51單片機太陽能充電器設(shè)計論文下載

摘 要

Abstract

目錄

1 緒論

1.1 本課題研究背景及現(xiàn)狀

1.2 課題設(shè)計思想

1.3 論文結(jié)構(gòu)

2 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 設(shè)計方案一

2.2 設(shè)計方案二

2.3 基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計的總體設(shè)計方案

3 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 太陽能電池板的選用

3.2 LM7805 穩(wěn)壓電路

3.3 充電主電路的設(shè)計

3.4 信號采集處理電路

3.6 單片機 AT89C51 介紹

3.7 單片機電路

3.7.1 單片機復(fù)位電路

3.7.2 單片機時鐘電路

3.7.3 單片機 A/D 轉(zhuǎn)換電路

3.7.4 按鍵電路

3.7.5 數(shù)碼管顯示電路

3.8 鋰電池充電原理

4 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.1 設(shè)計思想

4.2 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的整體程序設(shè)計

4.3 基于單片機的太陽能充電器系統(tǒng)的子程序的設(shè)計

4.3.1 電路啟動初始化

4.3.2 按鍵采集程序

4.3.3 數(shù)據(jù)采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換程序

4.3.4 數(shù)碼管顯示子程序

4.3.5 充電子程序的設(shè)計

4.3.6 電源子程序的設(shè)計

5 仿真與調(diào)試

5.1 充電電路仿真

5.2 電流采樣處理電路仿真

5.3 系統(tǒng)做直流電源使用時電路仿真圖

5.4 系統(tǒng)做充電器使用時仿真結(jié)果

總結(jié)與展望

參考文獻(xiàn)

附錄A 整體電路圖

附錄B 整體程序

致謝

當(dāng)代社會隨著一些不可再生資源如煤炭，石油等日益減少，使得各國社會經(jīng)濟越來越受能源問題的約制，因此許多國家開始逐漸的實行“陽光計劃”，開發(fā)潔凈的能源如太陽能，用以成為本國經(jīng)濟發(fā)展的新動力。

首先讓我們想到的是太陽能電池，因為它不會消耗水，燃料等物質(zhì)，并且不會釋放任何對環(huán)境有污染的氣體，是直接通過太陽光與材料的相互作用釋放出電能，這種無污染資源對環(huán)境的保護(hù)有著相當(dāng)重要的意義[1]。由于無公害的作用，目前世界太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出具規(guī)模，1995 年到 2004 年的十年內(nèi)平均年增長率達(dá)到 30%以上。隨著新型太陽能電池的涌現(xiàn)，以及傳統(tǒng)硅電池的不斷革新，新的概念已經(jīng)開始在太陽能電池技術(shù)中顯現(xiàn)，從某種意義上講，預(yù)示著太陽能電池技術(shù)的發(fā)展趨勢[2]。世界各國對光伏發(fā)電也越來越重視，目前全世界已超過一百個國家使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中以歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家為主，占總市場的 80.1%,早在 09 年的時候，世界各國總的光伏新加裝機容量接近 800 萬千瓦，截至當(dāng)年低，世界光伏裝機容量總共接近 2700 萬千瓦[3]。隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電市場的迅速發(fā)展，讓它受到了世界各地的關(guān)注。

目前，太陽能電池的應(yīng)用已經(jīng)逐漸廣泛得到推廣，眾所周知，沙漠地區(qū)由于氣溫特別高，因此最具有大規(guī)模開發(fā)太陽能的潛力，這使得沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)對其的使用更加方便，并且能減低甚至節(jié)省昂貴的輸電線路，從長遠(yuǎn)發(fā)展?fàn)顩r來看，隨著改善太陽能電池制造技術(shù)和新的光 - 電轉(zhuǎn)換裝置發(fā)明，國家環(huán)保和清潔能源，光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電的巨大需求恢復(fù)將繼續(xù)利用太陽輻射能比較實用方法，這可以為人類以后能使用太陽能提供了廣闊的開辟前景[4]。

當(dāng)代社會太陽能手機充電器得到了一定的使用，它具有運用方便，環(huán)保，節(jié)能，

格外使用于應(yīng)急場合，高效率充電，性價比較高，讓大家無論身處何處，都不會受到手機沒電的困擾[5]。借此太陽能手機充電器的眾多優(yōu)點，因此提出本課題。

基于單片機的太陽能充電器的設(shè)計是本次探導(dǎo)的課題。首先，由于太陽能電池板的電壓會隨太陽光的強度波動，強烈的太陽光的太陽能電池板的電壓是高的數(shù)，當(dāng)太陽光弱的強度，所述太陽能電池板的輸出電壓低時，從太陽能電池板的輸出到穩(wěn)定的電壓[6]。本設(shè)計采用了穩(wěn)壓器 LM7805 ， LM7805 輸出端口可以輸出穩(wěn)定的5V 電壓，因為電力可以用于單芯片和其它芯片，其次，作為下一個電源電壓轉(zhuǎn)換電路。第二，考慮到電池的充電過程的電壓要求各不相同，不能簡單穩(wěn)定的直流輸出，因此提出了利用DC / DC轉(zhuǎn)換器電路的，通過控制關(guān)斷時間的占空比，以調(diào)節(jié)輸出電壓。 SCM 是控制中心，在控制信號產(chǎn)生電路是由充電過程的一個外部狀態(tài)產(chǎn)生的，外部充電電壓的比較信號和充電電流與理想充電過程中，占空比調(diào)節(jié)。單個微控制器設(shè)計用于該目的，所述電壓檢測電路和一個電流檢測電路，并且為了方便用戶知道系統(tǒng)的狀態(tài)，設(shè)計設(shè)置在顯示模塊和指標(biāo)。

本論文第一部分介紹了當(dāng)前的形勢和太陽能電池和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，本研究的背景，并提出了設(shè)計思路的發(fā)展前景；第二部分論述整個系統(tǒng)的設(shè)計方案；第三部分介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計；第四部分進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計；第五部分進(jìn)行了系統(tǒng)仿真分析；第六部分分析了該設(shè)計的成果和前景。

該程序使用的 DC / DC 轉(zhuǎn)換電路，將太陽能電池板輸出的電壓變換為需要的電壓值給手機電池充電，同時單片機可以控制電路變換，還可采用按鍵設(shè)定某些值，有顯示部分，可以設(shè)定為顯示電路狀態(tài)�？梢詮脑搱D中的框圖中可以看出，該程序能夠控制 DC / DC 變換器電路，顯示模塊，但該程序是沒有實時檢測的外部電路，而不是用 DC / DC 實時控制根據(jù)外部電路的條件轉(zhuǎn)換電路。

借于方案一存在的缺點，所以在此提出第二種方案，方案二方框圖如下圖 2.2。

如從圖2可以看出，以彌補設(shè)計用于檢測電路的狀態(tài)的方案的缺點，并通過模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的轉(zhuǎn)換模塊的信號到微控制器。 PWM 控制芯片微控制器可以產(chǎn)生施加 PWM波轉(zhuǎn)換電路的控制主要模塊和顯示模塊，但此次方案是將生成 PWM 部分用芯片替換，這使得電路復(fù)雜硬件部分的設(shè)計，它是更好地使用軟件允許硬件電路簡單，而且還能充分利用單片機的功能。

綜合以上兩種方案提出本次設(shè)計的整體設(shè)計框圖如下圖 2.3 所示。

圖 2.3 整體設(shè)計框圖

相對于前兩種方案，此整體方案顯示的優(yōu)點，不僅能對充電電路進(jìn)行檢測，單片機還可以根據(jù)充電電路的關(guān)鍵電路的信號處理后的分析來檢測的情況進(jìn)行控制可以選擇系統(tǒng)可以實現(xiàn)功能。顯示電路可以顯示用于實現(xiàn)本方案的電路中，PWM控制信號的工作狀態(tài)，從而使硬件電路非常簡單，節(jié)省資源，提高系統(tǒng)的性能。

太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”，但因制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。硅太陽能電池分為晶體硅電池板, 非晶硅電池板等幾種。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 15%左右，最高通�？梢赃_(dá)到 24%，它是所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被普遍地使用,因為單晶硅通常會用鋼化玻璃和防水樹脂包裝起來，所以會十分耐用，通常能用十幾年，最長可以用 25年。多晶硅太陽電池的制作過程與單晶的差不多，可相對而言起光電轉(zhuǎn)換效率要比單晶降低很多，其效率大概在 12% 左右 (其中世界上最高的多晶硅轉(zhuǎn)換效率為 14.8%)[7]。但如果我們從制作費用上來講，多晶硅的由于制造簡單，節(jié)能節(jié)電，因此其生產(chǎn)費用就會降低不少，從而得到了一定的發(fā)展。另外，其使用年限沒有單晶硅太陽能電池那么長。如果從性價比來說，自然是單晶硅太陽能電池還略好。接下來我們說下非晶硅太陽電池，它是 1976 年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，其制造過程得到了很多簡化，對硅材料的使用很少，電耗也更低，它突出的優(yōu)點是在很多情況下都能發(fā)電包括弱光時候。但它也有一定的問題，就是光電轉(zhuǎn)換效率相對而言偏低，就算國際上的先進(jìn)水平也只大約在10%，不夠穩(wěn)定，時間越久，其轉(zhuǎn)換效率會衰減。

根據(jù)所需要的不同數(shù)目的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率是通過光，溫度和結(jié)晶型太陽能電池的制造工藝和其他因素的影響，2010 年中國平均效率接近為 18%，一般的太陽能電池電壓有很多種，其主要用于太陽能發(fā)電。

太陽能電池板的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是其工作的基礎(chǔ)，是充電器的第一部分，其功能是將太陽光轉(zhuǎn)為電能，如今更多種類型的便攜式數(shù)字設(shè)備，電壓和電流范圍所需的輸入功率較大的器件，面積較大，必須使用太陽能電池板，這給了攜帶不便。因此，模塊化設(shè)計的組合，可根據(jù)不同的負(fù)載充電需求，太陽能電池板組合起來以實現(xiàn)一組光伏電池在某個期望的輸出功率和輸出電壓。本文通過一些常用的小功率設(shè)備例如手機，來講解太陽能充電器設(shè)計的過程。

由于太陽能電池板的電壓會隨太陽光的強度波動，強烈的太陽光會使太陽能電池板的電壓變高，當(dāng)太陽光強度變?nèi)鯐r，自然會使電池板輸出電壓變低。為了獲得到穩(wěn)定的輸出，本設(shè)計應(yīng)用穩(wěn)壓管 LM7805，其輸出口能輸出穩(wěn)定的所需要電壓（5V），以便能保持穩(wěn)定的輸出電壓。典型 LM7805 的應(yīng)用電路圖如圖 3.1 所示。

圖中 C4、C7 的是用于清除因長期連接時由于電感效應(yīng)產(chǎn)生的自激振蕩，降低了紋波電壓，在其輸出端接上電容 C6、C5 的作用是清除電路高頻產(chǎn)生的噪聲，以便提高所用負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。一般來說電容的耐壓性都會比電源輸入、輸出電壓要強。此外，在穩(wěn)壓器輸入、輸出端之間加上二極管，可以避免對穩(wěn)壓器的破壞，從而實現(xiàn)對 LM7805 的保護(hù)。

LM7805 輸入電壓在 7V 至 37V 之間，其最大工作電流可達(dá) 1.5A，且擁有電路精簡，電流輸出高，運行工作穩(wěn)定，即使電壓不穩(wěn)定，也能使太陽能電池?fù)碛胁蛔兊妮敵鲭妷海?V），最后能讓單片機控制的電路正常穩(wěn)定的運行，并且性價比高，不需要消耗多余的材料。

充電主電路圖如圖 3.2 所示。

圖 3.2 電池充電電路圖

DC/DC 變換是將直流電能（DC）轉(zhuǎn)換成另一種固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能，又可稱成直流斬波[8]。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式(Buck ) 直流斬波器即頻率調(diào)制（1）Buck 電路，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式(Boost)直流斬波器。主電路核心由圖可以看出，主要由三部分組成即電感 L1,三極管區(qū)和續(xù)流二極管 D1，其也就形成了一個完整的 BUCK 降壓DC/DC 轉(zhuǎn)換電路；上圖 Q2是具有將 PWM 信號打開變大，從而到達(dá)驅(qū)動 Q1開關(guān)管的功能。

為了使鋰電池能完成安全充電，本設(shè)計的電流取樣處理電路圖如下圖 3.3 所示

電池電壓與單片機 A/D 接口相連，通過 A/D 轉(zhuǎn)換和微控制器即單片機，以獲得測量的電壓值得到計算處理。此次充電電流通過0.1Ω的取樣電阻，產(chǎn)生的電壓再使用 LM358，將電流取樣電壓放大相應(yīng)的倍數(shù)后輸?shù)絾纹瑱C A/D 接口進(jìn)行采集。電壓檢測輸出電壓直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后被發(fā)送到 A/D 輸入接口的單片機進(jìn)行處理。

3.5 單片機選型

單片機型號眾多，但大家熟悉了解的就那么幾種類型。我們在學(xué)校接觸到的也就是 C51 系列，C51 是 51 單片機 C 語言程序設(shè)計的簡稱，由于接觸到的單片機以型號為 AT 開頭的為多，所以選用了型號是 AT89C51 為此次設(shè)計的單片機。

ADC0809 是 8 位的采樣分辨率，以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的逐次逼近原理。ADC0809 由一個 8 通道模擬開關(guān)，地址鎖存器,解碼器， A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有一個 8 通道多路復(fù)用器，它能根據(jù)信號的地址鎖存譯碼后，門控 8 模擬輸入信號的 A/D 轉(zhuǎn)換。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)換器轉(zhuǎn)換。數(shù)字鎖存器的 A/D 轉(zhuǎn)換完成三態(tài)輸出鎖存器，當(dāng) OE 端為高電平，可以從三態(tài)輸出鎖存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)要發(fā)送數(shù)據(jù)后，應(yīng)該傳給單片機進(jìn)行處理。關(guān)鍵的問題是如何確定數(shù)據(jù)的 A/D 轉(zhuǎn)換完成轉(zhuǎn)移，因為只有確認(rèn)完成后，可以發(fā)送。A/D 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 3.7 所示

ADC0809 的引腳功能及作用

IN0～I(xiàn)N7：8 路模擬量輸入端。

2-1～2-8：8 位數(shù)字量輸出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一

路。

ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，高電平有效。

START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換）。

EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出端，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。

CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHz。

REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。

Vcc：電源（+5V）。

GND：接地。

按照鍵盤與單片機的連接方式分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤[11]。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)對其他按鍵的工作狀態(tài)不會產(chǎn)生不好作用。這種按鍵軟件程序簡單，但占用 I/O 口線較多（一根口線只能接一個鍵），適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。矩陣式鍵盤又稱行列式鍵盤，與獨立式鍵盤對比，單片機口線資源利用率提高了一倍。

按鍵接線圖如圖 3.8 所示。

圖 3.8 按鍵電路圖

鍵盤抖動的時間一般為 5～10ms，抖動現(xiàn)象會引起 CPU 對一次鍵操作進(jìn)行多

次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。為了準(zhǔn)確判斷閉合鍵的位置，要對每個按鍵進(jìn)行編碼。根據(jù)矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)，采用行掃描的鍵位識別方法。使某條列線為低電平，如果這條列線上沒有閉合鍵，則各行線的狀態(tài)都為高電平；如果列線上有鍵閉合，則相應(yīng)的那條行線即變?yōu)榈碗娖�。于是就可以根�?jù)行線號與列線號計算出閉合鍵的鍵碼。掃描時由第一列開始，即由 PA 口先輸出 0FEH，然后由 PC 口輸入行線狀態(tài)，判斷哪一行有鍵閉合，若無鍵閉合，再輸出 0FDH 檢測下一列各行鍵閉合狀態(tài)，由此一直掃描下去。

在這個設(shè)計中，按鍵的數(shù)量設(shè)置為3，它們中的一個作為一個復(fù)位按鈕;另一個作為電壓按鍵，這樣的設(shè)計提供3V，3.5V，4.0V，4.5V為周期的四個電壓值，可以 “電壓選擇”鍵選擇一個電壓輸出;另一個開始充電，裝上一個電池為電池充電，當(dāng)按下“開始充電”按鈕，系統(tǒng)開始為鋰電池充電。因此，使用一個獨立的密鑰的方法，它可以減少編程的難度。

LED 數(shù)碼管組成的多個發(fā)光二極管打包在一起，以形成“8”字狀的裝置中，連接導(dǎo)線已在內(nèi)部做好，只要能導(dǎo)致它們導(dǎo)出各自的筆劃，公共電極。

數(shù)碼管顯示電路圖如圖 3.9 所示

本設(shè)計使用四位 LED 數(shù)碼管數(shù)碼管段加小數(shù)點為 7 或 8 個數(shù)碼管，數(shù)碼管有兩種陰陽，本設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管，8 段 LED 陰極接地連接在一起，陽極當(dāng)某一高電平時，二極管被點亮而發(fā)光，設(shè)計時允許數(shù)碼管陽極的某一組合被設(shè)置高。

鋰電池充電的工作原理就是指其充放電原理。充電時鋰離子由正極向負(fù)極運動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現(xiàn)，而不是以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。一般而言電池容量指的就是放電容量�？梢钥吹剑�鋰電池在充放電的過程中，鋰離子是存在于正極 → 負(fù)極 → 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。

鋰蓄電池的充電特性曲線圖如圖 3.10 所示：

圖 3.10 鋰電池充電特性曲線圖

為保證安全充電，對鋰離子電池充電要求首先是在充電時保持電流不變，電池電壓會在充電過程中漸漸升高，當(dāng)電池端電壓達(dá)到4.2V（4.1V）,會改變充電狀態(tài)，即變化為電壓不變的恒壓充電。電流會依照電芯的飽和程度，隨著充電過程的漸漸降低，當(dāng)降低到0.01CA 時，認(rèn)為充電終止。大家注意，其中 C 是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是 1000mAh 的容量，1C 就是充電電流 1000mA，注意是mA而不是mAh，0.01CA 就是 10mA。當(dāng)然，規(guī)范的表示方式是 0.01C5A。

首先主程序由初始化段和循環(huán)主體段兩部分組成，在執(zhí)行循環(huán)體時，需要一個個的調(diào)用所需的任務(wù)模塊，不會直接去執(zhí)行程序，其中每一個任務(wù)為一個子函數(shù)，這種機制也叫稱為輪詢機制。舉個例子說明：就是當(dāng)一個正在被主程序執(zhí)行的子函數(shù)，它會自動確認(rèn)其執(zhí)行條件有無可行性，如果可以就執(zhí)行，反之，就會返回。按鍵處理是以 10ms 為周期的選擇一次。PWM 的控制調(diào)節(jié)不能過快，最好以 200ms 為周期，如果太快，會影響到數(shù)碼管刷屏，A/D 采樣速度也是一樣。

子程序主要由 4 部分組成，包括初始化程序，PWM 波程序，按鍵采集程序，信號采集與轉(zhuǎn)換程序；如果從系統(tǒng)表現(xiàn)出的功能來看，又可以分成充電子程序、電源子程序，這兩程序都會用到子程序的 4 個程序。

本次設(shè)計使用的 PWM 波是可以掌控開關(guān)管的占空比，它的生成是運用了輸出在低電平和高電平的轉(zhuǎn)換、延時。即當(dāng)輸出為低電平時，將輸出信號放大驅(qū)動開關(guān)管斷開，反之，如果其為高電平時，開關(guān)管則會打開。開關(guān)管的占空比是通過低電平和高電平的時間的比值（即PWM 波的占空比）來控制。

本設(shè)計單片機采用 AT89C51 芯片，由于其內(nèi)部沒有 AD 轉(zhuǎn)換模塊，單片機需外接轉(zhuǎn)換模塊，本設(shè)計采用 ADC0809，模擬信號輸入有兩路，一路是電壓信號，一路是電流信號。ADC0809 在對多路輸入的模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時采用分時復(fù)用的方法，即 AD 轉(zhuǎn)換器對兩路信號輪換采集轉(zhuǎn)換。輪換周期根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換時間和控制的情況設(shè)定。

本設(shè)計由單片機程序控制來實現(xiàn)整體工作，其工作過程主要為：電路啟動初始化，

電路功能的選擇，輸出選擇及確定輸出，單片機集合計算輸出 PWM 信號，定時采集數(shù)據(jù)及處理調(diào)節(jié) PWM 信號占空比等，程序整體框架圖如下圖 4.1 所示。

圖 4.1 程序整體框架流程圖

初始化設(shè)置初始運行環(huán)境為單片機運行，主要完成以下任務(wù)：清理片內(nèi) RAM，

每一個微控制器上電，上電復(fù)位將導(dǎo)致單片機操作。在復(fù)位操作完成后，單芯片寄存器將被設(shè)置為不同的值，該值的一個相當(dāng)大的部分是未知的。在微控制器的復(fù)位完成這些未知的值，正式工作后，會產(chǎn)生不能讓程序員掌握的后果，甚至?xí)�損壞系統(tǒng)。因此，微控制器運行后，先設(shè)置為 0，這樣的初始參數(shù)設(shè)置，方便編程人員掌握，以方便系統(tǒng)的工作。設(shè)置系統(tǒng)運行所需的參數(shù)，設(shè)置定時器和中斷設(shè)置。初始化程序流程圖如下圖 4.2 所示。

圖 4.2 初始化程序流程圖

鍵盤子程序用于檢測開關(guān)，是否在有效的開關(guān)狀態(tài)來決定是否啟動系統(tǒng)運行。讀線、讀取、連接到該端口，它的值存儲處理后確定相關(guān)的緩存�？赐甓丝谠谄渲凶隽艘欢ǖ难舆t，以排除引起的誤動作鍵晃動。按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖如圖 4.3 所示。

圖 4.3 按鍵子程序結(jié)構(gòu)流程圖

數(shù)據(jù)收集主要是由單片機控制 ADC0809 來完成，該方案分為數(shù)據(jù)初始化，發(fā)送一個命令到開始轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，接收數(shù)據(jù)，處理且存儲在緩存中，程序流程如圖 4.4 所示。

圖 4.4 數(shù)據(jù)采集子程序結(jié)構(gòu)流程圖

開機時，先讓數(shù)碼管初始化，通過串口為“0”字形碼輸出使數(shù)碼管顯示“O”。然后來確認(rèn)按鍵是否被按下，如果沒有鍵被按下繼續(xù)確認(rèn)。

顯示子程序時要先初始化串口，以致串口工作會顯示在方式 0，以便讀取顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)（其用來存儲數(shù)據(jù)也就是將被顯示出來的數(shù)據(jù)），然后找到通過字形碼查表相應(yīng)的方式，再將字形碼寫入串口寄存器 SBUF 通過串口方式 0 發(fā)送出去顯示。子程序是如何顯示在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的字形碼呢？具體方法是，從小型字形碼到每一位十六進(jìn)制數(shù)到大的順序固定區(qū)域，以便存儲在表單中顯示出來碼表的記憶。當(dāng)要顯示的字符，該表的起始地址到數(shù)據(jù)指針 DPTR 寄存器為基地，在顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)作為偏移到索引寄存器 A，查表“MOVCA，@ A + DPTR“，在取出相應(yīng)數(shù)字的字形碼其是通過累加器 A 得到的結(jié)果。

充電過程分兩階段進(jìn)行，第一階段為預(yù)充電，充電電流以0.01CA的小電流進(jìn)行充電；第二階段，當(dāng)充電電壓達(dá)到3V時轉(zhuǎn)入第二階段(一般認(rèn)為三分鐘后電池電壓大于 3V)，以0.5CA的電流進(jìn)行恒流充電方式，。電流降到小于0.01CA時，表明電池已充到額定容量，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[4]。充電過程中，“充電”指示燈亮；充滿時，“充飽”指示燈亮，“充電”指示燈滅，通過按鍵設(shè)置可控制充電時間。充電子程序流程圖如圖 4. 5 所示。

與傳統(tǒng)的手機充電器相比，本次設(shè)計的太陽能手機充電器最大的優(yōu)點是不僅能夠為電池直接充電，也可用作一般直流電源。該系統(tǒng)存在并且可以有3V，3.5V，4V，

4.5V 四種電壓輸出，這可以用來選擇一個按鈕作為輸出電壓。直流輸出可直接給手機充電，或作為電源等小型電子設(shè)備，如 MP4。輸出電壓可以是一個數(shù)字顯示，以及完善一個過流保護(hù)作用，以確保能安全使用的電子產(chǎn)品。

電源程序流程圖如圖 4.6 所示。

圖 4.6 電源子程序結(jié)構(gòu)流程圖

總所周知 buck 斬波電路中調(diào)整輸出電壓值的變化是由控制開關(guān)管開通與關(guān)斷時間控制， multisim 仿真電路如下圖 5.1 所示

圖 5.1 電壓檢測仿真圖

上面提出將電流采樣電壓是采用 LM358 電路讓其放大到相應(yīng)倍后再輸送到單片機的 A/D 接口，輸入的電壓是 5V 時，輸出時的電壓則為 125V，這樣就能看出其電路所具有放大多少倍（計算可得 21 倍）的功能。如下圖 5.2 所示

圖 5.2 電流采樣處理電路仿真圖

Protues 軟件因為不存在太陽能電池模擬模塊，所以在仿真時我們把穩(wěn)壓輸出電壓值用直流電源電壓為 5V 的來更換，當(dāng)數(shù)字到達(dá)3時，表示充電已經(jīng)完成。按復(fù)位鍵會顯示0，點開始鍵表示開始充電。整體電路仿真圖如下圖 5.4 所示

圖 5.3 整體電路仿真圖

充電器在運行過程中它會隨著充電的進(jìn)行，充電電壓會漸漸升高，指示燈會從0

逐漸變成3，此過程可表示充電從開始到結(jié)束。仿真結(jié)果如下圖 5.4、5.5、5.6 所示。

圖 5.4 充電過程仿真

圖 5.5 充電過程仿真

圖 5.6 充電過程仿真

時光飛逝，離開大學(xué)的日子也漸漸向我們走來，隨之而來的畢業(yè)設(shè)計也即將完成。通過一段時間的努力，我的畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)終于結(jié)束了。畢業(yè)設(shè)計是對我們整個大學(xué)期間學(xué)習(xí)的一次總結(jié)性的檢驗，通過設(shè)計的過程能檢驗我們大學(xué)期間的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)是否扎實，各種知識間的結(jié)合是否靈活，能否嚴(yán)格，全面，系統(tǒng)的結(jié)合所學(xué)的知識解決實際的問題。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。根據(jù)本次設(shè)計方案，我設(shè)計了一個由單片機控制的充電器，在充電過程中我們會看到方形波帶寬會逐漸變寬，并且會顯示出“1”，“2”，“3”數(shù)字，在充電完成后波形消失，顯示成一條直線，我設(shè)置了一個復(fù)位鍵，當(dāng)我按下鍵時，它會重新充電。

本次設(shè)計能初步完成以上功能，但設(shè)計不足之處很多。主要表現(xiàn)在以下幾點：第一、本此設(shè)計顯示模塊采用了數(shù)碼管，不如采用液晶顯示，硬件電路簡單，能省去一些 I/O 口來實現(xiàn)更多的功能。第二，沒有采用溫度檢測，一般快速充電電流會比較大，在不超過允許充電電流的情況下，電池溫度也會升高，若能加溫度監(jiān)測模塊，當(dāng)溫度超過允許值時，終止充電會減少因溫度過高給電池帶來的危害。第三、沒有采用電能存儲裝置，不能存儲電能備天氣狀況不好并且沒有市電的情況使用，若有電能存儲功能，可以將系統(tǒng)閑置時太陽能電池板轉(zhuǎn)化的電能存儲起來，作為電源給別的用電設(shè)備使用，這樣可以即方便又節(jié)能環(huán)保。能源的日益緊張，太陽能電池板、充放電控制器、蓄電池等構(gòu)成的產(chǎn)品都有了相對成熟的發(fā)展，相信不久之后太陽能手機充電器的應(yīng)用將會變得普遍[9]。

單片機源程序如下: