基于51單片機(jī)的多用太陽(yáng)能手機(jī)充電器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 摘 要化石能源的日益枯竭、人們對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的重視程度也在不斷提高，尋找 潔凈的替代能源問(wèn)題變得越來(lái)越迫切。 太陽(yáng)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(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越 來(lái)越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價(jià)格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過(guò)渡。 使用手機(jī)的人都有過(guò)這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)電池突然沒(méi)電了，因不能及 時(shí)找到或沒(méi)有 220V 市電而無(wú)法給手機(jī)充電，影響了手機(jī)的正常使用。為了解決 這一問(wèn)題，本課程設(shè)計(jì)介紹一種多用太陽(yáng)能手機(jī)充電器，利用單片機(jī)控制，將太 陽(yáng)能經(jīng)過(guò)電路變換為穩(wěn)定直流電給手機(jī)充

2、電， 并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對(duì)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(yáng)能充電器有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能，電池，單片機(jī)，智能，BUCK 變換器 1 緒論1.1 本課題的研究背景 當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制 約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”， 開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。 太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)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(duì)環(huán)境 無(wú)污染的可再生能源。這對(duì)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(yáng)能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、 高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池仍將是利用 太陽(yáng)輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟 廣闊的前景。 1.2 硅太陽(yáng)能電池及參數(shù) 硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜 太陽(yáng)能電池三種。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)

4、室 里最高的轉(zhuǎn)換效率為 24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為 15%。多晶硅薄膜太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)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(yáng)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(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。 硅太陽(yáng)能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對(duì)角 線 150mm，功率 Pmax2.60W，工作電壓 Vm0.523V，工作電流 Im4.934A，開(kāi)路 電壓 Voc0.629V，短路電流 Isc5.2

5、85A。太陽(yáng)能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽(yáng)能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽(yáng)電池晶體類型及制 造工藝等影響，2010 年中國(guó)平均效率為 17.2%。常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池電壓有 3V、 6V、9V、12V、18V、32V、48V 等，更大的用于太陽(yáng)能電廠發(fā)電項(xiàng)目。 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容 本充電器通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò) DC/DC 變換電路處 理后，由充電電路為負(fù)載供電。鋰電池一般不宜采用全過(guò)程恒流充電方式，而是采取開(kāi)始恒流快速充電， 待電池電壓上升到設(shè)定值時(shí)， 自動(dòng)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(guò)程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示

6、，系統(tǒng)中 設(shè)計(jì)有完備的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)，避免因電池過(guò)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(duì)手機(jī)、MP3、攝像機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 文中介紹設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能手機(jī)充電器，與普通的手機(jī)充電器相比，它的的特殊 之處除了能源的供應(yīng)來(lái)自太陽(yáng)能電池板外，充分利用單片機(jī)的智能性，設(shè)有完備 的電壓電流檢測(cè)保護(hù)電路，并通過(guò)顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過(guò)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(yáng)能電池板放在一個(gè)有陽(yáng)光 的地方，即可以為手機(jī)提供一個(gè)方便的太陽(yáng)能充電點(diǎn)。這種便捷的太陽(yáng)能充電器 幾乎可以在任何地方補(bǔ)充電力，從而獲得通信的自有。 2 太陽(yáng)能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總

7、體設(shè)計(jì)方案 太陽(yáng)能電池在使用時(shí)由于太陽(yáng)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(dāng)光線條件適宜時(shí)，通過(guò)太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)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(shí) 停止會(huì)使電池發(fā)燙，過(guò)度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。這就需要一個(gè)復(fù)雜的控 制系統(tǒng)，51 系列單片機(jī)時(shí)當(dāng)前使用最為廣泛的 8 位單片機(jī)系列，其豐富的開(kāi)發(fā) 資源和較低的開(kāi)發(fā)成本，是 51 系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來(lái)都會(huì)有強(qiáng)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜

8、的充電智能控制，同時(shí)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(shè)計(jì)方案如圖 1 所示，通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) PWM 波控制開(kāi)關(guān)管從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓電流的改變， 通過(guò)顯示電路顯示輸 出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實(shí)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(shí)現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 2.2 太陽(yáng)能電池板的選用 太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功 能是將太陽(yáng)光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電 壓電流不等，對(duì)于輸入功率較大的設(shè)備，必須采用面積較大的電池板，而這又給 攜帶帶來(lái)不便。因此該設(shè)計(jì)

9、采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽(yáng) 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。 本文 以手機(jī)、MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說(shuō)明其太陽(yáng)能充電器的設(shè)計(jì)過(guò)程。 所選用的太陽(yáng)能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸 120mm×45mm， 峰值電壓 6V， 峰值電流 100mA， 標(biāo)稱功率 0.6W。 考慮被充電池的電流不同所需充電時(shí)間不等， 采用八塊相同參數(shù)電池板進(jìn)行串、并聯(lián)，實(shí)測(cè)電池板的輸出電壓最大值為 10.8V, 電流最大可達(dá) 450mA，總標(biāo)稱功率為 5W 左右,實(shí)際輸出可根據(jù)不同的被充電對(duì) 象進(jìn)行平滑調(diào)整7。2.3 LM7805 應(yīng)用 圖 2 L

10、M7805 典型應(yīng)用電路單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)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(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動(dòng)電路，在穩(wěn)壓電源啟動(dòng)后 處于正常狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)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。電路中 Ci 的作用 是消除輸入連線較長(zhǎng)時(shí)其電感效應(yīng)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(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 0

11、.1F 左右，本文 Co 即選用 0.1F。 一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開(kāi)時(shí) 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(gè)二極管，對(duì) LM7805 起保護(hù)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，太陽(yáng)能電池電 壓即使有較大的波動(dòng)，也能穩(wěn)定的輸出 5V 電壓，從而是單片機(jī)等控制電路正常 工作，且成本低。 2.4 單片機(jī)電路本系統(tǒng)單片機(jī)主要完成的任務(wù)是控制數(shù)據(jù)的采集過(guò)程， 并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng) 過(guò)分

12、析處理后生成 PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷， 從而控制輸出 大小。具體工作過(guò)程是上電復(fù)位，首先查詢鍵盤(pán)，確定充電器功能，確定后繼續(xù) 查詢鍵盤(pán)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(yīng)子程 序并分析計(jì)算 PWM 占空比， 開(kāi)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(guò)程中通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)檢測(cè)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。在電池充電過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)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(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了充電過(guò)程的智能控制，而且大大簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè) 計(jì)，由于單片機(jī)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(jiǎn)單的修改程序即可實(shí)現(xiàn)，從而使電路的升級(jí)改造變得簡(jiǎn)單易行。 2.5 按鍵指示電路及實(shí)現(xiàn) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：1、獨(dú)立按鍵；2、矩陣編碼鍵 盤(pán)。獨(dú)立按鍵的每個(gè)按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口上，獨(dú)立按鍵則通過(guò)判 斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作； 而矩陣鍵盤(pán)通過(guò)行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí) 別。 通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開(kāi)關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開(kāi)的，當(dāng)我們 按壓按鈕時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地 接通，在斷開(kāi)時(shí)也不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有 一連串的抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由

14、按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動(dòng)作決定，一 般為 5ms20ms； 按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短是由操作人員的按鍵按壓時(shí)間長(zhǎng)短決 定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。 在本設(shè)計(jì)中由于按鍵不是太多，故采用獨(dú)立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖3為本設(shè)計(jì)的按鍵接線圖。 圖3按鍵接線圖對(duì)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(kāi)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 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(guò)電流保護(hù)指示 燈，P1.4、P1.5 為輸出功能選擇鍵，按下 P1.4 代表給手機(jī)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(jī)充電，電池 充電控制則有手機(jī)提供。 2.6 數(shù)碼管顯示電路 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)串行 IO 端口， 通過(guò)引腳 RXD 和 TXD 可與外部 電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信， 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由 TXD 端送出， 接收時(shí)數(shù)據(jù)由 RXD 端輸入。串口有四種工作方式，通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式以滿足 不同的場(chǎng)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(kuò)展 IO 端口。串口的工作方式可以參看相關(guān)的書(shū)籍，此處不做詳細(xì) 介紹。方式 0 的輸出是 8 位串行數(shù)據(jù)，通過(guò)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(gè)移位寄存器就可擴(kuò)展一個(gè) 8 位的并行輸入輸出接口， 如果想多擴(kuò)展幾個(gè) 并口就需要在外部級(jí)連幾個(gè)移位寄存器。 本設(shè)計(jì)采用基于串口的 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，在串口擴(kuò)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(jī)應(yīng)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(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯

17、示器 都要占用單獨(dú)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(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(shí), 再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中 CPU 的開(kāi)銷小?？梢蕴峁﹩?獨(dú)鎖存的 IO 接口電路很多，常用的就是通過(guò)串口外接串并轉(zhuǎn)換器 74LS164， 擴(kuò)展并行的 IO 口。需要幾個(gè)數(shù)碼管就擴(kuò)展幾個(gè)并行接口，數(shù)碼管直接接在 74LS164 的輸出腳上， 單片機(jī)通過(guò)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。 圖 4 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī) 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(shí)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(duì)應(yīng)的引腳上。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用的是共陽(yáng)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(gè) 數(shù)碼段的亮度一致。要顯示某字段則相應(yīng)的移位寄存器 74LS164 的輸出線必須 是低電平。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，有單片機(jī)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(yīng)用于便攜裝置（如筆

19、記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、PDA 等） 中。它有兩種類型，即線性變換器和開(kāi)關(guān)變換器。開(kāi)關(guān)變換器因具有效率高、靈 活的正負(fù)極性和升降壓方式的特點(diǎn)，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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、三端開(kāi)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(hào)有單片機(jī)提供，控制開(kāi)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(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)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(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分 時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(dāng) OE 端為高電平時(shí)，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(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 05V，若信號(hào)太 小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)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(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖 存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通 道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi) 始進(jìn)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(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE

23、 為輸出允 許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)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(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào) 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(jì)中用單片機(jī)的 P0 口接收來(lái)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(shí)鐘信號(hào)由單片機(jī)的 ALE 端經(jīng) 74HC7

24、4 觸發(fā)器二分頻后提供，單片 機(jī)采用 12MHz 晶振， ALE 端經(jīng)二分頻后為 500KHz。 ADC0809 具體工作過(guò)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(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn) 換正在進(jìn)行。直到 AD 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束， 結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)，而觸發(fā)單片機(jī)動(dòng)作準(zhǔn)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(kāi)，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(jī)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(guó) 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(cè)量電流的上下限為 3A。對(duì)于允許較大電流的場(chǎng) 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(guò)一個(gè)輸出電阻將電流輸出轉(zhuǎn)化為 對(duì)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(dá)到 130kHz，采用 8 腳封裝，其典型應(yīng)用電路如圖七所示。 M

26、AX471 各引腳功能說(shuō)明如下：SHDN 為關(guān)閉信號(hào)，正常操作時(shí)接地；當(dāng)它 為高電平時(shí)，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(fù)端。SIGN 為集電極開(kāi)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(fù)載端。OUT 為電流輸出端，該電流的大小正比于流過(guò)傳感電阻的電流。 在本設(shè)計(jì)中，電阻 R4 采用 20K/0.6W 精密電阻，在輸出最大 500mA 時(shí) Uo 不超過(guò) 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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)整體程序框架 本設(shè)計(jì)整體工作主要由單片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)，其工作過(guò)程為：電路

27、啟動(dòng)初始 化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機(jī)采集計(jì)算輸出 PWM 信號(hào)，定 時(shí)采集數(shù)據(jù)并處理調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)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(dòng)初始化 初始化是為單片機(jī)的運(yùn)行設(shè)置初始的運(yùn)行環(huán)境， 主要完成以下工作： 清片內(nèi)， 每次單片機(jī)加電時(shí)，都將引起單片機(jī)的上電復(fù)位操作。復(fù)位操作完成以后，單片 機(jī)的寄存器會(huì)被置以不同的值，這些值中有相當(dāng)一部分是未知的值。這些未知的值在單片機(jī)復(fù)位完成，正式運(yùn)行以后，會(huì)產(chǎn)生無(wú)法讓程序設(shè)計(jì)人員掌握的后果， 甚至?xí)斐上到y(tǒng)的損壞。 因此， 在單片機(jī)運(yùn)行后， 首先清 0 使之置初始參數(shù)設(shè)定， 便于程序設(shè)計(jì)人員掌握

28、，以利系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行所需的各個(gè)參數(shù)，設(shè)置 定時(shí)器和中斷設(shè)定。圖 9 為初始化程序流程。3.3 按鍵采集程序 鍵盤(pán)子程序用于探測(cè)開(kāi)關(guān)、是否處在有效的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以決定是否啟動(dòng)系統(tǒng) 運(yùn)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(shí)以排除鍵抖引起的誤動(dòng)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(kāi)機(jī)時(shí)，初始化數(shù)碼管，通過(guò)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(méi)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(lái)存放即將要顯示的數(shù)據(jù))，然后通過(guò)查表的方式找到 對(duì)應(yīng)的字形碼，最后把字形碼寫(xiě)入串口寄存器 SBUF 通過(guò)串口方式 0 發(fā)送出去。 當(dāng) 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖后，字形碼都移至 74Ls164 的 Q0-Q7，數(shù)碼管就顯示相應(yīng)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(yīng)的字形碼呢?具體的方法 是將每個(gè)數(shù)字的字形碼以 16 進(jìn)制數(shù)從小到大的次序依次存放在存儲(chǔ)器中的固定 區(qū)域中，構(gòu)成顯示代碼表。當(dāng)要顯示某字符時(shí)，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(duì)應(yīng)數(shù)字的字形碼。 對(duì)于電路中的 74LS164 共陰極數(shù)碼管數(shù)據(jù)位和字形的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表。 由于單片機(jī)在以方式 0 串行發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)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(guò) 74LS164 串轉(zhuǎn)并后到達(dá) Q7，也就是說(shuō)單片機(jī)內(nèi)的 DO 通過(guò)串口發(fā)送并經(jīng)過(guò) 74LS164 后到達(dá) 74LS164 的 Q7 腳即數(shù)碼管的 A 腳，因此在單片機(jī)內(nèi)字型碼與 74LS164 所對(duì)應(yīng)的字型碼正好相反，所以共陽(yáng)極 數(shù)碼管在單片機(jī)內(nèi) O-9 所對(duì)應(yīng)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(jī)控制 ADC0809 完成，程序分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送啟 動(dòng)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(shè)計(jì) 充電過(guò)程分兩階段進(jìn)行，第一階段為恒流充電，充電電流可設(shè)定，當(dāng)充電電 壓達(dá)到 4V 時(shí)轉(zhuǎn)入第二階段，即 4.2V 的恒壓充電方式，恒壓充電電流會(huì)隨著時(shí) 間的推移而逐漸降低，待充電電流降到 0.1mA 時(shí)，表明電池已充到額定容量的 93%95%，此時(shí)即可認(rèn)為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會(huì)慢慢降低到 零，電池完全充滿 。充電過(guò)程中， “充電”指示燈亮；

32、充滿時(shí)， “充飽”指示燈 亮， “充電”指示燈滅，通過(guò)按鍵設(shè)置可控制充電時(shí)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(shè)計(jì)本太陽(yáng)能手機(jī)充電器與傳統(tǒng)充電器相比， 最大的優(yōu)點(diǎn)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(jī)充 電，或作為 MP3 等其他小電子設(shè)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(guò)流保護(hù)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(yǔ)本手機(jī)充電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)兩個(gè)部分， 硬件電

33、路 設(shè)計(jì)屬于前期的主要工作，通過(guò)方案論證與可行性分析，最終確定由 89C51 單 片機(jī)完成主電路的控制與設(shè)計(jì)，并展開(kāi)外圍電路與控制硬件電路設(shè)計(jì)，硬件電路 的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)上遇到一些問(wèn) 題，關(guān)于 DC/DC 轉(zhuǎn)換的 PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)分析論證， 最后確定用單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣將大大降低硬件的成本。 軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)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(hào)產(chǎn)生模塊等。程序的設(shè)計(jì) 既參考了一些資料里的內(nèi)容，也有相當(dāng)多的自我設(shè)計(jì)，比如說(shuō) PWM 脈寬調(diào)制信 號(hào)產(chǎn)生程

34、序，就是參考了網(wǎng)友提供的標(biāo)志位加定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的方法，但主程序中有 關(guān)數(shù)據(jù)處理計(jì)算的則是自己設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@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(jiǎn)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(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。 對(duì)于本設(shè)計(jì)，如果進(jìn)行進(jìn)一步的的研究，我認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面重點(diǎn)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(jià)有所增加； （2）PWM 產(chǎn)生由獨(dú)立芯片完 成，這樣可減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，使其有時(shí)間做其它人性化的服務(wù)，并可提高電路 輸出精度； （3）電路設(shè)計(jì)中盡可能的使用較少

35、的按鍵，使六個(gè)按鍵減為四個(gè)，這 需要通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)； 致謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，在指導(dǎo)老師的幫助下，終于完成了多用太陽(yáng)能手機(jī)充電 器的設(shè)計(jì)和調(diào)試。從確定設(shè)計(jì)題目的那天開(kāi)始，指導(dǎo)老師就開(kāi)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(xiě)和 修改，以及論文的制作等等，很多都是涉及到細(xì)節(jié)的問(wèn)題；正是由于指導(dǎo)老師無(wú) 私幫助，我才得以完成設(shè)計(jì)，指導(dǎo)老師自己也是很忙的，他帶有很多實(shí)驗(yàn)課，每 次與指導(dǎo)老師見(jiàn)面幾乎都是在實(shí)驗(yàn)室，可想而知指導(dǎo)老師對(duì)我的關(guān)心，在做畢業(yè) 設(shè)計(jì)的同時(shí)也是一個(gè)學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)的過(guò)程， 雖然設(shè)計(jì)中很多東西都是指導(dǎo)老師以前 做過(guò)的， 但是指導(dǎo)老師幾乎每次都對(duì)我說(shuō)

36、： 先自己慢慢做， 有什么問(wèn)題再來(lái)問(wèn)我， 正是由于指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度， 才使我從最初接觸這個(gè)課題時(shí)的迷茫變?yōu)楝F(xiàn) 在豁然開(kāi)朗，期間指導(dǎo)老師不斷提供的幫助和鼓勵(lì)是很重要的，特別要提及的是 關(guān)于充電器的應(yīng)用問(wèn)題， 要是沒(méi)有指導(dǎo)老師提供的指導(dǎo)和建議是根本不可能完成 的。在此，對(duì)指導(dǎo)老師的幫助表示感謝！ 19 參考文獻(xiàn)1 蔣鴻飛，胡淑婷. .綠色能源太陽(yáng)能充電器J. 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2007，(2)：147-149 2 蔡朝洋. 單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作M. .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年 11 月 3 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京航空航天大學(xué)出版社，

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39、 TESTOUT;檢測(cè)輸出 LED EQU 70H ;數(shù)碼管顯示緩沖 PWMF BIT00H ；輸出標(biāo)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(cè)周期緩存 TESTL EQU 78HTESTV EQU 79H；輸出電壓檢測(cè)緩沖 TESTI EQU 7AH ；輸出電流檢測(cè)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(shè)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(shí)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(kāi)中斷MOV TMOD,#11H;T模式1，定時(shí)，開(kāi)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(kāi)中斷MOV TMOD,#11H;T模式1，定時(shí)，開(kāi)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