淺析基于STC12C5A60S2 單片機的電量監(jiān)測技術(shù)研究論文
1 引言
隨著國家“節(jié)約發(fā)展”理念的提出，越來越多的人們青睞于新能源交通工具。電動車作為一種人們生活中首選的代步工具，保有量逐年提升，而電動車?yán)m(xù)航、電量檢測和電池狀況監(jiān)測的問題，也成為了大家所關(guān)心的重要問題。本文設(shè)計了一種利用STC12C5A60S2 單片機的電動車電量監(jiān)測系統(tǒng)，利用單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，實現(xiàn)了電動車蓄電池電量的實時顯示、監(jiān)督、管理以及異常情況警報。該系統(tǒng)成本較低，使用較方便，具有較高的應(yīng)用價值。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計
本文所研究的系統(tǒng)主要由采集電路、數(shù)據(jù)處理部分和顯示部分等組成。通過采集電路對蓄電池的電壓等數(shù)據(jù)進行采樣，然后將采集的數(shù)據(jù)通過單片機的A/D 轉(zhuǎn)換功能得到電量數(shù)據(jù)，并將結(jié)果存入到相關(guān)的寄存器。微處理器通過相關(guān)接口將所需參數(shù)讀到微處理器內(nèi)部，并將電量、經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)在LCD 屏中顯示，讓用戶直觀地觀察到實時的數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)硬件組成
本系統(tǒng)采用的單片機是STC12C5A60S2 單片機，利用單片機具有的A/D 轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)了將模擬信號(電壓)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便后續(xù)的傳輸和處理。
3.1 STC12C5A60S2 單片機
STC12C5A60S2 單片機是STC 生產(chǎn)的一款單時鐘/ 機器周期(IT)的單片機，是一款新一代的8051 單片機。STC12C5A60S2 單片機運行速度高，可以達到傳統(tǒng)的8051 單片機速度的8-12 倍，功率耗損很低，而且在干擾很強大的環(huán)境中也可以穩(wěn)定運行，同時指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051 單片機。工作電壓 3.5V—5.5V，工作頻率范圍 0-35MHz。STC12C5A60S2 單片機包含 CPU、存儲 Flash、SRAM、定時/ 計時器、I/O 接口、高速A/D 轉(zhuǎn)換器、SPI 接口、PAC、看門狗及片內(nèi)R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。
3.2 STC12C5A60S2 單片機的高速A/D 轉(zhuǎn)換
3.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)
STC12C5A60S2 系列帶A/D 轉(zhuǎn)換的.單片機的A/D轉(zhuǎn)換口在P1 口(P1.7-P1.0) ，有 8 路 10 位高速A/D 轉(zhuǎn)換器 , 速度可達到250KHz。8 路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8 路中的任何一路設(shè)置為A/D 轉(zhuǎn)換，不需作為A/D 使用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。
3.2.2 逐次比較法A/D 轉(zhuǎn)換
STC12C5A60S2 單片機采用的是逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換電路，該電路使用了二分搜索算法。啟動轉(zhuǎn)換后，先將逐次比較寄存器SAR 最高位置“1”，其余位置“0”，相當(dāng)于取參考電壓VREF 的1/2 與輸入電壓VIN 進行比較。若VREF/2>VIN，那么將最高位置“0”;此后次高位置1，相當(dāng)于在1/2 范圍中再對半搜索。若VREF/2< VIN, 那么最高位和次高位均為1, 這相當(dāng)于在另一個1/2 范圍中再作對半搜索. 如此進行直到SAR的所有位都在逐次比較過程中被確定。SAR 的輸出即為所需的二進制數(shù)字量。由此可見，這類A/D 轉(zhuǎn)換器在一個時鐘周期只完成一位轉(zhuǎn)換. 若要獲得N 位的分辨率, 它就必須執(zhí)行N 次比較操作, 因此轉(zhuǎn)換速度慢。它的優(yōu)點是占用面積小, 復(fù)雜度和功耗通常低于其它類型的A/D 轉(zhuǎn)換電路，同時分辨率也較高，且不存在延遲問題。
4 程序的設(shè)計與編寫實現(xiàn)
在程序設(shè)計之初，我首先想到的是要對寄存器進行設(shè)計。因此，我在innit()初始化函數(shù)中對寄存器值進行了設(shè)計。利用sfr P1ASF = 0x9D 與P1ASF=0x01語句對I/O 口進行定義。考慮到轉(zhuǎn)換精度的問題，本文采取兩種措施來保證轉(zhuǎn)換精確度。第一種方法是舍棄了取8 位結(jié)果的方式，轉(zhuǎn)而用了取完整10 位結(jié)果的方式，雖然增加了運算量，但因為STC12C5A60S2 單片機的高速運算能力，因此并不會降低轉(zhuǎn)換能力，同時對特殊寄存器ADRJ 置0，即sfr ADC_RES 為高8 位、sfrADC_RESL 為低2 位，并采取下面的計算公式：1 0 - b i t A / D C o n v e r s i o n R e s u l t : ( A D C _RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024*Vin/Vcc。第二種方法是對所示的轉(zhuǎn)換速度控制寄存器ADC_SPEEDLL 利用宏定義將其置0 具體實現(xiàn)方法為#define ADC_SPEEDLL 0X00。目的是提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的時鐘周期數(shù)，以此來提高轉(zhuǎn)換精度。最后通后ADCCONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START|0 語句對寄存器控制的最終實現(xiàn)。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換開始后，需要檢測轉(zhuǎn)換是否完成，此時只需要一個while 語句將ADC 控制寄存器ADC_CONTR 與ADC標(biāo)志位ADC_FLAG 相與后取反檢測。此時需要注意的是，當(dāng)檢測完成后要清除轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志。由于我們用了取完整10 位結(jié)果的方式而STC12C5A60S2 單片機的寄存器位8 位，因此要對轉(zhuǎn)換結(jié)果高8 位左移兩位并與低2 位進行或操作。
5 硬件電路的實現(xiàn)方法
電量監(jiān)控是利用STC12C5A60S2 單片機自有的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能, 通過大電阻分壓的技術(shù)將電池的電壓通過放大器構(gòu)成的電壓跟隨器隔離、RC 低通濾波電路的濾波后，送入單片機進行轉(zhuǎn)換。采用此大電阻分壓方法的另一優(yōu)點是降低整個系統(tǒng)的功耗，節(jié)約能源。
本文介紹利用 STC12C5A60S2 單片機來實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并使用單片機的擴展性以及對輸入信號的變化自適應(yīng)性來適應(yīng)輸入輸出設(shè)備的變化。當(dāng)開發(fā)者需要詳細的轉(zhuǎn)換只需要對程序進行修改并下載即可。這樣方便了開發(fā)者對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行處理與對比，并根據(jù)自己的需要不用改動硬件就能對其轉(zhuǎn)換結(jié)果加以處理。本系統(tǒng)為了A/D 轉(zhuǎn)換能被更好的使用，我們實現(xiàn)了把A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過顯示屏展示出來。為了滿足開發(fā)人的需求，系統(tǒng)設(shè)計了一個通信串口，利用CH340G 芯片將USB轉(zhuǎn)為串口，有利于電腦與單片機傳輸數(shù)據(jù)，開發(fā)者可以編寫自己需要的程序并下載到單片機。
6 總結(jié)與展望
本文詳細的介紹了基于STC12C5A60S2 單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換的電動車電量監(jiān)測技術(shù)，并在實踐中得到應(yīng)用，經(jīng)過團隊成員的努力，實現(xiàn)了預(yù)期功能效果，希望能夠促進電動車的未來發(fā)展，方便人們的生活。
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