太陽能充放電控制器設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 時鐘脈沖，其振蕩頻率為 1/（） —中斷請求信號輸出,端，低地平動作.，表明本次轉換已完成。VIN(+) VIN() ——差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時, VIN()接地:而差動輸入時, 直接加入 VIN(+) VIN(). AGND,DGND——模擬信號以及數字信號的接地. VREF/2—參考電平輸入，決定量化單位。 DB0~DB7—三態特性數字信號輸出端. VCC: 電源供應以及作為電路的參考電壓. ADC0804外圍接線電路（1）電壓采集電路 如圖310所示，電壓采集電路使用兩個串聯的電阻，大小比例為2:1，然后并聯在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為ADIN，，符合A/D轉換芯片的ADC0804的輸入值。圖 310 電壓采集電路（2）ADC0804構成的典型A/D轉換電路圖 311 A/D轉換電路按照芯片手冊中ADC0804的典型接法，系統中設計的A/D轉換電路如311所示。，用來實現片選；、進行讀寫控制；CLK、CLKR、GND之間用電阻和電容構成RC振蕩電路，用來給ADC0804提供工作所需的脈沖。蓄電池的電壓采集信號ADIN從6腳引入，在內部采集轉換后，從數字輸出端輸出到單片機的P1口，通過讀P1口數據，便可以得到蓄電池的電壓，實現實時在線檢測。 LCD顯示電路液晶具有體積小、功耗低，顯示清晰的優點，所以比較適合作顯示使用。為了更好的顯示電壓值，同時擴展自己學習芯片的能力，本設計用液晶1602來顯示蓄電池的電壓值。在使用1602之前，我們首先查閱其使用手冊，對其進行一定的了解。從芯片手冊中，可以得到1602液晶的主要技術資料，如表31所示，通過此表我們可以知道1602工作電壓和顯示容量，可以驗證設計選擇的是否合適。表 31 1602的主要技術參數顯示容量 162個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （）模塊最佳工作電壓 字符尺寸 （WH）mm顯然，1602液晶可以滿足要求，接下來介紹其各個引腳的功能，為后面設計電壓顯示電路做準備。1602引腳功能如表32所示。表 32 1602引腳功能表 引腳符 號名 稱功 能1Vss接地0V2VDD電路電源5V177。10%3VO液晶顯示對比度調節端用于調節對比度4RS寄存器選擇信號H:數據寄存器 L:指令寄存器5R/W讀/寫信號H:讀 L:寫6E片選信號下降沿觸發,鎖存數據714DB0DB7數據線數據傳輸圖 312 電壓顯示電路根據1602的技術參數和引腳功能， 1602與單片機連接構成的電壓顯示電路如圖312所示。，用來實現片選；，進行數據和命令選擇；R/，進行讀寫控制； 為防止直接加5V電壓燒壞背光燈，在15腳串接一個10 的電阻用于限流。液晶3端通過接一個10K 電位器接地來調節顯示對比度。數據輸入端D0D7接單片機的P0口用于電壓數據的傳送。 E2PROM數據存儲電路為了把電路發生異常時的蓄電池電壓記錄下來，需要用存儲芯片進行數據保存。若采用普通存儲器，在掉電時需要備用電池供電，并需要在硬件上增加掉電檢測電路，但存在電池不可靠及擴展芯片占用單片機過多口線的缺點。為了解決這一難題，本設計采用具有I2C總線接口的串行E2PROM器件，這里選擇AT24C02芯片。AT24C02可有效解決掉電數據保存問題，可對所存在數據保存100年，并可多次擦寫，擦寫次數可達10萬次以上。AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM， 內部含有256個字節，采用先進CMOS技術實質上減少了器件的功耗。AT24C02內部有一個8字節頁寫入數據緩沖器。該器件通過I2C總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。為了更好的使用AT24C02，首先來介紹其各個引腳功能，如表33 所示。表 33 AT24C02管腳描述管腳名稱 功能 A0 A1 A2 可編程地址輸入端SDA 串行數據/地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護 Vcc 電源端，+～ 工作電壓 GND 地 I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設備上的串行數據SDA都接到總線的SDA上，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。根據各引腳的功能，依據總線系統的典型硬件連接圖，AT24C02與單片機連接構成的數據存儲電路如圖313所示。圖 313 數據存儲電路 串口通信電路隨著單片機系統的廣泛應用和計算機網路技術的普及，單片機的通信功能愈來愈顯得重要。單片機通信是指單片機與計算機或單片機與單片機之間的信息交換，不過通常使用的是單片機與計算機之間的通信。通信有并行和串行兩種方式。由于并行通信存在使用傳輸線較多，長距離傳送成本高且收、發方的各位同時接受存在困難等諸多問題，所以在現代單片機測控系統中，信息的交換多采用串行通信方式。本設計中加入串行通信電路的目的主要有三個：一是方便給單片機下載程序；二是使控制器具有遠程通信或遠程監控的功能；三是將控制器每天采集到數據的極限值和發生異常狀態時的數據記錄下來，供用戶查看。由于單片機的電平和計算機電平不兼容，設計中采用MAX232芯片進行TTL電平和RS232電平之間的轉換。而且系統采用易于實現的異步串行通信方式，用最簡單也最實用的奇偶校驗作為串行通信錯誤校驗方式。MAX232芯片是專門為電腦的RS232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v單電源供電。其主要特點：（1）符合所有的RS232C技術標準 （2）只需要單一 +5V電源供電 （3）片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生+10V和10V電壓V+、V （4）功耗低，典型供電電流5mA （5）內部集成2個RS232C驅動器 （6）內部集成兩個RS232C接收器 （7）高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。了解芯片的主要特點之后，接下來我們來認識MAX232它的各個引腳的功能，即有什么作用，以更好地設計串口通信電路。其引腳圖如圖314所示。第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數據轉換通道。由11114腳構成兩個數據通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。TTL/CMOS電平從T1IN、T2IN輸入轉換成RS232電平從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）圖314 MAX232的引腳圖按照串行通信原理，根據RS232串口協議和MAX 232芯片的引腳功能，結合STC89C52單片機串行中斷方式，本設計采用串口方式1（10位數據的異步通信）來構建串口通信電路。電路如下圖315所示。設計中T1IN連接CMOS電平的單片機的串行發送端；T1OUT連接電腦的RS232C串口的接收端PCRXD；同理，R1IN連接電腦的RS232C串口的發送端PCTXD；R1OUT連接CMOS電平的單片機的串行接收端。當然單片機和DB9要共地，這是實現串行通信的前提條件。圖315 串口通信電路本章對充放電控制器的原理以及具體的硬件實現電路進行了詳細的介紹，并對電路中使用到的芯片也予以描述，使讀者通過閱讀可以清晰的明白控制器的設計思路和實現過程。4 太陽能充電控制器的軟件設計 軟件設計采用C語言來實現，受C語言模塊化編程設計思想的啟發，本系統軟件設計采用模塊化設計思路，即整個控制軟件由許多獨立的子程序（子函數）模塊組成，它們之間通過函數調用實現連接。既便于調試，連接，又便于移植、修改。系統軟件主要完成蓄電池電壓采集轉換，PWM脈沖充電控制、實時LCD顯示，異常報警等。包括以下幾部分：系統主程序設計，電壓采集轉換模塊， 顯示模塊和異常數據存儲模塊。 系統主程序設計系統主程序流程圖如圖41所示。圖 41 系統主程序流程圖系統主程序是整個電壓測控系統中最重要的程序，是一個順序執行的無限循環程序。蓄電池電壓的采集、轉換顯示和異常數據的存儲都在測控子程序中進行，系統應用主程序采用模塊化結構，首先完成初始化，然后就開始按順序調用各個模塊子程序，通過系統自檢和控制指令來實現數據處理和電路控制，有效的控制蓄電池充放電。 電壓采集轉換模塊為了更好理解模數轉換器的對蓄電池電壓采集轉換過程，下面首先對ADC0804的啟動和讀取時序圖予以介紹。時序圖如圖42所示。圖 42 ADC804時序圖如圖，當CS與WR同時置低，為低電平時，A/D轉換器被啟動，且在WR上升沿后，經過約100 uS后， 模數完成轉換，轉換結果存入數據鎖存器，同時，INTR自動變為低電平，表示本次轉換已結束。在INTR變為低電平后，若CS、RD同時來低電平，則數據鎖存器的三態門打開，把數字信號送出，此時直接讀取數字端口數據，便可得到轉換后的數字信號。反之，若RD為高電平，三態門處于高阻狀態，數據被鎖存。芯片的時序圖是對芯片的操作的關鍵依據。按照ADC0804芯片的時序圖，此模塊通過對其進行啟動和讀取操作，主要來完成對蓄電池電壓的采集轉換，并對結果進行數據處理，送給后面的顯示模塊予以顯示。由于ADC0804的轉換時間很短，本設計未用中斷讀取A/D的數據，而是在啟動A/D轉換后，稍等一會時間（程序中用延時函數實現），直接讀取A/D的數字輸出口即可。軟件設計中AD轉換模塊的流程圖如圖43所示。圖 43 A/D轉換子程序 顯示模塊通過電壓采集轉換子程序，通過單片機處理就可以得到蓄電池的實際電壓值，本設計用液晶1602作顯示器來進行顯示。液晶1602通常用并行操作，作為一款顯示芯片，為了使其能夠正常的工作，首先必須對其進行初始化，然后按照其時序圖進行正確操作，才能夠得到滿意的顯示效果，這就是軟件設計中顯示模塊的任務。下面就1602的初始化指令和操作時序進行介紹。液晶1602的初始化，是讓其正確顯示的前提，其初始化通常如下：EN=0。首先關閉使能，防止開始時顯示亂碼，同時為以后高脈沖寫入數據做準備。write_(0x38)。 //設置16X2顯示,5X7點陣,8位數據接口write_(0x0c)。//設置開顯示，不顯示光標write_(0x06)。//寫一個字符后地址指針加1write_(0x01)。//顯示清零，數據指針清零了解液晶1602的基本操作時序，讀懂其操作時序圖，是對其讀寫操作的關鍵。1602的基本時序如下：讀狀態 輸入：RS=L, =H, E=H 輸出：DO~D7=狀態字讀數據 輸入：RS=H, =H, E=H 輸出：無寫指令 輸入：RS=L, =L, DO~D7=指令碼，E=H高脈沖輸出：DO~D7=狀態字寫數據 輸入：RS=H, =L, DO~D7=數據，E=H高脈沖 輸出：無作為顯示用的芯片，通常對其進行寫操作，1602液晶寫操作時序圖如圖44所示。圖 44 1602液晶寫操作時序圖分析時序圖可知，對1602液晶進行寫操作的流程如下：（1）通過RS確定是寫數據還是寫操作，寫命令包括使液晶的光標顯示/不顯示、光標是否閃爍、需/不需要移屏、在液晶的什么位置顯示，等等。寫數據是指要顯示什么內容。（2）讀/寫控制端設置為寫模式，即低電平。（3）將數據或命令送到達數據線上。（4）給使能端E一個高脈沖將數據送入到液晶控制器，完成寫操作。關于時序圖中的各個延時，不同廠家生產的液晶延時不同，不過大多數基本為納秒級，而單片機操作最小單位為微秒級，因此在寫程序是可不做延時，不過為了使液晶運行穩定，最好做簡短延時即可。本設計采用C51庫中自帶的延時函數_nop_（）（延時一個機器周期的意思）來實現簡短延時。按照1602液晶的寫操作時序圖，結合硬件連