《[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于單片機PIC16F711的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于單片機PIC16F711的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理系統(tǒng)設(shè)計（54頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要 為了提高太陽能光伏控制器的性價比，設(shè)計了運用單片機的太陽能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、運行穩(wěn)定、性價比高、適宜批量生產(chǎn)的特點。控制器實現(xiàn)了基于單片機PIC16F711的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理，滿足了太陽能光伏控制器在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準確切換的要求。蓄電池充放電精確控制也在此控制器中得到實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，應(yīng)用此控制器的太陽能光伏系統(tǒng)效率高、運行穩(wěn)定，蓄電池壽命也可延長。關(guān)鍵詞：太陽能；單片機；充放電電路；鋰蓄電池Abstract In order to improve the costeffective a solar photovohai

2、c controller，is designed with the MCUThe controller has high efficiency，great reliability and stable operation，cost effective，and suitable for the characteristicsof mass productionThe controller realizes status control and storage battery energy managementbased on PIC16F711The photovohaic solar powe

3、r controllers meet the stability of the operation and theaccurate switching requirements at different statesPrecise control of battery charging and discharging are also achieved in the controllerThe experimental results show that the controller has high efficiency and stabilityand the battery life i

4、s also extendedKeywords：Solar energy；Controller；charge and discharge；lithium ion battery (Li+),目錄摘 要1Abstract1第1章 緒論21.1 課題背景21.2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀31.2.1國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀31.2.2光伏路燈控制器技術(shù)的現(xiàn)狀31.3 設(shè)計指標41.4 設(shè)計思路4本章小結(jié)5第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計52.1 方案選擇及方框圖62.1.1 方案選擇62.1.2 方框圖62.2 部分單元電路的原理72.2.1太陽能電池72.2.2鋰蓄電池的充電特性82.2.3 鋰蓄電池溫宿補償92

5、.2.4 控制器充放電電路102.2.4 MOS管驅(qū)動電路112.2.5 顯示電路122.3 本章小結(jié)13第三章 鋰蓄電池電壓電流的檢測133.1鋰蓄電池電壓的檢測133.2 鋰蓄電池電流的檢測143.3本章小結(jié)17第四章 整機電路及其工作原理174.1整機電路原理圖174.1.1 充電部分的控制184.1.2 放電照明部分的控制194.2 整機工作原理194.3本章小結(jié)20第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計215.1 設(shè)計思路215.2系統(tǒng)主程序流程215.3 初始化子程序235.4 A/D轉(zhuǎn)換子程序235.5 顯示子程序235.6本章小結(jié)23結(jié) 論24致 謝25附錄1 譯文27PICmicro 中檔單片

6、機系列27附錄2 英文參考資料32PICmicro MID-RANGE MCU FAMILY32附件 3 系統(tǒng)的主程序代碼38-48-第1章 緒論1.1 課題背景能源是經(jīng)濟、社會發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源問題是一個國家至關(guān)重要的問題。隨著科學(xué)技術(shù)和全球經(jīng)濟地飛速發(fā)展，對能源的需求也在日趨增長。自20世紀70年代的世界石油危機以來，人們才真正意識到，化石燃料的儲量是有限的，能源危機迫在眉睫。從全球來看，已探明的可支配的傳統(tǒng)能源儲量在不久的將來即將耗盡，能源問題的突出，不儀表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用對牛態(tài)環(huán)境的污染破壞：大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，

7、局部地區(qū)形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳帶來的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖，自然災(zāi)害頻繁。常規(guī)能源在給人類社會帶來飛速發(fā)展的同時，也在很大程度上使人類社會面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。雖然在可預(yù)見的將來，礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當?shù)谋戎?，但人們對核能以及太陽能、風能、地熱能、水力能、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太陽能利用辛要有光熱利用和光伏發(fā)電利用這兩種主要形

8、式。我國低溫光熱利用已經(jīng)具有可觀的規(guī)模，相關(guān)技術(shù)研究也比較成熟。光伏利用近期在世界范圍內(nèi)高速發(fā)展，所謂“光伏發(fā)電”是直接將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。光伏發(fā)電具有取之不盡且無污染等優(yōu)點，日前在我國，光伏發(fā)電主要應(yīng)用在如下領(lǐng)域：西部偏遠地區(qū)電力供應(yīng)、通訊及交通設(shè)施、氣象臺站、航標燈和照明路燈。光伏發(fā)電的照明路燈應(yīng)月J具有節(jié)能性、經(jīng)濟性和實川性等優(yōu)點，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有最廣泛的發(fā)展前景。本課題為研制一套獨立光伏電源控制器，廊州于LED路燈照明系統(tǒng)。通常獨立照明系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池、充放電控制器和負載LED組成。由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性嚴格受到蓄電池和LED壽命的影響，本課題研制的充放電控制器通過

9、實時監(jiān)測系統(tǒng)允放電回路的相關(guān)信息，確定相應(yīng)的允放電策略，實現(xiàn)了穩(wěn)定太陽能電池輸出、優(yōu)化蓄電池充電方法和保護蓄電池及負載的目的，最終提高了太陽能電池的利用率和整個照明系統(tǒng)的可靠性。1.2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀太陽能是用之不盡的清潔能源，當今世界各國特別是發(fā)達國家對光伏發(fā)電特別重視。2008年世界太陽能光伏發(fā)電裝機總?cè)萘窟_到56Gw。目前，太陽能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國，其太陽能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80。今后太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長壽命、美觀實用等方向發(fā)展。專家們預(yù)測到2050年，太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占1315，到2100年將約占

10、64。我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強，裝機容量逐年增加，2007年累計容量達100MW。20052010年，我國的太陽能電池主要用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為120元(kwh)；20102020年，太陽能光伏發(fā)電將會由獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2020年將約為060元(kwh)。到2020年，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達到世界先進行列。1.2.2光伏路燈控制器技術(shù)的現(xiàn)狀光伏電源路燈控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制和管理的設(shè)備。在歐美、日本和美國，并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相對完善，對于光伏電源控制的研究主要集巾在改進逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)，優(yōu)化控制策略，孤島效應(yīng)的檢測和解決

11、、降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)_T作效率等問題上。國內(nèi)具有代表性的光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器制造商有合肥陽光、北京日佳、北京自動化研究院、北京恒電、南京冠、北京計科等企業(yè)。中科院電工所、北京自動化研究院、北京索英、北京日佳、北京計科等氽業(yè)開發(fā)出的并網(wǎng)逆變器都在實際工程中得到了應(yīng)用，性能和效果良好。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，負責對儲能設(shè)設(shè)備的充電和對負載的放電任務(wù)。目前日本、德國、美國等發(fā)達國家外對于獨立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究辛要側(cè)重在以下三個方面：提高太陽能電池的輸出功率、完善蓄電池允電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過研究不同的電路拓撲結(jié)構(gòu)和先進的控制算法，在太陽光強度、太陽

12、能電池溫度以及負載改變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出功率狀態(tài)，即實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)。蓄電池允電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時問，對于整個光伏系統(tǒng)的工作狀況具有重要意義。獨立光伏系統(tǒng)的慮川環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問題之一。 然而，現(xiàn)已研制出來的光伏電源控制器還存在許多急需解決的問題。實際上，在MPPT技術(shù)的使用和蓄電池充電策略的優(yōu)化之問存在矛盾沖突，能源利用效率較低，蓄電池充放電方式的不合理，對蓄電池的保護不夠充分，這些都是目前市場上電源控制器普遍存在的問題。為

13、了對太陽能光伏資源進行全面的開發(fā)和利用，控制器的穩(wěn)定性和可靠性也有待進一步提高。1.3 設(shè)計指標 本設(shè)計的設(shè)計要求指標如下:1、鋰蓄電池電壓的檢測2、鋰蓄電池電流的檢測3、充放電控制電路的檢測4、路燈的電量控制1.4 設(shè)計思路 本文設(shè)計了一種基于單片機的太陽能路燈控制器。采用PWM 脈沖調(diào)制控制保護技術(shù)。充放電控制器是太陽能路燈的核心部件，針對鋰蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用簡單電路檢測充放電電壓電流、軟件補償用于檢測的小電阻的溫度效應(yīng)，省卻硬件補償?shù)馁M用，降低了成本。由單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運行。 同時設(shè)計MPP

14、T控制器，MPPT控制器的全稱“最大功率點跟蹤”（Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產(chǎn)品。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。下面我們用一種機械模擬對比的方式來向大家解釋MPPT太陽能控制器的基本原理。要想給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當前電壓，如果太陽能板的電壓低于電池的電壓，那么輸出電流就會接近0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（Vpp）大約在17V左右，這是以環(huán)境溫度為25C時的標準設(shè)

15、定的。這樣設(shè)定的原因，（有意思的是，不同于我們普通人的主觀想象，下面的結(jié)論可能會讓我們吃驚）在于當天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓Vpp會降到15V左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓Vpp可以達到18V! 現(xiàn)在，我們再回頭來對比MPPT太陽能控制器和傳統(tǒng)太陽能控制器的區(qū)別。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設(shè)定好的，這就像車的檔位被固定設(shè)置在了1檔。那么不管你怎樣用力的踩油門，車的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自動擋的。它會根據(jù)發(fā)動機

16、的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。就是說，MPPT控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率。 理論上講，使用MPPT控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高50%，但是跟據(jù)我們的實際測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%-30%。從這個意義上講，MPPT太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器。本章小結(jié)通過查閱資料了解太陽能路燈充放電控制器的國內(nèi)外發(fā)展前景。以及介紹課題的各項檢測指標和設(shè)計思路等。第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計2.1 方案選

17、擇及方框圖2.1.1 方案選擇由單片機根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。更好的保護了鋰電池。延長整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。2.1.2 方框圖太陽能路燈充放電控制器的電路框圖2-1所示。太陽能電池板接收光照并把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充放電控制器為鋰蓄電池充電。鋰蓄電池放電同樣通過通過控制器來控制LED照明電路。圖2-1單片機作為太陽能路燈控制系統(tǒng)的核心。太陽能控制器設(shè)計的好壞關(guān)系到整個系統(tǒng)能否正常運行?？刂破鞯暮诵氖荘ICl6F711。它是目前世界上片內(nèi)集成外圍模塊最多、功能最的單片機品種之一，是高性能的8位單片機。它采

18、用哈佛總線結(jié)構(gòu)和RISC技術(shù)，指令執(zhí)行效率高功耗極低帶有FLASH程序存儲器，配置有5個端口33個雙向輸入輸出引腳，這些引腳大部分有第二、第三功能內(nèi)嵌8個10位數(shù)字量精度的AD轉(zhuǎn)換器，配有2個可實現(xiàn)脈寬涮制波形輸出的CCP模塊?？刂破髦饕墓ぷ魇前滋鞂崿F(xiàn)太陽能電池板對蓄電池充電的控制。晚上實現(xiàn)蓄電池對負載放電的控制。2.2 部分單元電路的原理2.2.1太陽能電池（1）太陽能電池的種類太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的。太陽能電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元。它的尺寸約4平方厘米到100平方厘米。太陽能電池單體工作電壓為0.45一0.50伏，一般不能

19、單獨作為電源使用。將姍能電池單體進行串聯(lián)，并聯(lián)和封裝后，就成為太陽能電池組件。它的功率從幾瓦到幾百瓦，可以單獨作為電源使用。太陽能電池再經(jīng)過串聯(lián)，并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了大陽能電池方陣。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。目前世界上有三種己經(jīng)商品化的硅太陽能電池:單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅太陽電池是當前開發(fā)最快的一種太陽電池，它的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅

20、棒，材料性能指標有所放寬。單晶硅太陽能電池的制造成本最高，但光電轉(zhuǎn)化效率也最高，最高的達到24%。目前多晶硅太陽電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，但其材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。 （2）太陽能電池的保護光伏系統(tǒng)在運行中要注意對太陽能電池組件(俗稱太陽能板)的保護。這種保護

21、分為兩類機械化學(xué)方面的保護和電方面的保護。機械化學(xué)方面的保護是指在封裝及安裝太陽能板的時候要考慮其防腐，防風，防雹，防雨的能力電方面的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在一定的條件下，一個串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽能電池組件，將被當作負載消耗其它有光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。被屏蔽的太陽能電池組件將發(fā)熱，這叫熱斑效應(yīng)。為了防止太陽能電池組件由于熱斑效應(yīng)而受到破壞，需要在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁路二極管。在太陽能板的保護中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時，或太陽能板出現(xiàn)短路故障時，蓄

22、電池組通過太陽能板放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽能板中起單向?qū)щ娮饔?。大型系統(tǒng)中還要防雷。2.2.2鋰蓄電池的充電特性路燈蓄電池選用鋰離子電池。鋰電池具有重量輕容量大無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因而得到普遍應(yīng)用。鋰電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5-2倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰電池似乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點。但是對于鋰電池的充電過程，要求是比較嚴格的。影響蓄電池壽命的因素有:放電深度，過充電程度等。在光伏系統(tǒng)中蓄電池的放電深度不是恒定的，它隨天氣狀況和季節(jié)而變。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小;在天氣陰沉的冬日，蓄電池放電深度大。過充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬

23、季，蓄電池可能從沒充滿過，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。為了延長蓄電池的壽命，必須合理的控制蓄電池的放電與充電。當蓄電池放電到一定程度時，應(yīng)停止放電，防止過放電減少蓄電池壽命;當蓄電池充電到一定程度時要停止充電和減小充電電流，防止不合理的過充電對蓄電池造成損害。鋰蓄電池的充電曲線如圖2-2圖2-2 鋰蓄電池充電曲線鋰蓄電池的充電過程：（1）如果開始充電時，電池電量很低，那么必須用小電流（大概0.24A）開始充電，即涓流充電。如果電壓高于13V就不必進行這個步驟。（2）當電池電壓大于13V可以開始大電流充電，恒流充電。隨著充電的進行，電池電壓逐漸升高。（3）當電池電壓達到或接近充滿電壓（如16.

24、8V左右）時，則要開始轉(zhuǎn)入恒壓充電：當電流減少到大概0.25A左右，則停止充電。2.2.3 鋰蓄電池溫宿補償鋰蓄電池的容量是隨溫度的變化而變化的；溫度升高，蓄電池的容量將增大；溫度低，蓄電池的容量將減小。如果充電電流維持不變，相應(yīng)的充電倍率將不變，不同的充電倍率對應(yīng)不同的過充點，因此，要采用溫度補償隊蓄電池進行保護。單片機PIC16C711通過采樣溫度參數(shù)，實時檢測當前溫度，進行溫度補償。溫度補償使用NTC熱敏電阻。根據(jù)國家標準，溫度補償?shù)姆秶鸀?37Mv/K,方案設(shè)計取中間值-5Mv/k。2.2.4 控制器充放電電路充放電電路圖如圖2-3。圖2-3 控制器充放電電路圖單片機控制充，放電驅(qū)動Q

25、1和Q2。（1）當蓄電池電壓處于正常情況下，單片機控制的充電驅(qū)動MOS管Q1（IRFZ44）為高電平截止，三極管Q3導(dǎo)通，PWM占空比為零，此時太陽能電板想蓄電池恒流充電；當蓄電池電壓達到13.6V時，單片機控制充電驅(qū)動Q1為高電平時，Q3導(dǎo)通，Q1截止，通過控制占空比，使Q1實現(xiàn)通斷控制，此時處于恒壓浮充狀態(tài)；當電流下降到某值時，進行恒流充電；但蓄電池電壓達到設(shè)定的過充點14.4V時，再進行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機控制的充電驅(qū)動Q1進行短路保護；當蓄電池電壓下降到某設(shè)定值時，Q3重新導(dǎo)通，Q1截止，恢復(fù)為正常充電狀態(tài)。（2）當蓄電池電壓處于正常情況下，單片機控制的放電驅(qū)動MOS管

26、Q2（IRFZ44）為低電平，三極管Q4截止，Q2導(dǎo)通，此時負載輸出正常；當蓄電池電壓低于設(shè)定的過放點時，單片機控制的放電驅(qū)動Q2為高電平，Q4導(dǎo)通，Q2截止，此時負載無輸出；當蓄電池電壓達到12.6V時，單片機控制的放電驅(qū)動T2為低電平，Q4截止，MOS管Q2導(dǎo)通，此時恢復(fù)對負載供電。2.2.4 MOS管驅(qū)動電路開關(guān)管的選擇考慮到太陽能電池的功率和負載的功率不一致，可用不同的MOS管做充放電的開關(guān)管，用小功率的MOS管要考慮溫度因素，必要的話必須加散熱器。為了提高可靠性，降低成本，經(jīng)大量的試驗和分析比較，表明在3A電流工作范圍內(nèi)，可選用IRFZ44，IRF540，IRF530，50N60等，

27、基本不需加散熱器；5A電流工作范圍內(nèi)，須加小散熱器；8A 電流工作范圍內(nèi)，2807，3205，150，064等要加小散熱器，帶載能力較強，價格高；其他MOS管要加大散熱器，10A以上都應(yīng)該加大散熱器。在元件選用上，應(yīng)根據(jù)具體情況加以選擇。本設(shè)計采用IRFZ44驅(qū)動信號由單片機發(fā)出，為TTL電平，不能直接驅(qū)動MOS管，用三極管進行電平轉(zhuǎn)換。電路圖如圖2-4：圖2-4 M0S管的驅(qū)動電路圖圖中Vd為蓄電池正極電壓，R1為三極管基極限流電阻。R2為集電極電阻。DW為18V穩(wěn)壓二極管，它與R3一起限制控制信號的電壓G18V。輸出信號與G端信號反相。當單片機輸出“1”時，G端為0V時，G端電壓為Vd。2

28、.2.5 顯示電路目前，多數(shù)太陽能燈選用LED作為光源，LED壽命長，可以達到100000小時以上，而且工作電壓低，非常適合應(yīng)用在太陽能路燈系統(tǒng)上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了其關(guān)鍵性的突破，其特性在過去的幾年中有了很大地提高，性能價格比也有較大地突破。其優(yōu)點如下：1、節(jié)能：LED發(fā)光顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，人眼感到同樣亮度時所需的光強就低許多，例如，在道路照明中采用98瓦的LED路燈，其照明效果就相當于250瓦的高壓鈉燈。2、長壽：由于大功率LED路燈是由很多LED光源組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產(chǎn)生太大影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，因此大功率LED路燈的可靠性比高壓鈉

29、燈的可靠性提高了許多倍，大功率LED路燈壽命長達5萬小時是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長達10年以上。3、顯色性好：大功率LED路燈顯色性大大高于高壓鈉燈，高壓鈉燈以金屬鈉蒸汽為發(fā)光源，光線呈單一偏黃，與陽光相差甚遠，而LED路燈發(fā)出的是白色光，色彩更真實，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸引昆蟲。5、無頻閃：大功率LED路燈采用直流供電，加上光電獨有的恒流裝置，使大功率LED路燈發(fā)光恒定，徹底無閃爍。6、快速響應(yīng)：高壓鈉燈等高強度氣體放電燈有延遲效應(yīng)，要在點燃15分鐘后才能達到其90-100光通量，而大功率LED路燈通電即達到正常亮度，無開燈延時現(xiàn)象。便于實行智能控制，更加節(jié)能。7、

30、安全：LED照明是一種固態(tài)照明，可以有效防震、防爆，對于類似震動比較大的高速公路和對安全性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。8、優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計與良好的散熱設(shè)計，保證了LED的PN結(jié)結(jié)溫不會超過75。C，從而保證了LED的發(fā)光效率及工作壽命。 此控制器采用兩個雙色LED發(fā)光二極管，LED1顯示充電狀態(tài)，LED2顯示放電狀態(tài)。(1)充電時蓄電池電壓高于13.0V時，LED1顯示紅色；當蓄電池電壓在13.0-13.6V之間時，LED2顯示橙色；當蓄電池電壓高于14.4V時，LED1顯示綠色。(2)放電時當蓄電池電壓高于11.1V時，LED2顯示紅色；當蓄電池電壓在12.2-12.6V

31、之間時，LED2顯示橙色；當蓄電池電壓高于12.6V時，LED2顯示綠色。兩個雙色LED發(fā)光二極管顯示非常直觀，取代了以往多個指示燈。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是介紹課題的方案選擇，確定課題方案后。仔細分析方案。整理出方案的方框圖，并重點分析介紹系統(tǒng)中的每個重點模塊。 第三章 鋰蓄電池電壓電流的檢測3.1鋰蓄電池電壓的檢測PIC16C711單片機帶有4路8位AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為：05V，轉(zhuǎn)換后相應(yīng)的數(shù)字量范圍：0255。將蓄電池電壓Vd的最高值定于255V，利用電阻分壓的方式將其轉(zhuǎn)換為05V。電路如圖4-1圖4-1Vi=R2/(R1+R2) Vd，取R2=20 K，R1=82

32、K，代入數(shù)值則由Vi=10/51Vd故蓄電池電壓：Vd=0-255V；相應(yīng)模擬電壓：V i=0-5.OV；相應(yīng)的數(shù)字量：D=0-255。當計算機采樣值為X時，計算蓄電池電壓公式為：Vx=X/10 VAD轉(zhuǎn)換數(shù)字波動范圍為1LSB。故電壓測量波動范圍01V。3.2 鋰蓄電池電流的檢測檢測比較大的直流的方法不多，本設(shè)計采用一個小電阻R(0.05歐姆)來檢測電流，小電阻兩端的電壓通過運放放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機中，測得電壓后除以放大倍數(shù)得到實際電壓，再根據(jù)歐姆定律U=I/R計算出電流I的大小。用一個小電阻來檢測電流存在的問題是：小電阻的阻值會發(fā)生變化。實際上絕對線性的電阻是不存在的。例如，絕大

33、多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻都隨溫度的升高而升高，當電流通過導(dǎo)體時，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬的導(dǎo)體的溫度升高，阻值就不是常數(shù)，而是隨著電流或電壓變化。本系統(tǒng)中檢測出來的充電電流跟實際的充電電流不一樣，但存在一個規(guī)律是：電流越大檢測出來的充電電流跟實際電流的偏差就越大，它們成線性的關(guān)系。這是由于小電阻阻值隨溫度變化造成的。表4-2是實驗采集的單片機測得電流和實際電流的一些數(shù)據(jù)。實際電流測得電流實際電流測得電流實際電流測得電流0.090.040.300.340.460.580.100.060.310.360.470.600.110.060.320.380.480.620.130.080.330.380.49

34、0.620.170.160.340.400.500.640.180.160.350.420.510.640.190.180.360.420.520.660.210.200.370.440.530.660.220.220.380.460.540.700.230.240.390.480.550.700.240.260.400.580.560.720.250.260.410.500.570.740.260.280.420.520.580.760.270.300.430.540.590.780.280.320.440.560.600.78表4-2這兩組數(shù)據(jù)存在線性的關(guān)系，首先利用Matlab對第一列的

35、數(shù)據(jù)進行處理，首先求出它的關(guān)系式，假設(shè)關(guān)系式為：y1=a(1)x+a(2);使用Matlab求出系數(shù)a(1)=0.0100和a(2)=0.2100所以這組數(shù)據(jù)可以用關(guān)系式：y1=0.01x+0.21來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4-3。圖4-3實際電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合對第二列的數(shù)據(jù)進行處理，首先求出它的關(guān)系式，也假設(shè)關(guān)系式為：y2=a(1)x+a(2);使用Matlab求出系數(shù)a(1)=0.0147和a(2)=0.2109所以這組數(shù)據(jù)可以用關(guān)系式y(tǒng)2=0.0147x+0.2109來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4-4。圖4-4單片機檢測出的電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合結(jié)合關(guān)系式y(tǒng)

36、1和y2便可得到兩列數(shù)據(jù)的關(guān)系式y(tǒng)1=0.680272（y2-0.2109）+0.21，其中y1表示實際的電流，y2表示單片機檢測出來的電流，單片機檢測出來的電流y2通過上式的轉(zhuǎn)換后變成y1,便是實際的電流。3.3本章小結(jié) 主要介紹的課題檢測的指標的各種方法，在檢測蓄電池電壓的檢測用到PIC16C711單片機的8位AD轉(zhuǎn)換器。在電流的檢測時用到小電阻補償?shù)姆椒?，使檢測結(jié)果精確。第四章 整機電路及其工作原理4.1整機電路原理圖控制器的整體電路圖如圖3-1。 圖3-1 控制器整體電路圖太陽能電池板接收太能光將太陽能轉(zhuǎn)化為電能由單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)發(fā)出各種控制信號，實現(xiàn)充放電控制。使

37、充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。更好的保護鋰電池。延長了整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。太陽能LED路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、LED路燈控制器、鋰蓄電池以及LED路燈模塊組成。在整個系統(tǒng)中，充放電控制器處在核心地位，其工作的好壞直接決定了整個系統(tǒng)的性能。本文設(shè)計的控制器以PWM充電技術(shù)為核心，具備蓄電池過充、過放保護、太陽能電池過壓保護、負載短路保護等多種保護功能。4.1.1 充電部分的控制本方案采用PWM 脈沖調(diào)制控制保護技術(shù)，不僅能有效地保護蓄電池，防止過充電現(xiàn)象的發(fā)生，還能快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電。所謂PWM控制就是控制輸出波形的占空比，周期并不改變，通過開關(guān)管的導(dǎo)通與閉合來控制充放電。鋰電池的

38、充電曲線圖如圖2-2，蓄電池的電壓低于13V時，單片機輸出一個相應(yīng)占空的脈沖，控制三極管(Q1)通和斷的時問，從而控制場效應(yīng)管IRFZ44(Q3)的通和斷，使到充電的電流為024A 左右， 此時處于預(yù)充狀態(tài)。蓄電池的電壓高于1 3V 時，單片機輸出一個高電平(相當于PWM 占空比為1)， 三極管(Q1)導(dǎo)通，場效應(yīng)IRFZ44(Q3)處于截斷狀態(tài)，此時太陽能電池板以最大的電流為蓄電池充電一一恒流充電。當蓄電池電壓接近或等168V 時，通過控制占空比，也使場效應(yīng)管IRFZ44(Q3)實現(xiàn)通斷控制，使充電狀態(tài)處于恒壓浮充狀態(tài)。當電流小于一個值(024A)時，單片機就輸出一個低電平，使場效應(yīng)管IRF

39、Z44(Q3)完全導(dǎo)通，停止給蓄電池充電。4.1.2 放電照明部分的控制當單片機控制照明燈的控制腳輸出高電平(5V)的時候，三極管Q2就會導(dǎo)通，三極管02集電極E的電壓變低(約為0V)，此時加到場效應(yīng)管(Q4)柵極的電壓就會變低，場效應(yīng)管就截止，流過照明燈的電流減少到0。相反，當單片機控制照明燈的控制腳輸出低電平(OV)的時候，三極管Q2就會截止，三極管Q2集電極E的電壓高，此時加到場效應(yīng)管(Q4)柵極的電壓也就高，場效應(yīng)管就導(dǎo)通，流過照明燈(LED燈)的電流大， 照明燈打開。4.2 整機工作原理太陽能充放電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、鋰蓄電池、控制器和負載組成，系統(tǒng)原理如圖1所示?？刂齐娐返暮诵?/p>

40、器件是PIC16C711；8位閃存單片機，具有4路A/D轉(zhuǎn)換通道和13個I/O口器件體積小、價格低、功能全、性能可靠穩(wěn)定，具有很高的性價比。PIC16C711通過對太陽能電池板電壓、蓄電池電壓、充放電流等參數(shù)的檢測判斷，控制T1和T2的開通和關(guān)斷，達到各種控制和保護的功能?？刂破鞯恼w工作原理圖如圖3-2。圖3-2 太陽能路燈控制器的工作原理圖太陽能LED路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、LED路燈控制器、鋰蓄電池以及LED路燈模塊組成(如圖1所示)。在整個系統(tǒng)中，充放電控制器處在核心地位，其工作的好壞直接決定了整個系統(tǒng)的性能。本文設(shè)計的控制器以PWM充電技術(shù)為核心，具備蓄電池過充、過放保護、太陽能電池

41、過壓保護、負載短路保護等多種保護功能?？刂破魇沁B接太陽能電池板，蓄電池和負載的鈕帶。它必須具備以下幾個基本功能：過壓保護：當蓄電池電壓高于一定值時，停止充電。欠壓保護：當蓄電池電壓低于一定值時，停止放電。恢復(fù)充電：當蓄電池電壓低于一定值時，重新恢復(fù)充電。恢復(fù)放電：當蓄電池電壓高于一定值時，重新恢復(fù)放電。狀態(tài)指示：太陽能電池板的供電狀態(tài)和負載接通情況應(yīng)指示。防雷擊：因太陽能電池板多半放置在戶外，而且有一定的高度，容易受雷擊，增加防雷擊功能是必要的。為了使控制器適應(yīng)太陽能街燈等環(huán)境，充分利用現(xiàn)有的硬件資源增加白天黑夜的檢測功能，以便白天關(guān)負載，黑夜自動點亮，滿足各種用戶需求。作為可擴展功能。4.3

42、本章小結(jié) 本章是本課題的基礎(chǔ)，仔細的分析系統(tǒng)整體電路圖以及系統(tǒng)原理圖。太陽能路燈充放電控制器的核心是單片機，由單片機根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。更好的保護了鋰電池。延長整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 設(shè)計思路以單片機為核心的控制軟件具有實時性、靈活性、通用性及運行可靠性的特點，現(xiàn)在對太陽能充電控制器軟件的設(shè)計思路介紹如下：1、首先主程序要完成系統(tǒng)初始化，為了在初始化的過程中，防止中斷的意外到來，應(yīng)在主程序的開始處先關(guān)閉中斷，完成初始化后，再打開中斷。2、由于本系統(tǒng)是11V14.4V自動識別，

43、因此要在程序中必須判別。具體為，當蓄電池兩端電壓大于13.4V時，滿足14.4V的系統(tǒng)，否則為11V系統(tǒng)，判別系統(tǒng)后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序處繼續(xù)執(zhí)行。3、判斷太陽能極板的兩端電壓，來區(qū)分是白天還是黑天。若為白天，轉(zhuǎn)為白天的處理程序；若為黑天轉(zhuǎn)到黑天的處理程序。4、白天處理程序中，要判斷蓄電池的兩端電壓，在決定是否采取充電控制，充電控制方式采用PWM控制。并有指示燈時刻現(xiàn)實蓄電池兩端電壓處于何種狀態(tài)，讓用戶一目了然。5、充電過程會發(fā)熱，所以要有溫度補償程序，保護蓄電池。6、黑天處理程序中，按照選擇的工作模式工作，工作模式即為負載的工作時間。7、定時處理程序主要完成系統(tǒng)程序的工作時序，定時處理能使整個程序

44、有條不紊的按照系統(tǒng)的要求完成任務(wù)?？刂破鬈浖脑O(shè)計完全按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法來完成，將整個程序細分為若干個子程序，方便調(diào)試與檢查。開發(fā)系統(tǒng)采用通用編程器TOP一2048，利用C語言使得整個軟件開發(fā)變得簡單、快速、易于調(diào)試。主軟件流程見圖5-1。系統(tǒng)源代碼見附錄3。同時就幾個主要的子程序做簡單的介紹。5.2系統(tǒng)主程序流程主程序流程圖如圖5-1所示N N N N N Y Y Y 開始初始化白天？閉合放電開關(guān)K2采集蓄電池端電壓U11V?過放保護待機延時閉合充電開關(guān)K1采集太陽能電池電壓、電流。蓄電池端電壓U14.4V?過充保護待機延時MPPT控制算法恒壓充電低壓浮充+溫度補償U13.4V?U13

45、V?Y Y 圖5-1 系統(tǒng)主程序流程圖5.3 初始化子程序在初始化程序中，主要對PIC16C711的系統(tǒng)資源，包括定時器、中斷、串行通訊等初始化工作。5.4 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀入采用查詢方式。通過查詢端口的信號來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；8位的轉(zhuǎn)換只需一次讀取，就可得到結(jié)果。對于溫度信號一般來說是緩變的，通過單片機的軟件編程，采用查表法實現(xiàn)，不同的溫度對應(yīng)不同的過充點，其他點位按照電壓差值依次與過充點對應(yīng)。#pragma interrupt_handler ade-isr:15void main(void)if adc-mux=0)adcv0=ADC&0X3FF；else adcvl=

46、ADC&OX3FF：if(adc-mux1)adcmlLX+：else adcmax=0： ，ADMUX=(ade-mux&OXOF)；ADCSRA l=(IADSC)；l5.5 顯示子程序 在顯示程序中.完成發(fā)光二極管LED的顯示功能。通過檢測蓄電池兩端的電壓，確定LED的電位高低，使LED直觀地顯示紅色、橙色或綠色。5.6本章小結(jié) 通過前面幾章對系統(tǒng)硬件的分析，本章仔細分析了系統(tǒng)的另一大模塊，軟件部分。要求硬件與軟件相對應(yīng)，燒入程序后控制器滿足課題的各項設(shè)計指標。標志著課題設(shè)計的圓滿成功。結(jié) 論由于能源的日益緊張，引起人們對太陽能應(yīng)用的熱潮，由太陽能極板、充放電控制器、蓄電池等構(gòu)成的產(chǎn)品都

47、有了相對成熟的發(fā)展，國內(nèi)外很多專家也在這方面做了深入的研究。本論文就太陽能充放電控制器對蓄電池的充放電方式、控制器的功能要求和實際應(yīng)用方面做了分析，完成了硬件電路設(shè)計和軟件編制，實現(xiàn)了對蓄電池的科學(xué)管理，并將其應(yīng)用到太陽能路燈系統(tǒng)中。論文的主要工作有：1、對鋰蓄蓄電池的充、放電過程、影響鉛酸蓄電池使用壽命的各種因素作了分析，確定了太陽能充電控制器的總體設(shè)計方案。2、完成了控制器的硬件設(shè)計、電路板的繪制，電路的焊接。實現(xiàn)控制器通過對單片機PIC16C711的PWM輸出來控制開關(guān)MOS管的通斷，從而控制充電放電。3、在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，對太陽能充電控制器進行了軟件編程，實現(xiàn)對蓄電池的保護以及溫度補

48、償、過載檢測等。4、將充放電控制器應(yīng)用于太陽能路燈系統(tǒng)，設(shè)計整個系統(tǒng)的總體方案。組裝太陽能路燈系統(tǒng)，進行現(xiàn)場調(diào)試，監(jiān)視運行情況，及時修改軟件并運行，取得了預(yù)期的運行效果。本論文在軟硬件設(shè)計上仍有很多需要完善之處：l、在PCB板的元件布置和布線上要更加合理，以便減少干擾的引入。2、本論文所采用的軟件編程思想，還需要進一步在實際的運行中驗證其穩(wěn)定性及可靠性。3、延長蓄電池壽命目前還沒有一個最好的方式，如何進一步保護蓄電池，采用更優(yōu)的控制方法需要更進一步的研究。充放電控制器是太陽能路燈的核心部件，針對鋰蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用簡單電路檢測充放電電壓電流、軟件補償用于檢測的小電阻的溫度效應(yīng)

49、，省卻硬件補償?shù)馁M用，降低成本。由單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運行，更好地保護了鋰電池， 延長了整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。因而，本文設(shè)計的太陽能路燈充放電控制器具有較高的實用價值，對太陽能路燈的推廣起到了促進作用，是有益的嘗試。致 謝本課題在選題及研究過程中得到的悉心指導(dǎo)。老師們多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點拔、熱忱鼓勵。老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅受我以文，而且教我做人，雖時間不算太長，卻給以終身受益匪淺。對老師的感激之情是無法用語言來表達的。在此，我還要感謝在一

50、起愉快的度過大學(xué)生生活的機電系全體老師和同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。通過這次畢業(yè)設(shè)計，是我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利完成，在此向內(nèi)、電子系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入可提到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意

51、！最后我再次感謝指導(dǎo)老師的關(guān)心和幫助以及在本次設(shè)計中幫助我的所有以前幫助過我的老師和同學(xué)，是你們的幫助和支持，讓我完成了本次設(shè)計，祝你們身體健康萬事如意！參考文獻1 李安定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程M北京工業(yè)大學(xué)出版社20062張艷紅等一種新型光伏發(fā)電充放電控制器可再生能源，2006，53劉虹，沈天行L E D 進入普通照明市場的預(yù)測及照明節(jié)電分析J照明工程學(xué)報,20054楊金煥，等一種獨立光伏系統(tǒng)設(shè)計的新方法太陽能學(xué)報，l9955馮垛生太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用M人民郵電出版社，20076周航慈單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)M北京航空航天大學(xué)出版社，20037周立功，夏宇文單片機與CPLD綜合應(yīng)用技術(shù)M北京航空航

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53、劉建政用于太陽能照明系統(tǒng)的智能控制器U清華大學(xué)學(xué)報，2003，43(9)：1195一119815湯建皮，黃剛光伏系統(tǒng)配套蓄電池選擇J蓄電池2002(4)：187-19016李榮正，劉啟中，陳學(xué)軍PIC單片機原理及應(yīng)用M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200617余發(fā)平，張興，王國華基于自適應(yīng)PI控制的太陽能I正D照明系統(tǒng)PWM恒流控制器J太陽能學(xué)報，2006，27(2)：13213518曹仁賢高效光伏充電器的研制太剛能學(xué)報1998(4)pp：433-43619歐陽名三獨立光伏系統(tǒng)中蓄電池管理的研究學(xué)位論文合肥工業(yè)人學(xué)2004pp：53020何立民MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)沒計北京：航空航天人

54、學(xué)出版社1990pp：2021021吳瑞華，耿新華非晶硅光伏極板評述太剛能學(xué)報特刊1999pp：9510122HUA C，LIN JA modified tracking algorithm formaximum power tracking of solar arrayJEnergyConversion and Management，2004，45(6)：91 1925附錄1 譯文PICmicro 中檔單片機系列簡介中央處理單元 （CPU）通過執(zhí)行程序存儲器中的信息（指令）來控制器件的運行。其中許多指令是對數(shù)據(jù)存儲器進行操作。對數(shù)據(jù)存儲器的操作需要使用算術(shù)邏輯單元（ALU）。除了執(zhí)行算術(shù)和邏

55、輯操作外，ALU 還控制狀態(tài)位（在狀態(tài)寄存器中）。一些指令的執(zhí)行結(jié)果會根據(jù)結(jié)果的狀態(tài)而改變狀態(tài)位。指令的一般格式中檔系列單片機的指令有四種一般格式，如圖5-1 所示。指令的操作碼從3 位到6 位不等。這種可變長度的操作碼組成了35 條指令。中央處理單元（CPU）CPU 被視為器件的“大腦”，它負責獲取正確的執(zhí)行指令、譯碼并且執(zhí)行該指令。CPU 有時和 ALU 配合工作來完成指令的執(zhí)行（如算術(shù)或邏輯操作）。CPU 控制程序存儲器的地址總線、數(shù)據(jù)存儲器的地址總線以及對堆棧進行存取。指令時鐘每個指令周期（TCY）由4 個時鐘節(jié)拍（Q1-Q4）構(gòu)成。時鐘節(jié)拍和器件振蕩周期（Tosc）相同。 在各個時鐘

56、節(jié)拍分別對指令的譯碼、讀取、處理和寫操作等進行計時/ 標示。下圖表明了時鐘節(jié)拍和指令周期之間的關(guān)系。組成指令周期（Tcy）的4 個時鐘節(jié)拍歸納如下：Q1： 指令的譯碼周期或強制性空操作Q2： 指令的讀數(shù)據(jù)周期或空操作Q3： 處理數(shù)據(jù)Q4： 指令的寫數(shù)據(jù)周期或空操作每條指令都有具體的時鐘節(jié)拍操作。圖5-2： 時鐘節(jié)拍活動算術(shù)邏輯單元（ALU）PICmicro 單片機包含一個8 位 ALU 和一個8 位工作寄存器。ALU 是一個通用的算術(shù)邏輯單元，它對工作寄存器和數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)進行算術(shù)和布爾運算。圖5-3： ALU 和W 寄存器的操作ALU 是8 位寬，能夠進行加、減、移位和邏輯操作。除非特別

57、指明，算術(shù)運算一般是以2 的補碼形式進行。在2 個操作數(shù)的指令中，典型情況下，其中一個操作數(shù)是在工作寄存器（W 寄存器）中，另一個操作數(shù)放在一個數(shù)據(jù)寄存器中或是一個立即數(shù)。在單操作數(shù)指令中，操作數(shù)放在W 寄存器中或某個數(shù)據(jù)寄存器中。W 寄存器是一個8 位寬、用于ALU 運算的工作寄存器，它是一個不可尋址的寄存器。根據(jù)所執(zhí)行的指令，ALU 可以影響狀態(tài)寄存器中的進位標志位C、輔助進位標志位DC 和全零標志位Z。在減法操作中，C和DC位就分別作為借位和輔助借位之反。例如指令SUBLW 和 SUBWF。狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器（如圖5-1 所示）含有ALU 的算術(shù)運算結(jié)果狀態(tài)、復(fù)位狀態(tài)及數(shù)據(jù)存儲區(qū)的選擇

58、位 。因為數(shù)據(jù)存儲區(qū)的選擇是由狀態(tài)寄存器控制的，所以各存儲區(qū)里都有狀態(tài)寄存器的映射。而且，這些映射在每個存儲區(qū)的相對位置（偏移位置）都相同（見第6 章“ 存儲器構(gòu)成” 中圖 6-5： “ 寄存器映射”）。狀態(tài)寄存器和其它寄存器一樣，可以作為任何指令的目標寄存器。如果狀態(tài)寄存器作為一條指令的目標寄存器，而這條指令又影響Z、DC 或C 標志位，那么這三個標志位的狀態(tài)不能由指令直接寫入。這些標志位的狀態(tài)要根據(jù)器件邏輯操作的結(jié)果來置1 或清零。此外，不能對TO 和PD位進行寫操作，所以當執(zhí)行一條把狀態(tài)寄存器作為目標寄存器的指令后，狀態(tài)寄存器的結(jié)果可能和預(yù)想的不一樣。例如，指令CLRF STATUS 將

59、狀態(tài)寄存器的高3 位清零，將Z 標志位置1。操作后狀態(tài)寄存器的結(jié)果為000u u1uu （u 表示未變化）。因此，建議僅使用位操作指令BCF、BSF 或傳送指令MOVWF 來改變狀態(tài)寄存器，因為這些指令不影響該寄存器中的Z、C 或DC 標志位。關(guān)于其它不影響任何狀態(tài)位的指令狀態(tài)寄存器bit 7 IRP：寄存器組選擇位（用于間接尋址）1：選擇Bank 2， Bank3 （100h - 1FFh）0：選擇Bank 0， Bank1 （00h - FFh）對于只有Bank0 和Bank1 的器件，保留IRP 位，且應(yīng)始終保持為0。bit 6:5 RP1:RP0：寄存器組選擇位（用于直接尋址）11：B

60、ank 3 （180h - 1FFh）10：Bank 2 （100h - 17Fh）01：Bank 1 （80h - FFh）00：Bank 0 （00h - 7Fh）每組128 個字節(jié)。 對于只有Bank 0 和Bank1 的器件，保留IRP 位，且應(yīng)始終保持為0 。bit 4 TO：超時位1 = 上電、執(zhí)行CLRWDT 或SLEEP 指令后0 = 發(fā)生看門狗定時器超時bit 3 PD：低功耗標志位1 = 上電或執(zhí)行CLRWDT 指令后0 = 執(zhí)行SLEEP 指令后bit 2 Z：零標志位1 = 算術(shù)或邏輯運算結(jié)果為00 = 算術(shù)或邏輯運算結(jié)果不為0bit 1 DC：輔助進位/ 借位標志位（

61、ADDWF、ADDLW、SUBLW 和SUBWF 指令）（借位的極性是相反的）1 = 結(jié)果的低4 位向高4 位進位/ 低4 位向高4 位無借位0 = 結(jié)果的低4 位沒有向高4 位進位/ 低4 位向高4 位借位bit 0 C：進位/ 借位標志位（ADDWF、ADDLW、SUBLW 和SUBWF 指令）1 = 結(jié)果的最高位有進位/ 最高位無借位0 = 結(jié)果的最高位無進位/ 最高位有借位注： 借位的極性是相反的。減法指令通過加上第二個操作數(shù)2 的補碼來實現(xiàn)。對于移位指令（RRF 和RLF）， C 位值來自源寄存器的最高位或最低位。OPTION_REG 寄存器OPTION_REG 寄存器是可讀寫寄存器，它包含配置TMR0/WDT 的預(yù)分頻器、外部INT 中斷、TMR0 和PORTB 弱上拉的各個控制位。寄存器 5-2： OPTION_REG 寄存器bit 7 RBPU：PORTB 上拉使能位1 = 禁止PORTB 上拉0 = 按各個端口鎖存器值使能PORTB 上拉bit 6 INTEDG：中斷觸發(fā)邊沿選擇位1 = INT 引腳