太阳能计算器的设计与研究
太阳能计算器的设计与研究[20191223155956]
摘 要
太阳能计算器的设计由太阳能电池作为电源，光照强度的强弱决定决定太阳能电池的工作效率。所以，如何让太阳能电池安全稳定的作为硬件系统的电源是本论文研究讨论的重点之一。
太阳能计算器硬件电路系统主要分为三个模块，分别为键盘扫描输入、数据运算和输出显示，各自使用了4*4矩阵键盘判断按键，AT89S52单片机对输入值进行存储和运算，数码管LCD1602现实操作过程和结果。所以本论文着重研究这三者之间的联系和各自的工作原理，使太阳能计算器能协调完成键盘扫描输入、数据运算和输出显示三个模块的工作。
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关键字:太阳能计算器单片机
目 录
1. 引言 1
1.1 太阳能计算器产业现况 1
1.2 太阳能计算器的研究目的和意义 1
1.3 研究思路和技术方法 2
2. 太阳能计算器总体设计方案 3
2.1 太阳能计算器的供电 3
2.2 单片机的管脚及其特点 4
2.3 LED的显示原理 6
2.4 本章小结 6
3. 太阳能供电系统 7
3.1 太阳能电池的研究与选用 7
3.2 太阳能电池的原理与特性的研究 8
3.3 蓄电池的工作原理及特性的研究 10
3.4 本章小结 11
4. 计算器电路的模块分析与设计 12
4.1 系统的硬件设计 12
4.2 键盘扫描模块设计 12
4.3 显示模块的设计 14
4.4 本章小结 16
5. 实物设计与扩展 17
5.1 硬件连接电路模拟 17
5.2 实物连接电路 18
5.3 系统功能的拓展 20
5.4 本章小结 20
结束语 21
参考文献 22
致谢 23
1. 引言
1.1 太阳能计算器产业现况
太阳能使用的成长经历与煤、石油等是完全不相同，太阳能在人们的认识中差别大，发展的时 间长。这就说 明开放使用太阳能的难度很大，在短时间内想要实 现大规模的使用是非常困难的；另一方面也说明矿物能源供 应和战争等客观因素会影响太阳能的开发和使用，太阳能发展的道 路漫长且艰难。但总的来看在20世纪太 阳能方面所取得的科技发展比之前任何一个世纪都要快的多。
在现 今社会，太阳能用于各 个方面，太阳能计算器就是其 中应用比较广泛的一类。计算器是能够拿在手上进行简单的数学运算的机械，含有集成电 路芯片，结构较为简单，功能也比较弱，但是因为它简单的操作和低廉的价格，广泛应用在大多数的商业交易中，也是一个必要的办公用品。随着社会的进步和科学的发展，人们在生产作业中发现，有很多时候数据的采集、运算和控制所在的环境都会非常恶劣，在这时候如果使用太阳能计算器就能对工作起到很大用处，所以单片机的应 用渐渐走进生活，用单片机来设计一 些电子也变得更加容易。
太阳能计算器的设计不 仅需要硬件的组成，更需要C语言编 写计算程序。C语言拥有高级语 言和汇 编语言的两种语言的特点。它可以设 计系统语言，可以用于设计应用程序语言。因此，它被广泛运用。C语言应用在许多的方面，C语言在各种的科研项目中也被广泛应用。
1.2 太阳能计算器的研究目的和意义
太阳能计算器的设计，是用太阳能电池为电源为硬件电路提供电能。根据太阳光的照射强度不同，太阳能电池的供电量也不同，所以，怎样确定太阳能电池在工作时的实际条件以及太阳能电池工作时的最大功率是本设计的研究重心，在经过许多选择之后，稳压电路不仅使整个电路更为简单，而且还确保输出的功率是最大输出功率。
此次设计意义是将太阳能计算器的各个复杂的步骤归纳为三个模块进行研究，并通过将这些模块简化制作一个简易的太阳能计算器。
1.3 研究思路和技术方法
太阳能计算器实现的功 能是两个数字通过单片机中烧录的程 序进行运算，并在LED上显示运 算得到的结果，这个系统利用太阳能电 池作为电源，当太阳光照射在太阳能电池板上时，太阳能电池板产生直流电。
在供电的系 统中，太阳能电池所产生的电流一般为不稳定的，无法稳定为负载供电，为了使电路中的电流稳定，就需要在电路中接入一个稳压器，对电流进行DC-DC稳压处理。
计算器主要构成部分有运 算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源等设 备。另外，需要研究单片 机和数码管等元器件，分别了解并选 择合适的元器件，从而使键 盘扫描、数据运算、数码管显示等步 骤得以实现。
2. 太阳能计算器总体设计方案
太阳能计算器主要由太阳能板的供电部分、DC-DC稳压系统、AT89S51单片机和液晶显示器组成。太阳能电池板通过太阳光的照射，产生直流电源，因为存在太阳光照射角度、照射强度等客观因素，太阳能电池板所生成的电流变化范围也较大，所以需要在电路中置入一个可以稳定电流的元件，运用DC-DC稳压器将太阳能电池板产生的电压稳定成计算器运作所需要的电压；当整个系统处于工作的状态时，输入想要算的数字和运算符号，通过单片机的运算，在液晶显示屏幕显示出运算得出的结果。系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统设计框图
2.1 太阳能计算器的供电
太阳能计算的电源模块是由太阳能电池和DC-DC稳压电路组成，其中DC-DC稳压电路尤为重要，它能保证太阳能电池向计算器系统提供稳定的电能。该计算器系统运作时需要有5V左右的电压，在本设计中使用的是太阳能电池，太阳能电池容易受到外界因素的影响，当光照强度和温度等自然因素发生变化时，太阳能电池板产生的电流也会发生变化，因此需要在电路中接入一个DC-DC稳压器使共给负载的电流为稳定电流。
基于DC-DC稳压电路的太阳能计算器的工作流程为：太阳光照射在太阳能电池板上，产生的不稳定电流通过DC-DC稳压器，输出稳定的电流，负载计算器在稳定电流中正常运作。
2.2 单片机的管脚及其特点
太阳能计算器的主控制模块就是这个计算器的“头脑”AT89S52单片机。这块单片机由存储器RAM，ROM，CPU以及输入和输 出接口电路等集成。单片机管脚如 图2-3所示。
图2-2 AT89S52引脚图
表2-4 P3功能表
在flash编 程和校验时，P3口也接 收一些控制信号。
另外，P3口还接 收部分控制信号用于程序校 验和FLASH闪存编 程。
2.3 LED的显示原理
LED点阵显示器，也被称为LED矩阵板，具有亮度高、发光均匀、可靠性高、接线简单、拼装方便等优点。所以它被广泛的用在各种电子设备，得到了较好的效果和成效。它是按照行和列的次序将发光二极管为像素来排列形成的显示器件，使用的方式为逐行或逐列扫描，由峰值较大的窄脉冲驱动，以从上而下的方式同时向各列送出图形或文字。LED点阵显示器如图2-5所示。
图2-5 LED点阵显示器
2.4 本章小结
本章主要对太阳能计算的四个主要组成部分进行了研究和分析，因为太阳能计算器所使用的太阳能供电容易受到外界等客观因素的影响，所以设计了变换供电控制系统，使用DC-DC变换电路使得太阳能电池所输出的电压能够稳定为计算器的运作供电。另外本章还研究了单片机和LED显示屏的构造与工作原理，通过对这些元件的研究与了解，为之后的
设计打好了扎实的基础。
3. 太阳能供电系统
在这个设计中的供 电体系是使用太阳能电池和蓄电池提供电能，所以太阳能电池的性能可以决定太阳能计算器的使 用寿命和计算器性能的好坏，而蓄电池可以让负载在没有太阳光的环境中工作。因此本章会着重了 解和研究太阳能电池和蓄电池的特 性和工作原理。
3.1 太阳能电池的研究与选用
太阳能电池可 以按照 使用的材料、太阳能电 池的使用方法等不 同方面进行分类。按照材料的不同太阳能电池的类型一般 分成硅半导体太 阳能电池、化合物半导 体太阳能 电池和有机半 导体太阳能电池等。
（1）单晶硅太阳能电池
单晶硅受人关注的原因是单晶硅电池具有较高的转换效率。单晶硅太阳能电池虽然拥有光电转换的效率高和稳定性较强的特点，但却有着成本过高的缺点，所以限制了它在工作中的使用，而代替之使用范围较广的是多晶硅太 阳能电池和薄膜太阳能电池。
（2）多晶硅太阳能电池
多晶硅和单晶硅太阳能电池都是由硅和硼元素构成的，两者的不同是因为原子排列的不同。主要加工过程确定顺序，以火注塑生产多晶硅，直接对硅材料在熔化坩埚的塑造，和硅是由西门子提拉法修正，直拉式原子结构重组。多晶硅太阳 能电池的光电转换效率在12％左右，比单晶硅太阳能电池的发电效率来得低。
摘 要
太阳能计算器的设计由太阳能电池作为电源，光照强度的强弱决定决定太阳能电池的工作效率。所以，如何让太阳能电池安全稳定的作为硬件系统的电源是本论文研究讨论的重点之一。
太阳能计算器硬件电路系统主要分为三个模块，分别为键盘扫描输入、数据运算和输出显示，各自使用了4*4矩阵键盘判断按键，AT89S52单片机对输入值进行存储和运算，数码管LCD1602现实操作过程和结果。所以本论文着重研究这三者之间的联系和各自的工作原理，使太阳能计算器能协调完成键盘扫描输入、数据运算和输出显示三个模块的工作。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能计算器单片机
目 录
1. 引言 1
1.1 太阳能计算器产业现况 1
1.2 太阳能计算器的研究目的和意义 1
1.3 研究思路和技术方法 2
2. 太阳能计算器总体设计方案 3
2.1 太阳能计算器的供电 3
2.2 单片机的管脚及其特点 4
2.3 LED的显示原理 6
2.4 本章小结 6
3. 太阳能供电系统 7
3.1 太阳能电池的研究与选用 7
3.2 太阳能电池的原理与特性的研究 8
3.3 蓄电池的工作原理及特性的研究 10
3.4 本章小结 11
4. 计算器电路的模块分析与设计 12
4.1 系统的硬件设计 12
4.2 键盘扫描模块设计 12
4.3 显示模块的设计 14
4.4 本章小结 16
5. 实物设计与扩展 17
5.1 硬件连接电路模拟 17
5.2 实物连接电路 18
5.3 系统功能的拓展 20
5.4 本章小结 20
结束语 21
参考文献 22
致谢 23
1. 引言
1.1 太阳能计算器产业现况
太阳能使用的成长经历与煤、石油等是完全不相同，太阳能在人们的认识中差别大，发展的时 间长。这就说 明开放使用太阳能的难度很大，在短时间内想要实 现大规模的使用是非常困难的；另一方面也说明矿物能源供 应和战争等客观因素会影响太阳能的开发和使用，太阳能发展的道 路漫长且艰难。但总的来看在20世纪太 阳能方面所取得的科技发展比之前任何一个世纪都要快的多。
在现 今社会，太阳能用于各 个方面，太阳能计算器就是其 中应用比较广泛的一类。计算器是能够拿在手上进行简单的数学运算的机械，含有集成电 路芯片，结构较为简单，功能也比较弱，但是因为它简单的操作和低廉的价格，广泛应用在大多数的商业交易中，也是一个必要的办公用品。随着社会的进步和科学的发展，人们在生产作业中发现，有很多时候数据的采集、运算和控制所在的环境都会非常恶劣，在这时候如果使用太阳能计算器就能对工作起到很大用处，所以单片机的应 用渐渐走进生活，用单片机来设计一 些电子也变得更加容易。
太阳能计算器的设计不 仅需要硬件的组成，更需要C语言编 写计算程序。C语言拥有高级语 言和汇 编语言的两种语言的特点。它可以设 计系统语言，可以用于设计应用程序语言。因此，它被广泛运用。C语言应用在许多的方面，C语言在各种的科研项目中也被广泛应用。
1.2 太阳能计算器的研究目的和意义
太阳能计算器的设计，是用太阳能电池为电源为硬件电路提供电能。根据太阳光的照射强度不同，太阳能电池的供电量也不同，所以，怎样确定太阳能电池在工作时的实际条件以及太阳能电池工作时的最大功率是本设计的研究重心，在经过许多选择之后，稳压电路不仅使整个电路更为简单，而且还确保输出的功率是最大输出功率。
此次设计意义是将太阳能计算器的各个复杂的步骤归纳为三个模块进行研究，并通过将这些模块简化制作一个简易的太阳能计算器。
1.3 研究思路和技术方法
太阳能计算器实现的功 能是两个数字通过单片机中烧录的程 序进行运算，并在LED上显示运 算得到的结果，这个系统利用太阳能电 池作为电源，当太阳光照射在太阳能电池板上时，太阳能电池板产生直流电。
在供电的系 统中，太阳能电池所产生的电流一般为不稳定的，无法稳定为负载供电，为了使电路中的电流稳定，就需要在电路中接入一个稳压器，对电流进行DC-DC稳压处理。
计算器主要构成部分有运 算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源等设 备。另外，需要研究单片 机和数码管等元器件，分别了解并选 择合适的元器件，从而使键 盘扫描、数据运算、数码管显示等步 骤得以实现。
2. 太阳能计算器总体设计方案
太阳能计算器主要由太阳能板的供电部分、DC-DC稳压系统、AT89S51单片机和液晶显示器组成。太阳能电池板通过太阳光的照射，产生直流电源，因为存在太阳光照射角度、照射强度等客观因素，太阳能电池板所生成的电流变化范围也较大，所以需要在电路中置入一个可以稳定电流的元件，运用DC-DC稳压器将太阳能电池板产生的电压稳定成计算器运作所需要的电压；当整个系统处于工作的状态时，输入想要算的数字和运算符号，通过单片机的运算，在液晶显示屏幕显示出运算得出的结果。系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统设计框图
2.1 太阳能计算器的供电
太阳能计算的电源模块是由太阳能电池和DC-DC稳压电路组成，其中DC-DC稳压电路尤为重要，它能保证太阳能电池向计算器系统提供稳定的电能。该计算器系统运作时需要有5V左右的电压，在本设计中使用的是太阳能电池，太阳能电池容易受到外界因素的影响，当光照强度和温度等自然因素发生变化时，太阳能电池板产生的电流也会发生变化，因此需要在电路中接入一个DC-DC稳压器使共给负载的电流为稳定电流。
基于DC-DC稳压电路的太阳能计算器的工作流程为：太阳光照射在太阳能电池板上，产生的不稳定电流通过DC-DC稳压器，输出稳定的电流，负载计算器在稳定电流中正常运作。
2.2 单片机的管脚及其特点
太阳能计算器的主控制模块就是这个计算器的“头脑”AT89S52单片机。这块单片机由存储器RAM，ROM，CPU以及输入和输 出接口电路等集成。单片机管脚如 图2-3所示。
图2-2 AT89S52引脚图
表2-4 P3功能表
在flash编 程和校验时，P3口也接 收一些控制信号。
另外，P3口还接 收部分控制信号用于程序校 验和FLASH闪存编 程。
2.3 LED的显示原理
LED点阵显示器，也被称为LED矩阵板，具有亮度高、发光均匀、可靠性高、接线简单、拼装方便等优点。所以它被广泛的用在各种电子设备，得到了较好的效果和成效。它是按照行和列的次序将发光二极管为像素来排列形成的显示器件，使用的方式为逐行或逐列扫描，由峰值较大的窄脉冲驱动，以从上而下的方式同时向各列送出图形或文字。LED点阵显示器如图2-5所示。
图2-5 LED点阵显示器
2.4 本章小结
本章主要对太阳能计算的四个主要组成部分进行了研究和分析，因为太阳能计算器所使用的太阳能供电容易受到外界等客观因素的影响，所以设计了变换供电控制系统，使用DC-DC变换电路使得太阳能电池所输出的电压能够稳定为计算器的运作供电。另外本章还研究了单片机和LED显示屏的构造与工作原理，通过对这些元件的研究与了解，为之后的
设计打好了扎实的基础。
3. 太阳能供电系统
在这个设计中的供 电体系是使用太阳能电池和蓄电池提供电能，所以太阳能电池的性能可以决定太阳能计算器的使 用寿命和计算器性能的好坏，而蓄电池可以让负载在没有太阳光的环境中工作。因此本章会着重了 解和研究太阳能电池和蓄电池的特 性和工作原理。
3.1 太阳能电池的研究与选用
太阳能电池可 以按照 使用的材料、太阳能电 池的使用方法等不 同方面进行分类。按照材料的不同太阳能电池的类型一般 分成硅半导体太 阳能电池、化合物半导 体太阳能 电池和有机半 导体太阳能电池等。
（1）单晶硅太阳能电池
单晶硅受人关注的原因是单晶硅电池具有较高的转换效率。单晶硅太阳能电池虽然拥有光电转换的效率高和稳定性较强的特点，但却有着成本过高的缺点，所以限制了它在工作中的使用，而代替之使用范围较广的是多晶硅太 阳能电池和薄膜太阳能电池。
（2）多晶硅太阳能电池
多晶硅和单晶硅太阳能电池都是由硅和硼元素构成的，两者的不同是因为原子排列的不同。主要加工过程确定顺序，以火注塑生产多晶硅，直接对硅材料在熔化坩埚的塑造，和硅是由西门子提拉法修正，直拉式原子结构重组。多晶硅太阳 能电池的光电转换效率在12％左右，比单晶硅太阳能电池的发电效率来得低。
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