基于單片機畢業設計(論文)開題報告徐州工程學院

畢業設計（論文）開題報告

課題名稱：泄露實時報警器設計

學生姓名：學號：

指導教師：職稱：

所在學院：

專業名稱：

徐州工程學院

20年月3日

說明

1．根據《徐州工程學院畢業設計(論文)管理規定》，學生必須撰寫《畢業設計（論文）開題報告》，由指導教師簽署意見、教研室審查，學院教學院長批準后實施。

2．開題報告是畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。學生應當在畢業設計（論文）工作前期內完成，開題報告不合格者不得參加答辯。

3．畢業設計開題報告各項內容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現縮寫詞，須注出全稱。

4．本報告中，由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，沒有經過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。

5.課題類型填：工程設計類；理論研究類；應用（實驗）研究類；軟件設計類；其它。

6、課題來源填：教師科研；社會生產實踐；教學；其它

第二篇：基于單片機的多用太陽能手機充電器畢業設計論文(含ppt、開題報告、59900字

本文由小夜影貢獻

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目錄

１緒論…………………１１．１本課題的研究背景…………１１．２硅太陽能電池及參數………１１．３本課題研究的主要內容……………………１２太陽能手機充電器硬件設計……………………２２．１系統總體設計方案…………２２．２太陽能電池板的選用……………………３２．３ＬＭ７８０５應用………………３２．４單片機電路…………………４２．５按鍵指示電路及實現……………………４２．６數碼管顯示電路…………５２．７ＢＵＣＫ斬波電路……………６２．８電壓電流的Ａ／Ｄ采集……………………７２．９ＭＡＸ４７１介紹及工作原理…………………９３匯編源程序的設計實現…………１０３．１系統整體程序框架………１０３．２電路啟動初始化…………１０３．３按鍵采集程序……………１１３．４數碼管顯示子程序………１２３．５數據采集及模數轉換程序………………１３３．６充電子程序的設計………１４３．７電源子程序的設計………１５結束語………………１６致謝…………………１６參考文獻……………１７附錄１主電路原理圖………………１８附錄２匯編源程序…………………１９

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摘要

化石能源的日益枯竭、人們對環境保護問題的重視程度也在不斷提高，尋找潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。太陽能作為一種可再生能源它具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點，因此有著廣闊的應用前景，光伏發電技術也越來越受到人們的關注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術的發展，太陽能光伏發電系統將逐漸由現在的補充能源向替代能源過渡。使用手機的人都有過這樣的經歷，外出或旅游時電池突然沒電了，因不能及時找到或沒有２２０Ｖ市電而無法給手機充電，影響了手機的正常使用。為了解決這一問題，本課程設計介紹一種多用太陽能手機充電器，利用單片機控制，將太陽能經過電路變換為穩定直流電給手機充電，并能在電池充電完成后自動停止充電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。與常規的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優勢。關鍵詞：關鍵詞：太陽能，電池，單片機，智能，ＢＵＣＫ變換器

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Ｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅｓｏｌａｒｍｏｂｉｌｅｃｈａｒｇｅｒ

ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｐｌｅｔｉｏｎｏｆｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙ，ｉｔ＇ｓｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｒｉｓｉｎｇ，ｌｏｏｋｆｏｒｃｌｅａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓｓｕｅｓｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｕｒｇｅｎｔ．Ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｉｔｈａｓａｎｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅａｎｄｃｌｅａｎａｎｄｓａｆｅａｎｄｓｏｏｎ，ｓｏｈａｖｅａｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅＰＶｍｏｄｕｌｅｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｌｏｗｅｒｐｒｉｃｅｓａｎｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｏｌａｒＰＶｓｙｓｔｅｍｓｗｉｌｌｇｒａｄｕａｌｌｙｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｏａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙ．Ｐｅｏｐｌｅｗｈｏｕｓｅｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓｈａｖｅｈａｄｔｈｅｅｘ

ｐａｇｅ１

ｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｇｏｏｕｔｏｒｔｒａｖｅｌｎｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｈｅｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｓｕｄｄｅｎｌｙ，ａｎｄｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄｏｒｄｏｅｓｎｏｔｔｉｍｅｌｙ２２０Ｖｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｎｏｔｔｏｃｈａｒｇｅｔｈｅｉｒｃｅｌｌｐｈｏｎｅｓａｆｆｅｃｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｕｓｅｏｆｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｇｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅｓｏｌａｒｃｈａｒｇｅｒ，ｕｓｅＭＣＵｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｌｌｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｔｏｃｈａｒｇｅｔｈｅｉｒｃｅｌｌｐｈｏｎｅｓａｎｄｃａｎｃｈａｒｇｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｏｐｓｃｈａｒｇｉｎｇａｆｔｅｒ，ｂｕｔａｌｓｏａｓａｇｅｎｅｒａｌＤＣｐｏｗｅｒｕｓｅ，ｓｏｇｅｔｒｉｄｏｆｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｆｒｅｅｄｏｍｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｈａｒｇｅｒ，ｓｏｌａｒｃｈａｒｇｅｒｈａｓａｃｌｅａｒａｄｖａｎｔａｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｂａｔｔｅｒｙ，ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ，ＢＵＣＫｃｏｎｖｅｒｔｅｒ

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１緒論

１．１本課題的研究背景當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產生電能，不需要消耗燃料和水等物質，使用中不釋放包括二氧化碳在內的任何氣體，是對環境無污染的可再生能源。這對改善生態環境、緩解溫室氣體的有害ｈｋ作用具有重大意義。目前，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業、商業、農業、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價很貴的輸電線路。但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉換裝置的發明，各國對環境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。１．２硅太陽能電池及參數硅太陽能電池及參數硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為２４．７％，規模生產時的效率為１５％。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為１８％，工業規模生產的轉換效率為１０％。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。硅太陽能電池片常用的為單晶１２５大倒角，其尺寸為１２５ｍｍ＊１２５ｍｍ，對角線１５０ｍｍ，功率Ｐｍａｘ２．６０Ｗ，工作電壓Ｖｍ０．５２３Ｖ，工作電流Ｉｍ４．９３４Ａ，開路電壓Ｖｏｃ０．６２９Ｖ，短路電流Ｉｓｃ５．２８５Ａ。太陽能電池可根據電壓大小需要，由不同數量的太陽能電池片組成，其轉換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制造工藝等影響，２０１０年中國平均效率為１７．２％。常見的太陽能電池電壓有３Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、３２Ｖ、４８Ｖ等，更大的用于太陽能電廠發電項目。１．３本課題研究的主要內容本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉化為電能，經過ＤＣ／ＤＣ變換電路處理后，由充電電路為負載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是

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采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設定值時，自動轉入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用ＬＥＤ燈、數碼管指示，系統中設計有完備的過流過壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊式結構和ＵＳＢ接口，可對手機、ＭＰ３、攝像機等多種數碼產品充電。文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備的電壓電流檢測保護電路，并通過顯示電路顯示電路狀態，通過功能鍵可以靈活的選擇電路輸出，為不同的電子產品提供電源。把太陽能電池板放在一個有陽光的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自有。

２太陽能手機充電器硬件設計

２．１系統總體設計方案系統總體設計方案總體

ｐａｇｅ２

ＤＣ／ＤＣ變換太陽能電池板

按鍵

ＡＴ８９Ｃ５１

顯示電路

手機電池

ＡＤＣ０８０９

圖１系統總體設計方案

太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內阻又比較高，因此輸出電壓不穩定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變換后供給電池充電。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。這就需要一個復雜的控制系統，５１系列單片機時當前使用最為廣泛的８位單片機系列，其豐富的開發資源和較低的開發成本，是５１系列單片機現在以至將來都會有強大的生命力。本系統將采用８９Ｃ５１做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現復雜的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產品提供潔凈的直流電源。本系統總體設計方案如圖１所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編

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程實現ＰＷＭ波控制開關管從而實現輸出電壓電流的改變，通過顯示電路顯示輸出狀態及大小，由ＡＤＣ０８０９實現數據的采集及轉換并傳給單片機做判斷處理，從而實現電路的智能輸出與控制。２．２太陽能電池板的選用太陽能電池板是太陽能供電系統工作的基礎，是該充電器的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉化為電能，如今的便攜式數碼設備種類較多，所需電壓電流不等，對于輸入功率較大的設備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設計采用模塊式組合，根據不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以手機、ＭＰ３等常用小功率用電設備為例，說明其太陽能充電器的設計過程。所選用的太陽能電池板技術參數指標如下：尺寸１２０ｍｍ×４５ｍｍ，峰值電壓６Ｖ，峰值電流１００ｍＡ，標稱功率０．６Ｗ。考慮被充電池的電流不同所需充電時間不等，采用八塊相同參數電池板進行串、并聯，實測電池板的輸出電壓最大值為１０．８Ｖ，電流最大可達４５０ｍＡ，總標稱功率為５Ｗ左右，實際輸出可根據不同的被充電對象進行平滑調整［７］。２．３ＬＭ７８０５應用

圖２ＬＭ７８０５典型應用電路

單片機電源電路的設計以三端集成穩壓器ＬＭ７８０５為核心，它屬于串聯穩壓電路，其工作原理與分立元件的串聯穩壓電源相同。圖２是三端穩壓集成電路ＬＭ７８０５的典型應用電路，三端集成穩壓器設置的啟動電路，在穩壓電源啟動后處于正常狀態時，啟動電路與穩壓電源內部其他電路脫離聯系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩定。電路中Ｃｉ的作用是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在

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０．１μＦ～１μＦ之間，本文Ｃｉ選用０．３３μＦ；在輸出端接電容Ｃｏ是用于消除電路高頻噪聲，改善負載的瞬態響應，一般取０．１μＦ左右，本文Ｃｏ即選用０．１μＦ。一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時Ｃｏ從穩壓器輸出端向穩壓器放電，造成穩壓器的損壞，在穩壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對ＬＭ７８０５起保護作用。ＬＭ７８０５輸入電壓為８Ｖ到３６Ｖ，最大工作電流１．５Ａ，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作及其穩定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩定的輸出５Ｖ電壓，從而是單片機等控制電路正常工作，且成本低。２．４單片機電路單片機電路本系統單片機主要完成的任務是控制數據的采集過程，并將采集到的數據經過分析處理后生成ＰＷＭ脈寬調制信號控制開關管的導通與關斷，從而控制輸出大小。具體工作過程是上電復位，首先查詢鍵盤，確定充電器功能，確定后繼續查詢鍵盤以確定輸出電流大小，或作為普通電源的輸出電壓，然后轉入相應子程序并分析計算ＰＷＭ占空比，開始輸出電流或電壓，并將數據送至顯示電路顯示。在輸出過程中通過單

ｐａｇｅ３

片機定時器定時檢測輸出電流或電壓，與設定值比較后調節ＰＷＭ占空比，使輸出趨于設定值。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電［４］。通過單片機編程實現了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設計，由于單片機良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態或電路參數，只需簡單的修改程序即可實現，從而使電路的升級改造變得簡單易行。２．５按鍵指示電路及實現在單片機應用系統中，按鍵主要有兩種形式：１、獨立按鍵；２、矩陣編碼鍵盤。獨立按鍵的每個按鍵都單獨接到單片機的一個Ｉ／Ｏ口上，獨立按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進行識別。通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機械觸點在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為５ｍｓ～２０ｍｓ；按鍵穩定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數秒不等。在本設計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難

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度，圖３為本設計的按鍵接線圖。

圖３按鍵接線圖

對電路總體考慮后，將ＡＤＣ０８０９采集電路接在了單片機的Ｐ０口，并用Ｐ２口做采集控制，這樣Ｐ０口僅用接收數據，不用發送數據，有Ｐ０口的硬件構成知道，其做輸出的話需接上拉電阻，做輸入的不用接，這樣整體上減少了電路的硬件開支，而Ｐ３口要做串口傳輸等工作，所以在本電路中將按鍵接在Ｐ１口，其中Ｐ１．０是數字減鍵，Ｐ１．１為數字加鍵，Ｐ１．２鍵位確定鍵，Ｐ１．３為過電流保護指示燈，Ｐ１．４、Ｐ１．５為輸出功能選擇鍵，按下Ｐ１．４代表給手機電池充電，按下Ｐ１．５則做普通直流電源使用，其中５Ｖ輸出可直接用ＵＳＢ連接線給手機充電，電池充電控制則有手機提供。２．６數碼管顯示電路數碼管顯示電路ＡＴ８９Ｃ５１單片機內有一個串行Ｉ／Ｏ端口，通過引腳ＲＸＤ和ＴＸＤ可與外部電路進行全雙工的串行異步通信，發送數據時由ＴＸＤ端送出，接收時數據由ＲＸＤ端輸入。串口有四種工作方式，通過編程設置，可以使其工作在任一方式以滿足不同的場合。其中，方式０是８位移位寄存器輸入／輸出方式，多用與外接移位寄存器以擴展Ｉ／Ｏ端口。串口的工作方式可以參看相關的書籍，此處不做詳細介紹。方式０的輸出是８位串行數據，通過移位寄存器可將８位串行數據變成８位并行數據輸出，也可以將外部的８位并行數據變成８位串行數據輸入。因此外接一個移位寄存器就可擴展一個８位的并行輸入／輸出接口，如果想多擴展幾個并口就需要在外部級連幾個移位寄存器。本設計采用基于串口的ＬＥＤ數碼管靜態顯示電路，在串口擴展中最常用的就是基于串口的ＬＥＤ數碼管顯示電路。在單片機應用系統中，ＬＥＤ數碼管的顯

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示常用兩種方法：靜態顯示和動態掃描顯示。所謂靜態顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的Ｉ／Ｏ接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數據時，再發送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中ＣＰＵ的開銷小。可以提供單獨鎖存的Ｉ／Ｏ接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉換器７４ＬＳ１６４，擴展并行的Ｉ／Ｏ口。需要幾個數碼管就擴展幾個并行接口，數碼管直接接在７４ＬＳ１６４的輸出腳上，單片機通過串口將要顯示數據的字形碼逐一的串行移出至７４ＬＳ１６４的輸出腳上數碼管就可以顯示相應的數字。

圖４數碼管驅動電路

單片機ＡＴ８９Ｃ５１的串口外接１片７４ＬＳ１６４作為ＬＥＤ顯示器的靜態顯示接口，把ＡＴ８９Ｃ２０５１的ＲＸＤ作為數據輸出線，ＴＸＤ作為移位時鐘脈沖。Ｑ０－Ｑ７（第３—６和１０—１３引腳）并行輸出端分別接ＬＥＤ顯示器的ＤＰＡ各段對應的引腳上。本設計設計采用的是共陽極數碼管，因而各數碼管的公共極接電源ＶＣＣ，本電路有ＬＭ７８０５提供，并采用三只串聯的二極管降壓，而非電阻降壓，這樣保證個數碼段的亮度一致。要顯示某字段則相應的移位寄存器７４ＬＳ１６４的輸出線必須是低電平。當有按鍵

ｐａｇｅ４

按下時，有單片機處理編碼后送到數碼管上顯示。２．７ＢＵＣＫ斬波電路ＤＣ／ＤＣ變換器廣泛應用于便攜裝置（如筆記本計算機、蜂窩電話、ＰＤＡ等）中。它有兩種類型，即線性變換器和開關變換器。開關變換器因具有效率高、靈活的正負極性和升降壓方式的特點，而備受人們的青睞［１０］。ＤＣ／ＤＣ變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ｔｓ不變，改變ｔｏｎ（通用），二是頻

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率調制（１）Ｂｕｃｋ電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Ｕ０小于輸入電壓Ｕｉ，極性相同。（２）Ｂｏｏｓｔ電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Ｕ０大于輸入電壓Ｕｉ，極性相同。（３）Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Ｕ０大于或小于輸入電壓Ｕｉ，極性相反，電感傳輸。（４）Ｃｕｋ電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Ｕ０大于或小于輸入電壓Ｕｉ，極性相反，電容傳輸。還有Ｓｅｐｉｃ、Ｚｅｔａ電路。在本電路中輸入始終大于輸出，所以采用脈寬調制方式的ＢＵＣＫ變換器，ＢＵＣＫ變換器又稱降壓變換器、串聯開關穩壓電源、三端開關型降壓穩壓器。其電路如圖５所示，ＰＷＭ脈寬調制信號有單片機提供，控制開關管的通斷。圖５ＢＵＣＫ變換器電路

２．８電壓電流的Ａ／Ｄ采集以逐次逼近原理進行模—數轉換的器件。ＡＤＣ０８０９是采樣分辨率為８位的、其內部有一個８通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通８路模擬輸入信號中的一個進行Ａ／Ｄ轉換。（１）ＡＤＣ０８０９的內部邏輯結構

圖６ＡＤＣ０８０９內部結構及管腳圖

ＡＤＣ０８０９由一個８路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個Ａ／Ｄ轉換器１０

和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通８個模擬通道，允許８路模擬量分時輸入，共用Ａ／Ｄ轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存Ａ／Ｄ轉換完的數字量，當ＯＥ端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。（２）引腳結構ＩＮ０－ＩＮ７：８條模擬量輸入通道ＡＤＣ０８０９對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是０－５Ｖ，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：４條ＡＬＥ為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ＡＬＥ線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將Ａ，Ｂ，Ｃ三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。Ａ，Ｂ和Ｃ為地址輸入線，用于選通ＩＮ０－ＩＮ７上的一路模擬量輸入。通道選擇表１所示。

表１ＣＢＡ通道選擇表ＣＢＡ０００００１０１００１１１００１０１１１０１１１選擇的通道ＩＮ０ＩＮ１ＩＮ２ＩＮ３ＩＮ４ＩＮ５ＩＮ６ＩＮ７

數字量輸出及控制線：１１條ＳＴ為轉換啟動信號。當ＳＴ上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行Ａ／Ｄ轉換；在轉換期間，ＳＴ應保持低電平。ＥＯＣ為轉換結束信號。當ＥＯＣ為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行Ａ／Ｄ轉換。ＯＥ為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。ＯＥ＝１，輸出轉換得到的數據；ＯＥ＝０，輸出數據線呈高阻狀態。Ｄ７－Ｄ０為數字量輸出線。ＣＬＫ為時鐘輸入信號線。因ＡＤＣ０８０９的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為５００ＫＨＺ，ＶＲＥＦ（＋），ＶＲＥＦ（－）為參考電壓輸入。本設計中用單片機的Ｐ０口接收來自０８０９的換數據，Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２依次１１

接在０８０９的Ａ、Ｂ、Ｃ地址線，Ｐ２．３接在０８０９的ＡＬＥ端，Ｐ２．４接ＳＴＡＲＴ，Ｐ２．５接ＯＥ端，時鐘信號由單片機的ＡＬＥ端經７４ＨＣ７４觸發器二分頻后提供，單片機采用１２ＭＨｚ晶振，ＡＬＥ端經二分頻后為５００ＫＨｚ。ＡＤＣ０８０９具體工作過程為：首先Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．３輸入３位地址，并使Ｐ２．３輸出高電平，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通８路模擬輸入之一到比較器。ＳＴＡＲＴ上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動Ａ／Ｄ轉換，之后ＥＯＣ輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到Ａ／Ｄ轉換完成，ＥＯＣ變為高電平，指示Ａ／Ｄ轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請，而觸發單片機動作準備接收數據，這是使Ｐ２．５

ｐａｇｅ５

輸出高電平，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上，單片機讀取Ｐ０口然后做下一步處理操作。２．９ＭＡＸ４７１介紹及工作原理ＭＡＸ４７１是美國ＭＡＸＩＭ公司生產的雙向、精密電流傳感放大器。ＭＡＸ４７１內置３５ｍΩ精密傳感電阻，可測量電流的上下限為３Ａ。對于允許較大電流的場合，則可選用ＭＡＸ４７２。在這種情況下，用戶可根據自己的需要配置外接的傳感電阻與增益電阻。ＭＡＸ４７１／ＭＡＸ４７２都可通過一個輸出電阻將電流輸出轉化為對地電壓輸出。

圖７ＭＡＸ４７１典型應用電路

ＭＡＸ４７１所需的供電電壓Ｖｂｒ／Ｖｃｃ為３～３６Ｖ，所能跟蹤的電流的變化頻率可達到１３０ｋＨｚ，采用８腳封裝，其典型應用電路如圖七所示。ＭＡＸ４７１各引腳功能說明如下：ＳＨＤＮ為關閉信號，正常操作時接地；當它為高電平時，供電電流小于５μＡ。ＲＳ＋為內傳感電阻的電源端。ＧＮＤ為地端或電源負端。ＳＩＧＮ為集電極開路邏輯輸出，ＳＩＧＮ為低電平表示電流由ＲＳ－流向ＲＳ＋。ＲＳ－為內傳感電阻的負載端。ＯＵＴ為電流輸出端，該電流的大小正比于

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流過傳感電阻的電流。在本設計中，電阻Ｒ４采用２０Ｋ／０．６Ｗ精密電阻，在輸出最大５００ｍＡ時Ｕｏ不超過５Ｖ，輸出電壓便于ＡＤＣ０８０９采集并作數字化處理。３匯編源程序的設計實現

３．１系統整體程序框架本設計整體工作主要由單片機程序控制實現，其工作過程為：電路啟動初始化，電路功能選擇，輸出選擇并確定輸出，單片機采集計算輸出ＰＷＭ信號，定時采集數據并處理調節ＰＷＭ信號占空比等，程序整體框架如圖８所示。

開始

初始化

Ｙｅｓ電池充電

Ｎｏ

充電子程序

電源子程序

結束

圖８程序整體框架流程

３．２電路啟動初始化初始化是為單片機的運行設置初始的運行環境，主要完成以下工作：清片內，每次單片機加電時，都將引起單片機的上電復位操作。復位操作完成以后，單片機的寄存器會被置以不同的值，這些值中有相當一部分是未知的值。這些未知的

１３

值在單片機復位完成，正式運行以后，會產生無法讓程序設計人員掌握的后果，甚至會造成系統的損壞。因此，在單片機運行后，首先清０使之置初始參數設定，便于程序設計人員掌握，以利系統的工作。設置系統運行所需的各個參數，設置定時器和中斷設定。圖９為初始化程序流程。

開始

清片內ＲＡＭ

初始參數設定

ＡＤ設定

定時器設定

中斷設定

返回

圖９初始化程序流程

３．３按鍵采集程序鍵盤子程序用于探測開關、是否處在有效的開關狀態，以決定是否啟動系統運轉。讀線、讀取、相連的端口，并將其值判斷處理后存于相關緩存中。其中讀取端口后要做一定的延時以排除鍵抖引起的誤動作。圖１０為按鍵子程序結構流

１４

程圖。

ｐａｇｅ６

入口

讀Ｉ／Ｏ口

Ｎ延時Ｙ

處理后存入緩存

返回

圖１０按鍵子程序結構流程圖

３．４數碼管顯示子程序開機時，初始化數碼管，通過串口將“０”的字形碼輸出使數碼管顯示“Ｏ”。然后判斷Ｐ１口是否有鍵按下，如果沒鍵按下繼續判斷。顯示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式０，再讀取顯示緩沖區內的數據（顯示緩沖區主要是用來存放即將要顯示的數據），然后通過查表的方式找到對應的字形碼，最后把字形碼寫入串口寄存器ＳＢＵＦ通過串口方式０發送出去。當８個時鐘脈沖后，字形碼都移至７４Ｌｓ１６４的Ｑ０－Ｑ７，數碼管就顯示相應按鍵的編碼。顯示子程序是怎么將顯示緩沖區中的數據變成相應的字形碼呢？具體的方法是將每個數字的字形碼以１６進制數從小到大的次序依次存放在存儲器中的固定區域中，構成顯示代碼表。當要顯示某字符時，把表格的起始地址送入數據指針寄存器ＤＰＴＲ中作為基址，將顯示緩沖區內的數據作為偏移量送入變址寄存器Ａ，執行查表指令“ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ”，則累加器Ａ中得到的結果即表格中取出的對應數字的字形碼。對于電路中的７４ＬＳ１６４共陰極數碼管數據位和字形的對應關系如下表。由于單片機在以方式０串行發送數據的時候數據從ＲＸＤ引腳從低位到高位依次輸出，而最先輸出的數據經過７４ＬＳ１６４串轉并后到達Ｑ７，也就是說單片機

１５

內的ＤＯ通過串口發送并經過７４ＬＳ１６４后到達７４ＬＳ１６４的Ｑ７腳即數碼管的Ａ腳，因此在單片機內字型碼與７４ＬＳ１６４所對應的字型碼正好相反，所以共陽極數碼管在單片機內Ｏ－９所對應的字型碼分別是：０１Ｈ，４ＦＨ，１２Ｈ，０６Ｈ，４ＣＨ，２４Ｈ，２０Ｈ，０ＦＨ．００Ｈ，０４Ｈ。３．５數據采集及模數轉換程序數據采集主要由單片機控制ＡＤＣ０８０９完成，程序分為數據初始化，發送啟動轉換命令，等待轉換結束，接收數據，處理并存入緩存，程序流程如圖１１所示。

入口

初始化

啟動轉換

Ｎ轉換結束？Ｙ

處理存儲

返回

圖１１數據采集子程序結構流程圖

１６

３．６充電子程序的設計充電過程分兩階段進行，第一階段為恒流充電，充電電流可設定，當充電電壓達到４Ｖ時轉入第二階段，即４．２Ｖ的恒壓充電方式，恒壓充電電流會隨著時間的推移而逐漸降低，待充電電流降到０．１ｍＡ時，表明電池已充到額定容量的９３％～９５％，此時即可認為基本充滿，如果繼續充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿。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，通過按鍵設置可控制充電時間。充電子程序流程圖如圖１２所示。

［４］

入口

采集電壓電流

Ｎ電壓＞４Ｖ？

Ｙ

Ｙ電流＜０．１ｍＡ？

恒壓充電

Ｎ恒流充電充電結束

返回

圖１２充電子程序結構流程圖

ｐａｇｅ７

１７

３．７電源子程序的設計本太陽能手機充電器與傳統充電器相比，最大的優點就是不僅能直接給電池充電，還能作為普通的直流電源使用，其中的５Ｖ直流輸出也可以直接給手機充電，或作為ＭＰ３等其他小電子設備的供電電源。其輸出電壓０到５Ｖ可調，數字顯示，并有完善的過流保護功能，從而確保電子產品的安全使用。充電子程序流程圖如圖１３所示。

入口

采集電壓電流

Ｎ過電流

Ｙ

小輸出電壓判斷

大

關斷輸出

相等增大占空比跳過減小占空比

返回

圖１３電源子程序結構流程圖

１８

結束語

本手機充電器系統的設計分為硬件電路設計和程序設計兩個部分，硬件電路設計屬于前期的主要工作，通過方案論證與可行性分析，最終確定由８９Ｃ５１單片機完成主電路的控制與設計，并展開外圍電路與控制硬件電路設計，硬件電路的設計主要是電路原理圖的繪制以及參數的確定。在硬件電路設計上遇到一些問題，關于ＤＣ／ＤＣ轉換的ＰＷＭ脈寬調制信號的產生問題，經過反復分析論證，最后確定用單片機通過編程來實現，這樣將大大降低硬件的成本。軟件的設計采用模塊化的程序設計方法，分為主程序部分、按鍵采集模塊、數碼管顯示模塊、ＡＤ轉換采集模塊以ＰＷＭ脈寬信號產生模塊等。程序的設計既參考了一些資料里的內容，也有相當多的自我設計，比如說ＰＷＭ脈寬調制信號產生程序，就是參考了網友提供的標志位加定時器實現的方法，但主程序中有關數據處理計算的則是自己設計，因為這些東西涉及到具體硬件電路，是找不到相關資料的，在數據處理中有簡單的單字節算法，也有雙字節的，有的則采用巧妙的算法有效避免出現雙字節，從而使程序設計變得簡單。對于本設計，如果進行進一步的的研究，我認為應該在以下幾個方面重點考慮：（１）考慮顯示模塊改用液晶顯示，這樣可以減小電流損耗，還可顯示漢字，使顯示更加豐富人性化。但在總的造價有所增加；（２）ＰＷＭ產生由獨立芯片完成，這樣可減輕單片機的負擔，使其有時間做其它人性化的服務，并可提高電路輸出精度；（３）電路設計中盡可能的使用較少的按鍵，使六個按鍵減為四個，這需要通過程序來實現；致謝

經過幾個月的努力，在指導老師的幫助下，終于完成了多用太陽能手機充電器的設計和調試。從確定設計題目的那天開始，指導老師就開始不斷地給我提供幫助，從最初的方案確定，到元器件的選擇，電路的修改和調試，程序的編寫和修改，以及論文的制作等等，很多都是涉及到細節的問題；正是由于指導老師無私幫助，我才得以完成設計，指導老師自己也是很忙的，他帶有很多實驗課，每次與指導老師見面幾乎都是在實驗室，可想而知指導老師對我的關心，在做畢業設計的同時也是一個學習和成長的過程，雖然設計中很多東西都是指導老師以前做過的，但是指導老師幾乎每次都對我說：先自己慢慢做，有什么問題再來問我，正是由于指導老師嚴謹的科學態度，才使我從最初接觸這個課題時的迷茫變為現在豁然開朗，期間指導老師不斷提供的幫助和鼓勵是很重要的，特別要提及的是關于充電器的應用問題，要是沒有指導老師提供的指導和建議是根本不可能完成的。在此，對指導老師的幫助表示感謝！

１９

參考文獻

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ｐａｇｅ８

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２０

Ｑ１２Ｎ５３６６Ｒ５３０ＫＲ１１１２．９ＫＳＨＧＮＧＮＤ４．２ＶＱ２２Ｎ５５５１５４Ｒ７６．２Ｋ８９Ｃ５１Ｕ３ＩＮ－０ＩＮ－１ＩＮ－２ＩＮ－３ＩＮ－４ＥＯＣＩＮ－５ＡＤＤ－ＡＡＤＤ－ＢＡＤＤ－ＣＩＮ－６ＩＮ－７ＡＬＥｒｅｆ（－）ｒｅｆ（＋）１６Ｒ１１３３０１２Ｄ５ＬＥＤＥＮＡＢＬＥＳＴＡＲＴＣＬＯＣＫＡＤＣ０８０９５４３４７ｕＲ９２０Ｋ２１２８２７２６５ＶＳＩＧＮＯＵＴ３６１５１０ＲＳ＋ＲＳ＋ＲＳＲＳ２７ＬＵ４ＭＡＸ４７１ＶｏＶｉ

Ｕ１７８０５ＬＥＤＳＳ＋ＥＮＴ

Ｒ４

ＧＮＤ

Ｖｉｎ

７８０５

Ｖｏｕｔ

３９０

（５Ｖ）

附錄１主電路原理圖

Ｃ１５００ｕ／５０Ｖ

Ｒ１

Ｒ２Ｒ３

Ｒ１２

Ｒ１３Ｒ６１０Ｋ２５２４２３２２９６１０１０１１３０２９７１３１２ＩＮＴ１ＩＮＴ０Ｔ１Ｔ０ＥＡ／ＶＰＸ１Ｘ２ＲＥＳＥＴＲＤＷＲ３１５１４３１１９１８９１７１６ＲＸＤＴＸＤＡＬＥ／ＰＰＳＥＮ

５．６Ｋ１２３４５６７８Ｐ１０Ｐ１１Ｐ１２Ｐ１３Ｐ１４Ｐ１５Ｐ１６Ｐ１７Ｃ７４．３ＫＲ１０Ｄ４Ｒ８３．１ＫＰ０７Ｐ０６Ｐ０５Ｐ０４Ｐ０３Ｐ０２Ｐ０１Ｐ００３２３３３４３５３６３７３８３９ｍｓｂ２－１２－２２－３２－４２－５２－６２－７ｌｓｂ２－８２１２０１９１８８１５１４１７

Ｃ３１０３

Ｃ２４７ｕ／１０Ｖ１０ｕＣ６

Ｃ４

Ｒ１０１０Ｋ

３０Ｐ

ＲＥＳ

１２ＭＣ５

Ｐ２０Ｐ２１Ｐ２２Ｐ２３Ｐ２４Ｐ２５Ｐ２６Ｐ２７

２１２２２３２４２５２６２７２８

３０Ｐ

Ｒ１１０ｋ６

ＤＰＹａ

Ｕ６ｃｏｍ１２ＡＢ５３

ｆｇｄｄｐｃｅｂａｂｃｄｅ

ｐａｇｅ９

ＤＣＬＫ

Ｓ

ｕ５數數數

Ｑ

Ｕ４Ａ１

Ｑ３２ＳＣ９０１３

５ＶＭＲ７４ＨＣ１６４Ｄ２８Ｄ３ｃｏｍ９

ＣＬＫ

ｆｇｄｐ

Ｒ

８

Ｑ４

２７４ＨＣ７４

Ｑ０Ｑ１Ｑ２Ｑ３Ｑ４Ｑ５Ｑ６Ｑ７

３４４５５７６９１０１０１１２１２１１３６

Ｄ１

２１

附錄２匯編源程序

ＯＲＧＬＪＭＰＯＲＧＬＪＭＰ輸出ＯＲＧＬＪＭＰ出ＬＥＤ顯示緩沖ＰＷＭＦＢＩＴ００Ｈ志位ＰＷＭ１ＨＰＷＭ１ＬＰＷＭ２ＨＰＷＭ２Ｌ期緩存ＴＥＳＴＬＥＱＵＴＥＳＴＶＥＱＵ壓檢測緩沖ＴＥＳＴＩＥＱＵ電流檢測緩沖ＰＷＭＴＥＱＵ；ＰＷＭ波周期ＯＵＴＯＲＧＢＩＴ０２Ｈ０１００Ｈ；功能選擇；功能選擇ＴＶＩＢＩＴ０３Ｈ７ＢＨ７ＡＨ；輸出７８Ｈ７９Ｈ；輸出電ＥＱＵＥＱＵＥＱＵＥＱＵ７７Ｈ７１Ｈ７２Ｈ７３Ｈ７４Ｈ；檢測周；ＰＷＭ輸出標ＥＱＵ７０Ｈ；數碼管００１ＢＨＴＥＳＴＯＵＴ；檢測輸００００ＨＭＡＩＮ０００ＢＨＰＷＭＬ；ＰＷＭ波

ＣＬＲＴＥＳＴＶＭＯＶＰＷＭＴ，＃２００期設為５０ｕｓＭＯＶＴＥＳＴＨ，＃０ＦＥＨＭＯＶＴＥＳＴＬ，＃０ＣＨＬＣＡＬＬＤＩＳＰＬＡＹＬＪＭＰＫＥＹＷＯＲＫＳＴＡＲＴ：ＬＣＡＬＬＴＥＳＴＩＮＭＯＶＡ，ＴＥＳＴＶＭＯＶＢ，＃３３ＨＤＩＶＡＢＪＮＺＮＥＸＴＭＯＶＡ，＃０１ＨＮＥＸＴ：ＭＯＶＢ，＃０４ＨＭＵＬＡＢ出實際輸入電壓ＭＯＶＢ，ＡＪＮＢＯＵＴ，ＮＥＸＴ２ＮＥＸＴ１：ＭＯＶＡ，ＰＷＭＴＤＩＶＡＢＭＯＶＢ，ＬＥＤＭＵＬＡＢ平周期ＭＯＶＲ１，ＡＭＯＶＡ，＃０ＦＦＨＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１ＩＮＣＡＭＯＶＰＷＭ２Ｌ，ＡＭＯＶＰＷＭ２Ｈ，＃０ＦＦＨＭＯＶＡ，ＰＷＭＴＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１平周期ＭＯＶＲ１，Ａ；Ａ中為高電；Ａ中為低電；乘以比例得；ＰＷＭ周

；ＰＷＭ高電平緩沖

；ＰＷＭ低電平緩沖ＴＥＳＴＨＥＱＵ

ＭＡＩＮ：ＭＯＶＡ，＃００ＨＭＯＶＬＥＤ，ＡＭＯＶＰ１，＃０７ＦＨ

２２

ＭＯＶＡ，＃０ＦＦＨＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１ＩＮＣＡＭＯＶＰＷＭ１Ｌ，ＡＭＯＶＰＷＭ１Ｈ，＃０ＦＦＨＣＬＲＰ２．０ＣＬＲＰ２．１ＣＬＲＰ２．２ＭＯＶＩＥ，＃８ＡＨ中斷ＭＯＶＴＭＯＤ，＃１１Ｈ定時，開始輸出ＭＯＶＴＨ１，ＰＷＭ２ＨＭＯＶＴＬ１，ＰＷＭ２ＬＭＯＶＴＨ０，ＴＥＳＴＨＭＯＶＴＬ０，ＴＥＳＴＬＳＥＴＢＴＲ０ＳＥＴＢＴＲ１ＬＪＭＰＥＤＮＥＸＴ２：ＭＯＶＡ，ＰＷＭＴＭＯＶＢ，＃０４ＨＤＩＶＡＢ期ＭＯＶＲ１，ＡＭＯＶＡ，＃０ＦＦＨＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１ＩＮＣＡＭＯＶＰＷＭ２Ｌ，ＡＭＯＶＰＷＭ２Ｈ，＃０ＦＦＨＭＯＶＡ，ＰＷＭＴＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１平周期；Ａ中為高電；Ａ中為低電平周；Ｔ１賦值；ＴＯ賦值；Ｔ模式１，；ＣＰＵ開

ＭＯＶＲ１，ＡＭＯＶＡ，＃０ＦＦＨＣＬＲＣＳＵＢＢＡ，Ｒ１ＩＮＣＡＭＯＶＰＷＭ１Ｌ，ＡＭＯＶＰＷＭ１Ｈ，＃０ＦＦＨＭＯＶＩＥ，＃８ＢＨ中斷ＭＯＶＴＭＯＤ，＃１１Ｈ定時，開始輸出ＭＯＶＴＨ１，ＰＷＭ２ＨＭＯＶＴＬ１，ＰＷＭ２ＬＭＯＶＴＨ０，ＴＥＳＴＨＭＯＶＴＬ０，ＴＥＳＴＬＳＥＴＢＴＲ０ＳＥＴＢＴＲ１ＥＤ：ＡＪＭＰＥＤＰＲＯＴＥＣＴ：ＣＬＲＰ１．７ＬＪＭＰＥＤＰＷＭＬ：ＪＢＰＷＭＦ，ＰＷＭＨ；ＰＷＭ輸出未完成返回ＣＬＲＴＲ０ＭＯＶＴＨ０，ＰＷＭ２ＨＭＯＶＴＬ０，ＰＷＭ２ＬＳＥＴＢＴＲ０ＳＥＴＢＰＷＭＦＣＬＲＰ１．７出低電平ＲＥＴＩＰＷＭＨ：ＳＥＴＢＰ１．７ＣＬＲＴＲ０

２３

；ＣＰＵ開；Ｔ模式１，；ＴＯ賦值；Ｔ１賦值

；ＰＷＭ輸

ＭＯＶＴＨ０，ＰＷＭ１ＨＭＯＶＴＬ０，ＰＷＭ１ＬＳＥＴＢＴＲ０出高電平ＣＬＲＰＷＭＦＲＥＴＩＴＥＳＴＩＮ：ＳＥＴＢＰ２．０ＣＬＲＰ２．１ＣＬＲＰ２．２ＬＣＡＬＬＴＥＳＴＲＥＴＴＥＳＴＯＵＴ：ＣＬＲＴＲ１ＪＮＢＴＶＩ，ＳＴＣＢＡＴＥＳＴ１：ＬＣＡＬＬＴＥＳＴＬＣＡＬＬＴＥＳＴＪＮＢＯＵＴ，ＴＥＳＴ２ＭＯＶＡ，ＴＥＳＴＩＩＮＣＡＪＺＰＲＯＴＥＣＴＭＯＶ

ｐａｇｅ１０

ＤＰＴＲ，＃ＯＴＶＴＡＢＭＯＶＡ，ＬＥＤＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲＣＬＲＣＣＪＮＥＡ，ＴＥＳＴＶ，ＤＡＤＡＬＪＭＰＲＥＴＵＲＮＤＡＤＡ：ＪＣＸＩＡＯＭＯＶＡ，ＰＷＭ２ＬＡＤＤＡ，＃０１ＨＭＯＶＰＷＭ２Ｌ，ＡＭＯＶＡ，ＰＷＭ１ＬＳＵＢＢＡ，＃０１ＨＭＯＶＰＷＭ１Ｌ，Ａ

２４

ＬＪＭＰＲＥＴＵＲＮＸＩＡＯ：ＣＬＲＣ；ＰＷＭ輸ＭＯＶＡ，ＰＷＭ２ＬＳＵＢＢＡ，＃０１ＨＭＯＶＰＷＭ２Ｌ，ＡＭＯＶＡ，ＰＷＭ１ＬＡＤＤＡ，＃０１ＨＪＮＺＲＥＴＵＲＮＭＯＶＰＷＭ１Ｌ，ＡＲＥＴＵＲＮ：ＭＯＶＴＨ１，ＴＥＳＴＨＭＯＶＴＬ１，ＴＥＳＴＬＳＥＴＢＴＲ１ＲＥＴＩＴＥＳＴ２：ＭＯＶＡ，＃４４ＨＣＪＮＥＡ，ＴＥＳＴＶ，ＤＸＩＤＬＪＭＰＲＥＴＵＲＮＤＸＩＤ：ＪＣＤＸＩＸＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＯＴＩＴＡＢＭＯＶＡ，ＬＥＤＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲＪＮＢＯＵＴ，ＴＥＳＴ２ＣＪＮＥＡ，ＴＥＳＴＩ，ＤＡＤＡ恒流充電ＬＪＭＰＲＥＴＵＲＮＤＸＩＸ：ＭＯＶＡ，＃４７ＨＣＬＲＣＣＪＮＥＡ，ＴＥＳＴＶ，ＤＡＤＡ恒壓充電ＬＪＭＰＲＥＴＵＲＮＳＴＣＢＡ：ＣＬＲＰ２．０ＳＥＴＢＰ２．１ＣＬＲＰ２．２ＬＪＭＰＴＥＳＴ１ＴＥＳＴ：ＣＬＲＰ２．５；Ａ／Ｄ；；

轉換子程序ＳＥＴＢＰ２．３ＣＬＲＰ２．３ＳＥＴＢＰ２．４ＣＬＲＰ２．４ＪＮＢＰ２．７，￥ＳＥＴＢＰ２．５ＪＮＢＴＶＩ，ＭＯＶＩＭＯＶＶ：ＭＯＶＴＥＳＴＶ，Ｐ０ＳＥＴＢＴＶＩＣＬＲＰ２．５ＭＯＶＰ０，＃０ＦＦＨＲＥＴＭＯＶＩ：ＭＯＶＴＥＳＴＩ，Ｐ０ＣＬＲＴＶＩＣＬＲＰ２．５ＭＯＶＰ０，＃０ＦＦＨＲＥＴＫＥＹＷＯＲＫ：ＪＮＢＰ１．４，ＫＥＹ４２ＪＮＢＰ１．５，ＫＥＹ０５ＪＮＢＰ１．２，ＫＥＹＯＫＬＪＭＰＫＥＹＷＯＲＫＫＥＹＷＫ１：ＪＮＢＰ１．０，ＫＥＹ０ＪＮＢＰ１．１，ＫＥＹ１ＪＮＢＰ１．２，ＫＥＹＯＫ１ＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹ４２：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．４，ＫＥＹＷＯＲＫＣＬＲＯＵＴＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹ０５：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．５，ＫＥＹＷＯＲＫ

ＳＥＴＢＯＵＴＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹ０：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．０，ＫＥＹＷＫ１ＭＯＶＡ，ＬＥＤＪＺＫＥＹＷＫ１ＤＥＣＡＭＯＶＬＥＤ，ＡＬＣＡＬＬＤＩＳＰＬＡＹＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹ１：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．１，ＫＥＹＷＫ１ＭＯＶＡ，ＬＥＤＣＪＮＥＡ，＃０５Ｈ，ＫＥＹ１１ＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹ１１：ＩＮＣＡＭＯＶＬＥＤ，ＡＬＣＡＬＬＤＩＳＰＬＡＹＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹＯＫ：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．２，ＫＥＹＷＯＲＫＭＯＶＡ，ＬＥＤＪＺＫＥＹＷＯＲＫＬＪＭＰＫＥＹＷＫ１ＫＥＹＯＫ１：ＬＣＡＬＬＤＬ１０ＭＳＪＢＰ１．２，ＫＥＹＷＫ１ＭＯＶＡ，ＬＥＤＪＺＫＥＹＷＫ１ＬＪＭＰＳＴＡＲＴＤＬ１０ＭＳ：ＭＯＶＲ５，＃０７ＨＤＬ０：ＤＬ１：ＤＬ２：ＭＯＶＲ６，＃０Ｄ０ＨＭＯＶＲ７，＃１９ＨＤＪＮＺＲ７，ＤＬ２

２５

ＤＪＮＺＲ６，ＤＬ１ＤＪＮＺＲ５，ＤＬ０ＲＥＴＤＩＳＰＬＡＹ：ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ＬＥＤＴＡＢＭＯＶＡ，ＬＥＤＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲＭＯＶＳＢＵＦ，ＡＲＥＴＬＥＤＴＡＢ：００Ｈ，０４ＨＯＴＶＴＡＢ：ＤＢ００Ｈ，１１Ｈ，２２Ｈ，３３Ｈ，４４Ｈ，５５Ｈ，６６Ｈ，７７Ｈ，８８Ｈ，９９ＨＯＴＩＴＡＢ：ＤＢ００Ｈ，３３Ｈ，６６Ｈ，９９Ｈ，０ＣＣＨ，０ＦＦＨＥＮＤＤＢ０１Ｈ，４ＦＨ，１２Ｈ，０６Ｈ，４ＣＨ，２４Ｈ，２０Ｈ，０ＦＨ，

２６

１本文由小夜影貢獻

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目錄

１緒論…………………１１．１本課題的研究背景…………１１．２硅太陽能電池及參數………１１．３本課題研究的主要內容……………………１２太陽能手機充電器硬件設計……………………２２．１系統總體設計方案…………２２．２太陽能電池板的選用……………………３２．３ＬＭ７８０５應用………………３２．４單片機電路…………………４２．５按鍵指示電路及實現……………………４２．６數碼管顯示電路…………５２．７ＢＵＣＫ斬波電路……………６２．８電壓電流的Ａ／Ｄ采集……………………７２．９ＭＡＸ４７１介紹及工作原理…………………９３匯編源程序的設計實現…………１０３．１系統整體程序框架………１０３．２電路啟動初始化…………１０３．３按鍵采集程序……………１１３．４數碼管顯示子程序………１２３．５數據采集及模數轉換程序………………１３３．６充電子程序的設計…

ｐａｇｅ１１

……………………１４３．７電源子程序的設計………１５結束語………………１６致謝…………………１６參考文獻……………１７附錄１主電路原理圖………………１８附錄２匯編源程序…………………１９

１

摘要

化石能源的日益枯竭、人們對環境保護問題的重視程度也在不斷提高，尋找潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。太陽能作為一種可再生能源它具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點，因此有著廣闊的應用前景，光伏發電技術也越來越受到人們的關注，隨著光伏組件價格的不斷降低和光伏技術的發展，太陽能光伏發電系統將逐漸由現在的補充能源向替代能源過渡。使用手機的人都有過這樣的經歷，外出或旅游時電池突然沒電了，因不能及時找到或沒有２２０Ｖ市電而無法給手機充電，影響了手機的正常使用。為了解決這一問題，本課程設計介紹一種多用太陽能手機充電器，利用單片機控制，將太陽能經過電路變換為穩定直流電給手機充電，并能在電池充電完成后自動停止充電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。與常規的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優勢。關鍵詞：關鍵詞：太陽能，電池，單片機，智能，ＢＵＣＫ變換器

２

Ｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅｓｏｌａｒｍｏｂｉｌｅｃｈａｒｇｅｒ

ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｐｌｅｔｉｏｎｏｆｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙ，ｉｔ＇ｓｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｒｉｓｉｎｇ，ｌｏｏｋｆｏｒｃｌｅａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙｉｓｓｕｅｓｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｕｒｇｅｎｔ．Ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｉｔｈａｓａｎｉｎｅｘｈａｕｓｔｉｂｌｅａｎｄｃｌｅａｎａｎｄｓａｆｅａｎｄｓｏｏｎ，ｓｏｈａｖｅａｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｔｈｅＰＶｍｏｄｕｌｅｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｌｏｗｅｒｐｒｉｃｅｓａｎｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｏｌａｒＰＶｓｙｓｔｅｍｓｗｉｌｌｇｒａｄｕａｌｌｙｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｆｒｏｍｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｏａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｅｎｅｒｇｙ．Ｐｅｏｐｌｅｗｈｏｕｓｅｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓｈａｖｅｈａｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｇｏｏｕｔｏｒｔｒａｖｅｌｎｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｈｅｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｓｕｄｄｅｎｌｙ，ａｎｄｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄｏｒｄｏｅｓｎｏｔｔｉｍｅｌｙ２２０Ｖｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｎｏｔｔｏｃｈａｒｇｅｔｈｅｉｒｃｅｌｌｐｈｏｎｅｓａｆｆｅｃｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｕｓｅｏｆｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｓ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｇｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅｓｏｌａｒｃｈａｒｇｅｒ，ｕｓｅＭＣＵｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｉｌｌｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｔｏｃｈａｒｇｅｔｈｅｉｒｃｅｌｌｐｈｏｎｅｓａｎｄｃａｎｃｈａｒｇｅｔｈｅｂａｔｔｅｒｙａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｏｐｓｃｈａｒｇｉｎｇａｆｔｅｒ，ｂｕｔａｌｓｏａｓａｇｅｎｅｒａｌＤＣｐｏｗｅｒｕｓｅ，ｓｏｇｅｔｒｉｄｏｆｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｆｒｅｅｄｏｍｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｈａｒｇｅｒ，ｓｏｌａｒｃｈａｒｇｅｒｈａｓａｃｌｅａｒａｄｖａｎｔａｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｂａｔｔｅｒｙ，ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ，ＢＵＣＫｃｏｎｖｅｒｔｅｒ

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１緒論

１．１本課題的研究背景當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產生電能，不需要消耗燃料和水等物質，使用中不釋放包括二氧化碳在內的任何氣體，是對環境無污染的可再生能源。這對改善生態環境、緩解溫室氣體的有害ｈｋ作用具有重大意義。目前，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業、商業、農業、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價很貴的輸電線路。但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉換裝置的發明，各國對環境的保

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護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。１．２硅太陽能電池及參數硅太陽能電池及參數硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為２４．７％，規模生產時的效率為１５％。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為１８％，工業規模生產的轉換效率為１０％。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。硅太陽能電池片常用的為單晶１２５大倒角，其尺寸為１２５ｍｍ＊１２５ｍｍ，對角線１５０ｍｍ，功率Ｐｍａｘ２．６０Ｗ，工作電壓Ｖｍ０．５２３Ｖ，工作電流Ｉｍ４．９３４Ａ，開路電壓Ｖｏｃ０．６２９Ｖ，短路電流Ｉｓｃ５．２８５Ａ。太陽能電池可根據電壓大小需要，由不同數量的太陽能電池片組成，其轉換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制造工藝等影響，２０１０年中國平均效率為１７．２％。常見的太陽能電池電壓有３Ｖ、６Ｖ、９Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、３２Ｖ、４８Ｖ等，更大的用于太陽能電廠發電項目。１．３本課題研究的主要內容本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉化為電能，經過ＤＣ／ＤＣ變換電路處理后，由充電電路為負載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是

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采取開始恒流快速充電，待電池電壓上升到設定值時，自動轉入恒壓充電的方式，并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用ＬＥＤ燈、數碼管指示，系統中設計有完備的過流過壓保護，避免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊式結構和ＵＳＢ接口，可對手機、ＭＰ３、攝像機等多種數碼產品充電。文中介紹設計的太陽能手機充電器，與普通的手機充電器相比，它的的特殊之處除了能源的供應來自太陽能電池板外，充分利用單片機的智能性，設有完備的電壓電流檢測保護電路，并通過顯示電路顯示電路狀態，通過功能鍵可以靈活的選擇電路輸出，為不同的電子產品提供電源。把太陽能電池板放在一個有陽光的地方，即可以為手機提供一個方便的太陽能充電點。這種便捷的太陽能充電器幾乎可以在任何地方補充電力，從而獲得通信的自有。

２太陽能手機充電器硬件設計

２．１系統總體設計方案系統總體設計方案總體

ＤＣ／ＤＣ變換太陽能電池板

按鍵

ＡＴ８９Ｃ５１

顯示電路

手機電池

ＡＤＣ０８０９

圖１系統總體設計方案

太陽能電池在使用時由于太陽光的變化較大，其內阻又比較高，因此輸出電壓不穩定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變換后供給電池充電。當光線條件適宜時，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能轉換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。這就需要一個復雜的控制系統，５１系列單片機時當前使用最為廣泛的８位單片機系列，其豐富的開發資源和較低的開發成本，是５１系列單片機現在以至將來都會有強大的生命力。本系統將采用８９Ｃ５１做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實現復雜的充電智能控制，同時也可以為其他小型電子產品提供潔凈的直流電源。本系統總體設計方案如圖１所示，通過太陽能電池板將太陽能轉換為電能，由單片機編

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程實現ＰＷＭ波控制開關管從而實現輸出電壓電流的改變，通過顯示電路顯示輸出狀態及大小，由ＡＤＣ０８０９實現數據的采集及轉換并傳給單片機做判斷處理，從而實現電路的智能輸出與控制。２．２太陽能電池板的選用太陽能電池板是太陽能供電系統工作的基礎，是該充電器的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉化為電能

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，如今的便攜式數碼設備種類較多，所需電壓電流不等，對于輸入功率較大的設備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設計采用模塊式組合，根據不同充電負載的需要，將太陽能板進行組合以達到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以手機、ＭＰ３等常用小功率用電設備為例，說明其太陽能充電器的設計過程。所選用的太陽能電池板技術參數指標如下：尺寸１２０ｍｍ×４５ｍｍ，峰值電壓６Ｖ，峰值電流１００ｍＡ，標稱功率０．６Ｗ。考慮被充電池的電流不同所需充電時間不等，采用八塊相同參數電池板進行串、并聯，實測電池板的輸出電壓最大值為１０．８Ｖ，電流最大可達４５０ｍＡ，總標稱功率為５Ｗ左右，實際輸出可根據不同的被充電對象進行平滑調整［７］。２．３ＬＭ７８０５應用

圖２ＬＭ７８０５典型應用電路

單片機電源電路的設計以三端集成穩壓器ＬＭ７８０５為核心，它屬于串聯穩壓電路，其工作原理與分立元件的串聯穩壓電源相同。圖２是三端穩壓集成電路ＬＭ７８０５的典型應用電路，三端集成穩壓器設置的啟動電路，在穩壓電源啟動后處于正常狀態時，啟動電路與穩壓電源內部其他電路脫離聯系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩定。電路中Ｃｉ的作用是消除輸入連線較長時其電感效應引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在

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０．１μＦ～１μＦ之間，本文Ｃｉ選用０．３３μＦ；在輸出端接電容Ｃｏ是用于消除電路高頻噪聲，改善負載的瞬態響應，一般取０．１μＦ左右，本文Ｃｏ即選用０．１μＦ。一般電容的耐壓應高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時Ｃｏ從穩壓器輸出端向穩壓器放電，造成穩壓器的損壞，在穩壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對ＬＭ７８０５起保護作用。ＬＭ７８０５輸入電壓為８Ｖ到３６Ｖ，最大工作電流１．５Ａ，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作及其穩定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩定的輸出５Ｖ電壓，從而是單片機等控制電路正常工作，且成本低。２．４單片機電路單片機電路本系統單片機主要完成的任務是控制數據的采集過程，并將采集到的數據經過分析處理后生成ＰＷＭ脈寬調制信號控制開關管的導通與關斷，從而控制輸出大小。具體工作過程是上電復位，首先查詢鍵盤，確定充電器功能，確定后繼續查詢鍵盤以確定輸出電流大小，或作為普通電源的輸出電壓，然后轉入相應子程序并分析計算ＰＷＭ占空比，開始輸出電流或電壓，并將數據送至顯示電路顯示。在輸出過程中通過單片機定時器定時檢測輸出電流或電壓，與設定值比較后調節ＰＷＭ占空比，使輸出趨于設定值。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電［４］。通過單片機編程實現了充電過程的智能控制，而且大大簡化了硬件電路設計，由于單片機良好的可重用性，如果需要改變電路工作狀態或電路參數，只需簡單的修改程序即可實現，從而使電路的升級改造變得簡單易行。