3 太阳能充电器硬件设计 注：
1）输入电压，即使是纹波电压中的低值点，都必须高于所需输出电压 2V 以上。 2）当稳压器远离电源滤波器时，要求用 Ci。 3）Co 可改善稳定性和瞬态响应。
图3-3是三端稳压集成电路LM7805的应用电路，三端集成稳压器设置的启动电路，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0.1μF～1μF之间，本文Ci选用0.33μF；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0.1μF左右，本文Co即选用0.1μF。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36V，最大工作电流1.5A，具有输入电压范围宽，工作电流大，输出精度高且工作极其稳定，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。
3.2.3电源模块设计
本系统所采用的元器件需要外部供电，如果加上外加电源，则使得电路复杂化，并破坏了系统的独立性，本系统设计的就是蓄电池的供电系统，所以直接从蓄电池取出电压来为单片机以及外围电路供电。
此电源模的一个特点，就是当光线不够强时，蓄电池为单片机及外围电路供电，光线足够强时，由太阳能电池板供电，同时可为充电电池充电。
这里采用三端集成稳压模块LM7805设计电路的电源模块，如图3-4所示。
图3-4 电源模块电路
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湖北科技学院学士学位论文 3.3控制电路设计
3.3.1单片机简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
(1)引脚功能
单片机具备了CPU、程序存储器、数据存储器和输入输出口等硬件资源之后，还需要供电电源、时钟触发和复位等控制的支持才能正常工作。而这些输入都是通过引脚与单片机连接的。
图3-5 单片机引脚图
图3-5是单片机AT89C51的引脚排布图。这40条引脚大致可分为电源(Vcc、Vss、VPP、VPD)、时钟(XTAL1、XTAL2)、专用控制线(ALE、RST、PROG、PSEN、EA)、通用多功能输入输出标准I/O口(P0～P3)等4大部分。该单片机有6条引脚是保证基本工作所必须连接的：40脚Vcc和20脚Vss 为整个芯片提供电源；18脚、19脚是时钟振荡引脚，它们的内部连接一个高增益放大器，外部接一晶振选频产生振荡脉冲，并可配接一些电容、电感使振荡更精确。此振荡脉冲，为整个CPU及其定时等有效操作系统提供时钟。另外两条引脚是EA和RST。31脚EA是程序存储器片内片外选择脚，如果EA接低电位，CPU不从片内ROM
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3 太阳能充电器硬件设计 中取指；EA接高电位，CPU先从片内程序存储器取指。第9脚RST的主要功能是使单片机复位。当单片机接通以上5脚后，只要在第9脚上加一个宽度不小于24个振荡周期，也就是2个机器周期的正脉冲，它就能使系统复位。系统复位就是意味着CPU里各种寄存器等功能部分有一种标准的、固定的状态，这样有利于系统设计。 (2)单片机最小系统：
单片机最小系统，或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，容值越大需要的复位时间越短。单片机最小系统晶振也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。图3-6所示为单片机最小系统。
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图3-6 单片机最小系统
3.3.2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。具体工作过程是上电复位，查询按键确定功能，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。
通过单片机编程实现了充电过程的智能控制，而且大大简化了硬件电路设计，由于单片机良好的可重用性，如果需要改变电路工作状态或电路参数，只需简单的修改程序即可实现，从而使电路的升级改造变得简单易行。
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湖北科技学院学士学位论文 3.4 按键电路设计
在单片机应用系统中，按键主要有两种形式：独立按键和矩阵编码键盘。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。
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的，一般为零点几秒至数秒不等。
在本设计中由于按键不是太多，故采用独立按键法，这样可以减小编程的难度，图3-7为本设计的按键接线图。
图3-7 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、P1.6为输出功能选择键，P1.3为过电流保护指示灯，按下P1.6代表给手机电池充电，按下P1.0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。
3.5 数码管显示电路设计
AT89C51单片机内有一个串行I／O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，通过编程设置，可以使其工作在任一方式以满足
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3 太阳能充电器硬件设计 不同的场合。其中，方式0是8位移位寄存器输入／输出方式，多用于外接移位寄存器以扩展I／O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连几个移位寄存器。
本设计采用基于串口的LED数码管静态显示电路，这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时,再发送新的字形码。可以提供单独锁存的I／O接口电路很多，常用的就是通过串口外接串并转换器74LS164，扩展并行的I／O口。单片机通过串口将要显示数据的字形码逐一的串行移出至74LS164的输出脚上数码管就可以显示相应的数字。
表1 74HC164功能表
输 入 输 出 B × × H × L QA L QA0 H L L QB L QB0 QAn QAn QAn
说明：H=高电平（稳定态） L=低电平（稳定态） ×=不定 ↑=从低电平转换到高电平 QA0?QH0=在稳定态输入条件建立前QA?QH 的相应电平
QAn?QHn=在最近的时钟输入条件（↑）建立前QA?QH 的相应电平，表示移位一位
QC L QC0 QBn QBn QBn QD L QD0 QCn QCn QCn QE L QE0 QDn QDn QDn QF L QF0 QEn QEn QEn QG L QG0 QFn QFn QFn QH L QH0 QGn QGn QGn MR L H H H H CLK × L ↑ ↑ ↑ A × × H L ×
图3-8 数码管驱动电路
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