智能充电器 毕业设计论文.doc

目录摘 要2前言41 stc12c5608简述51.1 stc12c5608ad 系列单片机简要介绍51.2 stc12c5608ad控制器部分61.3 stc12c5608ad 系列单片机管脚功能说明71.4 stc12c5608ad最小系统82 nokia5110简介92.1 nokia5110简述92.2 管脚功能112.3 nokia5110lcd的特性及应用112.4 nokia5110硬件设计123 整流桥的简述及应用123.1 整流桥的简述123.2 整流桥的应用134 mc34063a介绍135 硬件设计总体框架介绍及程序145.1 硬件设计简述145.2 单片机控制电路155.3 硬件显示模块调试程序156 总结177 附录18参考文献19 11级毕业生专业研究报告 研究报告题目： 智能充电器 系 部： 机电与信息工程系 专 业： 应用电子技术 班 级： 11级应电（1）班 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间：2013年10月 21日 智能充电器摘 要本系统由宏晶科技集团的8位高速低功耗单片机stc12c5608ad为控制核心，产生两路pwm来驱动开关管sfr9034 mos管结合自带的ad做反馈，做成两路可控的dc-dc电源，并用nokia5110液晶屏显示出当前的电流值电压值，当改变负载的时候，通过改变pwm来控制输出电压，稳定输出在8v左右，然后通过单片机算法算出各dc-dc模块的电流及总的电流。按照设计要求，再次调节pwm，使电流按比例分配，同时在采样电流的过程中，可以做限流控制，达到保护的作用。比例电流输出直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中，有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的日益发展的电源技术也得到了很大的发展，它从过去一个不太复杂的电子线路变为今天具有较强功能的模块。实现电源稳定的方式，由传统的线性稳压发展到今天的开关式稳压，电源技术正从过去附属于其它电子设备状态，逐渐演变为一个电子学科的独立的分支。 现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。该稳压电源具有性能稳定,结构简单,调试方便,实际应用范围广等优点。【关键词】直流稳压电源 桥式整流电路 滤波电路 稳压 可调直流稳压电源 全波整流 电容滤波 集成三端稳压 3-9v直流输出 电压电流指标精度高 sfr9034；stc12c5608ad；nokia5110；ad采样；abstractthe system is composed of the macro crystal technology group of 8 bit high speed and low power stc12c5608ad microcontroller as control core, resulting in two pwm to drive the switch tube sfr9034 mos tube with built-in ad as feedback, make dc-dc power two controllable, and nokia5110 lcd screen to display the current value of the current voltage value, when changing the load, to to control the output voltage by changing pwm, stable output is about 8v, and then through the current scm algorithm to calculate the dc-dc module and the total. according to the design requirements, adjust again pwm, so that the current distribution, at the same time in the process of sampling current, can do the flow limiting control, to protect the role.dc regulated power supply as the dc energy providers, in various kinds of electronic equipment, has an extremely important position, its performance is good or not directly affect the entire electronic products, precision, stability and u reliability.along with the electronic technology development power technology also obtained the very big development, it is from the past a less complicated electronic circuits into today has the strong function of module.realization of stable power supply way, by traditional linear development to todays switching regulated power supply technology from in the past, attached to other electronic equipment state, gradually evolved into a separate branch of electronic science.the power of modern technology is the application of power electronic semiconductor devices, automatic control, computer (microprocessor) technology and electromagnetic technology and multi-disciplinary cross technology.in all kinds of high quality, high efficiency, high reliability of the power play a key role, is the modern power electronics technology application.the regulated power supply has the advantages of stable performance, simple structure, convenient adjustment, the practical advantages of a wide range of applications.key words dc regulated power supply bridge rectifier circuit and filter circuit voltage stabilizing dc regulated power supply full-wave rectifier capacitance filter integrated three terminal voltage of 3-9v dc output voltage and current of high precision display circuit indicator前言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作，当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统，通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路，不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备，我们的生活也就不会这么丰富多彩了。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型： （1）化学电源：平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 （2）线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热,而且由于变压器工作在工频（50hz)上,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 （3）开关型直流稳压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大（一般1% v，好的可做到十几mv或更小)。它的功率可自几瓦几千瓦均有产品。1 stc12c5608ad简述 1.1 stc12c5608ad 系列单片机简要介绍stc12c5608ad /ad/pwm系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成max810专用复位电路,2路pwm,8路高速10位a/d转换(250k/s),对电机控制，干扰场合。(1) stc12系列单片机为增强型 8051 芯片，1t，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统8051单片机。(2) 工作电压：5608ad 系列工作电压：5.5v - 3.4v（5v 单片机）/3.8v - 2.4v（3v 单片机，可到2v）。 (3) 工作频率范围：0 - 35 mhz，相当于普通8051 的 0420mhz.实际工作频率可达48mhz。 (4) 用户应用程序空间12k / 10k / 8k / 6k / 4k / 2k / 1k 字节。 (5) 片上集成 512 字节 ram(stc12c5410ad 系列),stc12c5608ad 系列单片机为256 字节ram。 (6) 通用i/o 口（27/23/15 个），复位后为： 准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统i/o 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏每个i/o 口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不得超过55ma。 (7) isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（p3.0/p3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 (8) eeprom 功能。 (9) 看门狗。 (10) 内部集成max810 专用复位电路（外部晶体20m 以下时，可省外部复位电路）。 (11) 时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部r/c 振荡器，用户在下载用户程序时，可选择是使用内部r/c 振荡器还是外部晶体/ 时钟，常温下内部r/c 振荡器频率为：5.2mhz 6.8mhz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4mhz 8mhz。 (12) 共2 个16 位定时器/ 计数器，但可用pca 模块再产生4 个定时器(2052 系列只有两路pca)。 (13) 外部中断2 路,下降沿中断或低电平触发中断,power down 模式可由外部中断唤醒。 (14) pwm(4 路）/pca（可编程计数器阵列,4 路）,5410 系列是4 路，2052 系列只有两路。- 也可用来当4 路d/a 使用。- 也可用来再实现4 个定时器。- 也可用来再实现4 个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持)。 (15) a/d 转换, 10 位精度adc，共8 路。stc12c5608ad 系列只有8 位精度。 (16) 通用全双工异步串行口(uart)，由于stc12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口。 (17) spi 同步通信口，主模式/ 从模式。 (18) 工作温度范围： 0 - 75 / -40 - +85。 (19) 封装：plcc-32, pdip-28，sop-28，pdip-20，sop-20，tssop-20，plcc-32 有27 个i/o 口，pdip28/sop28 有23 个i/o 口，pdip20/sop20/tssop20 有15 个i/o 口，i/o 口不够时，可用74hc595 / 74hc165 串行扩展i/o 口，或用双cpu,三线通信，还多了串口。 stc12c5608ad 系列及stc12c5608ad 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(1t)的单片机，是高速/ 低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12 倍，内部集成max810 专用复位电路。4 路pwm,8 路高速10 位a/d 转换,针对电机控制，强干扰场合。stc12c5608ad 系列只有2 路pwm,8 路高速8 位a/d 转换。 1.2 stc12c5608ad控制器部分本系统基于stc12c5608ad单片机来实现，系统要求有模数转换，我们最终选择了stc12c5608ad自身有ad转换单元的单片机来实现系统设计。内部带有8kb的程序存储器，在外面扩展了32k数据存储器，以满足系统要求。stc12c5608ad 单片机是宏晶科技推出的stc12 系列增强型8051 单片机中一种 . stc12c5608ad单片机有1 个时钟 机器周期的增强型8051 内核 ,而普通8051单片机为12个时钟机器周期。因此stc12系列单片机速 度是普通8051单片机的8-12 倍。stc12c5608ad单片机有2kb片内flash 和256byte片内ram，集成有高(可达100ksps)8通道8位a/d转换器,引脚与at9c2051兼容,价格仅略高于at9c2051。stc12c5608ad单片机的管脚图如图1.2所示。stc12c5608ad系列带a/d转换的单片机的a/d转换口在p1口(p1.7-p1.0)，有8路10位高速a/d转换器,stc12c5608ad系列是8位精度的a/d, 速度均可达到100khz(10万次/ 秒)。8路电压输入型a/d，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后p1口为弱上拉型i/o口，可以通过软件设置将8 路中的任何一路设置为a/d转换，不需作为a/d使用的口可继续作为i/o口使用。adc_contr 特殊功能寄存器:a/d转换控制特殊功能寄存器。 adc_data/adc_low2特殊功能寄存器:a/d转换结果特殊功能寄存器。vin为模拟输入通道输入电压，vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。取adc_data的8位为adc转换的高8位,取adc_low2的低2位为adc转换的低2位,则为10位精度。如果舍弃adc_low2的低2位,只用adc_data寄存器的8位,则a/d转换结果为8位精度。引脚图见图1.2所示：stc12c5608ad管脚图（图1.2） 1.3 stc12c5608ad 系列单片机管脚功能说明 stc12c5608ad采用标准的20脚接口，其中：1 rst：复位。2 rxd/p3.0：串口数据输入端i/o口接口。3 txd/p3.1：串口数据输出端i/o口接口。4 xtal2 xtal1: 内部时钟电路反响放大电路输入端。5 int0/p3.2：外部中断0i/o口。6 int1/p3.3：外部中断10i/o口。7 eci/t0/p3.4：pca计数器外部时钟输入脚、定时器和计数器0外部时钟输入i/o口。8 pwm1/pca1/cex1/t1/p3.5：脉冲调制输出1/可编程门阵列输出脚/定时器和计数器1外部时钟输入i/o口。9 gnd：地。10 p3.7/cex0/pca0/pwm0：i/o口/可编程门阵列输出脚/脉冲调制输出1。11 p1.0/adc0：标准i/o口/ad转换通道0/定时器，计数器时钟输出口。12 p1.1/adc1: 标准i/o口/ad转换通道1/定时器，计数器时钟输出口。13 p1.2/adc2: 标准i/o口/ad转换通道2。14 p1.3/adc3: 标准i/o口/ad转换通道3。15 p1.4/ss/adc4: 标准i/o口/spi同步串行接口的从机选择信号/ad转换通道4。16 p1.5/mosi/adc5：标准i/o口/ spi同步串行接口的主入从出/ad转换通道5。17 p1.6/miso/adc6: 标准i/o口/spi同步串行接口的主出从入/ad转换通道6。18 p1.7/sclk/adc7: 标准i/o口/同步串行接口的时钟信号/ad转换通道。19 vcc：高电平。 1.4 stc12c5608ad最小系统晶振特性： xtal1和xtal2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。stc12c5608ad最小系统由复位电路和12m晶振电路组成如图1.4：最小系统（图1.4）2 nokia5110简介 2.1 nokia5110简述字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式lcd，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。一般nokia5110字符型液晶显示器实物如图2.1：nokia5110液晶（图2.1）注：为了表示的方便 ，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。 nokia5110的原理图：显示了8位排针jp19（即5110液晶屏的引脚）其中的5根与51单片机（本人的为stc89c516rd+）的pbi/o口的连接方式：5110_rstpb2(p1.2)5110_scepb3(p1.3)mosi(sdin)pb5(p1.5)miso(dc)pb6(p1.6)sckpb7(p1.7)液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、pda移动通信工具等众多领域。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（static）、单纯矩阵驱动（simple matrix）和主动矩阵驱动（active matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示点阵图形式液晶由mn个显示单元组成，假设lcd显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示ram区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由ram区的000h00fh的16字节的内容决定，当（000h）=ffh时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3ffh）=ffh时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000h）=ffh，（001h）=00h，（002h）=00h，（00eh）=00h，（00fh）=00h时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是lcd显示的基本原理。字符的显示用lcd显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示ram区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数找出显示ram对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32b，分左右两半，各占16b，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示ram对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32b显示完就可以lcd上得到一个完整汉字。 2.2 管脚功能nokia5110引脚图（图2.2） 2.3 指令5110液晶显示屏（pcd8544芯片），是通过发送指令和写入数据ram来控制和显示数据的。指令格式分为两种模式： 1、如果d/c（模式选择）置为低(为0)，即位变量dc=0，为发送指令模式，那么接下来发送的8位字节解释为命令字节。 2、如果d/c置为高，即dc=1;为写入数据ram模式，接下来的字节将存储到显示数据ram。注意：1、每一个数据字节存入之后，地址计数自动递增。在数据字节最后一位期间会读取d/c信号的电平。2、每一条指令可用任意次序发送到pcd8544。首先传送的是字节的msb（高位）。 2.4 时序图要向液晶屏写入数据，我们需要通过模拟一个串行总线协议来写入数据。传送一个字节（指令）的时序图：要向从时序图1看出： 1.sce片选为0时开始发送数据。2.时钟信号sclk仅在sce片选为0时有效。3.sdin数据输入，需要在时钟信号sclk有效时开始发送数据，且在sclk的正边缘取样,注意，数据是从高位开始发送的。知道了传送数据的时序，我们需要使用程序来模拟这个时序，从而发送指令控制液晶屏。3 整流桥的简述及应用 3.1 整流桥的简述整流桥就是将整流管封在一个壳内了，分全桥和半桥，其中：1）全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起。2）半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路, 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。 3.2 整流桥的应用整流桥有多种方法可以用整流二极管将交流电转换为直流电，包括半波整流、全波整流以及桥式整流等。整流桥，就是将桥式整流的四个二极管封装在一起，只引出四个引脚。四个引脚中，两个直流输出端标有+或，两个交流输入端有标记，原理图如图3.2： 整流滤波电压及蒸馏电流的波形（图3.2）4 mc34063a介绍mc34063a能够实现升压和降压效果，是一种单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、 一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5a的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器，引脚图如图4.1： mc34063a引脚图（图4）mc34063的封装形式为塑封双列8引线直插式，具有以下特点： 1、能在3v-40v的输入电压下工作。 2、带有短路电流限制功能。 3、低静态工作电流。 4、输出开关电流可达1.5a(无外接三极管)。 5、输出电压可调。 6、工作振荡频率从100hz至100khz。 7、可构成升压降压或反向电源变换器。 由于内置有大电流的电源开关，mc34063能够控制的开关电流达到1.5a，内部线路包含有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管。 5 硬件设计总体框架介绍及程序5.1 硬件设计简述家用电网220v电压经过变压后，再通过整流桥电路整流滤波之后的电压信号送到稳压电路进行稳压，在电压处理中同时大模拟信号送给stc12c2052单片机处理，并将模拟信号转成数字信号，转换完成后送给显示电路，并将电压、电流的模拟量显示在led液晶屏上，另外在稳压电路同时输出39v的可调电压，如图4.1：硬件设计总体框（图5.1） 5.2单片机控制电路本系统基于stc12c5608ad单片机来实现，系统要求有模数转换，我们最终选择了stc12c5608ad自身有ad转换单元的单片机来实现系统设计。内部带有8kb的程序存储器，在外面扩展了32k数据存储器，以满足系统要求。stc12c5608ad 单片机是宏晶科技推出的stc12 系列增强型8051 单片机中一种。按照设计要求，再次调节pwm，使电流按比例分配，同时在采样电流的过程中，可以做限流控制，达到保护的作用。比例电流输出直流稳压电源作为直流能量的提供者，在各种电子设备中，有着极其重要的地位，它的性能良好与否直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。如下图： 5.3 硬件显示模块调试程序 #include reg52.h#include lcd.hvoid wnl(void) /万年历显示函数 lcd_init_1(); ds1302_init(); lcd_clear_1(); lcd_write_shu(2,0,0x02); lcd_write_shu(3,0,0x00); lcd_write_shu(6,0,0x0a); lcd_write_shu(9,0,0x0a); lcd_write_shu(5,2,0x0b); lcd_write_shu(8,2,0x0b); lcd_write_day(2,4,0x00); lcd_write_day(3,4,0x08); while(1) keyscan(); if(flag=0) dotime(); lcd_write_shu(9,2,second/10); lcd_write_shu(10,2,second%10); lcd_write_shu(3,2,hour/10); lcd_write_shu(4,2,hour%10); lcd_write_shu(7,0,month/10); lcd_write_shu(8,0,month%10); lcd_write_day(4,4,week%10); dotime(); lcd_write_shu(6,2,minute/10); lcd_write_shu(7,2,minute%10); lcd_write_shu(10,0,day/10); lcd_write_shu(11,0,day%10); lcd_write_shu(4,0,year/10); lcd_write_shu(5,0,year%10); delayms(10); void main(void) /*主程序*/ unsigned int k=0; unsigned char n=0; lcd_init(); /lcd_clear();/清屏 while(1) if(+k=50000)k=0;n+;if(n3)n=0;if(n=1)lcd_clear();xs_1();/逐步显示汉字、英文等if(n=2)lcd_clear();xs_2();if(n=3)lcd_clear();tp();/图片显示if(!qh)delay_1us(12);if(!qh)lcd_clear();while(!qh);wnl();if(!qh)lcd_clear();while(!qh);break;/按键切换显示万年历6 总结 经过这次的课程设计我收获了很多，也学习到了很多有关专业方面的知识！通过自己预先设计的电路，然后再参考一些书籍上的电路并经过修改和创造，设计成了最终符合要求的电路原理图，并进一步了解和学习了整个电路的各个部分的具体工作原理，达到了理想的要求，最后我用proteus软件对电路图进行了部分仿真，经过对前面部分电路的仿真我掌握了仿真的具体方法，总的来说我对仿真的结果还是比较满意。在电路设计过程中，我了解了稳压直流电源的组成部分和各部分的具体的作用，并且通过专研和实际的调试、测试，掌握了各级输出级的电压值