接高电位时，模块可正常接收并显示数据，否则模块显示将被禁止。通常情况下，当系统仅使用一个液晶显示模块时，“RS”可连接固定的高电平。
单片机与液晶模块之间传送1字节的数据共需24个时钟脉冲。首先，单片机要给出数据传输起始位，这里是以5个连续的“1”作数据起始位，如模块接收到连续的5个“1”，则内部传输被重置并且串行传输将被同步。紧接着，“RW”位用于选择数据的传输方向(读或写)，“RS”位用于选择内部数据寄存器或指令寄存器，最后的第8位固定为“0”。在接收到起始位及“RW”和“RW”的第1个字节后，下一个字节的数据或指令将被分为2个字节来串行传送或接收。数据或指令的高4位，被放在第2个字节串行数据的高4位，其低4位则置为“0”；数据或指令的低4位被放在第3个字节的高4位，其低4位也置为“0”，如此完成一个字节指令或数据的传送。需要注意的是，当有多个数据或指令要传送时，必须要等到一个指令完成执行完毕后再传送下一个指令或数据，否则，会造成指令或数据的丢失。这是因为液晶模块内部没有发送/接收缓冲区。
1.3 MPPT控制方案
方案一：扰动观测法（P&O）。其原理是每隔一定的时间增加或者减少电压，并观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。
方案二：增量电导法（INC）。对光伏电池的电压和电流进行采样，通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。
方案二和方案一均是通过扰动逐步使光伏电池逼近最大功率点，但方案二较方案一更具优势，其避免了扰动观测法的盲目性，控制精确，响应速度快，且光伏电池的输出电压能平稳追随环境的变化，稳态振荡小，故选用方案二。
1.4 输入电压采集模块
方案一：霍尔电压互感器采集方案。使用霍尔电压型传感器，可以实现隔离的采集电压，采集电压精确、实时。但是这主要应用于实际发电系统中的高压采集。而本题中的模拟光伏发电装置的输入电压端为30V左右，一般的霍尔电压型传感器使用在高电压的场合，因此我们放弃此方案
方案二：使用电阻分压采集方案，由于输入的电压不高，使用高阻值的电阻进行分压，得到一个较小的电压，送入A/D进行采集。这种方案，简单易
行，容易进行程序的控制，而且不会担心接入其它元件对电路中电流电压产生影响。而且经过计算，使用电阻分压的采集方案，消耗的功率要小于使用霍尔电压互感器的方案。因此，在本题的模拟光伏发电装置中，我们使用此方案。
1.5 模数转换芯片AD的选择
方案一 ：选择外部A/D
选择TI公司生产的TL2543,该芯片是TI公司生产的转换精度为12为的串行模数转换芯片。控制电路简单，仅需要d_in、d_out、cs、 clk四个通道就可以实现控制，外围电路简单。但是在选用TLC2543的时候，需要为其制作专门的基准电源，并且制作TLC2543的电路板极其需要注意电磁干扰问题，稍有不慎就会造成转换数据的波动，为了尽量避免转换数据的波动造成的电路状态不稳定，放弃此方案。
方案二 ： 选择内部ADC0
C8051F020内部带有两个模数转换功能单元，分别是12位的ADC0和8位的ADC1。12位的ADC0转换速率可以达到100ksps，8为的ADC1更是可以达到500ksps，在本系统中主要是要求的数据转换精度，对速度的要求不是很高，因此选择内部的ADC0，于采用外部模数转换芯片相比，不仅仅有利于增加电路的稳定性和提高电路状态的可靠性，而且可以降低整个系统的功率损耗，尽最大可能的将功率输送给外部负载。
综上所述，选择内部ADC0作为模数转换模块。
第2章 硬件系统的设计
2.1 系统整体原理框图
系统包括模拟光伏电池、DC-AC变换电路、驱动电路、欠压过流保护、电压电流采用电路、系统状态显示等几个主要部分。全桥式逆变电路是核心部分，控制部分利用闭环反馈法实现输出电压的稳定，采用增量导纳法逐步调节SPWM波的调制比实现MPPT控制，采用频率跟踪法和沿触发同步跟踪法实现频率和相位的跟踪功能。当系统检测到输入欠压或输出过流动作时，通过控制继电器切断光伏电池输出，当故障解除后，系统利用试触法实自动恢复正常工作状态的功能。
系统状态显示 C80051F020 控制单元 图2.1 光伏并网模拟装置结构框图
模拟光伏电池 DC-AC逆变器 模拟并网输出 输入电压采样 欠压过流SPWM波驱动输出电压 电感电流采样 Uref频率相位采样前处理 2.2 系统各模块的设计及参数计算
2.2.1 控制器
控制器采用Silicon Laboratories的C8051F020系列单片机。该单片机与MCS51单片机完全兼容。C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级 MCU
芯片，具有64个数字I/O引脚（C8051F020）。高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内），真正12位（C8051F020/1）或10位（C8051F022/3）、100 ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关真正8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关两个12位DAC，具有可编程数据更新方式64K字节可在系统编程的FLASH存储器4352（4096+256）字节的片内RAM可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口硬件实现的 SPI、SMBus/ I2C和两个UART串行接口5个通用的16位定时器具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器，具有片内 VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的 C8051F020 是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。片内 JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。每个MCU都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内用2.7V-3.6V的电压工作。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引脚都容许5V的输入信号电压。
对于本设计，单片机的I/O口和存储器足够，无需外扩I/O口和存储器，故只要做出单片机的最小系统板即可，在该系统板上仅仅做了它的供电电源，晶振和I/O口插脚。C8051f020的最小系统PCB图如图2.2.1所示：
图2.2.1 C8051F020最小系统PCB布线图
2.2.2 MPPT的控制方法与参数计算
1）实现MPPT的算法采用增量电导法，简称IncCond法。对于光伏阵列某一固定P-U曲线如图2所示，在其最大值Pm 处的斜率为零，所以有：
dP/dU?d(I?U)/dU?I?U?dI/dU=0，即dI/dU??I/U （1）
当U=Um时，有dP/dU=0；当U>Um时，有dP/dU<0；当U dI/dU??I/U(U>Um) （3） dI/dU??I/U(U=Um) （4） 可以根据dI/dU与?I/U之间的关系来调整工作电压而达到MPPT的目的。 当dU=0时，光伏电池的工作点电压没变，此时外界条件可能会发生变化，导致工作点在不同的输出特性曲线之间转移。若dI=0，说明外界条件没有变化，仍工作于最大功率点；若dI>0，说明工作点向功率增大的方向变化，输出特性曲线上移，原来的工作点位于当前最大功率点的左侧，此时应增图2 光伏电池P-U曲线 当dI/dU??I/U时，说明工作点正处于最大功率点的左侧，应该继续增大工作电压，即增加SPWM波的调制比α，反之，若dI/dU??I/U，则应减小调制比α，若dI/dU??I/U，则维持在最大功率点。 2）扰动步长Δα的调整。 要准确快速的实现MPPT功能，Δα的设置很关键，设置过大，会导致跟踪过程可能跨越最大功率点，使工作点在Pm点处震荡，甚至始终无法达到最大功率点；Δα过小，会导致跟踪速度减慢，系统的动态效应差，且可能不满足题目指标。本系统采用可变扰动步长Δα，根据每次I、U测量和计算的结果不断调整步长Δα，当工作点离最大功率点较远时，增大Δα，使工作点电压变化加快，当工作点在最大功率点附近时，减小Δα，减少震荡。Δα的确认可采用模糊控制法。 2. 同频、同相的控制方法与参数计算 ①频率跟踪的实现 使用过零比较电路，使用单片机的定时器和计时器进行计数，获得参考信号源的频率，然后调整SPWM波的占空比，使得输出波形的频率和参考信号源的频率一致，实现频率的跟踪。 大电压，即增加SPWM波的调制比α；反之，若dI<0，应增大调制比α。
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