基于单片机的太阳能充电器的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的太阳能充电器的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 所示。 C7C4IN OUTGNDLM7805LM7805470uFC5470uFC6D2DiodeVin Vout 图 LM7805 稳压电路 图中 C 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 C C6 是用于消除电路高频 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 ，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 充电主电路的设计 充电主电路如下图 所示，充电主电路采用 DC/DC 变换电路。 30KR3R63kR4D11mHL1Q212P2手机电池直流输入Q12N3906PWM 图 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 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 所示 10KR710KR8200KR9LM358+32841C8电池负极IbatVCC 图 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 ，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/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。 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 单片机 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 MCS51 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 所示。 图 单片机引脚图 STC89C52RC引脚功能说明 VCC（ 40引 脚）：电源电压 VSS（ 20引脚）：接地 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 11 P0端口（ ～ ， 39～ 32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（ ～ ， 1～ 8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（ ～ ， 10～ 17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 单片机电路 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 所示。 2KR210uFC3S1VCCRST 图 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。 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 12MHZ 的方波。 单片机时钟电路如下图 所示 30pFC230pFC112CAYXTALX1X2 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硬件 设计 13 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 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U?P80C31SBPNDCLKRS74HC74ADC08091IN32IN43IN54IN65IN76START7EOC8D39OE10CLK11VCC12REF+13GND14D115D216REF17D018D419D520D621D722ALE23ADDC24ADDB25ADDA26IN027IN128IN2ADC0809VCCVCC 图 ADC0809 的引脚功能介绍： IN0－ IN7： 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 0－ 5V；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 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 IN0－ IN7 上的一路模拟量输入。 通道选择表 1 所示。 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 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 表 1 CBA 通道选择表 数字量输出及控制线： 11 条 ST 为转换启动信号。 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。 OE＝ 1，输出转换得到的数据； OE＝ 0，输出数据线呈高阻状态。 D7－ D0 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。 按键电路 在单片机应用系统中，按键主要有两种形式： 独立按键； 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 所示。 S2SWPBVCC10R17 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硬件 设计 15 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，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 5ms～ 20ms；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。