基于单片机的太阳能充电器的设计毕业设计(论文)

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

C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 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。

3.7.4按键电路

在单片机应用系统中，按键主要有两种形式：1、独立按键；2、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3.8所示。

图3.8按键电路

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所示

3.7.5数码管显示电路

键法，这样可以减小编程的难度。

的，一般为零点几秒至数秒不等。

内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管显示电路如图3.9

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进行充电时按下“开始充电”键，系统开始对对锂电池进行充电。故采用独立按

选择”键选择某一电压值作为输出；另一个作为开始充电用，装上电池要对电池

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

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

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

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

选择用，本设计提供3V、3.5V、4.0V、4.5V四种电压值的循环，可以通过“电压

LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在

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

在本设计中设置按键个数为3个，其中一个作为按键复位用；一个作为电压

图3.9 数码管显示电路

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本设计采用4位LED数码管段数为7段另加一个小数点即8段数码管，数

码管有共阴和共阳两种，本设计使用共阴数码管，8段发光二极管的阴极接在一起接地，若某段发光二极管的阳极为高电平，则该段二极管被点亮。设计时可根据需要显示的数字让某一组合的数码管的阳极置高。

3.8锂电池充电原理

锂电池额定电压视生产厂家的不同而不同，有3.6V和3.7V两种；额定容量C从几百毫安时到几安时；充电终止电压根据样机材料有4.1V和4.2V两种；充电电流常以C的百分比来衡量，充电电流过小会导致充电时间过长，充电电流过大会使电池过热，导致电池损坏。本设计根据锂电池的充电特点，采用由预充电、恒流充电、恒压充电、涓流充电四阶段组成的充电模式。锂蓄电池的充电特性曲线如图3.10所示：

图3.10锂电池充电特性曲线

为保证安全充电，开始充电时若锂电池电压VBAT<3.0V，则以IPRE（一般取

0.01C A）的小电流对其进行充电；当电池电压VBAT>3.0V后，则以IREF（0.5C A）的恒流进行充电；当VBAT上升至VREF时，转入恒定电压充电阶段；随着电池电量的不断升高，充电电流逐渐降低，当充电电流小于IFULL后，电池电量全部恢复，充电过程结束。为克服电池自放电，系统继续以IFULL的电流进行涓流充电。C为电池容量。

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4 基于单片机的太阳能充电器系统的软件设计

4.1 设计思想

主程序包含两个部分，一部分为初始化段，另一部分为循环主体段。 在主程序循环体中，并不是直接执行程序，而是去调用一个个任务模块。每个任务都是一个子函数，这些任务的调度机制为轮询机制。即：这些子函数功能的执行与否取决于其条件标志是否满足。比如：当某个子函数被主程序调用时，会先判断其执行条件是否成立（标志位是否有效），如果有效则执行实际功能语句，否则不执行任何动作直接返回。PWM的控制调节和A/D采样速度不宜太快，用200ms调用一次，因为它会影响到数码管刷屏，调节和采样太快，数码管上的数值会跳变的厉害。按键处理则为10ms调用一次。

子程序可分为初始化程序，按键采集程序，信号采集与转换程序，显示程序，PWM波程序；也可以按照系统能实现的功能分为充电子程序、电源子程序，其中充电子程序和电源子程序都要用到初始化子程序、按键采集子程序、PWM波子程序、信号采集与转换子程序和显示子程序。

PWM波的生成采用了输出在高电平与低电平的延时及转换，本设计中PWM波用来调节开关管的占空比，当输出为高电平时，将输出信号放大驱动开关管开通，当输出信号为低电平时，开关管关断，用高电平与低电平的时间的比值来表示PWM波的占空比，以此来控制开关管的占空比。

本设计及检测电压又检测电流，单片机采用STC89C52芯片，内部没有AD转换模块，单片机需外接转换模块，本设计采用ADC0809（第三章硬件电路设计中也有介绍）因此模拟信号输入有两路，一路是电压信号，一路是电流信号。ADC0809 在对多路输入的模拟量进行模数转换时采用分时复用的方法，即AD转换器对两路信号轮换采集转换。轮换周期根据模数转换时间和控制的情况设定。

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4.2 基于单片机的太阳能充电器系统的整体程序设计

本设计整体工作主要由单片机程序控制实现，其工作过程为：电路启动初始化，电路功能选择，输出选择并确定输出，单片机采集计算输出PWM信号，定时采集数据并处理调节PWM信号占空比等，程序整体框架如图4.1所示。

开始 初始化 Yes 电池充电 No 充电子程序 电源子程序 结束

图4.1 程序整体框架流程

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