湖北科技学院学士学位论文 如图3-8单片机AT89C51的串口外接1片74HC164作为LED显示器的静态显示接口，把AT89C2051的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。Q0-Q7(第3—6和10—13引脚)并行输出端分别接LED显示器的A---DP各段对应的引脚上。本设计采用的是共阳极数码管，因而各数码管的公共极接电源VCC，本电路电源由LM7805提供，并采用三只串联的二极管降压，而非电阻降压，这样保证个数码段的亮度一致。要显示某字段则相应的移位寄存器74HC164的输出线必须是低电平。
3.6 降压斩波电路设计
太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，为了防止输出电压过高，破坏电路烧毁元件，或者是输出电压太低元器件不能正常工作，本设计中引入斩波变换电路对输出电压进行升压或者降压变换，以优化系统性能。
降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3-9所示。图中V为全控型器件IGBT，D为续流二极管。由图3-9（b）中V的栅极电压波形UGE可知，当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：
Uo?tontUi?onUi??Ui （3-1）
ton?toffT式（3-1）中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小。
+ UiCVGE+DUDL1C1R+UoUGEUDUOtonTUitoffttt---
(a)电路图 (b)波形图
图3-9 降压斩波电路的原理图及波形
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3 太阳能充电器硬件设计 在本设计中开关管选用2N5366PNP型三极管和2N5551NPN型三极管联合使用。2N5366的射极与电池板正极相连，集电极与电感相连，基极与2N5551三极管的集电极相连，2N5551的基极与单片机的P1.1口相连，射极与地相连。当P1.1口输出高电平，2N5551导通，进而2N5366导通，电压输出；当P1.1口输出低电平，2N5551截至，2N5366截至，无电压输出。通过编程，控制占空比。 如图3-10所示。
P1.1
图3-10 降压斩波电路图
3.7 A/D转换电路设计
受外界环境因素影响，太阳能电池输出的电压极不稳定，而且随着手机电池充电的饱和，恒压充电的电流会随着时间的推移逐渐降低，因此需要采集太阳电池输出的电压电流信息，经模数转换后送由单片机进行判断是否需要进行脉宽调节使输出接近设定值。
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，可以和单片机直接接口。
（1）ADC0809的内部逻辑结构
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为高电平，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。如图3-11。
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湖北科技学院学士学位论文 ST CLK EOC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 8 路 模 拟 量 开 关 8 路 A/D 转 换 器 三态输出锁存器 A B C ALE 地址锁存与译码 器 VREF(+) VREF(-) OE 图3-11 ADC0809内部结构
(2)引脚结构
图3-12 引脚结构图
ADC0809各引脚功能如下： D7-D0：8位数字量输出引脚；IN0-IN7：8位模拟量输入引脚；VCC：+5V工作电压；GND：地；REF（+）：参考电压正端；REF（-）：参考电压负端；EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换为低电平，当转换结束时为高电平；OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。
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3 太阳能充电器硬件设计 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，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IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择如表2所示。
表2 CBA通道选择表
C
B
A
选择通道
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
数字量输出及控制线：11条
ST为转换启动信号，在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。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（－）为参考电压输入。 （3）电路设计
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
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湖北科技学院学士学位论文 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、P2.1、P2.2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 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D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，这时使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。如图3-13所示。
图3-13 ADC0809的接线图
3.8 检测电路设计
ADC0809不能处理微弱的电信号，尤其在手机充电接近饱和的时候，电流十分微弱，必须经过放大才能由ADC0809处理。
3.8.1 MAX471介绍
MAX471是美国MAXIM公司生产的双向精密电流传感放大器。它内置35mΩ精密传感电阻，可测量电流的上下限为3A，可通过一个输出电阻将电流输出转化为对地电压输出。根据实际情况，用户可根据自己的需要配置外接的传感电阻与增益电阻。
MAX471具有如下特点： 具有完美的高端电流检测功能；内含精密的内部检测电阻；在工作温度范围内，其精度为2%；具有双向检测指示，可监控充电和放电状态；内部检测电阻和检测能力为3A；并联使用时还可扩大检测电流范围； 最大电源电流为100μA；关闭方式时的电流仅为5μA；电压范围为3～36V。
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