基于单片机的太阳能充电器的设计毕业论文.doc

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1、 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目： 基于单片机的太阳能充电器的设计 学 院： 电气与信息工程 专 业： 自动化 姓 名： 杜 XX 学 号： 0924092XX 指导老师： 李老师 完成时间： 2013 年 06 月 03 日 河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要 摘 要 化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找 洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不 尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越 来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能 光伏发电系统将逐渐由现在的补充

2、能源向替代能源过渡。 使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时电池突然没电了，因不能及 时找到或没有 220V 市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决 这一问题，本课程设计介绍一种多用太阳能手机充电器，利用单片机控制，将太 阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充 电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对市电的依赖而获得通信的自由。与 常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。 关键词：关键词：太阳能电池板，单片机， BUCK 变换器，光伏发电技术 河南城建学院本科毕业设计（论文）Abstract I Abstract Increasing d

3、epletion of fossil energy, its emphasis on environmental protection are also rising, look for clean alternative energy issues become more urgent. Solar energy as a renewable energy it has an inexhaustible and clean and safe and so on, so have a broad application prospects, photovoltaic power generat

4、ion technology is more and more attention, with the PV module continue to lower prices and photovoltaic technology, solar PV systems will gradually supplement the energy from the current transition to alternative energy. People who use mobile phones have had the experience, go out or travel no elect

5、ricity when the battery suddenly, and because they can not be found or does not timely 220V electricity and not to charge their cell phones affect the normal use of mobile phones. To solve this problem, the course design introduces a multi-purpose solar charger, use MCU control, will transform solar

6、 energy through the circuit to stabilize the direct current to charge their cell phones and can charge the battery automatically stops charging after, but also as a general DC power use, so get rid of dependence on electricity obtained the freedom of communication. Compared with the conventional cha

7、rger, solar charger has a clear advantage. Key words: solar energybattery, single chip, BUCK converte，solar energy 河南城建学院本科毕业设计（论文）目录 II 目录 摘 要.I AbstractII 目录.III 1 绪论.1 1.1 本课题的研究背景及现状1 1.2 课题设计思想1 1.3 论文结构.2 2 基于单片机的太阳能充电器系统总体方案设计3 2.1 设计方案一3 2.2 设计方案二4 2.3 基于单片机的太阳能充电器的设计的总体设计方案5 3 基于单片机的太阳能充电器系

8、统的硬件设计6 3.1 太阳能电池板的选用6 3.2 LM7805 稳压电路7 3.3 充电主电路的设计8 3.4 信号采集处理电路9 3.5 单片机选型9 3.6 单片机STC89C52 介绍.10 3.7 单片机电路12 3.7.1 单片机复位电路12 3.7.2 单片机时钟电路.12 3.7.3 单片机 A/D 转换电路13 3.7.4 按键电路.14 3.7.5 数码管显示电路15 3.8 锂电池充电原理.16 4 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计17 4.1 设计思想.17 4.2 基于单片机的太阳能充电器系统的整体程序设计18 4.3 基于单片机的太阳能充电器系统的子程序的设

9、计19 4.3.1 电路启动初始化19 4.3.2 按键采集程序.20 4.3.3 数据采集及模数转换程序.21 4.3.4 数码管显示子程序22 4.3.5 充电子程序的设计22 4.3.6 电源子程序的设计24 河南城建学院本科毕业设计（论文）目录 III 5 仿真与调试25 5.1 充电电路仿真.25 5.2 电流采样处理电路仿真25 5.3 系统做直流电源使用时电路仿真图.26 5.4 系统做充电器使用时仿真结果27 6 总结与展望29 参考文献30 致谢31 附录 A 整体电路图32 附录 B 整体程序.33 河南城建学院本科毕业设计（论文）绪论 0 1 绪论 1.1 本课题的研究背

10、景及现状 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国 际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太 阳能资源，寻求经济发展的新动力。 太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料 和水等物质，使用中不释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的 可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。 当今世界各国特别是发达国家对光伏发电特别重视。光伏发电系统在超过 100 个 国家得到应用。2009 年，世界光伏新增装机容量达到 790 万千瓦，同比增长 43.6%，其中欧洲市场占 80.1%，北美占 7.0% ，

11、亚澳占 9.8%，其他占 3.1%。德 国以 380 万千瓦的新增装机容量位居榜首，占世界光伏市场的 48.1%，其次为意 大利、西班牙、日本、美国。截至 2009 年底，世界光伏装机容量累计达到 2680 万千瓦。并网光伏发电市场发展最快，占总光伏应用市场的 80%以上，并逐步发 挥着替代能源的作用，受到全世界的关注。 目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、 海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。从长远来看，随着太阳能电池制 造技术的改进以及新的光电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再

12、生清洁 能源的巨大需求，光伏系统并网发电太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实 可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。 太阳能手机充电器简单，模块小，携带方便，市场价格便宜，能帮助用户在 外出旅游远离市电情况下给手机及时充电。太阳能手机充电器使用起来又节省能 源，环保无污染，有广阔的发展前景，因此提出本课题。 1.2 课题设计思想 本设计课题是基于单片机的太阳能充电器的设计。首先，由于太阳能电池板 电压会随太阳光强度变化而波动，太阳光强时太阳能电池板电压会偏高一些，太 阳光强度弱时，太阳能电池板输出电压会偏低，为了从太阳能电池板输出得到稳 河南城建学院本科毕业设计（论文）绪

13、论 1 定电压，本设计采用稳压管 LM7805，LM7805 输出口可以输出稳定的 5V 电压， 以来可以供单片机和其他用电芯片使用，二来可以作为下一步电压变换电路的电 源。其次考虑到电池充电过程电压要求会有变化，不能简单输出稳定的直流电， 因此提出采用 DC/DC 变换电路，通过控制开关管通断时间占空比来调节输出电压。 单片机是控制中心，控制信号的产生由外部电路状态产生，对于充电过程来说， 根据外部充电电压和充电电流与理想充电过程的比较发出信号，调节占空比。为 此设计单片机单路，电压检测电路和电流检测电路,同时为了方便使用者知道系 统处于的状态，本设计设置显示模块和指示灯显示。 1.3 论文

14、结构 本论文第一部分绪论部分介绍了太阳能电池及太阳能光伏发电系统的发展现 状及前景，本课题研究的背景，并提出了设计思想；第二部分讨论了系统总体设 计方案；第三部分对系统的硬件电路进行了设计；第四部分对系统软件部分进行 了设计；第五部分进行仿真分析；第六部分，分析了本次设计的结果及展望。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统总体设计方案设 计 2 2 基于单片机的太阳能充电器系统总体方案设计 2.1 设计方案一 提出方案一方框图如图 2.1 DC/DC 变换 单片机 按 键 显示 手机 电池 太阳 能电 池板 图 2.1 方案一方框图 该方案采用 DC/DC 变换电路，

15、将太阳能电池板输出的电压变换为需要的电 压值给手机电池充电，同时单片机可以控制电路变换，还可采用按键设定某些值， 有显示部分，可以设定为显示电路状态。由上图方框图可以看出，该方案能够控 制 DC/DC 变换电路，有显示模块，但是该方案没有对外部电路的实时检测，不 能根据外部电路情况实时控制 DC/DC 变换电路。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统总体设计方案设 计 3 2.2 设计方案二 由第一种方案的缺点，为此提出第二种方案，方案二方框图如下图 2.2 所示。 DC/DC 变换 单片机 按 键 手机 电池 太阳 能电 池板 PWM 芯 片 模数转换 显 示 图

16、2.2 方案二方框图 从上图方框图可以看出方案二弥补了方案一的缺点，设计了对电路状态的检 测，并通过模数转换模块将转化的信号送给单片机。单片机可控制 PWM 芯片生 成 PWM 波实行对变换电路的控制，同时有按键模块和显示模块，但是该设计方 案将生成 PWM 部分用芯片代替，这样使得硬件电路部分复杂，不如用软件实现 可以使硬件电路变得简单，也充分利用单片机的功能。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统总体设计方案设 计 4 2.3 基于单片机的太阳能充电器的设计的总体设计方案 在方案一和方案二的基础上提出本次设计的整体设计方案如下图 2.3 所示。 DC/DC 变换

17、单片机 按 键 手机 电池 太阳 能电 池板 模数转换 显 示 图 2.3 整体设计方案框图 该方案综合方案一和方案二的优点，既具备对充电电路的检测，单片机可根 据对检测来的信号处理后的情况的分析进行对充电电路的控制，按键电路可以选 择系统可以实现的功能，显示电路可以显示电路的工作状态，控制信号 PWM 用 程序来实现，使硬件电路变得简单，节省资源，提高系统性价比。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统总体设计方案设 计 5 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 6 3 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 3.1 太阳能电池板的

18、选用 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜 太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室 里最高的转换效率为 24.7%，规模生产时的效率为 15%。多晶硅薄膜太阳能电池 与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率 为 18%,工业规模生产的转换效率为 10%。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻， 转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效 率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 硅太阳能电池片常用的为单晶 125 大倒角，其尺寸为 125mm*125mm，对角 线 150m

19、m，功率 Pmax2.60W，工作电压 Vm0.523V，工作电流 Im4.934A，开路 电压 Voc0.629V，短路电流 Isc5.285A。太阳能电池可根据电压大小需要，由不同 数量的太阳能电池片组成，其转换效率受光照、温度、太阳电池晶体类型及制造 工艺等影响，2010 年中国平均效率为 17.2%。常见的太阳能电池电压有 3V、6V、9V、12V、18V、32V、48V 等，更大的用于太阳能电厂发电项目。 太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，是该充电器的首要部分，其功 能是将太阳光的辐射能量转化为电能，如今的便携式数码设备种类较多，所需电 压电流不等，对于输入功率较大的设备，必须

20、采用面积较大的电池板，而这又给 携带带来不便。因此该设计采用模块式组合，根据不同充电负载的需要，将太阳 能板进行组合以达到具有一定要求的输出功率和输出电压的一组光伏电池。本文 以手机、MP3 等常用小功率用电设备为例，说明其太阳能充电器的设计过程。所 选用的太阳能电池板技术参数指标如下： 尺寸 95mm95mm，额定输出电压 5.5V，电流 140180mA，标称功率 1W，用两片该电池板串联可以得到 11V 电压， 可以作为 LM7805 的输入。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 7 3.2 LM7805 稳压电路 由于太阳能电池板电压会随太阳光强度

21、变化而波动，太阳光强时太阳能电池 板电压会偏高一些，太阳光强度弱时，太阳能电池板输出电压会偏低，为了从太 阳能电池板输出得到稳定电压，本设计采用稳压管 LM7805，LM7805 输出口可以 输出稳定的 5V 电压，保持输出电压的稳定。LM7805 的典型应用电路如下图 3.1 所示。 0.1uF C7 0.1uF C4 INOUT GND LM7805 LM7805 470uF C5 470uF C6 D2 Diode VinVout 图 3.1 LM7805 稳压电路 图中 C4、C7 的作用是消除输入连线较长时其电感效应引起的自激振荡，减 小纹波电压， ；在输出端接电容 C5、C6 是用

22、于消除电路高频噪声，改善负载的瞬 态响应。一般电容的耐压应高于电源的输入电压和输出电压。另外，为避免输入 端断开时 C6 从稳压器输出端向稳压器放电，造成稳压器的损坏，在稳压器的输 入端和输出端之间跨接一个二极管，对 LM7805 起保护作用。 LM7805 输入电压为 8V 到 36V，最大工作电流 1.5A，具有输入电压范围宽， 工作电流大，输出精度高且工作及其稳定，外围电路简单等特点，太阳能电池电 压即使有较大的波动，也能稳定的输出 5V 电压，从而是单片机等控制电路正常 工作，且成本低。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 8 3.3 充电主电路的

23、设计 充电主电路如下图 3.2 所示，充电主电路采用 DC/DC 变换电路。 30K R3 0.1 R6 3k R4 D1 1mH L1 Q2 1 2 P2 为为为为 为为为为 Q1 2N3906 PWM 图 3.2 电池充电电路 DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。 斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式 Ts不变，改变 ton(通用)，二是频 率调制（1）Buck 电路降压斩波器，其输出平均电压 U0小于输入电压 Ui， 极性相同。主电路核心由三极管去、电感 L1及续流二极管 D1构成的典型的 BUCK 降压 DC/DC 变换电路；图中 Q2的作用是放

24、大 PWM 信号，驱动开关管 Q1。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 9 3.4 信号采集处理电路 实时检测电池电压和充电电流是保证锂电池安全充电的前提，电流取样处 理电路如图 3.3 所示 10K R7 10K R8 200K R9 LM358 + 3 - 2 84 1 0.01uF C8为为为为 Ibat VCC 图 3.3 电流取样处理电路 电池电压直接接到单片机 A/D 接口，经 A/D 转换和单片机运算处理得到测 量电压值。本设计充电电流流经 0.1 取样电阻，得到电压采用运算放大器 LM358，把电流取样电压放大 21 倍后送到单片机 A/

25、D 接口进行采集。 电压检测可将输出口电压直接送到 A/D 输入接口，经模数转换后给单片机 进行处理。 3.5 单片机选型 对于单片机型号，最熟悉的就是 C51 系列，其中包括 AT89C51，AT89C52 在 AT89C51 的基础上有些改进，但是听有经验的同学说以型号 AT 开头的的单片机在 烧写程序时不容易进行烧写，于是考虑采用以型号是以 STC 为开头的单片机，通 过查资料了解发现 STC89C52 在功能上与 AT89C52 相似，为此，本设计单片机采 用 STC89C52 型号单片机。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 10 3.6 单片机

26、 STC89C52 介绍 STC89C52 是 STC 公司生产的一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具 有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。STC89C52 使用经典的 MCS-51 内核，但做 了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵 巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系 统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字 节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位 电路，3 个 16 位

27、定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼 容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工 作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位 为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。STC89C52 单片机引脚图如下图 3.4 所示。 图 3.4 单片机引脚图 STC89C52RC引脚功能说明 VCC（40引脚）：电源电压 河南城建学院

28、本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 11 VSS（20引脚）：接地 P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。 作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高 阻抗输入。 P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向 I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口 写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，可用作输入口。 P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动 （吸收或输出电流方式）4个TTL输

29、入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉 电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向 I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口 写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输 入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电 流。 在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。 ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部

30、程序存储器时，锁 存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（ALE）也用作编程输入脉冲。 /VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位 RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏 VPP电压。 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端 除这些功能引脚外，还有一些特殊功能寄存器。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 12 3.

31、7 单片机电路 3.7.1 单片机复位电路 本设计复位电路采用按键复位电路，当系统进入死循环时，按下复位键可使系统 重启，单片机复位电路如图 3.5 所示。 2K R2 10uFC3 S1 VCC RST 图 3.5 按键复位电路 系统正常工作时，电源给电解电容充电，电解电容储有电能，单片机复位端 口电瓶为低，当按键被按下时，单片机复位端口电平变为高，单片机采集到信号 后复位。 3.7.2 单片机时钟电路 单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路,单片机在工作过程中,所有 工作都是在时钟信号控制下进行的,每执行一条指令,CPU 的控制器都要发出一系 列特定的控制信号。外部时钟信号一般为 12

32、MHZ的方波。单片机时钟电路如下图 3.6 所示 30pF C2 30pF C1 12 CAY XTAL X1 X2 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 13 图 3.6 单片机时钟电路 3.7.3 单片机 A/D 转换电路 ADC0809 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。 ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个 三态输出锁存器组成。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译 码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。多路开关可选通 8 个模拟

33、通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出 锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁 存器取走转换完的数据。A/D 转换电路如图 3.7 所示 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0

34、/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 U? P80C31SBPN Q QD CLK R S 74HC74 ADC0809 1 IN3 2 IN4 3 IN5 4 IN6 5 IN7 6 START 7

35、EOC 8 D3 9 OE 10 CLK 11 VCC 12 REF+ 13 GND 14 D1 15 D2 16 REF- 17 D0 18 D4 19 D5 20 D6 21 D7 22 ALE 23 ADDC 24 ADDB 25 ADDA 26 IN0 27 IN1 28 IN2 ADC0809 VCC VCC 图 3.7A/D 电路 ADC0809 的引脚功能介绍： IN0IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V；输入的模拟 量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保 持电路。 地址输入和控制线：4 条

36、 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，地址锁存 与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的 模拟量进转换器进行转换。A，B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0IN7 上的一 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 14 路模拟量输入。通道选择表 1 所示。 C B A选择的通道 0 0 0IN0 0 0 1IN1 0 1 0IN2 0 1 1IN3 1 0 0IN4 1 0 1IN5 1 1 0IN6 1 1 1IN7 表 1 CBA 通道选择表 数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启

37、动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开 始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输出允许信号， 用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到 的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必 须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ，VREF（） ，VREF（）为参考电压。 3.7.4 按键电路 在单片机应用系统中，按键主要有两种形

38、式：1、独立按键；2、矩阵编码键 盘。独立按键的每个按键都单独接到单片机的一个 I/O 口上，独立按键则通过判 断按键端口的电位即可识别按键操作；而矩阵键盘通过行列交叉按键编码进行识 别。 按键接线图如下图 3.8 所示。 S2 SW-PB VCC 10 R17 P1.4 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 15 图 3.8 按键电路 通常所用的按键为轻触机械开关，正常情况下按键的接点是断开的，当我们 按压按钮时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地 接通，在断开时也不会一下子断开。因而机械触点在闭合及断开的瞬间均伴随有 一连串的抖动

39、，抖动时间的长短由按键的机械特性及操作人员按键动作决定，一 般为 5ms20ms；按键稳定闭合时间的长短是由操作人员的按键按压时间长短决 定的，一般为零点几秒至数秒不等。 在本设计中设置按键个数为 3 个，其中一个作为按键复位用；一个作为电压 选择用，本设计提供 3V、3.5V、4.0V、4.5V 四种电压值的循环，可以通过“电 压选择”键选择某一电压值作为输出；另一个作为开始充电用，装上电池要对电 池进行充电时按下“开始充电”键，系统开始对对锂电池进行充电。故采用独立 按键法，这样可以减小编程的难度。 3.7.5 数码管显示电路 LED 数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件

40、，引线已在 内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管显示电路如图 3.9 所示 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A

41、13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 U1 P80C31SBPN A4 6 f 10 A3 8 A1 12 e 1 c 4 DP 3 b 7 a 11 g 5 A2 9 d 2 DIG1DIG2DIG3DIG4 DP2 DP3 DS1 HDSP-B42G1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11

42、10 9 1K R? Res Pack4 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 LE 11 0E 1 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 10 20 74HC573 D0 2 D1 3 D2 4 D3 5 D4 6 D5 7 D6 8 D7 9 LE 11 0E 1 Q0 19 Q1 18 Q2 17 Q3 16 Q4 15 Q5 14 Q6 13 Q7 12 10 20 74HC573 VCC 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的硬件设计 16 图 3.9 数码管

43、显示电路 本设计采用 4 位 LED 数码管段数为 7 段另加一个小数点即 8 段数码管， 数码管有共阴和共阳两种，本设计使用共阴数码管，8 段发光二极管的阴极接在 一起接地，若某段发光二极管的阳极为高电平，则该段二极管被点亮。设计时可 根据需要显示的数字让某一组合的数码管的阳极置高。 3.8 锂电池充电原理 锂电池额定电压视生产厂家的不同而不同，有 3.6V 和 3.7V 两种；额定容量 C 从几百毫安时到几安时；充电终止电压根据样机材料有 4.1V 和 4.2V 两种；充 电电流常以 C 的百分比来衡量，充电电流过小会导致充电时间过长，充电电流过 大会使电池过热，导致电池损坏。本设计根据锂

44、电池的充电特点，采用由预充电、 恒流充电、恒压充电、涓流充电四阶段组成的充电模式。锂蓄电池的充电特性曲 线如图 3.10 所示： 图 3.10 锂电池充电特性曲线 为保证安全充电，开始充电时若锂电池电压 VBAT3.0V 后，则以 IREF（0.5C A）的恒流进行充电；当 VBAT上升至 VREF时，转入恒定电压充电阶段；随着电池电 量的不断升高，充电电流逐渐降低，当充电电流小于 IFULL后，电池电量全部恢复， 充电过程结束。为克服电池自放电，系统继续以 IFULL的电流进行涓流充电。C 为 电池容量。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 17 4 基

45、于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 4.1 设计思想 主程序包含两个部分，一部分为初始化段，另一部分为循环主体段。 在主程序循环体中，并不是直接执行程序，而是去调用一个个任务模块。每个任 务都是一个子函数，这些任务的调度机制为轮询机制。即：这些子函数功能的执 行与否取决于其条件标志是否满足。比如：当某个子函数被主程序调用时，会先 判断其执行条件是否成立（标志位是否有效） ，如果有效则执行实际功能语句， 否则不执行任何动作直接返回。PWM 的控制调节和 A/D 采样速度不宜太快，用 200ms 调用一次，因为它会影响到数码管刷屏，调节和采样太快，数码管上的数 值会跳变的厉害。按键处理则为 10

46、ms 调用一次。 子程序可分为初始化程序，按键采集程序，信号采集与转换程序，显示程序， PWM 波程序；也可以按照系统能实现的功能分为充电子程序、电源子程序，其中 充电子程序和电源子程序都要用到初始化子程序、按键采集子程序、PWM 波子程 序、信号采集与转换子程序和显示子程序。 PWM 波的生成采用了输出在高电平与低电平的延时及转换，本设计中 PWM 波 用来调节开关管的占空比，当输出为高电平时，将输出信号放大驱动开关管开通， 当输出信号为低电平时，开关管关断，用高电平与低电平的时间的比值来表示 PWM 波的占空比，以此来控制开关管的占空比。 本设计及检测电压又检测电流，单片机采用 STC89

47、C52 芯片，内部没有 AD 转 换模块，单片机需外接转换模块，本设计采用 ADC0809（第三章硬件电路设计中 也有介绍）因此模拟信号输入有两路，一路是电压信号，一路是电流信号。 ADC0809 在对多路输入的模拟量进行模数转换时采用分时复用的方法，即 AD 转 换器对两路信号轮换采集转换。轮换周期根据模数转换时间和控制的情况设定。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 18 4.2 基于单片机的太阳能充电器系统的整体程序设计 本设计整体工作主要由单片机程序控制实现，其工作过程为：电路启动初始 化，电路功能选择，输出选择并确定输出，单片机采集计算输出 PW

48、M 信号，定时 采集数据并处理调节 PWM 信号占空比等，程序整体框架如图 4.1 所示。 开始 初始化 电池充电 充电子程序 电源子程序 YesNo 结束 图 4.1 程序整体框架流程 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 19 4.3 基于单片机的太阳能充电器系统的子程序的设计 4.3.1 电路启动初始化 初始化是为单片机的运行设置初始的运行环境，主要完成以下工作：清片内， 每次单片机加电时，都将引起单片机的上电复位操作。复位操作完成以后，单片 机的寄存器会被置以不同的值，这些值中有相当一部分是未知的值。这些未知的 值在单片机复位完成，正式运行以后，会产

49、生无法让程序设计人员掌握的后果， 甚至会造成系统的损坏。因此，在单片机运行后，首先清 0 使之置初始参数设定， 便于程序设计人员掌握，以利系统的工作。设置系统运行所需的各个参数，设置 定时器和中断设定。图 4.2 为初始化程序流程。 清片内 RAM 初始参数设定 AD 设定 定时器设定 中断设定 返回 开始 图 4.2 初始化程序流程 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 20 4.3.2 按键采集程序 键盘子程序用于探测开关、是否处在有效的开关状态，以决定是否启动系统 运转。读线、读取、相连的端口，并将其值判断处理后存于相关缓存中。其中读 取端口后要做一定的延时以排除键抖引起的误动作。图 4.3 为按键子程序结构流 程图。 入口 读 I/O 口 处理后存入缓存 延时 Y 返回 N 图 4.3 按键子程序结构流程图 河南城建学院本科毕业设计（论文） 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计 21 4.3.3