超級電容測試設(shè)計設(shè)計

1、洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）超級電容測試設(shè)計摘 要近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，世界能源消耗速度急劇增加。因此，新能源和節(jié)能技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)成為世界各國科技工作者的當務(wù)之急。而機車制動能量回收系統(tǒng)是目前國內(nèi)外節(jié)能技術(shù)方面研究的熱點之一。對超級電容電壓檢測方案的研究和對超級電容時域模型的研究，將為超級電容的電壓均衡方案和超級電容的電參數(shù)分析提供支持，從而為整個能量回收系統(tǒng)的控制策略提供理論依據(jù)。因此以上兩方面的研究將是整篇論文的核心內(nèi)容。本文采用模塊化的設(shè)計理念，提出了一種兼顧均壓的新型電壓檢測方案。在軟件設(shè)計方面，對電壓檢測系統(tǒng)的軟件架構(gòu)進行分析，利用proteus和max驅(qū)動函數(shù)包設(shè)計了友好的

2、上位機軟件監(jiān)控界面。關(guān)鍵詞：超級電容，電壓檢測，proteus supercapacitor test system abstractin recent years, with the rapid development of industry and agriculture, world energy consumption rate increased dramatically. therefore, the development of new energy and energy-saving technology has become a science and technology

3、workers of the world's top priority. energy saving technology of locomotive brake energy recovery system is now one of the hot spots，studies of supercapacitor voltage detection scheme and on time-domain model of super capacitor, supercapacitor voltage balancing of electrical parameter analysis o

4、f programmes and super capacitors to provide support, so as to control strategy provides the theoretical basis for the entire energy recovery system. therefore these two studies will be throughout the core content of the paper. this article uses a modular design concept, put forward a new voltage de

5、tection scheme taking into account the pressure. in the area of software design, software architecture analysis on voltage detection system, with proteus and max-driven functions package design friendly pc software monitoring interface.key words: super capacitor, voltage detection, proteusii畢業(yè)設(shè)計（論文）

6、原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢

7、索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電

8、子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學生在論文（設(shè)計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（

9、設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）

10、質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解

11、的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級

12、前的內(nèi)畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日目錄前言i第1章 超級電容概述21.1 超級電容簡介21.1.1 超級電容定義21.1.2 超級電容分類21.1.3 超級電容的特點31.1.4 超級電容的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.1.5 課題的研究的目的與意義4第2章 超級電容電壓檢測系統(tǒng)總體設(shè)計52.1 超級電容電壓檢測系統(tǒng)概述52.2 系統(tǒng)設(shè)計方案52.3 各個模塊中心器件的選擇62.3.1 單片機的選擇62.3.2 模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的選擇72.3.3 顯示器件的選擇82.3.4 16路模擬開關(guān)選擇92.3.5 max232通信

13、串口12第3章 硬件電路設(shè)計143.1 采樣電路設(shè)計143.2 分壓電路143.3 通道切換電路153.4 led顯示電路153.5 串行通信電路設(shè)計163.6 電源電路設(shè)計173.7 系統(tǒng)總原理圖17第4章 系統(tǒng)下位機程序設(shè)計184.1 下位機程序設(shè)計184.2 主程序設(shè)計184.3 各部分子程序設(shè)計194.3.1 a/d轉(zhuǎn)換子程序194.3.2 led顯示子程序204.3.3 串行通信子程序22第5章 系統(tǒng)上位機程序設(shè)計235.1 上位機程序設(shè)計概述235.2 上位機界面設(shè)計23結(jié)論25謝 辭26參考文獻27附錄28外文資料翻譯36洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）前言當今世界，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的

14、迅速發(fā)展和交通工具需求的增加，世界能源消耗速度急劇增加；而另一方面目前世界各國已經(jīng)探明的煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源剩余儲量及可開采年限十分有限。目前人類正面臨著前所未有的能源危機。中國人口眾多、經(jīng)濟發(fā)展迅速，對能源的需求大幅度上升，而相對匱乏的能源儲量已經(jīng)使得我國在能源安全方面存在著十分危險的潛在危機。新能源和節(jié)能技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)成為我國科技工作者的當務(wù)之急。電機作為動力系統(tǒng)必要的組成部分，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在許多場合下要求電機頻繁的啟動和制動，尤其是城市軌道交通中更加頻繁。電機在制動時由于慣性會伴隨著很大的機械動能。像目前國內(nèi)地鐵機車在制動時牽引電機產(chǎn)生的制動能量除了一定比例通過回饋到電網(wǎng)

15、被其他相鄰列車吸收利用外，剩余部分采用電阻能耗的方式消耗掉。這不僅浪費能量，而且也增加了站內(nèi)空調(diào)通風裝置的負擔，并使城市軌道建設(shè)費用和運行費用增加。如果能將電機制動能量回收再利用，將會帶來巨大的經(jīng)濟效益，而且有利于節(jié)約能源消耗，減少環(huán)境污染，將為我國建設(shè)節(jié)約型社會做出巨大貢獻。在上述特殊要求的推動下，超級電容器(電化學電容器)逐漸成為了人們的研究熱點，它在新型清潔能源，頻繁起動和制動的城市公交車和軌道交通等領(lǐng)域有著獨特的優(yōu)越性。它是一種電容器件但與常規(guī)電容器不同，其容量可達到法拉級甚至數(shù)萬法拉而且能在電極端電壓超過額定電壓的過充電狀態(tài)下不被擊穿。超級電容作為一種理想的新型能源器件，它在眾多的應(yīng)

16、用領(lǐng)域里彌補了常規(guī)儲能器件的單方面缺陷。除此外它還具有內(nèi)阻小、充電速度快、充放電效率高、循環(huán)壽命長、無污染等獨特的優(yōu)點。4第1章 超級電容概述1.1 超級電容簡介1.1.1 超級電容定義 超級電容器又稱超大容量電容器、金電容、黃金電容、儲能電容、法拉電容、電化學電容器或雙電層電容器(英文名稱為edlc，即electric double layer capacitors)，是靠極化電解液來存儲電能的新型電化學裝置。它是近十幾年隨著材料科學的突破而出現(xiàn)的新型功率型儲能元件，其批量生產(chǎn)不過幾年時間。 超級電容器自面市以來，全球需求量快速擴大，已成為化學電源領(lǐng)域內(nèi)新的產(chǎn)業(yè)亮點。超級電容器在汽車、鐵路、

17、電力、電子、通信、國防等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值和市場潛力，被世界各國所廣泛關(guān)注。1.1.2 超級電容分類目前，關(guān)于超級電容器的分類方法并未完全統(tǒng)一，有超級電容器(super capacitor)，超電容器(ultra capacitor)，電化學電容器(electrochemical capacitor)，超大容量電容器等名稱，也有的稱為雙電荷層電容器(electric doublelayer capacitor，edlc)或雙電層電容器(double layer capacitor，dlc)。有些稱謂從某種意義上說有些欠妥。目前較為合理的觀點是將超級電容容器分為雙電層電容器(electr

18、ic double layer capacitor，edlc)和電化學電容器(electrochemical capacitor)兩大類。其中，雙電層電容器以活性碳等多孔介質(zhì)為電極活性材料，充電時依靠在介質(zhì)表面吸附的電荷進行電能儲存，放電時釋放全部被吸附的電荷v1。由于它的儲能、釋放過程類似物理電容，因此其放電時的功率輸出密度很大，一般超過1kwl，因此非常適合需要大功率應(yīng)用的場合。而法拉第準電容器是通過特殊的電化學過程儲能的峰1。最近又出現(xiàn)了分別采用電池材料和活性炭材料為兩極混合型超級電容器。1.1.3 超級電容的特點作為介于傳統(tǒng)物理電容器和電池之間的新型儲能系統(tǒng)，超級電容兼具前兩者的優(yōu)點，

19、逐步為各國科研工作者所關(guān)注。超級電容存儲的能量可達到靜電電容器的100倍以上，同時功率密度比電池高出10100倍。與靜電電容器相比其優(yōu)點是能量密度非常高，容量可達數(shù)千法拉，但是它的耐壓較低，受制于電解液的分解電壓；漏電較大；容量隨頻率顯著降低，所以可用作低頻容性元件使用。從發(fā)展趨勢看，超級電容主要是用來取代或部分取代電池。與電池相比，超級電容具有許多電池無法比擬的優(yōu)點：1非常高的功率密度。超級電容器的放電電流可以達到上百安培，在大電流的應(yīng)用場合，超級電容器可以更好的滿足功率的要求。2充放電速度快。超級電容器的一個充放電循環(huán)時間很短，遠遠低于蓄電池的充放電循環(huán)所需要的時間。這可以很好的滿足機車啟

20、動、制動時的時間要求。3使用壽命長。超級電容器的循環(huán)壽命可達10萬次以上，比蓄電池壽命高100倍以上。4工作溫度范圍寬。超級電容器可以在一45105的溫度范圍內(nèi)正常工作，遠遠優(yōu)于普通蓄電池的高溫和低溫性能。1.1.4 超級電容的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超級電容是一種新型的儲能元件，最早出現(xiàn)在20世紀60年代，是由美國標準石油公司(soc)開始進行商業(yè)性研究。70年代÷?芙目將超級電容用在了計算機上，1975年及隨后的幾年，nec公司研究了基于h在pt上的欠電位沉積，ru02的氧化還原反應(yīng)類型的超級電容，并稱之為super capacitors：1978年日本panasonicmatsus

21、hita公司將其產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)出第一代商用的超級電容，其能量與功率可作為電腦的輔助電源。1985年以來，日本的nectokin公司、松下公司生產(chǎn)的產(chǎn)品占領(lǐng)國際市場，超級電容由此得到了迅速的發(fā)展，進入商業(yè)化的應(yīng)用規(guī)模。二十世紀九十年代，由于電動汽車發(fā)展的迫切要求，超級電容的研究熱點進入到了大功率和大能量上。1991年，俄羅斯fecund公司和elit公司開發(fā)出可用于車輛起動的超級電容，其容量達到300f。1996年俄羅斯elytra公司研制出了采用純電容器作電源的電動汽車樣品，采用300個超級電容串聯(lián)，可載20人，充電一次可行駛12km，時速25kmht61。美國國防部和能源部非常重視超級電容的開

22、發(fā)和應(yīng)用，其中maxwell公司生產(chǎn)的power cache超級電容器，已由通用汽車公司allison transmission division組成并聯(lián)混合電源系統(tǒng)和串聯(lián)電源系統(tǒng)用在貨車和汽車上。1.1.5 課題的研究的目的與意義超級電容作為一種新型電荷儲能元件，具有大容量、大電流快速充放電、壽命長和無污染的優(yōu)異特性。但超級電容單體額定電壓很低，有機電解液雙電層超級電容器額定電壓只有25伏左右¨21，因此在實際應(yīng)用中一般由多個超級電容通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式組合構(gòu)成超級電容儲能模塊，以滿足儲能容量和電壓等級需要。然而受制造工藝影響，同一型號的超級電容單體之間的容量、等效并聯(lián)內(nèi)阻等參數(shù)各

23、不相同，并且各個參數(shù)隨著時間的推移會發(fā)生變化。這樣在大電流充放電的時候，當分壓高的電容已經(jīng)充滿時，分壓低的單體還處于未充滿狀態(tài)。經(jīng)過多次循環(huán)后，各個單體將處于相差很大的狀態(tài)。如不對超級電容進行實時檢測，在使用過程中將對整個組件的性能造成極大的影響。本課題的研究理論意義在于對超級電容的單體電壓檢測方案的設(shè)計，可以對超級電容電壓進行實時檢測，為后續(xù)的電壓均衡提供依據(jù)。另外對超級電容進行時域建模，有利于更好的理解超級電容各物理參數(shù)的特性，從而為更有效的應(yīng)用超級電容提供依據(jù)。本課題的研究將為超級電容在能量回收系統(tǒng)中的應(yīng)用提供有利支持，從而達到節(jié)約能源的目的。第2章 超級電容電壓檢測系統(tǒng)總體設(shè)計2.1

24、超級電容電壓檢測系統(tǒng)概述由于超級單體電壓很低，為獲得較高的電壓和容量，常常將其多節(jié)串聯(lián)和并聯(lián)起來。為方便裝配，一般將超級電容多節(jié)裝成一組(如上海奧威公司一般20節(jié)串聯(lián)裝成一箱)，組之間再進行串并聯(lián)。為了便于檢測，也將超級電容的電壓檢測電路進行模塊化設(shè)計。超級電容測試系統(tǒng)是對超級電容進行研究的基礎(chǔ)部分，系統(tǒng)的主要作用是采集與電容特性有關(guān)的狀態(tài)值，比如電壓、電流、溫度等，為接下來的研究工作提供詳細、可靠的數(shù)據(jù)。根據(jù)實際情況，本系統(tǒng)的設(shè)計要求如下：1、電壓采集16路參數(shù)采集通道，能采集超級電容系統(tǒng)的單個電容的電壓值及總電壓，電壓信號采集范圍05v2、數(shù)據(jù)顯示通過鍵盤，可查看任意一路通道采集到的參數(shù)值

25、并通過led數(shù)碼管顯示電壓值 3、串行通信能夠通過串行通信接口與上位機進行通信，將采集到的參數(shù)值發(fā)送至上位機處理2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案本設(shè)計研究的是如何實現(xiàn)對超級電容器充放電電壓的測試。因此，本文設(shè)計的基于單片機控制的超級電容測試系統(tǒng)，主要由單片機控制電路、采樣電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、鍵盤與顯示電路、串行通信電路等組成。這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。由于單片機的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出許多的應(yīng)用電路來。此方案的原理是模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的基準電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準電壓和被測電壓。模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓

26、輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，然后通過對單片機系統(tǒng)進行軟件編程，使單片機系統(tǒng)能按規(guī)定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。 圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖2.3 各個模塊中心器件的選擇2.3.1 單片機的選擇在這一設(shè)計中，我們涉及到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊單片機系統(tǒng)模塊，而目前單片機的種類是很繁多的，主要有主流的8位單片機和高性能的32位單片機，結(jié)合本設(shè)計各方面因素，8位單片機對于本設(shè)計已經(jīng)是綽綽有余了，但將用哪一種類8的單片機呢。在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的8單片機。 單片機

27、是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)，具有一個完整計算機所需要的大部分部件：cpu，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等。而目前常用的單片機的8位有51系列單片機，avr單片機，pic單片機。應(yīng)用最廣的8位單片機還是intel的51系列單片機。51系列單片機的特點是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴充其性能，使得芯片的運行速度變得更快，性價比更高。本設(shè)計中選用51系列的at89c52，它是低電壓、低功耗、高性能的cmos8位單片機，片內(nèi)含8kb的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和256b的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個i/o口線，3個16位定時

28、/計數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，并與mcs-51系列單片機兼容。在設(shè)計中，單片機起著連接硬件電路與程序運行及存儲數(shù)據(jù)的任務(wù)，一方面，它將a/d轉(zhuǎn)換器、顯示器和語音芯片等通過i/o口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來；另一方面，它將用戶下載的程序通過控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，從而實現(xiàn)冊電壓的功能。 下圖所示為89c51管腳排列圖: 圖2-2 at89c51引腳排列2.3.2 模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的選擇在本設(shè)計中，模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換模塊是一個重要的模塊，它關(guān)系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。所以，a/d芯片的選擇是設(shè)計過程中一個很重要的環(huán)節(jié)。1常用的a/d芯片簡介常用的a/d芯片有ad0809，ad0832

29、，tlc1864等幾種。ad0809是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，它是由一個8路的模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個a/d 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。些a/d轉(zhuǎn)換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。ad0832也是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。tlc1864是16位開關(guān)電容逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換，每個器件有四個控制輸入端，片選，輸入/輸出

30、時鐘以及地址輸入端。它可以從主機高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。綜合上述幾種a/d轉(zhuǎn)換芯片的特點，前兩種芯片的性能和精度都不如第三種芯片。在本設(shè)計中，我們的目標是設(shè)計高精度的電壓表，因此在此，我們選擇精度為16位的tlc1864芯片。ltc1864 - 采用 msop 封裝的微功率、16 位、250ksps 單通道和道adc特點,采用 msop 封裝的 16 位、250ksps adc,單 5v 電源 ,低電源電流：850a (典型值) ,自動停機功能可把電源電流減小至 2a (在 1ksps) ,真正

31、的差分輸入。2.3.3 顯示器件的選擇 本次設(shè)計中有顯示模塊，設(shè)計要求顯示最后電壓的數(shù)字值并且要精確到0.001v。1max7221 的功能特點 （1）10mhz 的串行接口； （2）bcd 譯碼/非譯碼模式選擇； （3）耗電僅150ua的省電模式（顯示關(guān)閉）； （4）數(shù)字和模擬雙重亮度控制； （5）spi、 qspi、 micro wire等多種串行接口； （6）顯示位數(shù)可方便地進行擴展. 2 max7221引腳介紹（見圖1） din腳,串行數(shù)據(jù)輸入端,數(shù)據(jù)存入內(nèi)部16位移位寄存器. dig0dig7腳,8位共陰極數(shù)碼管的控制輸入端，顯示關(guān)閉時輸出高電平. gnd 腳,接地端,4和9腳都要接

32、地. cs 腳,片選輸入端,當cs=0時,串行數(shù)據(jù)存入移位寄存器,當cs為上升沿時鎖存最后16位數(shù)據(jù). clk 腳,串行時鐘輸入端,最高頻率10mhz,在時鐘上升沿數(shù)據(jù)移位存入內(nèi)部移位寄存器，當時鐘下降沿時，數(shù)據(jù)由 d-out 輸出，clk 輸入僅當cs=0時有效. segasegg，segdp 腳,數(shù)碼管七段驅(qū)動和小數(shù)點驅(qū)動端,關(guān)閉顯示時各段驅(qū)動輸出為高電平.iset腳,連接到vdd的電阻連接端,用來模擬設(shè)定各段驅(qū)動電流. vdd腳,5v正電壓輸入端. d-out 腳,串行數(shù)據(jù)輸出端,數(shù)據(jù)由din輸入,經(jīng)16.5個時鐘延遲后由dout 引腳輸出,此引腳用來擴展max7221. 圖2-3 ma

33、x7221引腳圖2.3.4 16路模擬開關(guān)選擇為達到分壓的目的，必須選用多路開關(guān)，這里我選用cc4067-16選模擬開關(guān)。 cc4067是數(shù)字控制模擬開關(guān)，具有低導(dǎo)通阻抗，低截止漏電流和內(nèi)部地址譯碼的特征。另外，在整個輸入信號范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻保持相對穩(wěn)定。 cc4067 是 16 通道開關(guān)，有四個二進制輸入端 a0a3 和控制端 c，輸入的任意一個組合可選擇一路開關(guān)。c1 時，關(guān)閉所有的通道。 cc4067 提供了 24 引線多層陶瓷雙列直插（d） 、熔封陶瓷雙列直插（j） 、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c）4 種封裝形式。 1推薦工作條件： 電源電壓范圍3v15v 輸入電壓范圍0v5v

34、dd 工作溫度范圍 m 類55125 e類.4085 2極限值： 電源電壓0.5v18v 輸入電壓0.5vvdd+0.5v 輸入電流.±10ma 儲存溫度65150 3引出端符號： a0a3 地址端 c 控制端 i0/o0i15/o15 輸入/輸出通道 o/i 公共輸出/輸入端 vdd 正電源 vss 地 4 如下圖所示為cc4067管腳圖 圖2-4 cc4067管腳圖 5邏輯表達式： 表2-1 通道邏輯表達式(a) 表2-2 通道邏輯表達式(b) 由上述邏輯通道可以很容易判斷出所選的通道，及你要檢測的電壓。2.3.5 max232通信串口 max232產(chǎn)品是由德州儀器公司（ti）推

35、出的一款兼容rs232標準的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供tia/eia-232-f電平。 該器件符合tia/eia-232-f標準，每一個接收器將tia/eia-232-f電平轉(zhuǎn)換成5-v ttl/cmos電平。每一個發(fā)送器將ttl/cmos電平轉(zhuǎn)換成tia/eia-232-f電平。主要特點 1單5v電源工作；2linbicmostm工藝技術(shù)；3兩個驅(qū)動器及兩個接收器；4±30v輸入電平；5低電源電流：典型值是8ma

36、；6符合甚至優(yōu)于ansi標準 eia/tia-232-e及itu推薦標準v.28；7esd保護大于mil-std-883（方 法3015）標準的2000v；12洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 硬件電路設(shè)計3.1 采樣電路設(shè)計 本論文研究的超級電容系統(tǒng)共有16只單體電容串聯(lián)組成，為了全面的研究超級電容系統(tǒng)的特性，就需要對每只電容的狀態(tài)進行監(jiān)測，本系統(tǒng)對超級電容的監(jiān)測指標為電壓值，采用的方案是電阻分壓后由多路開關(guān)切換通道送入a/d轉(zhuǎn)換器。3.2 分壓電路 本系統(tǒng)的測試對象最高為16個單體超級電容串聯(lián)而成的超級電容組，由于單體超級電容電壓較低，一般在2.7v左右，故在測量單體電容的電壓時，設(shè)計采

37、用直接測量單體電容的電壓差，但是由于超級電容串聯(lián)后，電容兩端電位升高，故在送入a/d轉(zhuǎn)換器前對這個差分信號進行降壓，方案為對每一路信號分別降壓，即將每一路信號都送入降壓網(wǎng)絡(luò)，該降壓網(wǎng)絡(luò)由16組電阻組成，每組電阻由一個10k電阻和一個19k電阻串聯(lián)而成，輸入信號由每組電阻的兩端進入，降壓后的信號由兩個電阻中間輸出，輸入、輸出電壓信號比值為10。 具體電路如下： 圖3-1 分壓電路3.3 通道切換電路本設(shè)計中采用的a/d轉(zhuǎn)換器采樣速率非常快，而被測電壓值變化較慢為此，在分壓電路之后設(shè)計一個通道切換電路，可以讓16路采樣電路共用一片a/d轉(zhuǎn)換器，從而達到簡化設(shè)計，節(jié)約成本的目的。通道切換電路由一片c

38、d4067構(gòu)成16雙通道模擬開關(guān)，由單片機控制進行通道切換。具體電路圖3-1所示：3.4 led顯示電路在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要顯示的數(shù)據(jù)，采用1個一位8段數(shù)碼管（7seg-mpx8-cc-blue）顯示。為了簡化設(shè)計和節(jié)省端口，選擇串行接口靜態(tài)顯示方式。在本電路中，該8段led數(shù)碼管與顯示驅(qū)動芯片max7221相連，其a，b，c，d，e，f，g，dp管腳分別與max7221的a，b，c，d，e，f，g，dp管腳相連，而其位選信號分別與max7221的dig0，dig1，dig2，dig3，dig4，dig5，dig6，dig7管腳相連，由max7221控制led管的顯示。其電路圖如圖所示： 圖3

39、-2 顯示電路3.5 串行通信電路設(shè)計本系統(tǒng)中，at89c51與上位機通過rs-232c總線進行通信，由于單片機輸入/輸出電平為ttl電平，而上位機配置的是rs-232c標準串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此，要完成上位機與單片機的數(shù)據(jù)通信，必須進行電平轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在采用max232單芯片實現(xiàn)at89c51單片機與上位機的rs-232c標準接口通信電路。max232芯片是maxin公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的ic芯片，適用于各種eia-232c和v.28/v.29的通信接口。max232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5v電壓變換成為rs-232c輸出電平所需的±10

40、v電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5v電壓就可以了。具體電路實現(xiàn)如下： 圖3-3 串行通信電路3.6 電源電路設(shè)計電源電路采用220v交流輸入，經(jīng)變壓器降壓后再由整流橋轉(zhuǎn)換成直流電壓，經(jīng)過lm7805穩(wěn)壓器變成+5v電壓，電源電路設(shè)計有發(fā)光二極管指示燈，提示電路工作正常。具體電路實現(xiàn)如下： 圖3-4 電源電路3.7 系統(tǒng)總原理圖系統(tǒng)總原理圖由以上各部分組成，詳見附錄1。16第4章 系統(tǒng)下位機程序設(shè)計4.1 下位機程序設(shè)計在下位機的程序設(shè)計上，采用c語言進行程序設(shè)計，并采用模塊化的程序設(shè)計方法。c51是一種在mcs-51系列單片機是使用的特定的c語言，能對單片機的硬件資源進行

41、靈活、便捷地操作，具備匯編語言的功能，同時不失高級語言的可讀性好、可移植性好的優(yōu)點，可以方便調(diào)用成熟的庫函數(shù)（或程序模塊）等現(xiàn)有資源。采用模塊化的程序設(shè)計方法，有下述優(yōu)點：單個模塊結(jié)構(gòu)的程序功能單一，易于編寫、調(diào)試和修改；便于分工，從而可使多人同時進行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件開發(fā)進度；程序可讀性好，便于功能擴充和升級；對程序的修改可局部進行，其他部分可保持不變；對于使用頻繁的子程序可建立子程序庫，便于多個模塊調(diào)用；4.2 主程序設(shè)計系統(tǒng)上電復(fù)位后，要對系統(tǒng)各部分進行初始化，如i/o口、內(nèi)部定時器、中斷及外部器件的設(shè)定，之后調(diào)用a/d轉(zhuǎn)換子程序，依次采集各個單體電容的電壓值，送外部ram存

42、儲。系統(tǒng)主程序流程圖如圖所示： 圖4-1 主程序流程圖4.3 各部分子程序設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，設(shè)計了多個子程序，有系統(tǒng)初始化、a/d轉(zhuǎn)換、鍵盤掃描、led顯示、串行通信等。4.3.1 a/d轉(zhuǎn)換子程序數(shù)據(jù)采集子程序有通道控制、a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接收、標度轉(zhuǎn)換等操作，首先設(shè)置通道循環(huán)次數(shù)，再控制多路開關(guān)選通第一路通道，而后啟動a/d轉(zhuǎn)換，等待a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束后單片機通過spi總線接口完成數(shù)據(jù)接收，進行標度轉(zhuǎn)換后存入數(shù)組中a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下 圖4-2 a/d轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.3.2 led顯示子程序led顯示子程序要完成對采樣電壓值的顯示，根據(jù)鍵盤掃描得到的鍵值，選擇相應(yīng)通道

43、的數(shù)據(jù)顯示。顯示程序設(shè)計分兩步完成，第一步把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成bcd碼，第二步移位傳送數(shù)據(jù)至max7221，驅(qū)動led數(shù)碼管顯示。led顯示子程序流程圖如下： 圖4-3 led顯示子程序流程圖主程序流程圖4.3.3 串行通信子程序串行通信子程序主要完成單片機與上位機的通信，本設(shè)計中，當數(shù)據(jù)采集完成后調(diào)用串行通信子程序?qū)?shù)據(jù)發(fā)送至上位機進行下一步處理。當對超級電容組的采樣轉(zhuǎn)換結(jié)束后，檢測發(fā)送中斷標志位是否為1，若為1則表示上一段數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入發(fā)送寄存器，并啟動發(fā)送；而中斷標志位不為1時，則為誤操作，系統(tǒng)不做任何響應(yīng)。本系統(tǒng)中a/d轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為16位兩字節(jié)數(shù)據(jù)，故發(fā)送時要分兩

44、次發(fā)送，先發(fā)送低位字節(jié)數(shù)據(jù)，再發(fā)送高位字節(jié)數(shù)據(jù)。串行通信子程序流程圖如圖4.6所示。圖4-4 串行通信子程序流程圖21第5章 系統(tǒng)上位機程序設(shè)計5.1 上位機程序設(shè)計概述本次設(shè)計的上位機采用c語言進行編寫。c語言是microsoft公司推出的一款集成開發(fā)工具，它具有友好的可視化開發(fā)環(huán)境和豐富的應(yīng)用程序向?qū)Чδ?，大大降低了windows應(yīng)用程序開發(fā)的復(fù)雜性和難度。5.2 上位機界面設(shè)計上位機程序需要完成數(shù)據(jù)的初始化、發(fā)送、接收、處理等多項功能。為了便于測試，設(shè)計一可視化界面便于設(shè)計人員與下位機進行交互。其界面如圖5-1所示。圖5-1 上位機界面程序開始運行進入主界面，選擇參數(shù)配置模塊，對數(shù)據(jù)傳輸

45、接口進行初始化，即通信協(xié)議的確定，其中包括串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位等項目的設(shè)置。其具體實現(xiàn)流程如圖5-2所示。24結(jié)論 本文首先探討了超級電容的產(chǎn)生，發(fā)展以及特點，對超級電容測試系統(tǒng)進行了研究。基于at89c51設(shè)計的超級電容測試系統(tǒng)基本符合設(shè)計要求，采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)與多路模擬開關(guān)的設(shè)計方案，較全面的考慮了各種實際中的不良因素，在設(shè)計中所體現(xiàn)的設(shè)計思想，對以后的研究工作也具有一定的參考價值。本論文具體完成如下工作:1、完成了硬件電路的設(shè)計，其中有16組電壓分壓測量的設(shè)計、采樣電路的設(shè)計、a/d轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計、顯示電路設(shè)計、通信電路設(shè)計等計。2、完成了上位機與下位機程序設(shè)計，上位

46、機程序設(shè)計主要基于c語言,設(shè)計了一個窗口界面，能夠完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲等功能，下位機程序設(shè)計中詳細設(shè)計了a/d轉(zhuǎn)換程序、led顯示程序等關(guān)鍵子程序。3、在系統(tǒng)設(shè)計中，充分運用了模塊化設(shè)計的思想。硬件電路設(shè)計中，各部分相互獨立，降低了不必要的干擾。軟件設(shè)計中，對于每個子程序的設(shè)計都采用結(jié)構(gòu)化的方法，可讀性強，便于以后的修改完善。總的來說，本系統(tǒng)基本達到了預(yù)期的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測超級電容的目的，但仍有一些不足之處，如電容測試的通道數(shù)量較少，只有16組，而實際應(yīng)用中的超級電容組中單體電容數(shù)量均以數(shù)千計。在以后的研究工作中，這些方面都有待進一步深入探討。洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計論文謝 辭 四年的大學學習

47、和生活也即經(jīng)過兩個多月來的資料收集、分析、整理草圖創(chuàng)意、方案修改、仿真、確定、設(shè)計論述的撰寫，到現(xiàn)在基本上完成了所有畢業(yè)設(shè)計的項目這個漫長的過程，當然是辛苦的，不過，從個人角度來說，這個更是我大學本科四年一次對自己專業(yè)能力的總結(jié)和升華，當我看到自己所設(shè)計的模型制作出來的時候那種震撼，真的感慨萬千一句話，做設(shè)計很開心！首先我要感謝我的指導(dǎo)老師張偉民老師，感謝他在論文寫作過程中給予我的指導(dǎo)和幫助。從論文的擬題、方案、設(shè)計等方面張老師始終為我們指引設(shè)計方向，使我們能在預(yù)期的時間內(nèi)完成。在此，衷心感謝張老師的悉心指導(dǎo)，祝愿張老師身體健康、工作順利！感謝我的室友們，四年了，仿佛就在昨天。四年里，我們沒有

48、紅過臉，沒有吵過嘴，我們是最和睦的模范宿舍！只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。另外，我還要感謝和我一同完成畢業(yè)設(shè)計的李紅松，朱衛(wèi)云，黃鵬同學，在課題的設(shè)計寫作過程中，我們共同解決了許多難題，從中我受益良多。最后，我要感謝我的親人，感謝父母偉大的愛，鼓舞著我向人生的一個個目標奮勇前進，我的成績永遠都有他們的功勞。25參考文獻 1李朝青.單片機原理及接口技術(shù).第3版.北京：北京航空航天大學出版社，2006.122劉坤，高征，晁陽.protel 99 se電路設(shè)計實例教程. 北京：清華大學出版社，2008.53譚浩強.c程序設(shè)計.第三版.北京：清華大學出版

49、社，20054潘新民，王燕芳.微型計算機控制技術(shù)實用教程.北京：電子工業(yè)出版社，2006.15杜樹春.單片機c語言和匯編語言混合編程實踐.北京：北京航空航天大學出版社，2008.36萬福君，潘松峰，劉芳 等.mcs-51單片機原理、系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用.北京：清華大學出版社，2008.67周韌研，商斌.visual c+串口通信開發(fā)入門與編程實踐.北京：電子工業(yè)出版社，2009.48施昌權(quán).新手學visual c+.北京：北京希望電子出版社，20109陳廣贊.基于單片機控制的恒流源測試系統(tǒng)：碩士學位論文.大連理工大學10徐文兵.超級電容能量監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計：碩士學位論文.上海交通大學11白鑫.超

50、級電容器恒功率測試系統(tǒng)的研究：碩士學位論文. 大連理工大學12王新運.太陽能電動車超級電容充放電系統(tǒng)的研究與開發(fā)：碩士學位論文.華南理工大學13石曉寧.串聯(lián)超級電容組參數(shù)測試及均衡技術(shù)研究：碩士學位論文.哈爾濱工業(yè)大學14那偉.動力電池組分布式監(jiān)測系統(tǒng)的研究：碩士學位論文. 哈爾濱工業(yè)大學59附錄 電路總電路圖仿真圖如下所示 設(shè)計源程序如下所示：分壓程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit key1=p36;sbit k

51、ey2=p37;sbit a0=p10;sbit a1=p11;sbit a2=p12;sbit a3=p13;sbit ce=p34;uint counter=0;void delay_ms(uint n) /延時程序uchar i;while(n-)for(i=0;i<100;i+);void keyscan() /多路選擇程序if (key1=1) /counter+; if(counter>=16)counter=0; while(!key1); switch(counter) case 0:ce=0;p1=0xff;break; case 1:ce=0;p1=0xfe;break; case 2:ce=0;p1