毕业设计（论文）太阳能手机智能充电器设计.doc

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1、 准考证号：010610300015体一号距 本科生毕业论文（设计）太阳能手机智能充电器设计学 院： 江西科技学院 专 业： 电子工程 班 级： 09电子四（1）班 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 2012-11-1 本科论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 本科论文版权使

2、用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘要化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注

3、，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时电池突然没电了，因不能及时找到或没有220V市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本课程设计介绍一种多用太阳能手机充电器，利用单片机控制，将太阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对市电的依赖而获得通信的自由。与常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。太阳能充电器的设计，以太阳能电池板为能源核心对硬件电路进行供电，控制电路以单片机为核心，整个系统由电源变

4、换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。系统对数据的采集及处理都采用单片机来实现。通过脉宽调制对手机电池充电进行智能控制，从而提高太阳能电池输出功率及手机电池的使用效率，达到延长电池使用寿命的目的。关键词：太阳能；电池；单片机 ；PWM目 录第1章 绪论 11.1本课题的研究背景11.2硅太阳能电池特性及参数11.3本课题研究的主要内容3第2章 太阳能手机充电器硬件电路设计42.1系统总体设计方案42.2太阳能电池板的分析和选用52.3太阳能充电系统效率分析112.4LM7805应用122.5单片机电路132.6按键指示电路及实现142.7数码管显示电路152.8PWM控制板电路

5、162.9电压电流的A/D采集16第3章 汇编源程序的设计实现193.1系统整体程序框架193.2电路启动初始化193.3按键采集程序203.4数码管显示子程序213.5数据采集及模数转换程序223.6充电子程序的设计223.7电源子程序的设计23结 束 语25参考文献26附 录 1主电路接线图27附 录2汇编源程序28致 谢37第1章 绪论1.1 本课题的研究背景长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，

6、辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致温室效应和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。 在太阳能的有效利用当中, 太阳光能利用是近些年来发展最快,最具活力的领域。本设计开发出一种具有实用价值的太阳能充电系统，可以对电池进行充电，给人们带来了极大的方便，有一定的社会价值和经济价值。太阳能充电技术是目前各国竞相研究的应用技术,同时也是与前沿理论结合得最紧密的应用

7、技术。太阳能充电技术涉及物理学、材料科学、控制理论、电子科学等诸多学科。太阳能充电技术的主要研究内容,就是如何在给定光- 电转换材料和电池的条件下,完成高效充电。1.2 硅太阳能电池特性及参数（1）硅太阳能电池分类：硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生

8、产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。（2）硅太阳能电池参数：硅太阳能电池片常用的为单晶125大倒角，其尺寸为125mm*125mm，对角线150mm，功率Pmax2.60W，工作电压Vm0.523V，工作电流Im4.934A，开路电压Voc0.629V，短路电流Isc5.285A。太阳能电池可根据电压大小需要，由不同数量的太阳能电池片组成，其转换效率受光照、温度、太阳电池晶体类型及制造工艺等影响，2010年中国平均效率为17.2%。常见的太阳能电池电压有3V、6V、9V、12V、18V、32V、48V等，更大的用于太阳能电厂发电项目。（3

9、）硅太阳能电池特性：太阳能电池等效电路，其中等效电流源iph 之大小与太阳能板所接受的日射量成正比，电流源itp 为温度变化时等效电流源的修正，P-N 接面存在一非线性电阻Rj，代表P-N 二极管的顺向电阻，Dj为理想的P-N 二极体，vtp为温度变化时二极管障壁电位的修正电压，Rs及Rsh为电池本身的串联及并联电阻。而Ro为外接负载，ipv、vp 为太阳能电池输出电流及电压。iRj 是非线性电阻上的电流，Isc 为太阳能电池短路电流，Vmp、Imp 为太阳能电池最大功率点的电压、电流，vpv为太阳能电池输出电压，Voc为太阳能电池开路电压。图1.1 太阳能电池等效电路在实际的应用情况中，日射

10、量、温度改变时，太阳能板的特性也会跟着改变，因此需加以修正。其中iph为太阳能电池等效电路中的电流源，Lref为参考的日射量，L表示为太阳光改变后的日射量，Iref为参考日射量下太阳能电池等效电路中的电流源，a为电流温度系数，b为电压温度系数，Tref为参考温度。可以从图1.1及图1.2看出，当日射量、温度改变时，对太阳能电池V-I特性的影响，其中日射量的增加伴随着短路电流的上升，并且对于开路电压则有微小的上升，此外随着温度的增加使二极管的障壁电位减少，因此太阳能电池的开路电压下降，短路电流会有些微上升。图1.2 不同温度下的太阳能模块V-I1.3 本课题研究的主要内容本充电器通过太阳能电池板

11、将太阳能转化为电能，经过DC/DC变换电路处理后，由充电电路为负载供电。锂电池一般不宜采用全过程恒流充电方式，而是采取开始恒流快速充电，待电池电压上升到设定值时，自动转入恒压充电的方式，并且这样有利于保存电池容量。充电过程中采用LED灯、数码管指示，系统中设计有完备的过流过压保护，避免因电池过度充电而损坏，并且充电器采用模块式结构和USB接口，可对手机、MP3、摄像机等多种数码产品充电。文中介绍设计的太阳能手机充电器，与普通的手机充电器相比，它的的特殊之处除了能源的供应来自太阳能电池板外，充分利用单片机的智能性，设有完备的电压电流检测保护电路，并通过显示电路显示电路状态，通过功能键可以灵活的选

12、择电路输出，为不同的电子产品提供电源。把太阳能电池板放在一个有阳光的地方，即可以为手机提供一个方便的太阳能充电点。这种便捷的太阳能充电器几乎可以在任何地方补充电力，从而获得通信的自有由。 第2章 太阳能手机充电器硬件设计2.1 系统总体设计方案充电器如图2.1 所示。主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组等，形成了一个闭环系统。其中，单片机是电路的控制部分，PWM电路是整个电路的核心部分。充 电 电 池 PWM控制电路太阳能电池板液晶显示电源变换AT89C51单片机A/D转换电路电流采样分压电压采样电压采样电流采样图 2.1 充电器电路模块太阳能电池在使用时由于太阳光的

13、变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流较小，这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电。当光线条件适宜时，通过太阳能电池板吸收太阳光，将光能转换为电能。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。这就需要一个复杂的控制系统，51系列单片机时当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，是51系列单片机现在以至将来都会有强大的生命力。本系统将采用89C51做为充电电路的控制器，从而以较低的成本轻松实现复杂的充电智能控制，同时也可以为其他小型电子产品提供洁净的直流电源。本系统总

14、体设计方案如图1所示，通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，由单片机编程实现PWM波控制开关管从而实现输出电压电流的改变，通过显示电路显示输出状态及大小，由A/D转换电路实现数据的采集及转换并传给单片机做判断处理，从而实现电路的智能输出与控制。2.2 太阳能电池板的分析和选用太阳能电池板分为单晶硅，多晶硅，非晶硅和多元化合物电池板。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25

15、年。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便,节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅太阳能电池是1976年出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。

16、但非晶硅太阳能电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：(a)硫化镉太阳能电池；(b)砷化镓太阳能电池；(c)铜铟硒太阳能电池太阳能电池板是太阳能供电系统中心的核心部分，其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。其功能是将太阳能的辐射能量转化为电能，能量转化率是一个重要的参数。电池板收光照强度影响，电压、功率呈显著变化；一种光照强度，阳能电池板也有一个输出功率点，应电压也不尽相同。为

17、保证较高的转换效率，使电池板尽量工作在其最大功率点附近，也就需要根据实际情况，选择合适的工作电压。太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。太阳能电池板提供的电力是一种电流有限的电压电源。我们可在系统和电池充电所需的总电流超过太阳能电池板提供的电流时，通过降低充电电流并在 MPP 附近调节系统总线电压，从而使太阳能电池板给锂离子电池充电提供最大电力。系统电源和电池充电电源控制架构是设计可靠的太阳能电池板供电系统的关键

18、组成部分。太阳能电池包括一个 p-n 接点，光能（光子）在此使得电子和空穴重新组合，从而产生电流。由于 p-n接点的特性类似于二极管，因此我们通常将图 2.2 所示的电路用作太阳能电池特性的简化模型。太阳能电池包括一个 p-n 接点，光能（光子）在此使得电子和空穴重新组合，从而产生电流。由于 p-n接点的特性类似于二极管，因此我们通常将图 2.3 所示的电路用作太阳能电池特性的简化模型。 图 2.2 太阳能电池的简化电路模型电流源 IPH 生成的电流与太阳能电池接收的光照量成正比。在不接负载时，几乎所有生成的电流都流经二极管 D，其正向电压决定着太阳能电池的开路电压 (VOC)。VOC 因不同

19、类型太阳能电池的具体特性而有所差异。但对大多数硅电池来说，VOC 值都在 0.5V0.6V 之间，这也是 p-n 接点二极管的正常正向电压范围。 并行电阻 (RP) 表示实际电池发生的较小漏电流，而 Rs 则表示连接损耗。随着负载电流的增加，太阳能电池生成的电流会有更多一部分偏离二极管而进入负载。对大多数负载电流值来说，这对输出电压仅产生很小的影响。 图 2.3 显示了太阳能电池的I-V特性。太阳能电池的输出随着二极管的 I-V 特性不同而略有变化，且串联电阻 (RS) 也会造成较小的压降，但输出电压基本保持为常量。不过，在某一时刻，通过内部二极管的电流会非常小，导致偏置不足，这样二极管上的电

20、压会随负载电流的上升而快速下降。最后，当所有生成的电流都流经负载而不通过二极管时，输出电压为零。这种电流称作太阳能电池的短路电流 (ISC)，它与 VOC 都是决定电池工作性能的主要参数，因此，我们将太阳能电池视为“电流有限的”电源。当输出电流增加时，输出电压会下降，最后降为零，这时负载电流为短路电流。 图 2.3 典型的太阳能电池 I-V 特性在大多数应用中，理想情况是尽可能从太阳能电池获得最大电力。由于输出功率是输出电压与电流的乘积，因此我们应明确电池哪部分工作区能实现最大的输出电压与电流乘积值，即所谓的最大功率点 (MPP)。在一种极端情况下，输出电压为最大值(VOC)，但输出电流为零；

21、在另一种极端情况下，输出电流为最大值 (ISC)，但输出电压为零。在上述两种情况下，输出电压与电流的乘积均为零，因此，MPP 必须在两种极端情况之间。 我们可以很容易地证明（或通过实验观察到），不管在何种应用，MPP 实际上总会出现在太阳能电池输出特性图的转弯处（见图 2.4）。实践中的问题在于，太阳能电池 MPP 的确切位置会随着光照和环境温度的变化而变化，因此，为了尽可能利用太阳能，系统设计时必须在实际工作条件下实现或接近 MPP。 图 2.4 太阳能电池输出特性我们可通过几种不同方法来跟踪太阳能电池板系统的 MPP，不过这些方法通常会比较复杂，特别对卫星等关键任务系统来说更是如此。不过，

22、在许多低成本系统中，我们并不必强求 MPP 跟踪系统的精确性。简单的低成本解决方案只要能收集到可用能量的 90% 左右就可以了。充电控制系统如何让太阳能电池的工作接近 MPP 呢？ 动态电源路径管理 (DPPM) 技术能满足跟踪 MPP 的设计挑战。图 2-5显示了锂离子电池充电应用的电路，可实现太阳能电池板电力的最大化，且我们能用 MOSFET Q2 来调节电池充电电流、充电电压或系统总线电压。太阳能电池板用作电源，对单节锂离子电池进行充电。太阳能电池板包括一系列硅单元串，每串包括 11 个硅单元，就好像电流有限的电压源，电池板的尺寸及光照量决定着电流的大小。 DPPM 能够监控系统总线电压

23、 (VOUT) 随电流限制电源的下降。系统总线连接的电容 (Co) 开始放电，一旦系统和电池充电器所需电流大于太阳能电池板提供的电流，就会使系统总线电压下降。一旦系统总线电压降到预设的DPPM 阈值，电池充电控制系统将在 DPPM 阈值位置调节系统总线电压。我们可通过降低电池充电电流来实现上述目的，从而获得太阳能电池板的最大电力。DPPM 控制电路设法达到稳定状态条件，使系统获得所需的电力，并用剩余电力给电池充电，这样，我们就能最大化太阳能电池板的电力，并提高系统的可靠性。 图 2.5 用太阳能电池板给一节锂离子电池充电 图中太阳能电池板提供的最大输出电压 (VOC) 通常在 5.5V6.0V

24、 之间。由于该电压低于预定义的 6V 输出调节电压，因此 MOSFET Q1 完全打开。如果系统和电池充电器所需的总电流超过太阳能电池根据光照量决定的输出电流，那么太阳能电池板的输出电压将降低，从而减小输出电压 (VOUT)。当 VOUT 降至 VDPPM 时（也是太阳能电池板的输出电压），充电电流降低。如 VDPPM 设置靠近 MPP 的话，那么太阳能电池板这时将工作在靠近 MPP 的位置。我们通过对 RDPPM 进行适当编程，使其达到一定的值，确保 VOUT 保持最小为 4.5V，从而实现上述目的。我们之所以使用 VDPPM 的值，是因为它合理地对应于太阳能电池板的 MPP。 假定 MOS

25、FET Q1 上的压降为 300mV，那么每个单元上的压降将等于 436mV，这将最大化太阳能电池板的功率输出。如果 VOUT 大于 4.5V，那么 DPPM 不起作用，太阳能电池板将远离其 MPP。不过，只有系统和电池充电器所需的电力小于太阳能电池板的供电量时，才会发生上述情况。这时，效率降低并不会很重要。图 3 显示出，输出功率接近 MPP 时，其曲线比较平坦，随后会急剧下降，因此我们最好将 VDPPM 设得略高一些，而不要设得略低，这将尽可能降低因工作电压设置不当而对输出功率产生不良影响。假如即便电池充电电流降至零时，太阳能电池板可用的电力也不足以给系统供电的话，那么 MOSFET Q

26、2将完全打开，VOUT 刚好降至电池电压 VBAT 值以下，且电池可提供太阳能电池板所不能提供的电流。 如充电器工作于 DPPM 中时，内部安全定时器会自动扩展。这样，在低光照或无光照等特殊工作条件下，电池充电会非常慢，抑或电池会处于放电模式。我们几乎不可能就所有应用设置适当的充电安全定时器，否则就可能导致安全定时器出错，因此我们可通过禁用安全定时器来解决相关问题。下图2.6为太阳能手机充电器实物图，它由太阳能电池板，固定太阳能电池板的主体、电池盒、活动支架和止回二极管，电池盒与主体联成一体，调节主体背面的活动支架使电池板朝向太阳。电池板的正负引出线串接止回二极管后分别接电池盒的正、负极。电池

27、板将照射到其上的太阳光转换为直流电，并通过电池盒的正、负极对镍镉电池充电。经45小时后对两节5号电池即可充足电。下图2.7为太阳能手机充电器正在充电的过程，他不仅可以给手机充电而且随时随地可对手机、数码相机、MP3-MP4、PAD等小型电器 充电。是喜爱出游人士、常出差人士、户外运动人士、业务工作者的必备伴侣。 图2.6 太阳手机充电器图2.7 太阳能电池板充电过程2.3 太阳能充电系统效率分析根据物理学可知，发电能力与负载无关，而发电设备的输出能力则是由负载所决定的，就是说，电能输出设备的输出最大能力取决于外部能量的输入和转换效率，而这些电能量能否完全被利用,则取决于负载设备。1) 电能系统

28、分析描述发电设备能力和电能利用关系可以用下式表示: （1）其中Eg是负载情况下的输出电能，f(e)是在输入能量条件下所能转换的能量。式(1) 指出，任何时刻发电设备发出的能量都与负载设备所消耗的能量相等。对于一个发电设备来说，其最大输出能量fmax(e)是一个固定的数值，而f(e)则是由负载决定的能量。在工程实际中，fmax ( e) f ( e) 叫做欠负荷，fmax ( e) = f ( e) 叫做满负荷。还有一种情况就是所需要的Eg fmax ( e) ，这种情况下仍然有式(1) 成立，但此时并不能完全满足负载所需要的电能，因此，在这时负载系统所得到的电能小于实际需要，而发电设备输出的电

29、能等于fmax ( e) 。2) 太阳能充电系统效率分析在太阳能充电系统中，为了尽量提供充电能力和效率，必须把充电系统划分为两个部分，一个是充电电路，一个是控制电路，这两个电路都会消耗电能。对于充电电路，这部分消耗的能量是电池充电中所经过电路的损耗，对于控制电路，这部分是完成所需要的充电控制所需要消耗的能量。由此可知，太阳能充电系统中，为了尽量提高充电效率，应当尽量减少充电电路和控制电路的能量损耗。设充电电路的功率损耗为pcp ,控制电路的功率损耗为pctr ,电池吸收的功率为pb 则根据能量守恒,得到 (2)其中是充电系统的输入功率。由此 (3)根据式(3)可得到充电系统的效率为 (4)把式

30、(1)带入式(4) 如果考虑满负荷工作 (5)式(5)指出，充电效率与以下因素有关：(1) 充电电路和控制电路损耗；(2) 太阳电池的输出功率。3) 最大效率设计原则由以上分析可知，为了保证充电效率太阳能充电系统必须满足：(1) 充电电池必须保证功率吸收能力；(2) 尽量减少充电电路和控制电路的损耗；(3) 选择合理的太阳能电池转换输出能量。2.4 LM7805应用 图2.8 LM7805典型应用电路单片机电源电路的设计以三端集成稳压器LM7805为核心，它属于串联稳压电路，其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。图2.8是三端稳压集成电路LM7805的典型应用电路，三端集成稳压器设置的启动电

31、路，在稳压电源启动后处于正常状态时，启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系，这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路，保持输出电压的稳定。电路中Ci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，取值范围在0.1F1F之间，本文Ci选用0.33F；在输出端接电容Co是用于消除电路高频噪声，改善负载的瞬态响应，一般取0.1F左右，本文Co即选用0.1F。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Co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3

32、6V，最大工作电流1.5A，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。2.5 单片机电路单片机采用51 系列单片机89C51（如图2.9）。单片机内部有两个定时器、两个外部中断和一个串口中断、三个八路的I/O 口，本设计采用12MHz 的晶振。单片机最小系统的核心部分包括单片机芯片、振荡电路及复位电路。单片机电路本系统单片机主要完成的任务是控制数据的采集过程，并将采集到的数据经过分析处理后生成PWM脉宽调制信号控制开关管的导通与关断，从而控制输出大小。具体工作过

33、程是上电复位，首先查询键盘，确定充电器功能，确定后继续查询键盘以确定输出电流大小，或作为普通电源的输出电压，然后转入相应子程序并分析计算PWM占空比，开始输出电流或电压，并将数据送至显示电路显示。在输出过程中通过单片机定时器定时检测输出电流或电压，与设定值比较后调节PWM占空比，使输出趋于设定值。在电池充电过程中，通过检测电流大小而确定电池充电多少，从而改变充电方式或决定是否停止充电。图2.9 单片机系统 2.6 按键指示电路及实现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

34、按键操作；而矩阵键盘通过行列交叉按键编码进行识别。在本设计中由于按键不是太多，故采用独立按键法，图2.10为本设计的按键接线图。 图2.10 按键接线图对电路总体考虑后，将ADC0809采集电路接在了单片机的P0口，并用P2口做采集控制，这样P0口仅用接收数据，不用发送数据，有P0口的硬件构成知道，其做输出的话需接上拉电阻，做输入的不用接，这样整体上减少了电路的硬件开支，而P3口要做串口传输等工作，所以在本电路中将按键接在P1口，其中P1.0是数字减键，P1.1为数字加键，P1.2键位确定键，P1.3为过电流保护指示灯，P1.4、P1.5为输出功能选择键，按下P1.4代表给手机电池充电，按下P

35、1.5则做普通直流电源使用，其中5V输出可直接用USB连接线给手机充电，电池充电控制则有手机提供。2.7 数码管显示电路数码管显示电路AT89C51单片机内有一个串行IO端口，通过引脚RXD和TXD可与外部电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。串口有四种工作方式，方式0是8位移位寄存器输入输出方式，多用与外接移位寄存器以扩展IO端口。方式0的输出是8位串行数据，通过移位寄存器可将8位串行数据变成8位并行数据输出，也可以将外部的8位并行数据变成8位串行数据输入。因此外接一个移位寄存器就可扩展一个8位的并行输入输出接口，如果想多扩展几个并口就需要在外部级

36、连几个移位寄存器。 图2.11 数码管驱动电路 2.8 PWM控制电路控制器采用脉宽调制（PWM）方式控制供电电流的大小。PWM 控制部分是由单片机输出的PWM 波通过控制电路实现的，主控制器和它采用中断的方式进行通讯，控制其增大或减小脉宽。PWM 信号通过光电隔离驱动主回路上的功率管IF9540。用PWM 方式控制的开关电源可以减小功耗，同时便于进行数字化控制，但母线的纹波系数相对较大。PWM 控制电路如图2.12所示。 图2.12 PWM 控制电路 2.9 电压电流的A/D采集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。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码

37、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。 （1）ADC0809的内部逻辑结构图2.13 ADC0809管脚及管脚图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。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。（2）引脚结构IN0IN7：8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05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变

38、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IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表1所示。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

39、数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0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（）为参考电压输入。本设计中用单片机的P0口接收来自0809的换数据，P2.0、P2.1、P2.2依次接在0809的A、B、C地址线，P2.3接在0809的ALE端，P2.4接START，P2.5接OE端，时钟信号由单片机的ALE端经74HC74触发器二分频后提供，单片机采用12MHz晶振，ALE端经二分频后为500KHz。ADC0809具体工作过程为：首先P2.0、P2

40、.1、P2.3输入3位地址，并使P2.3输出高电平，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请，而触发单片机动作准备接收数据，这是使P2.5输出高电平，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，单片机读取P0口然后做下一步处理操作。 第3章 汇编源程序的设计实现3.1 系统整体程序框架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，

41、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3.1所示。开始结束初始化充电子程序电源子程序充电电池图3.1 程序整体框架流程 3.2 电路启动初始化初始化是为单片机的运行设置初始的运行环境，主要完成以下工作：清片内，每次单片机加电时，都将引起单片机的上电复位操作。复位操作完成以后，单片机的寄存器会被置以不同的值，这些值中有相当一部分是未知的值。这些未知的值在单片机复位完成，正式运行以后，会产生无法让程序设计人员掌握的后果，甚至会造成系统的损坏。因此，在单片机运行后，首先清0使之置初始参数设定，便于程序设计人员掌握，以利系统的工作。

42、设置系统运行所需的各个参数，设置定时器和中断设定。图3.2为初始化程序流程。 开始返回清片内RAM初始参数设定AD设定定时器设定中断设定 图3.2 初始化程序流程3.3 按键采集程序键盘子程序用于探测开关、是否处在有效的开关状态，以决定是否启动系统运转。读线、读取、相连的端口，并将其值判断处理后存于相关缓存中。其中读取端口后要做一定的延时以排除键抖引起的误动作。图3.3为按键子程序结构流程图。入口读I/O口返回处理后存入缓存延时 图3.3 按键子程序结构流程图3.4 数码管显示子程序开机时，初始化数码管，通过串口将“0”的字形码输出使数码管显示“O”。然后判断P1口是否有键按下，如果没键按下继

43、续判断。显示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式0，再读取显示缓冲区内的数据(显示缓冲区主要是用来存放即将要显示的数据)，然后通过查表的方式找到对应的字形码，最后把字形码写入串口寄存器SBUF通过串口方式0发送出去。当8个时钟脉冲后，字形码都移至74Ls164的Q0-Q7，数码管就显示相应按键的编码。显示子程序是怎么将显示缓冲区中的数据变成相应的字形码呢?具体的方法是将每个数字的字形码以16进制数从小到大的次序依次存放在存储器中的固定区域中，构成显示代码表。当要显示某字符时，把表格的起始地址送入数据指针寄存器DPTR中作为基址，将显示缓冲区内的数据作为偏移量送入变址寄存器A，执行查表指令“M

44、OVCA，A+DPTR”，则累加器A中得到的结果即取出的对应数字的字形码。由于单片机在以方式0串行发送数据的时候数据从RXD引脚从低位到高位依次输出，而最先输出的数据经过74LS164串转并后到达Q7，也就是说单片机内的DO通过串口发送并经过74LS164后到达74LS164的Q7脚即数码管的A脚，因此在单片机内字型码与74LS164所对应的字型码正好相反，所以共阳极数码管在单片机内O-9所对应的字型码分别是：01H，4FH，12H，06H，4CH，24H，20H，0FH00H，04H。3.5 数据采集及模数转换程序数据采集主要由单片机控制ADC0809完成，程序分为数据初始化，发送启动转换命

45、令，等待转换结束，接收数据，处理并存入缓存，程序流程如图3.4所示。入口返回初始化启动转换处理存储转换结束？图3.4 数据采集子程序结构流程图3.6 充电子程序的设计充电过程分两阶段进行，第一阶段为恒流充电，充电电流可设定，当充电电压达到4V时转入第二阶段，即4.2V的恒压充电方式，恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低，待充电电流降到0.1mA时，表明电池已充到额定容量的93%95%，此时即可认为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降低到零，电池完全充满。充电过程中，“充电”指示灯亮；充满时，“充饱”指示灯亮，“充电”指示灯灭，通过按键设置可控制充电时间。充电子程序流程图如图3.5所示。入口返回采集电压电流恒压充电恒流充电充电结束电流4v?图3.5 充电子程序结构流程图3.7 电源子程序的设计本太阳能手机充电器与传统充电器相