詳細 介紹。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。因此外 接一個移位寄存器就可擴展一個 8 位的并行輸入輸出接口， 如果想多擴展幾個 并口就需要在外部級連幾個移位寄存器。 本設計采用基于串口的 led 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，在串口擴展中最常用的 就是基于串口的 led 數(shù)碼管顯示電路。在單片機應用系統(tǒng)中，led 數(shù)碼管的顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯

17、示器 都要占用單獨的具有鎖存功能的 io 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只 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，因此，使用這種方法單片機中 cpu 的開銷小?？梢蕴峁﹩?獨鎖存的 io 接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器 74ls164， 擴展并行的 io 口。需要幾個數(shù)碼管就擴展幾個并行接口，數(shù)碼管直接接在 74ls164 的輸出腳上， 單片機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的數(shù)字。 圖 4 數(shù)碼管驅(qū)動電路單片機 at89c51 的串口外接 1 片 74ls

18、164 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。q0-q7(第 3 6 和 1013 引腳)并行輸出端分別接 led 顯示器的 dpa 各段對應的引腳上。 本設計設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。要顯示某字段則相應的移位寄存器 74ls164 的輸出線必須 是低電平。當有按鍵按下時，有單片機處理編碼后送到數(shù)碼管上顯示。 2.7 buck 斬波電路 dc/dc 變換器廣泛應用于便攜裝置（如筆

19、記本計算機、蜂窩電話、pda 等） 中。它有兩種類型，即線性變換器和開關(guān)變換器。開關(guān)變換器因具有效率高、靈 活的正負極性和升降壓方式的特點，而備受人們的青睞10。 dc/dc 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。 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（1）buck 電路降壓斬波器，其輸出平均電壓 u0 小于輸入電壓 ui， 極性相同。 （2）boost 電路升壓斬波器，其輸出平均電壓 u0 大于輸入電壓 ui，極性相同。 （3）buckboost 電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 u0 大于或小于輸入電壓 ui，極

20、性相反，電感傳輸。 （4）cuk 電路降壓或升 壓斬波器，其輸出平均電壓 u0 大于或小于輸入電壓 ui，極性相反，電容傳輸。 還有 sepic、zeta 電路。 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。其 電路如圖 5 所示，pwm 脈寬調(diào)制信號有單片機提供，控制開關(guān)管的通斷。 圖 5 buck 變換器電路2.8 電壓電流的 a/d采集 adc0809 是采樣分辨率為8位的、 其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 a/d

21、轉(zhuǎn)換。 （1）adc0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 6 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。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分 時輸入，共用 a/d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字 量，當 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)。 （2）引腳結(jié)構(gòu) in0in7：8 條模擬量輸入通道 adc0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 05v，若信號太 小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化

22、太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 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。當 ale 線為高電平時，地址鎖 存與譯碼器將 a，b，c 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通 道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。a，b 和 c 為地址輸入線，用于選通 in0in7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表 1 所示。數(shù)字量輸出及控制線：11 條 st 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當 st 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開 始進行 a/d 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st 應保持低電平。eoc 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當 eoc 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 a/d 轉(zhuǎn)換。oe

23、 為輸出允 許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0 為數(shù)字量輸出線。 clk 為時鐘輸入信號線。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。 本設計中用單片機的 p0 口接收來自 0809 的換數(shù)據(jù)，p2.0、p2.1、p2.2 依次接在 0809 的 a、b、c 地址線，p2.3 接在 0809 的 ale 端，p2.4 接 start，p2.5 接 oe 端，時鐘信號由單片機的 ale 端經(jīng) 74hc7

24、4 觸發(fā)器二分頻后提供，單片 機采用 12mhz 晶振， ale 端經(jīng)二分頻后為 500khz。 adc0809 具體工作過程為： 首先 p2.0、p2.1、p2.3 輸入 3 位地址，并使 p2.3 輸出高電平，將地址存入地址 鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。start 上升沿將逐 次逼近寄存器復位。下降沿啟動 ad 轉(zhuǎn)換，之后 eoc 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn) 換正在進行。直到 ad 轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖剑甘?ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束， 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)單片機動作準備接收 數(shù)據(jù)，這是使 p2.5 輸出高電平，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的

25、數(shù)字量輸出到數(shù) 據(jù)總線上，單片機讀取 p0 口然后做下一步處理操作。 2.9 max471 介紹及工作原理 max471 是美國 maxim 公司生產(chǎn)的雙向、精密電流傳感放大器。max471 內(nèi)置 35m精密傳感電阻，可測量電流的上下限為 3a。對于允許較大電流的場 合，則可選用 max472。在這種情況下，用戶可根據(jù)自己的需要配置外接的傳感 電阻與增益電阻。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。 max471 所需的供電電壓 vbr/vcc 為 336v，所能跟蹤的電流的變化頻率 可達到 130khz，采用 8 腳封裝，其典型應用電路如圖七所示。 m

26、ax471 各引腳功能說明如下：shdn 為關(guān)閉信號，正常操作時接地；當它 為高電平時，供電電流小于 5a。rs+為內(nèi)傳感電阻的電源端。gnd 為地端或 電源負端。sign 為集電極開路邏輯輸出，sign 為低電平表示電流由 rs流向 rs+。rs為內(nèi)傳感電阻的負載端。out 為電流輸出端，該電流的大小正比于流過傳感電阻的電流。 在本設計中，電阻 r4 采用 20k/0.6w 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。 3 匯編源程序的設計實現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)整體程序框架 本設計整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：電路

27、啟動初始 化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機采集計算輸出 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 8 所示。 圖 8 程序整體框架流程3.2 電路啟動初始化 初始化是為單片機的運行設置初始的運行環(huán)境， 主要完成以下工作： 清片內(nèi)， 每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復位操作。復位操作完成以后，單片 機的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當一部分是未知的值。這些未知的值在單片機復位完成，正式運行以后，會產(chǎn)生無法讓程序設計人員掌握的后果， 甚至會造成系統(tǒng)的損壞。 因此， 在單片機運行后， 首先清 0 使之置初始參數(shù)設定， 便于程序設計人員掌握

28、，以利系統(tǒng)的工作。設置系統(tǒng)運行所需的各個參數(shù)，設置 定時器和中斷設定。圖 9 為初始化程序流程。3.3 按鍵采集程序 鍵盤子程序用于探測開關(guān)、是否處在有效的開關(guān)狀態(tài)，以決定是否啟動系統(tǒng) 運轉(zhuǎn)。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。其中讀 取端口后要做一定的延時以排除鍵抖引起的誤動作。圖 10 為按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖。 圖 10 按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖3.4 數(shù)碼管顯示子程序 開機時，初始化數(shù)碼管，通過串口將“0”的字形碼輸出使數(shù)碼管顯示“o” 。 然后判斷 p1 口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續(xù)判斷。 顯示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式 0，再讀取顯示緩沖區(qū)內(nèi)的 數(shù)據(jù)

29、(顯示緩沖區(qū)主要是用來存放即將要顯示的數(shù)據(jù))，然后通過查表的方式找到 對應的字形碼，最后把字形碼寫入串口寄存器 sbuf 通過串口方式 0 發(fā)送出去。 當 8 個時鐘脈沖后，字形碼都移至 74ls164 的 q0-q7，數(shù)碼管就顯示相應按鍵的 編碼。 顯示子程序是怎么將顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)變成相應的字形碼呢?具體的方法 是將每個數(shù)字的字形碼以 16 進制數(shù)從小到大的次序依次存放在存儲器中的固定 區(qū)域中，構(gòu)成顯示代碼表。當要顯示某字符時，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

30、 a 中得到的結(jié)果即表格中 取出的對應數(shù)字的字形碼。 對于電路中的 74ls164 共陰極數(shù)碼管數(shù)據(jù)位和字形的對應關(guān)系如下表。 由于單片機在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時候數(shù)據(jù)從 rxd 引腳從低位到高位 依次輸出，而最先輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過 74ls164 串轉(zhuǎn)并后到達 q7，也就是說單片機內(nèi)的 do 通過串口發(fā)送并經(jīng)過 74ls164 后到達 74ls164 的 q7 腳即數(shù)碼管的 a 腳，因此在單片機內(nèi)字型碼與 74ls164 所對應的字型碼正好相反，所以共陽極 數(shù)碼管在單片機內(nèi) o-9 所對應的字型碼分別是： 01h，4fh，12h，06h，4ch，24h，20h，0fh00h，04h。 3.

31、5 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 11 所 示。 圖 11 數(shù)據(jù)采集子程序結(jié)構(gòu)流程圖3.6 充電子程序的設計 充電過程分兩階段進行，第一階段為恒流充電，充電電流可設定，當充電電 壓達到 4v 時轉(zhuǎn)入第二階段，即 4.2v 的恒壓充電方式，恒壓充電電流會隨著時 間的推移而逐漸降低，待充電電流降到 0.1ma 時，表明電池已充到額定容量的 93%95%，此時即可認為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到 零，電池完全充滿 。充電過程中， “充電”指示燈亮；

32、充滿時， “充飽”指示燈 亮， “充電”指示燈滅，通過按鍵設置可控制充電時間。充電子程序流程圖如圖 12 所示。 圖 12 充電子程序結(jié)構(gòu)流程圖3.7 電源子程序的設計本太陽能手機充電器與傳統(tǒng)充電器相比， 最大的優(yōu)點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充 電，或作為 mp3 等其他小電子設備的供電電源。其輸出電壓 0 到 5v 可調(diào)，數(shù) 字顯示，并有完善的過流保護功能，從而確保電子產(chǎn)品的安全使用。充電子程序 流程圖如圖 13 所示。 圖 13 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖 結(jié)束語本手機充電器系統(tǒng)的設計分為硬件電路設計和程序設計兩個部分， 硬件電

33、路 設計屬于前期的主要工作，通過方案論證與可行性分析，最終確定由 89c51 單 片機完成主電路的控制與設計，并展開外圍電路與控制硬件電路設計，硬件電路 的設計主要是電路原理圖的繪制以及參數(shù)的確定。 在硬件電路設計上遇到一些問 題，關(guān)于 dc/dc 轉(zhuǎn)換的 pwm 脈寬調(diào)制信號的產(chǎn)生問題，經(jīng)過反復分析論證， 最后確定用單片機通過編程來實現(xiàn)，這樣將大大降低硬件的成本。 軟件的設計采用模塊化的程序設計方法，分為主程序部分、按鍵采集模塊、 數(shù)碼管顯示模塊、ad 轉(zhuǎn)換采集模塊以 pwm 脈寬信號產(chǎn)生模塊等。程序的設計 既參考了一些資料里的內(nèi)容，也有相當多的自我設計，比如說 pwm 脈寬調(diào)制信 號產(chǎn)生程

34、序，就是參考了網(wǎng)友提供的標志位加定時器實現(xiàn)的方法，但主程序中有 關(guān)數(shù)據(jù)處理計算的則是自己設計，因為這些東西涉及到具體硬件電路，是找不到 相關(guān)資料的，在數(shù)據(jù)處理中有簡單的單字節(jié)算法，也有雙字節(jié)的，有的則采用巧 妙的算法有效避免出現(xiàn)雙字節(jié)，從而使程序設計變得簡單。 對于本設計，如果進行進一步的的研究，我認為應該在以下幾個方面重點考 慮： （1）考慮顯示模塊改用液晶顯示，這樣可以減小電流損耗，還可顯示漢字， 使顯示更加豐富人性化。但在總的造價有所增加； （2）pwm 產(chǎn)生由獨立芯片完 成，這樣可減輕單片機的負擔，使其有時間做其它人性化的服務，并可提高電路 輸出精度； （3）電路設計中盡可能的使用較少

35、的按鍵，使六個按鍵減為四個，這 需要通過程序來實現(xiàn)； 致謝 經(jīng)過幾個月的努力，在指導老師的幫助下，終于完成了多用太陽能手機充電 器的設計和調(diào)試。從確定設計題目的那天開始，指導老師就開始不斷地給我提供 幫助，從最初的方案確定，到元器件的選擇，電路的修改和調(diào)試，程序的編寫和 修改，以及論文的制作等等，很多都是涉及到細節(jié)的問題；正是由于指導老師無 私幫助，我才得以完成設計，指導老師自己也是很忙的，他帶有很多實驗課，每 次與指導老師見面幾乎都是在實驗室，可想而知指導老師對我的關(guān)心，在做畢業(yè) 設計的同時也是一個學習和成長的過程， 雖然設計中很多東西都是指導老師以前 做過的， 但是指導老師幾乎每次都對我說

36、： 先自己慢慢做， 有什么問題再來問我， 正是由于指導老師嚴謹?shù)目茖W態(tài)度， 才使我從最初接觸這個課題時的迷茫變?yōu)楝F(xiàn) 在豁然開朗，期間指導老師不斷提供的幫助和鼓勵是很重要的，特別要提及的是 關(guān)于充電器的應用問題， 要是沒有指導老師提供的指導和建議是根本不可能完成 的。在此，對指導老師的幫助表示感謝！ 19 參考文獻1 蔣鴻飛，胡淑婷. .綠色能源太陽能充電器j. 上海應用技術(shù)學院學報(自然科學版)， 2007，(2)：147-149 2 蔡朝洋. 單片機控制實習與專題制作m. .北京：北京航空航天大學出版社，2006 年 11 月 3 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)m. 北京航空航天大學出版社，

37、2005，(05) 4 張伯文. 簡易鎳鎘電池定時恒流充電器j. 電池，1997，(6) 5 康華光. 電子技術(shù)基礎 (模擬部分) m. 北京：高等教育出版社， 2000 6 張紅梅，尹云華. 太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢j. 水電能源科學，2008，26(6)： 193-197 7 濱川圭弘. 太陽能光伏電池及其應用m. 北京：科學出版社， 2008 8 沈德金等. 接口電路與實用程序?qū)嵗齧.北京大學出版社, 2003 年 9 張軍軍， 孫佩石， 梁海濤. 智能化小區(qū) led 路燈光伏充電器的設計j. 電源技術(shù)，2007， 31(2)：157-159 10 陳維， 沈輝， 王東海等. 太陽

38、能半導體照明驅(qū)動技術(shù)研究j. 照明工程學報， 2005， 16(3)： 7-10 11 徐大誠，鄒麗新，丁建強. 微型計算機控制技術(shù)及應用m.高等教育出版社，2003 年 12 肖鵬，陳國呈，吳春華等. 一種新型光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)拓撲及控制策略j. 上海大學學 報(自然科學版)，2008，14(6)：633-636 13 周林， 武劍， 栗秋華等. 光伏陣列最大功率點跟蹤控制方法綜述j. 高電壓技術(shù)， 2008， 34(6)：1145-1154附錄 1 主電路原理圖 附錄 2 匯編源程序org 000hljmp mainorg 000hljmp pwml;pwm波輸出 org 001bhljmp

39、 testout;檢測輸出 led equ 70h ;數(shù)碼管顯示緩沖 pwmf bit00h ；輸出標志位 pwm1h equ71h；pwm高電平緩沖pwm1l equ72h pwm2h equ73h ；pwm低電平緩沖pwm2l equ74h testh equ 77h；檢測周期緩存 testl equ 78htestv equ 79h；輸出電壓檢測緩沖 testi equ 7ah ；輸出電流檢測緩沖 pwmt equ 7bh ;pwm波周期 out bit 02h ;功能選擇tvi bit 03h ;功能選擇 org 0100hmain: mov a,#00h;mov led amov p

40、1，#07fhclr testvmov pwmt,#200;pwm周期設為50usmov testh,#0fehmov testl,#ochlcall displayljmp keyworkstart:lcall testinmov a,testvmov b,#33hdiv a bjnz nextmov a,#01hnext:mov b,#04hmul a b ;乘以比例得出實際輸出電壓mov b,ajnb out,next2next1：mov a,pwmtdiv a bmov b,ledmul a b;a中為低電平周期mov r1，amov a,#0ffhclr csubb a,r1inc

41、amov pwm2l,amov pwm2h,#0ffhmov a,pwmtclr csubb a,r1 ;a中為高電平周期mov r1，amov a,#0ffhclr csubb a,r1inc amov pwm1l,amov pwm1h,#0ffhclr p2.0clr p2.1clr p2.2mov ie,#8ah;cpu開中斷mov tmod,#11h;t模式1，定時，開始輸出mov th1，pwm2h；to賦值mov tl1，pwm2lmov th0，testh；to賦值mov tl0，testlsetb tr0setb tr1ljmp ednext2：mov a,pwmtmov b,

42、#04hdiv a b;a中為低電平周期mov r1，amov a,#0ffhclr csubb a,r1inc amov pwm2l,amov pwm2h,#0ffhmov a,pwmtclr csubb a,r1 ;a中為高電平周期mov r1，amov a,#0ffhclr csubb a,r1inc amov pwm1l,amov pwm1h,#0ffhclr p2.0clr p2.1clr p2.2mov ie,#8ah;cpu開中斷mov tmod,#11h;t模式1，定時，開始輸出mov th1，pwm2h；to賦值mov tl1，pwm2lmov th0，testh；to賦值m

43、ov tl0，testlsetb tr0setb tr1ed:ajmp edproject:clr p1.7ljmp edpwml:jb pwmf,pwmh;pwm輸出未完成返回clr tr0mov th0，pwm2hmov tl0，pwm2lsetb tr0setb pwmfclr p1.7;pwm輸出低電平retipwmh:setb p1.7clr tr0mov th0，pwm1hmov tl0，pwm1lsetb tr0;pwm輸出高電平clr pwmfretitestin:setb p2.0clr p2.1clr p2.2lcall testrettestout:clr tr1jnb tvi,stcbatest1：lcall testlcall testjnb out,test2mov a,testiinc ajz protectmov dptr,#otviabmov aa,ledmov a,a+dptrclr ccjne a,testv,dadaljmp return