基于太陽能的移動電源

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)TianjinUniversity of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班級學(xué)號： 0801-30 學(xué)生姓名： 姚歡 指導(dǎo)教師： 王利強 副教授 二一二年六月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計基于太陽能的移動電源Mobile supply based on solar energy專業(yè)班級：電科 0801學(xué)生姓名：姚歡指導(dǎo)教師：王利強副教授系別：電子工程學(xué)院2012年6月摘 要太陽能作為一種可再生能源逐步在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著光電轉(zhuǎn)換效率的提高，體積較小的一塊太陽能電池板所能提供的電壓和電流完全可以滿足對普通的

2、電壓幅值較小的用電器進行充電，而且太陽能電池板可以工作在多種環(huán)境下，只要接受到的太陽光足夠的強烈就可以滿足光電轉(zhuǎn)換的需求，同時太陽能電池板提供的是直流電源，相比使用交流電源充電時更加安全可靠。所以，本設(shè)計旨在利用太陽能的儲能特點，結(jié)合電路的運用，制作出簡易的太陽能移動電源。本設(shè)計制作的移動電源，通過太陽能電池板，將太陽能輸入的光能轉(zhuǎn)化為電能，再利用MC34063芯片實現(xiàn)DC/DC降壓，將由太陽能轉(zhuǎn)化成的電能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給用電器充電，并采用ADC0809芯片進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將太陽能輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳遞給AT89S52單片機，通過程序的控制，讓充電的電壓和電流顯示在液晶屏上

3、，并能在電池充電完成后自動停止充電。再運用7812和7805芯片將太陽能輸入的電壓幅值降至5V左右，為單片機供電。關(guān)鍵詞：太陽能移動電源；數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0809；AT89S52單片機；降壓模塊ABSTRACTSolar energy as one kind of renewable energy has been gradually widely used in various fields. With improvement of photoelectric conversion efficiency, even a small piece of solar panels can comp

4、letely provide enough voltage and current that satisfiesthe charging of appliances which use lower voltage than normal ones. Furthermore, solar panels can work in a variety of circumstances, as long as the light of the sun accepted is strong enough to meet the conditions of the photoelectric convers

5、ion. Solar panels offering dc power, meanwhile, has more safety and reliability compared with the ac power charge. So, the aims of this design is using solar energy, combined the utilization of circuit, to make a simple solar mobile power.The design of production of portable power source, through th

6、e solar panels, converts input solar energy into electricity, then use MC34063 chip to complete DC/DC voltage reduction. The electrical energy changed from solar energy is stabilized to the DC power to charge appliances through the circuit. Using ADC0809 chip analog-to- digital conversion, the input

7、 analog signal of solar energy will be transformed into digital signal, and be sent to the AT89S52 chip. The charging voltage and current will display on the LCD screen by program control and automatically stop after the battery is full. At the same time, the chip 7812 and 7805 make the voltage of s

8、olar input dropping to around 5V to supply the SCM.Key Words：solar mobile power; D/A conversion ADC0809; AT89S52SCM; step-downmodule目 錄1引言11.1太陽能電池工作原理11.2設(shè)計內(nèi)容及思路12設(shè)計方案及原理33硬件設(shè)計43.1單片機供電電路4電源穩(wěn)壓器4電路設(shè)計53.2基于AT89S52 單片機的液晶顯示控制電路5AT89S52單片機512864顯示屏6電路設(shè)計73.3數(shù)模轉(zhuǎn)換電路8ADC0809芯片874HC74芯片12電路設(shè)計123.4DC/DC降壓模塊1

9、3MC34063芯片13電路設(shè)計143.5繼電器控制模塊164軟件設(shè)計174.1系統(tǒng)整體程序設(shè)計174.2電路啟動初始化184.3按鍵采集程序204.4顯示屏顯示子程序224.5充電子程序的設(shè)計27結(jié)論30參考文獻31致謝32附錄A:硬件電路圖33附錄B:單片機程序361 引言基于太陽能的移動電源具有節(jié)能、環(huán)保、安全、方便、壽命長、適用廣等特點，十分具有價值。它的永久性、靈活性、干凈清潔等優(yōu)點給新能源開發(fā)帶來了無限的創(chuàng)新空間，其采用太陽光能，無需市電，無后期運行費用，節(jié)約用電，是國家大力推廣使用的綠色環(huán)保節(jié)能能源，它可任意安裝，不受位置限制，安裝使用簡單，哪里有陽光哪里就有電，其科技含量高，技

10、術(shù)先進，故障率低，基本免維護，維修量極少，操作簡單，只要輕輕一按就有電源輸出。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。太陽能電池是利用光電材料吸收光能后發(fā)生的光電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)產(chǎn)生電能的，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池、以無機鹽多元化合物為材料的電池、納米晶太陽能電池等。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

11、能開辟廣闊的前景。1.1 太陽能電池工作原理太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 太陽光照在半導(dǎo)體 p-n 結(jié)上,形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光-熱-電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光-電直接轉(zhuǎn)換方式。1.2 設(shè)計內(nèi)容及思路本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化來的電能主要供兩部分電路使用：1、通過7812和7805芯片將太陽能輸入的高幅值電壓降低為5V，從而為單片機供電。2、經(jīng)過DC/DC變換電路處理后，由充

12、電電路為負載供電。本電路采用的是開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設(shè)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。充電過程中采用發(fā)光二級管進行指示，系統(tǒng)中設(shè)計有完備的過壓保護，避免因電池過度充電而損壞。由DC/DC變換電路轉(zhuǎn)換而來的信號傳輸給ADC0809信號，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再將所得的數(shù)字信號傳遞給單片機，通過程序的控制，使液晶屏顯示充電電流和電壓。另外，選用了光耦合器來控制繼電路，從而很好地將單片機與外界電路隔離，避免單片機控制部分受到一定的影響，而且當用電器充電達到設(shè)定的幅值后，可以利用繼電器將電路斷開，從而起到保護電路和用電器的作用。文中介紹設(shè)計的太陽能移動電源，與普通的移

13、動電源相比，它的特殊之處除了能源的供應(yīng)來自太陽能電池板外，還充分利用了單片機的智能性，設(shè)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)品提供充電。把太陽能電池板放在一個有陽光的地方，即可以為一般電源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，從而獲得通信的自由。2 設(shè)計方案及原理如圖2-1所示，由太陽能輸入的電壓分為兩部分使用，一部分經(jīng)過單片機供電電路，將電壓降至5V，從而驅(qū)動單片機，使其工作，通過單片機的程序控制顯示電路的顯示；另一部分電壓通過DC/DC降壓模塊將電壓降低，供外界用電器充電使用，同時

14、將DC/DC降壓模塊的輸出電壓傳送給ADC0809芯片，完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能，再將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號傳遞給單片機，通過單片機的控制，利用繼電器實現(xiàn)光電耦合，將單片機和外圍電路隔離，同時利用單片機內(nèi)的程序控制顯示屏，將輸出電壓和電流顯示出來。AT89S52按鍵太陽能電池板單片機供電電路顯示電路12864用電器ADC0809可調(diào)型DC-DC變換電路繼電器控制電路圖2-1設(shè)計框架圖3 硬件設(shè)計3.1 單片機供電電路3.1.1 電源穩(wěn)壓器該部分電源穩(wěn)壓器件選用的是7805和7812芯片，78系列集成穩(wěn)壓器是常用的固定正輸出電壓的集成穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等規(guī)格，

15、最大輸出電流為1.5A。7805輸出電壓為5V，7812輸出電壓為12V。78系列是三端穩(wěn)壓集成電路，且為有正電壓輸出。這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是普通的三極管。用78系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，采用了噪聲低、溫度漂移小的基準電壓源，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7812表示輸出電壓為正12V。在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不

16、用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。7805典型應(yīng)用電路圖：78系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖3-1所示，這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負載電阻。當輸出電流較大時，7805應(yīng)配上散熱板。 圖3-178系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路3.1.2 電路設(shè)計單片機對電源質(zhì)量要求嚴格，只有波形穩(wěn)定清晰的電源才能使單片機上電復(fù)位，否則無法上電復(fù)位，晶振不能起振，單片機就不工作。單片機電源使用 5V 電壓，因此需要將太陽能轉(zhuǎn)換來的電壓經(jīng)過降壓和穩(wěn)壓后才能供單片機使用。如圖2-2所示，該部分電路由7805和7

17、812芯片組成，將太陽能輸入的較高幅值的3電壓轉(zhuǎn)換為5V左右的電壓，用于給單片機供電。當太陽能輸入電壓正常時，左邊的二極管導(dǎo)通，正常發(fā)光；當為單片機提供的工作電壓正常時，右邊的二極管導(dǎo)通，正常發(fā)光。單片機供電電路的主要功能是將太陽能電池板轉(zhuǎn)化的直流電經(jīng)過7812的初步降壓，然后由7805再次穩(wěn)壓供給單片機使用，78系列穩(wěn)壓芯片性能穩(wěn)定，屬于集成穩(wěn)壓芯片的較常用系列，同時其價格低廉并能實現(xiàn)系統(tǒng)要求，所以其被選用。電路中所連接的電容為濾波的作用。圖3-2單片機供電電路原理圖3.2 基于AT89S52 單片機的液晶顯示控制電路3.2.1 AT89S52單片機按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源

18、、外界晶振或振蕩器、多功能I/O口，以及控制、選通和復(fù)位四類。盡管均可作普通I/O口用，但P0P3口的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動能力有所不同：P1、P2、P3是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向口，不必外接上拉電阻，每個端口可帶4個TTL；P0口是開漏結(jié)構(gòu)的8位準雙向口，作普通I/O口時必須外接上拉電阻，每個端口可帶8個TTL負載。引腳復(fù)用功能P0、P2口為普通I/O口和總線復(fù)用口，P1的部分和P3的全部端口具有第二功能。AT89S52的I/O口具有自動識別特性。即P0、P2口的總線復(fù)用和P1、P3口的第二功能，都是由單片機內(nèi)部自動選擇的，不需要使用者通過指令去設(shè)定。AT89S52可外接晶振或振蕩器，頻率范圍033M

19、Hz，外接振蕩器時XTAL2浮空，該電路圖中，我選擇接入了一個12M的晶振，以實現(xiàn)晶體振蕩電路。3.2.2 12864顯示屏表3-1 顯示屏的接口說明管腳號名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正（3.0V-5.0V）3V0對比度（亮度）調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時鐘：上升沿時讀取SID數(shù)據(jù)15PSBLL：串口方式17RESETH/L復(fù)位端，低電平有效19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負載0V圖3-312864工作原理方框圖顯示屏的接口說明如表3-1所示。12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行

20、多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊，工作原理方框圖如圖3-3所示。3.2.3 電路設(shè)計單片機的連接原理圖如圖3-4所示，本

21、模塊電路主要負責在給外部用電器充電時,將用電器的電壓和電流顯示出來，其次可以通過按鍵，根據(jù)所充用電器的具體型號，設(shè)置最大幅值充電電壓，當太陽能充電器充至所設(shè)置的幅值時，電路自動斷開，不再為外界用電器供電。顯示屏選用的是12864，其自帶字庫使用方便，能夠節(jié)省單片機資源，與1602相比其面積大，顯示的內(nèi)容更加豐富。本系統(tǒng)的顯示內(nèi)容較多，并且基本運用的都是中文字符，其能夠更清晰準確的完成系統(tǒng)的調(diào)整、校準和顯示任務(wù)。圖3-4單片機連接原理圖單片機中，由于該電路無外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，所以31引腳EA應(yīng)接高電平。按鍵接在電源和9口上，完成了電路的復(fù)位功能，由于復(fù)位時高電平有效，在本電路中，當剛接

22、上電源的瞬間，復(fù)位按鍵所接的電容兩端相當于短路，即相當于給RESET引腳一個高電平，等充電結(jié)束時（這個時間很短暫），電容相當于斷開，這時已經(jīng)完成了復(fù)位動作。該電路中P0口用于接收由ADC0809芯片轉(zhuǎn)換來的數(shù)字信號，P1.0用于控制繼電器的開斷，P2.02.3用于控制液晶顯示屏，P2.42.7用于控制按鈕，調(diào)節(jié)幅值上限，P3.03.2為地址輸入端，P3.33.7用于控制ADC0809芯片。3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路3.3.1 ADC0809芯片ADC0809是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系

23、統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳如下圖所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下：圖3-5ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖地 址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表3-1地址信號與選中通道的關(guān)系(a)、IN0IN78路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。(b)、D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)

24、輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。(c)、ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號，ADDA為低位，ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如上表所示。(d)、VR(+)、VR(-)正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準電壓。在單極性輸入時，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時，VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。(e)、ALE地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時，A、B、C三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時，該信號常和START信號連在一起，以便同時鎖存通

25、道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。(f)、STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。(g)、EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動信號反饋接到START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。(h)、OE輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0809的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換

26、結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。2、工作時序與使用說明ADC0809的工作時序下圖所示。當通道選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復(fù)位，在該上升沿之后的2s加8個時鐘周期內(nèi)(不定)，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后，便立即送出OE信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖3-6ADC0809工作時序模擬輸入通道的選擇可以相對于轉(zhuǎn)換開始操作獨立地進行(當然，不能

27、在轉(zhuǎn)換過程中進行)，然而通常是把通道選擇和啟動轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成(因為ADC0809的時間特性允許這樣做)。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動轉(zhuǎn)換。在與微機接口時，輸入通道的選擇可有兩種方法，一種是通過地址總線選擇，一種是通過數(shù)據(jù)總線選擇。如用EOC信號去產(chǎn)生中斷請求，要特別注意EOC的變低相對于啟動信號有2s+8個時鐘周期的延遲，要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。為此，最好利用EOC上升沿產(chǎn)生中斷請求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請求。3、工作原理電壓電流的A/D采集是逐次逼近原理進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。ADC0809的采樣分辨率為8位，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

28、號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。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（如圖3-7所示）。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)。圖3-7ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖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 0-5V，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(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：ALE

29、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 IN0-IN7上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：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(yīng)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)。D7D

30、0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(shè)計中用單片機的P0口接收來自0809的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，P3.0、P3.1、P3.2依次接在 0809 的 A、B、C 地址線，P3.3和P3.4通過或非門接在0809的 OE 端，P3.4和P3.5通過或非門接 START和ALE端，P3.6通過或門接 EOC端，時鐘信號由單片機的ALE端經(jīng)74HC74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

31、先 P3.0、P3.1、P3.3輸入3位地址，并使 P3.4和P3.5低電平輸出，將地址存入地址鎖存器中，同時令START發(fā)出進行A/D轉(zhuǎn)換的信號，此時地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。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)，這時使P3.3變?yōu)榈碗娖捷敵龅碗娖?，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，單片機讀取 P0口然后做下一步處理操作。3.3.2 74HC74芯片74HC74是一款高速CMOS器件，它是雙路D 型上升沿觸發(fā)器，帶

32、獨立的數(shù)據(jù)（D）輸入、時鐘（CP）輸入、設(shè)置（SD）和復(fù)位（RD）輸入、以及互補的Q和Q非輸出。設(shè)置和復(fù)位為異步低電平有效，且不依賴于時鐘輸入。74HC74數(shù)據(jù)輸入口的信息在時鐘脈沖的上升沿傳輸?shù)絈口。為了獲得預(yù)想中的結(jié)果，D輸入必須在時鐘脈沖上升沿來臨之前，保持穩(wěn)定一段就緒時間。74HC74的工作電壓范圍為：2.06.0 V，其具有阻抗對稱輸出、高抗擾、低功耗、ESD保護等特性。3.3.3 電路設(shè)計AT89S52單片機沒有內(nèi)置的 A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此采集的電壓需要經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換才可接入單片機。如圖3-8所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能就是將太陽能光伏電池板產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號方便單片機讀取數(shù)據(jù)并對外

33、圍電路進行控制，此模塊電路只要有ADC0809，74HC02、74HC74組成，其中74HC02是由各或非門集成的芯片，此模塊性能穩(wěn)定。本系統(tǒng)主要利用AD采集電壓和電流信號，時鐘口連接，方便程序的編寫，74HC74主要的作用是將單片機30引腳的ALE頻率進行多次分頻，最后轉(zhuǎn)化為可供ADC0809使用的500KHz信號。ADC0809的最大測量電壓是5V，本電路在測量高電壓時采用電阻分壓方式，間接測量高電壓。圖3-8數(shù)模轉(zhuǎn)換原理圖3.4 DC/DC降壓模塊3.4.1 MC34063芯片MC34063是一種開關(guān)型高效DC/DC變換集成電路。它的內(nèi)部含有具有溫度補償?shù)幕鶞孰妷涸?、比較器、具有限電流電

34、路的占空比可控的振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)管。另外，它的內(nèi)部還設(shè)有大電流的電源開關(guān)，34063能夠控制的開關(guān)電流達到1.5A，參考電壓源是溫度補償?shù)膸痘鶞试?，振蕩器的振蕩頻率有3引腳的外接定時電容決定；開關(guān)晶體管由比較器反向輸入端與振蕩器相連的邏輯控制線路置成ON，并由與振蕩器輸出同步的下一個脈沖設(shè)置成OFF。1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)MC34063的內(nèi)結(jié)構(gòu)圖如圖3-9所示：1引腳：開關(guān)管T1集電極引出端；2引腳：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端；3引腳：定時電容Ct的接線端，調(diào)節(jié)電容Ct的電容值可以使工作頻率在100Hz-100KHz之間變化；4引腳：GND：5引腳：電壓比較器反相輸入端同時也是電壓輸出取樣端

35、，使外接電阻精度不低于1%的精度電阻；6引腳：Vcc；7引腳：負載峰值電流取樣端，6、7引腳之間的電壓超過300mV時芯片啟動內(nèi)部過流保護電路，起到過流保護的作用；8引腳：驅(qū)動管T2的集電極引出端。圖3-9MC34063內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2、工作原理振蕩器通過恒流源對外接在CT管腳（3引腳）上的定時電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生震蕩波形。充電和放電都是恒定的，震蕩頻率僅取決于外界定時電容的容量。與門的C輸入端在震蕩器對外充電時為高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平。當C和D輸入端都變成高電平時觸發(fā)器被置為高電平輸出開關(guān)管導(dǎo)通；反之當振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得

36、輸出開關(guān)管出于關(guān)閉狀態(tài)。電流限制通過檢測連接在Vcc和5引腳之間電阻上的壓降來完成功能。當檢測到電阻上的壓降接近超過300mV時，電流限制電路開始工作，這時通過CT管腳（3引腳）對定時電容進行快速充電以減少充電時間和輸出卡關(guān)管的導(dǎo)通時間，結(jié)果是使得輸出開關(guān)的關(guān)閉時間延長。3.4.2 電路設(shè)計如圖3-10所示，系統(tǒng)需要將光伏電池轉(zhuǎn)化后的直流電壓轉(zhuǎn)化為可給蓄電池充電的直流電壓，MC34063是點盤雙極型線性集成電路，專用于直流-直流變換器控制部分，片內(nèi)悍勇溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)，能輸出1.5A的開關(guān)電流，他能使用較少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器，降壓

37、式變換器和電源反向器。比較器的反相輸入端(引腳5)通過外接分壓電阻R1、R2監(jiān)視輸出電壓 。其中，輸出電壓U0=1.25(1+ R2/R1)由公式可知輸出電壓。僅與R1、R2數(shù)值有關(guān)，因1.25V為基準電壓，恒定不變。故通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，可改變輸出電壓U0的大小。引腳5電壓與內(nèi)部基準電壓1.25V同時送入內(nèi)部比較器進行電壓比較。當引腳5的電壓值低于內(nèi)部基準電壓(1.25V)時，比較器輸出為跳變電壓，開啟芯片內(nèi)部的R-S觸發(fā)器的S引腳控制門，R-S觸發(fā)器在內(nèi)部振蕩器的驅(qū)動下，觸發(fā)器的輸出端Q為“1”狀態(tài)(高電平)，驅(qū)動管內(nèi)部開關(guān)三極管T1和T2導(dǎo)通，使輸入電壓Ui向輸出濾波器電容C2充電以

38、提高U0，達到自動控制U0穩(wěn)定的作用。當引腳5的電壓值高于內(nèi)部基準電壓(1.25V)時，R-S觸發(fā)器的S引腳控制門被封鎖，輸出端Q為“0”狀態(tài)(低電平)，內(nèi)部開關(guān)三極管T1和T2截止。振蕩器的IPK 輸入(引腳7)用于監(jiān)視開關(guān)管三極管T1（引腳1）的峰值電流，以控制振蕩器的脈沖輸出到R-S觸發(fā)器的Q端。引腳3外接振蕩器所需要的定時電容C3電容值的大小決定振蕩器頻率的高低，亦決定開關(guān)管T1的通斷時間。圖3-10DC/DC降壓模塊原理圖3.5 繼電器控制模塊如圖3-11所示，繼電器控制模塊主要由繼電器，光電耦合器，三極管等組成，此電路的主要功能是控制充電電路的通斷，即當電池充滿時自動切斷電源，防止

39、蓄電池的過充，從而保護并延長了電池的使用壽命，此模塊由單片機的p1.0進行控制，當p1.0口的電壓拉低時，電壓通過限流電阻給光電耦合器通電，光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換使3和4引腳導(dǎo)通，電源通過限流電阻使三極管導(dǎo)通，繼電器得電接通。當輸入信號為低電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于開關(guān)“斷開”；當輸入信號為高電平時，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當于開關(guān)“接通”。圖3-11繼電器模塊原理圖4 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)整體程序設(shè)計如圖4-1所示，本設(shè)計整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始化，并對繼電器開始初始值設(shè)置，這一

40、步是在按下幅值鍵后，通過“加”和“減”按鈕調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，待繼電器初始值設(shè)置完畢后，電路開始對外界用電器進行充電工作，直至用電器電壓達到繼電器初始值設(shè)置電壓時，電路停止工作。ADC0809初始化幅值鍵是否按下？12864初始化繼電器初始設(shè)置主循環(huán)掃描YN增加鍵是否按下？減小鍵是否按下？上限值加0.1V上限值減0.1VYYN確認鍵是否按下?上限值調(diào)整完畢YN按鍵掃描及顯示按鍵掃描及顯示切斷充電電源YN采集是否超上限？開始圖4-1 程序設(shè)計框圖4.2 電路啟動初始化如圖4-2所示，初始化是為單片機的運行設(shè)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(fù)位操作。復(fù)位操

41、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(fù)位完成，正式運行以后，會產(chǎn)生無法讓程序設(shè)計人員掌握的后果，甚至?xí)斐上到y(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(shè)定，便于程序設(shè)計人員掌握，以利系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運行所需的各個參數(shù)，設(shè)置定時器和中斷設(shè)定。ADC0809初始化液晶初始化單片機I/O口初始化開始圖4-2電路啟動初始化流程圖電路啟動初始化程序：void delay(int t) /微秒級的延時 while(t-); void fasong(uchar byte) /發(fā)送一個字節(jié)uchar i;for(i=0;i<8;

42、i+)SID=byte&0x80;/取最高位CLK=1;CLK=0; /允許傳送byte=byte<<1; /右移一位 void write(bit start,uchar temp) /寫數(shù)據(jù)，寫指令uchar start_data,Hdata,Ldata;if(start=0) /11111ABC中的B=0start_data=0xf8; /寫指令elsestart_data=0xfa; /寫數(shù)據(jù)delay(1); /延時程序時序需要Hdata=temp&0xf0; /取高四位Ldata=(temp<<4)&0xf0; /取低四位fasong

43、(start_data); /發(fā)送指令delay(1);fasong(Hdata); /發(fā)送高四位delay(1);fasong(Ldata); /發(fā)送低四位delay(1);void onit()/液晶的初始化sbit PSB=P20;PSB=0;delay(1);write(0,0x30); /選取基本指令集write(0,0x0c); /開顯示，關(guān)光標，關(guān)閃爍write(0,0x01); /清屏write(0,0x06); void Init()P1=0xff;void delay2(int z)int i,j;for(i=0;i<z;i+)for(j=0;j<125;j+)

44、;voidmain() sbit jdq=P10;double bijiaozhi; /幅值上限的設(shè)定值bijiaozhi=12000;/比較值設(shè)置12vInit();/液晶初始化onit();/P1口初始化 jdq=0; /繼電器開啟delay2(5);4.3 按鍵采集程序按鍵初始化幅值按鍵是否按下Y延時10ms后繼續(xù)判斷液晶清屏寫入幅值字符串并顯示上限初值確認鍵是否按下YY幅值加1減鍵是否按下幅值減1YY加鍵是否按下Y幅值上限設(shè)定完畢并顯示屏幕主界面NN等待確認鍵按下NN圖4-3按鍵采集程序如圖4-3所示，鍵盤子程序用于設(shè)置繼電器的初始值，以保證在為外界用電器充滿電后，電路能及時斷開，起到

45、保護電路和用電器的電路。探測輸出電壓是否處在有效的工作狀態(tài)，以決定是否啟動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，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按鍵抖動引起的誤動作。按鍵采集程序：void delay2(int z)int i,j;for(i=0;i<z;i+)for(j=0;j<125;j+);void main() sbit jian=P25;sbit queren=P26;double bijiaozhi;sbit jia=P24;sbit fuzhi=P27;if(fuzhi=0)/按鍵消抖 delay2(10);if(fuzhi=0)write(0,0x01);

46、/清屏 delay2(10);while(!fuzhi);while(1) if(jia=0) delay2(10); if(jia=0) bijiaozhi=bijiaozhi+100;while(!jia); if(jian=0) delay2(10); if(jian=0) bijiaozhi=bijiaozhi-100;while(!jian); if(bijiaozhi>=17100) bijiaozhi=3000; if(bijiaozhi<=2900) bijiaozhi=17000; if(queren=0) delay2(10);/延時10ms if(queren

47、=0) break; while(!queren); 4.4 顯示屏顯示子程序如圖4-4所示，開機時，按下復(fù)位鍵，通過程序。令顯示屏上顯示初始電壓、電流及設(shè)計者姓名。用液晶顯示ADC0809采集值大體分三步走:第一步：搞清楚液晶12864（帶字庫，方便使用），大致有如下幾個函數(shù)：寫數(shù)據(jù)，寫指令，忙檢測，初始化，指定地址顯示字符串等等。第二步：搞清楚ADC0809怎樣用，怎樣寫入與顯示出AD采集數(shù)據(jù)。第三步：把上面兩步程序合在一起進行調(diào)試，當然要注意各端口的定義與連接。要特別注意各變量的類型，類型錯的話會出現(xiàn)亂碼。然后時序一定要控制好，一定要嚴格按照芯片資料的時序編寫，各語句之間有時需要加延時進

48、行分隔（假如出現(xiàn)程序運行異常但是邏輯語句沒有錯誤時可以考慮加稍許的延時）顯示屏初始化寫入第一行地址指令寫入第一行數(shù)據(jù)寫入第二行地址指令寫入第二行數(shù)據(jù)寫入第四行地址指令寫入第三行數(shù)據(jù)寫入第三行地址指令寫入第一行數(shù)據(jù)圖4-4顯示屏顯示子程序用帶中文字庫的12864顯示模塊時應(yīng)注意以下幾點：第一，欲在某一個位置顯示中文字符時，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。第二，顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置。第三，當字符編碼為2字節(jié)時，應(yīng)先

49、寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。第四，模塊在接收指令前，向處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標志時BF需為“0”，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時間請參考指令表中的指令執(zhí)行時間說明。第五，“RE”為基本指令集與擴充指令集的選擇控制位。當變更“RE”后，以后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位，否則使用相同指令集時，無需每次均重設(shè)“RE”位讀取12864的數(shù)據(jù)的時候，一定要注意，E信號要在一個下降延之后持續(xù)拉高，然后才能正常讀取數(shù)據(jù)。顯示屏顯示子程序：vo

50、id delay(int t) /微秒極的延時 while(t-); void fasong(uchar byte) /發(fā)送一個字節(jié)uchar i;for(i=0;i<8;i+)SID=byte&0x80; /取最高位CLK=1;CLK=0; /允許傳送byte=byte<<1; /右移一位 void write(bit start,uchar temp) /寫數(shù)據(jù)，寫指令uchar start_data,Hdata,Ldata;if(start=0) /11111ABC中的B=0start_data=0xf8; /寫指令elsestart_data=0xfa; /寫

51、數(shù)據(jù)delay(1); /延時程序時序需要Hdata=temp&0xf0; /取高四位Ldata=(temp<<4)&0xf0; /取低四位fasong(start_data); /發(fā)送指令delay(1);fasong(Hdata); /發(fā)送高四位delay(1);fasong(Ldata); /發(fā)送低四位delay(1);void LCM_WriteString(uchar *str)while(*str != '0') write(1,*str+);*str = 0;void ADC0809()sbit RD1=P33;sbit ADD=P34

52、;sbit WR1=P35;sbit INT=P36;double getdata;ADD=0;WR1=1;delay(5);/程序WR1=0;delay(5);WR1=1;while(INT=1);RD1=0;getdata=P0;RD1=1;ADD=1;void delay2(int z)int i,j;for(i=0;i<z;i+)for(j=0;j<125;j+;void display1(double date) uint jishu5=0,0,0,0,0;date=(date*5000/64);jishu0=(int)date%10+0x30;jishu1=(int)d

53、ate%100/10+0x30;jishu2=(int)date%1000/100+0x30;jishu3=(int)date%10000/1000+0x30;jishu4=(int)date/10000+0x30;write(0,0x8a);LCM_WriteString(":");write(1,jishu4);write(1,jishu3);LCM_WriteString(".");write(1,jishu2);write(1,jishu1);write(1,jishu0);LCM_WriteString("V");void Xianzhuping() double getdata;double dianyazhi;write(0,0x80);/第一行的顯示LCM_WriteString("<<太陽能充電器>