电池巡检保护

摘 要

近年来，蓄电池在民用和工业生产中应用越来越广泛。为保障系统持续稳定运行，研究与设计高效廉价、准确方便和快捷实用的蓄电池检测装置十分必要。而蓄电池单体电压较低，很少以其自然形态直接使用，大多采用串联或串并联组合的方式，同时，蓄电池的电量随工作时间的延长会逐渐衰竭，很难保证组合中每个单体蓄电池工作特性一致。电池巡检仪是备用电源的检测装置，主要的功能是对单体电池的电压、温度、容量等参数进行检测，提供充电控制以及故障报警等功能，从而可以合理地控制电池，延长电池使用寿命，提高系统的可靠性。

本文详细介绍了电池巡检仪的设计。电路主要包括电压采集，温度采集，数模转换，单片机控制，显示部分，报警电路六个部分。这篇文章对各个部分电路的原理和功能做了详细的描述，并对各元器件的功能，电路设计的思路做了简要介绍。该设计能快速，准确的检测电池的电压，温度参数。通过单片机的控制，对电池使用时产生的异常情况报警，提示工作人员采取相应措施。

关键词：温度电压检测；报警；参数显示；单片机；自动控制

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Abstract

Abstract

Recent years, the usage of storage battery is more and more widely in civilian and industry. In order to ensure the system to sustained and stable operation, it’s very necessary to research and design a battery testing device which is high-performance, low-cost, convenient, fast and accurate practical. However, the monomer voltage of storage battery is low, it mostly used series or series-parallel combination, seldom used directly in its nature modality. And the battery power will gradually failure with the extension of working hours and the increasing of time, it’s difficult to ensure the consistent of operating characteristic that every single battery in portfolio. Cell inspector is a detection device for backup power, its primary functions are inspect voltage, temperature and volume of monomer battery, provide charge control, alarm breakdown and so on. Then it can control battery reasonably, extend battery life and improve the reliability of the system.

The design of cell inspector is introduced explicitly. The electro circuit mainly contains voltage collection, temperature collection, digital analog conversion, SCM control, display section, and alarm circuit. Each parts’ principles and functions were described detailed in the paper, functions of components and the train of thought of the designs of circuit were briefly recommended. The design can check the voltage of battery rapidly and accurately. Alarm when the battery anomalies happened through the control of SCM, then prompt staff to take appropriate measures to solve those problems.

Keywords: temperature and voltage inspect; alarm; parameter display; SCM; Auto control

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目 录

目 录

摘 要 ................................................................... I Abstract ................................................................ II

1绪 论 .................................................................. 1

1.1 课题研究的目的和意义 .............................................. 1 1.2 电池巡检仪研究背景和发展趋势 ...................................... 1 1.3课题主要研究内容 .................................................. 2 1.4 本章小结 .......................................................... 2 2 设计方案 ........................................................................ 3

2.1设计原理 .......................................................... 3 2.2 设计思路 .......................................................... 3 2.3本章小结 .......................................................... 4 3硬件电路设计 ............................................................ 5

3.1温度采集模块 ...................................................... 5

3.1.1 温度传感器AD590 ............................................ 5 3.1.2 运算放大器LM324 ............................................. 7 3.1.3 温度采集模块电路图 .......................................... 8 3.2电压采集模块 ...................................................... 8

3.2.1 光耦TIL300 .................................................. 9 3.2.2 电压采集模块电路图 ......................................... 12 3.3模数转换模块 ..................................................... 12

3.3.1 ADC0809

................................................ 13

3.3.2数模转换部分电路图 .......................................... 17 3.4 控制电路部分 ..................................................... 18

3.4.1 单片机8051 ................................................. 18 3.4.2 锁存器74LS373 .............................................. 22 3.4.3 D触发器74LS74 ............................................. 25 3.4.4单片机及地址存储器扩展电路图 ................................ 27 3.5 显示电路部分 ..................................................... 28

3.5.1 128 液晶显示 ............................................. 28

目 录

3.5.2显示部分电路图 .............................................. 33 3.6 报警电路部分 ..................................................... 34

3.6.1报警电路原理 ................................................ 34 3.6.2 报警部分电路图 ............................................. 34 3.7制作PCB .......................................................... 35

3.7.1 检查原理图 ................................................. 36 3.7.2 创建网路表 ................................................. 36 3.7.3 导入PCB .................................................... 36 3.7.4 排版 ....................................................... 36 3.7.5 布线 ....................................................... 36

3.8 本章小结 ............................................................ 36 结 论 .......................................................................... 38 致 谢 .......................................................................... 38 参考文献 ................................................................ 39 附 录 ................................................................ 40

附录1 AD转换电路程序框图 报警电路程序框图 ........................ 40 附录2 器件清单 ...................................................... 44 附录3 图索引 ........................................................ 44 附录4表索引 ......................................................... 44

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1绪 论

1．1 课题研究的目的和意义

随着工业的高速发展，工业蓄电池的在工业生产，控制等坏境中占有越来越重要的地位。蓄电池的寿命和性能，已经成为大多数对蓄电池有依赖的电子，电气，通信类等其它行业可靠工作的瓶颈。个别的蓄电池的失效和落后会让让整个系统瘫痪，造成难以估算的损失。而保证工业蓄电池的正常安全使用的就是电池巡检仪。它不仅能快速准确的对电池使用时的参数是时时监控，保证单体电池的电压不会过低，温度不会过高。一旦发现异常情况，将马上报警提示工作人员采取相应措施，或者可以通过自动控制的方式让电池停止供电，以免意外情况发生。

本设计旨在设计出高效准确的电池巡检仪，保证蓄电池的正常使用，通过单片机的自动控制和软件编程的报警方法，让电池巡检仪可以达到自动控制和智能报警。对各个单体电池的电压，温度时时检测。保证所有单体电池能够正常使用，一旦不符合要求，欠电压或者温度过高都能及时发现。

1.2 电池巡检仪研究背景和发展趋势

工业蓄电池在工业供电的各个场所都会使用到，在电子电力等微电子行业也同样需要小额电池供电。而保证蓄电池的正常使用和安全运行。电池巡检仪的作用也越来越受到人们的关注。怎么才能提供一个高效，准确，快速应急，自动控制的电池巡检仪成为该行业的主要研究方向。

因为不间断电源用的电池较多，根据以往多是电池故障而影响整个系统崩溃的教训，在电池组增加了电池巡检仪来检测每节电池的电压、内阻、放电电流及环境温度，这类巡检仪最多能检测128节电池。另外，为了保持充电及放电时每节电池的电压保持一致。现在国内一些公司自主研发了电池平衡管理器。这样能保持充电放电时电池的一致性，可把落后的电池挑出来，及早发现问题。同时有些公司在电路中加入了输出隔离变压器及LC滤波器。

另外，为了保持充电及放电时每节电池的电压保持一致,某些公司自主研发了电池平衡管理器。这样能保持充电放电时电池的一致性，可把落后的电池挑出来，及早发现问题。

随着蓄电池的使用越来也复杂，对电池巡检仪的检测灵敏度，快速自动应急反应要求也越来越高，而使用多节电池产生的电气耦合随着电池使用集成的复杂度越高变得更

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难以消除。这也将成为以后电池巡检仪的主要研究方向。总之，电池巡检仪虽然主要原理简单，但随着现代工业用电和其他微电子行业用电的要求越来越高，研究出更经济，反应更快，电气隔离更好的电池巡检仪已经变得越来越重要和更具有现实意义。

1.3课题主要研究内容

在该课题中，我们主要研究的是针对变电所内的直流屏所配用的电池时时进行监护。包括电池组的电压，电流，温度和环境温度。采用合适的单片机实现检测数据和报警提示的自动控制，并用液晶显示器对各参数时时显示。让工作人员能够直观快速的了解到电池的运行情况。而一旦有参数超过设定值或者电压有不稳定现象出现，就会马上报警提示，让工作人员采取相应的应急措施。以免发生事故和危害。

1.4 本章小结

根据上面的介绍，我们已经对电池巡检仪的使用现状和其在工业中的重要性有了比较简要的了解。总之，电池巡检仪在现代工业中占有举足轻重的地位。它使用广泛；作用关键，是现代工业电池正常工作的必要检测仪器。它发展前景广阔，已经被越来越多的人认识到它的重要性。该设计只是研究了自动检测显示和报警功能，在高要求的电气隔离上还有待改进。我希望电池巡检仪的发展能够朝着更精细，更能适合工业供电电池的需求的方向发展。

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2 设计方案

2.1设计原理

在该设计中，我们采用8051单片机作为整个电路的控制电路部分。模数转换器ADC0809的输出通道提供采样温度，单体电压，总电压经过模数转换后的数字信号送入单片机。单片机控制外接显示器128和越限报警电路。通过单片机的自动控制，128显示器时时显示各个参数值，而一旦某个参数超过正常值，则会由报警电路红灯闪烁提醒。在温度采样部分，我们采用的是AD590温度传感器，它测量温度范围合适，温度电压换算公式简单，温度测量快速准确。在电压检测部分，我们主要是利用了LM324运放和TIL300电气隔离器，其都能很好的满足设计要求。在模数转换部分，我们采用了常用的ADC0809。采用128显示器不但功能强大，而且液晶显示更能直观准确的显示各个参数值。报警电路部分采用了上下限越限报警的电路思维。另外，为了能够满足单片机地址存储器的使用，我们对单片机的地址存储器进行了扩展。下面，我将详细介绍各个模块的主要元器件和电路设计原理。

2.2 设计思路

该设计分为检测，数模转换，单片机控制，报警显示四大部分。检测主要是对电池的温度，电压检测，然后将检测到的参数值经过放大和电气隔离消除误差后的模拟信号送入模数转换部分。通过模数转换部分将模拟信号转化成数字信号送入单片机控制芯片。通过单片机编程控制方式对数字信号显示。报警电路通过软件编程的方式实现，主要思路是设定参数上下限，然后对比参数，参数越限，启动报警。

图2-1设计思路框图

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开始初始化采集模拟量输入起动A/D转换LCD显示单电压超上限否单电压超下限否总电压超上限否总电压超下限否温度超上限否是是报是警是是 图2-2总设计框图 2.3本章小结 本章详细的介绍了总的设计思路和设计方案。该设计主要包括信号检测，模数转换，单片机控制，报警显示。基本思路是将温度和电压经过过滤放大后送入AD转换器。然后通过AD转换器将其送入单片机处理，通过软件编程的方式实现报警。并对各个参数用液晶显示器显示出来。

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3硬件电路设计

该部分工作是整个设计工作的重中之重。硬件电路设计部分是实现设计电气功能的关键部分。在该设计中，主要包括信号检测；模数转换；单片机控制；显示报警电路等部分。各个部分都必须实现相应的电气设计功能，最后完成整个设计的电路图。下面，我将重点介绍整个电路中各个重要的电路模块。

3.1温度采集模块

温度采集模块采用AD590温度传感器采集温度信号，另外该电路中还包括温度过滤放大，然后把处理过的信号送入AD0809模数转换。主要部件是AD590和LM324运算放大器。现先介绍各器件的主要功能，然后介绍该模块电路的原理并附上原理图。

3.1.1 温度传感器AD590

3.1.1.1 AD590介绍及特性

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： (1)流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： mA/K

式中： —流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T—热力学温度，单位为K。

(2)AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

(3)AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

(4)输出电阻为710MW。

(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

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3.1.1.2 AD590的应用电路

图3-1 AD590封装和基本应有图

图3-1（a）是AD590的封装形式，图3-1（b）是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，

整电位器R2，使VO=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

AD590实际应用电路：

图3-2 AD590实际应有电路

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(1) AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度）,因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来,我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。

(2) 由于一般电源|稳压器供应教多器件之后,电源是带杂波的,因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V

(3) 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10,如果现在为摄氏28℃,输出电压为2.8V,输出电压接AD转换器,那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

3.1.2 运算放大器LM324

LM324系列器件是价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 3.1.2.1 LM324的特点：

(1)短跑保护输出 (2)真差动输入级

(3)可单电源工作：3V-32V (4)低偏置电流：最大100nA (5)每封装含四个运算放大器。 (6)具有内部补偿的功能。 (7)共模范围扩展到负电源 (8)行业标准的引脚排列 (9)输入端具有静电保护功能

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3.1.2.2 LM324引脚图（管脚图）

图3-3 LM324管脚图

3.1.3 温度采集模块电路图

图3-4 温度采集模块电路图

在该电路中，将AD590放在单体测试电池的旁边，通过传感器AD590检测温度信号，再转换成电压信号，送入放大器LM324对数据进行处理放大和跟随作用。在该电路中，有一晶闸管，主要作用是控制电流的单向流动。通过电路和滑动变阻器的如图串接，将最后的模拟信号送人ADC0809的输入通道INO3进行检测。

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3.2电压采集模块

在电压采集模块中，主要注意的是能够准确采集电压信号，另外就是对信号的过滤和放大。避免耦合产生的误差。保护被测电路的准确和不受外界坏境的干扰。在部分电路中，测试电路和被测电路必须有严格的电气隔离。下面重点介绍本设计使用的隔离器TIL300。

3.2.1 光耦TIL300

线性光耦TIL300是隔离器件的新产品。 它是一个由红外光LED照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。该器件采用特殊制造技术来补偿LED时间和温度特性的非线性，使输出信号与LED发出的伺服光通量成线性比例。TIL300的外围配置电路如图所示。

图3-5 TIL300的外围配置电路

隔离电路中，R1调节初级运放输入偏置电流的大小，C3起反馈作用，同时滤除电路中的毛刺信号，避免TIL300的红外光LED受到意外的冲击。但是随着频率的提高，其阻抗将变小，TIL300的初级电流增大，增益随之变大，因而C3的引入对通道在高频时的通道增益有一定影响。虽然减小C3的值可以拓展带宽，但是这样会影响初级运放的增益，同时，初级运放输出的较大毛刺信号不易被滤除。在我们应用系统中被测信号频率远低于300kHz，取C3为4.7μF，其容抗不小于0.012。R3可以控制LED的发光强度，从而对控制通道增益起了一定作用。R2用于调节输出运放负反馈的深度。

由此可见，在C3已确定时，调整R1、R2、R3的值，可以在一定带宽下调整通道增益。对于被测量较小的系统，R1、R2应取得稍小些，这样在保证小信号测试精度的同时，可使通道增益基本不变。此外可以通过改变R4来实现一定范围内的增益调整。反之，R1、R2应取得稍大些，以保证通道的动态范围。R3根据LED的导通电流适当选取。 其中1、2引作为隔离信号的输入,3、4引脚用于反馈,5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作IF,3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作IPD1和IPD2。输入信号经过电压-电流转化,电压的变化体现在电流IF上,IPD1和IPD2基本与IF成线性关系,线性系数分别记为K1和K2,即

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(1)

K1与K2一般很小（HCNR200是0.50%）,并且随温度变化较大（HCNR200的变化范围在0.25%到0.75%之间）,但芯片的设计使得K1和K2相等。在后面可以看定律得：

通过R3两端的电流为IF,根据欧姆定律得：

(2)

(3)

其中,为光耦2脚的电压,考虑到LED导通时的电压（）基本不变,这里的作为常数对待。 根据光耦的特性,即

K1=IP1/IF (4)

将和的表达式代入上式,可得：

(5)

上式经变形可得到：

(6)

将的表达式代入（3）式可得：

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考虑到G特别大,则可以做以下近似：

这样,输出与输入电压的关系如下：

由上式可以看出，输入电压和电阻值R1,R2, K3有关系。其中K3=K2/K1。，

所以K3=Ipd2/Ipd1。即是两电流的比值。电阻值相互确定后，输出电压Vout就和两电流的比值有关系。由此可以看出，可以准确的将信号传输。而且内部采用光电隔离，消除或者减弱了输入信号间的电气耦合。对信号的准确测量至关重要。

电路分析：在电压输入检测模块中，有单体电压和总体电压需要检测，而单体电压又根据使用电池的数量来确定其测量值的多少。单体电压信号先输入LM324信号放大，其间用TIL300电气隔离。保证信号的准确和不受外界干扰。再送入0809模数转换INT0输入端口。总体电压是所有单体电压串联后的总电压。将其送如LM324信号放大。同样采用TIL300电气隔离，再将信号送入ADC0809模数转换器INT1输入端口。

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3.2.2 电压采集模块电路图

图3-6 电压采集模块电路图

在该部分电路中，主要是采集两个信号，分别是单体电压信号和总体电压信号。两个信号各自先通过运算放大器LM324信号放大，再分别接入TIL300电气隔离器。消除各信号之间的相互影响。再分别送入模数转换ADC0809的输入端口INT0，TNT1。

3.3模数转换模块

在此电路中，采用最常用的ADC0809模数转换器进行数模转换。将温度，单体电压，总电压三个或者多个模拟量送入ADC0809的输入通道，模数转换后，再将其送入到单片机中控制处理。

模数（ A/D ）转换器用于模拟量到数字量的转换。

根据A/D转换器的工作原理可以分为双积分式、计数式、逐次比较式和并行式四种。 A/D转换器的指标大部分和D/A转换器相似。A/D转换器的速度由转换时间决定，

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即A/D开始转换到有效数据给出所需的时间。

从接口方面来看，A/D转换器的输出有带三态输出锁存器和不带三态输出锁存器两种。前者允许和CPU的数据总线直接相连。对于双积分式的A/D转换器则常用动态输出的方法。

图3-7 A/D转换器接口

CPU向A/D转换器发出开始转换信号，A/D转换器开始转换，当其完成转换后，向CPU发出转换结束的状态信号，CPU得到此状态信号后发出读信号，将A/D转换器的数据读入CPU。下面我将重点介绍ADC0809模数转换器

3.3.1 ADC0809

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。 3.3.1.1主要特性

(1)8路8位A／D转换器，即分辨率8位。 (2)具有转换起停控制端。 (3)转换时间为100μs (4)单个＋5V电源供电

(5)模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。 (6)工作温度范围为-40～＋85摄氏度 (7)低功耗，约15mW。

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3.3.1.2 内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如下图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近

3-8 ADC0809内部结构图

由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 3.3.1.3外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有2引脚，采用双列直插式封装，如下图所示。下面说明各引脚功能。

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3-9 ADC0809引脚图

IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A／D转换启动信号，输入，高电平有效。

EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于0KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 VCC：电源，单一＋5V。 GND：地。

下面详细介绍各个引脚的工作流程

地址输入和控制线：4条。 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。

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表 3-1ADC00809通道选择表

选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7

C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。

VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。 3.3.1.4 ADC0809应用说明

(1) ADC0809内部带有输出锁存器，可以与ATS51单片机直接相连。 (2) 初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 (3) 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 (4) 在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 (5) 是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

(6) 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存

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器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

举行说明单片机与ADC0809接口电路的连接

图3-10 ADC0809和C51接口电路

这是一个典型的8051和0809的接口电路，采用线选法规定其端口地址。用P2.7引脚作为片选信号。因此端口地址为7FFFH。片选信号和WR信号一起经或非门一起产生启动信号ATART和地址所存信号ALE.。片选信号和RD一起经或非门产生ADC0809输出

允许信号OE。OE=1时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总线。

3.3.2数模转换部分电路图

图3-11 模数转换部分电路图

如上图所示，这是ADC0809和8051的接口电路，采用线选法规定其端口地址。用P2.7引脚作为片选信号。因此端口地址为7FFFH。片选信号和WR信号一起经或非门一起产生启动信号ATART和地址所存信号ALE.。片选信号和RD一起经或非门产生ADC0809输出允许信号OE。OE=1时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总线。ADC0809

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的EOC信号经反相后接到8051的INT1引脚用于产生转换完成的终端请求信号。ADC0809芯片的3位模拟量输入通道地址码输入端A，B,C分别接到8051的P0.0，P0.1,P0.2；故只要向端口地址7FFFH分别写入数据00H~07H,即可启动模拟量输入通道0~7进行A/D转换。在该图中，还有一个元器件是74LS373，它是用于地址存储器的扩展，这部分在控制电路部分中做详细介绍。

3.4 控制电路部分

在该部分电路中，最重要部件是单片机8051。将0809的数字信号信号送入8051后，然后再通过单片机内部控制芯片控制信号的显示和报警。该电路的主要部分是单片机8051和锁存器74ls373.现在详细介绍两个部件的内部原理.在该电路中，两个重要的部件是8051和地址锁存器74LS373。下面分别介绍这两个重要的元器件。

3.4.1 单片机8051

3.4.1.1 8051介绍

8051是在8031的基础上，片内又集成有4KB ROM,作为程序存储器，是一个程序不超过4KB的小系统，ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051应有程序已定，且批量大的单片机产品中 3.4.1.2芯片的引脚描述

HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图。其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚，但其中4只引脚（标有NC的引脚1、12、23、34）是不使用的。在以后的讨论中，除有特殊说明以外，所述内容皆适用于CHMOS芯片。如图，是MCS-51的引脚图。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。

下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。

(1)主电源引脚VCC和VSS

VCC——（40脚）接+5V电压； VSS——（20脚）接地。

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图3-12 8051 引脚图

(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

X TAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。

（3）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。

VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。

②ALE/PROG（30脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。

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对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。 ③PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。

④EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。

对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。

（4）输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）

①P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 ②P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。

③P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

④P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，P3口的每一条引脚均可定义为第一功能的输入输出或第二功能。

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P3各口线的第二功能定义

口线 引脚 第二功能 P3.0 10 RXD（串行输入口） P3.1 11 TXD（串行输出口） P3.2 12 NT0（外部中断0） P3.3 13 INT1（外部中断1） P3.4 14 T0（定时器0外部输入） P3.5 15 T1（定时器1外部输入） P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲） P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）

3.4.1.4 MCS-51单片机的片外总线结构

综合上面的描述可知，I/O口线都不能当作用户I/O口线。除8051/8751外真正可完全为用户使用的I/O口线只有P1口，以及部分作为第一功能使用时的P3口。单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：

(1)地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。

(2)数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。

(3)控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。

3.4.1.5 MSC-51单片机处理器和控制部件 (1)处理器

处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。处理器主要由运算部件和控制部件组成。下面我们把处理器功能模块和有关的控制信号线联系起来加以讨论，并涉及相关的硬件设备（如振荡电路和时钟电路）。

运算部件：它包括算术、逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。

MCS-51单片机的ALU功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、

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“异或”、循环、求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。为了乘除运算的需要，设置了B寄存器。在执行乘法运算指令时，用来存放其中一个乘数和乘积的高8位数；在执行除法运算指令时，B中存入除数及余数。MCS-51单片机的ALU还具有一般微机ALU，如Z80、MCS-48所不具备的功能，即布尔处理功能。单片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它可对位（bit）变量进行布尔处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作。在实现位操作时，借用了程序状态标志器（PSW）中的进位标志Cy作为位操作的“累加器”。

运算部件中的累加器ACC是一个8位的累加器（ACC也可简写为A）。从功能上看，它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处，但需要说明的是ACC的进位标志Cy就是布尔处理器进行位操作的一个累加器。

MCS-51单片机的程序状态PSW，是一个8位寄存器，它包含了程序的状态信息。

(2)控制部件

控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA，以及片外取指信号PSEN。

3.4.2 锁存器74LS373

74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，它是低功耗肖特基TTL8D锁存器。 74LS373内有8个相同的D型(三态同相)锁存器，由两个控制端(11脚G或EN；1脚OUT、CONT、OE)控制。当OE接地时，若G为高电平，74LS373接收由PPU输出的地址信号；如果G为低电平，则将地址信号锁存。 3.4.2.1工作原理

74LS373的输出端O0~O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。

3.4.2.2 74LS373引脚(管脚)图:

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图3-13 74LS373引脚(管脚)图

其引脚说明如下：

D7~D0:8位数据输入线。 Q7~Q0:8位数据输出线

G：数据输入所存选通引脚，高电平有效。当该信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据所存到锁存器中。

OE：数据输入锁存选通引脚，高电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存

器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态。 3.4.2.3 74LS373内部逻辑图：

图3-14 74LS373内部逻辑图

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表3-2 74LS373真值表

现附有单片机8051和74LS373的存储器扩展接口电路，以及ADC0809和单片机接口电路。

图 3-15 8051和74LS373的存储器扩展接口电路

电路原理介绍：在该电路中，如前面数模转换模块所述，数模转换接口电路不再累述。另一关键的一部份是程序存储器的扩展。8051单片机的程序存储器与数据存储器的物理地址空间是相互的，单片机芯片外部最大可扩展KB的程序存储器，片外程序存储器与单片机连接方法如下

(1)地址线

程序存储器的低8位地址线（A0~A7）与P0口外接锁存器的输出端相连。程序存储器的高8位地址线A8~A15与P2口（P2.0~2.7）直接相连。由于80C51单片机的P0口分时输出低8位地址和8位数据，因此P0口必须外加一个地址地址锁存器，并由单片机输出的地址所存允许信号ALE的下降沿将低8位所存到锁存器，而单片机的P2在进行外部扩展时，仅用做8位地址，故不用外加锁存器。

(2)数据线

程序存储器的8位数据线直接与P0口（P0.0~P0.7）相连 (3)控制线

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程序存储器的输出使能端OE与单片机PSEN引脚相连，单片机的地址锁存信号ALE通常与P0口外部地址锁存器的锁存控制端G相连。

3.4.3 D触发器74LS74

3.4.3.1 触发器介绍

触发器是具有记忆作用的基本单元，在时序电路中是必不可少的。触发器具有两个基本性质

(1)在一定条件下，触发器可以维持在两种稳定状态（0或1状态之一保持不变）； (2)在一定的外加信号作用下，触发器可以从一种状态转变成另一种稳定状态 （0－1或1－0），因此，触发器可记忆二进制的0或1，被用作二进制的存储单元。 触发器可以根据有无时钟脉冲分为两大类：基本触发器和钟控触发器。钟控触发器按功能分为RS、DJ、K、T、T’等五种；钟控触发器若按触发器方式分又可分为电平触发器（高电平触发器、低电平触发器）、边缘触发器（上升沿触发、下降沿触发）和主从触发三种。

3.4.3.2 74LS74触发器内部结构

该设计用到了D触发器74LS74是双上升沿D触发器 。它的内部结构图如下

图 3-16 74LS74触发器内部结构图

3.4.3.3 74LS74的工作特性及引脚图

74LS74触发器是典型的边沿触发器。它具有预置，清零功能。它是在CP正跳沿前接受信号，正跳沿时出发翻转，正跳沿输入即将封锁，三部都在正跳沿前后完成，所有有边沿触发器之称。

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图 3-17 74LS74引脚图

本设计单片机80C51采用晶振是12MHZ，所以80c51的30引脚ALE输出的是2MHZ的频率。而ADC0809对频率的要求最高上限是0kHZ，所以本设计采用的是下图的4分频电路。

图3-18 74LS74作为4分频电路接线方法

表3-3是74LS74的功能表，概要的介绍了它的功能

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表3-3 74LS74功能表

3.4.4单片机及地址存储器扩展电路图

图3-19 单片机及地址存储器扩展电路图

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在实际设计电路中，由于受单片机引脚数的，数据和地址线是复用的，又P0口线兼用。为了将它们分离出来，一边同单片机片外的扩展芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器。如图所示，在该电路中，地址锁存器是74LS373,它的D0~D7接口和单片机的P0口连接。OE：数据输入锁存选通引脚，高电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平时，输出线为高阻态

——

3.5 显示电路部分

在该部分电路中，是将单片机的电压，温度数字信号传入128显示芯片。128时时对电池的电压，温度信号显示。让工作人员能够快速直观的分析和了解电池的使用情况。下面将主要介绍该部分电路的重要部件128。

3.5.1 128 液晶显示

3.5.1.1 显示模板概述

128 液晶显示模块是 128× 点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与 CPU 直接接口，具有 8 位标准数据总线、6条控制线及电源线。采用 KS0108 控制 IC。 基本特性说明如下：

低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V） 显示分辨率:128×点

内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选) 内置 128个16×8点阵字符

2MHZ时钟频率

显示方式：STN、半透、正显 驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS 视角方向：6点

背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10 (1)显示开/关设置

CODE R/W RS

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

L H

H

H H H

H/L

L L L

功能：设置屏幕显示开/关。

DB0=H，开显示；DB0=L，关显示。不影响显示 RAM(DD RAM)中的内容。

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(2)状态检测

CODE R/W RS DB7 DB6 DB5 H L BF DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

L

L ON/OFF RST L L L

功能：读忙信号标志位(BF)、复位标志位(RST)以及显示状态位(ON/OFF)。 BF=H：内部正在执行操作； BF=L：空闲状态。 RST=H：正处于复位初始化状态； RST=L：正常状态。

ON/OFF=H：表示显示关闭； ON/OFF=L：表示显示开。 (3)写显示数据

CODE R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 L H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

功能：写数据到 DD RAM，DD RAM 是存储图形显示数据的，写指令执行后 Y 地址计数器自动加 1。D7-D0 位

数据为 1 表示显示，数据为 0 表示不显示。写数据到 DD RAM 前，要先执行“设置页地址”及“设置列地址”命令

(4)读显示数据

CODE R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 H H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能：从 DD RAM 读数据，读指令执行后 Y 地址计数器自动加 1。从 DD RAM读数据前要先执行设置页地

LCD128——在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。对于显示英文操作，由于英文字母种类很少，只需要8位（一字节）即可。而对于中文，常用却有6000以上，为了解决这一问题，将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码。

得到了汉字的内码后，还仅是一组数字，要在屏幕上显示，涉及到文字的字模。字模虽然也是一组数字，但它的意义却与数字的意义有了根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状 3.5.1.2 128点阵型LCD简介

128是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及128×全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字。

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表3-4 128LCD的引脚说明表

管脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

管脚名称 VSS VDD V0 D/I(RS) R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 CS1 CS2 RET VOUT LED+ LED-

LEVER 0 +5.0V - H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L H/L -10V - -

管脚功能描述 电源地 电源电压

液晶显示器驱动电压

D/I=“H”，表示DB7∽DB0为显示数据 D/I=“L”，表示DB7∽DB0为显示指令数据 R/W=“H”，E=“H”数据被读到DB7∽DB0 R/W=“L”，E=“H→L”数据被写到IR或DR R/W=“L”，E信号下降沿锁存DB7∽DB0 R/W=“H”，E=“H”DDRAM数据读到DB7∽DB0数据线 数据线 数据线 数据线 数据线 数据线 数据线 数据线

H:选择芯片(右半屏)信号 H:选择芯片(左半屏)信号 复位信号,低电平复位 LCD驱动负电压 LED背光板电源 LED背光板电源

在使用128LCD前先必须了解以下功能器件才能进行编程。128内部功能器件及相关功能如下： (1)指令寄存器(IR)

IR是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相对应。当D/I=0时，在E信号下降沿的作用下，指令码写入IR。 (2)数据寄存器(DR)

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DR是用于寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应。当D/I=1时，在下降沿作用下，图形显示数据写入DR，或在E信号高电平作用下由DR读到DB7∽DB0数据总线。DR和DDRAM之间的数据传输是模块内部自动执行的。

(3)忙标志：BF

BF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在内部操作，此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。

利用STATUS READ指令，可以将BF读到DB7总线，从检验模块之工作状态。 (4)显示控制触发器DFF

此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY OFF），DDRAM的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF）。

DDF的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。 (5)XY地址计数器

XY地址计数器是一个9位计数器。高3位是X地址计数器，低6位为Y地址计数器，XY地址计数器实际上是作为DDRAM的地址指针，X地址计数器为DDRAM的页指针，Y地址计数器为DDRAM的Y地址指针。

X地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置。

Y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，Y地址自动加1，Y地址指针从0到63。

(6)显示数据RAM（DDRAM）

DDRAM是存储图形显示数据的。数据为1表示显示选择，数据为0表示显示非选择。DDRAM与地址和显示位置的关系见DDRAM地址表。

(7)Z地址计数器

Z地址计数器是一个6位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加1，指向下一行扫描数据，RST复位后Z地址计数器为0。

Z地址计数器可以用指令DISPLAY START LINE预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的DDRAM共行，屏幕可以循环滚动显示行。 3.5.1.3 128LCD的指令系统及时序

该类液晶显示模块（即KS0108B及其兼容控制驱动器）的指令系统比较简单，总共只有七种。其指令表如表3-5所示：

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表3-5 128LCD指令表

指令名称 显示开关 页设置 列地址设置 读状态 写数据 读数据

控制信号 0 0 0 1 0 1

0 0 0 0 1 1

0 1 1 0

0 1 0 1

1 X 1 X

控制代码 1 X 1 X

1 X 1 X 0

1 X X X 0

1 X X X 0

1/0 X X X 0

R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0

显示起始行设置 0

0 BUSY 0 ON/OFFRST

写数据 读数据

各功能指令分别介绍如下: (1)显示开/关指令

R/WRS DB7 00

0

DB6 0

DB5 1

DB4 1

DB3 1

DB2 1

DB1 1

DB0 1/0

当DB0＝1时，LCD显示RAM中的内容；DB0＝0时，关闭显示。 (2)显示起始行（ROW）设置指令

R/WRS 00

可以使LCD实现显示滚屏的效果。

(3)页（PAGE）设置指令

R/WRS 00

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB0

10111页号（0～7） DB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB0

11显示起始行（0～63）

该指令设置了对应液晶屏最上一行的显示RAM的行号，有规律地改变显示起始行，

显示RAM共行，分8页，每页8行。 (4)列地址（Y Address）设置指令

R/WRS 00

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB0

01显示列地址（0～63）

设置了页地址和列地址，就唯一确定了显示RAM中的一个单元，这样MPU就可以 用读、写指令读出该单元中的内容或向该单元写进一个字节数据。

(5)读状态指令

10

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1 0

DB0 0

BUSY 0 0N/0FF REST 0 0

该指令用来查询液晶显示模块内部控制器的状态，各参量含义如下： BUSY：1-内部在工作0-正常状态 ON/OFF：1-显示关闭0-显示打开

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RESET：1-复位状态0-正常状态

在BUSY和RESET状态时，除读状态指令，其它指令均不对液晶显示模块产生作用。 在对液晶显示模块操作之前要查询BUSY状态，以确定是否可以对液晶显示模块进行操作。

(6)写数据指令和写指令

R/WRS 01 R/WRS 11

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB0

写数据

DB7 DB6 DB5 DB4 DB3DB2DB1 DB0

读显示数据

读、写数据指令每执行完一次读、写操作，列地址就自动增一。必须注意的是，进行读操作之前，必须有一次空读操作，紧接着再读才会读出所要读的单元中的数据。

3.5.2显示部分电路图

图3-20 显示部分电路图

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带中文字库的128是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×, 内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示。

3.6 报警电路部分 3.6.1报警电路原理

为了安全生产，在单片机控制电路中，对于重要的参数一般都设有上下限检查及报警系统，以便提醒操作人员注意或采取紧急措施。在该设计中，三个最重要的参数就是各电池的单体电压，总体电压，各电池的温度参数。如果某一电池使用时电压过低，必须报警提示工作人员马上更换。以免影响直流屏的正常工作。同样，某一节单体电压的温度过高的时候，同样必须报警提示工作人员，采取相应措施，避免工作事故发生。

3.6.2 报警部分电路图

图3-21 报警部分电路图

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在该电路中,发光二极管正极外接+5V电压，阴极经过反相器74LS14,再接单片机的P1接口中的P10, P12, P14。，由图中可见口个端口功能。该报警系统共设计了3个报警参数，即单体电压，总体电压，单体电池温度。3个报警点，单体电压欠电压报警，总电压欠电压报警，单体电压温度过高报警。

当各参数正常的时候，无报警时绿灯亮，当某个参数过限时发出宝鸡那个信号，鸣笛并使相应的只是灯亮。

P10 经反相器接单体电压下限红灯 P12 经反相器接单体电池温度上限红灯 P14 经反相器接总体电压下限红灯

三个LED指示灯在电池工作正常时，都熄灭，表示正常工作

3.7制作PCB

图3-22 PCB板

设计好原理图后，下一步的工作制作PCB板。它主要有以下几个步骤

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3.7.1 检查原理图

检查原理图错误主要包括电气规则检查，它的主要作用是检查设计图中是否有电气连线错误。如果有错，就会用红色的标记提示。一般的主要错误有未连线，元器件未封装，元器件序号重复等。主要操作是点开工具Tool,点击第一个下拉菜单ERC。

3.7.2 创建网路表

在检查完电气错误，下一步工作就是创建网络表。主要操作步骤是点击Design设计，下拉菜单里有Create Net list创建网络表。

3.7.3 导入PCB

创建好网络表后，下一步工作就是将网络表导入PCB版面。新建一个PCB版面。点击Design设计，点击下拉菜单里Update PCB 更新PCB，弹出Update design 对话框，点击Execute按钮。完成PCB导入。

3.7.4 排版

手动排版工作者从整个布局出发，调整元器件的的位置，同时也要考虑元器件相互之间的干扰。比如电容不能放在晶振的旁边等。排版其实和布线是不断尝试的。很难保证一次排版和布线就能成功。必须不断修改，不断完善，才能设计出优秀的排版

3.7.5 布线

手动排版后，点击自动布线，生成PCB成图。

3.8 本章小结

硬件设计部分是整个设计的关键部分，这章重点介绍了各部分电路的原理和实现。对各个重要元器件的特性有着全面的描述。使电路设计的器件选择有据可依。详细的介绍了整个设计电路的原理。主要工作包括制作原理图，修改生成没有错误的成图。生成PCB，自动和手动布线，让PCB板合乎要求。

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结论

结 论

（1）总结：实现电池巡检仪的自动检测，快速反应，准确响应的目的是确保工业蓄电池的正常安全使用。增加工业用电的保险性，提高生产效率

1）温度采集的准确。电池随着使用，内部会产生大量的热让电池本身的温度升高，而过高的温度不仅会让电池本身工作受到影响，而且还可能发生其他次生灾害，甚至因此供电系统损坏，造成巨大的损失。该设计中，我们采用的AD590温度传感器，它具有采集温度准确，工作原理简单的优点。

2）在多节单体电池供电中，电池间的相互耦合影响就变得特别明显。才有有效的电气隔离，避免电池间相互影响造成的测量不准确成为该设计必须注意的环节，我们采用了TIL300光电隔离器。我觉得它不能很高要求的反正电池间相互的电气影响。希望通过以后的学习有待改进

3）本设计的报警电路是采用越限报警电路。它是通过相互比较设定值的原理报警的。它的最大优点就是硬件电路简单，节省了元器件的费用和制版的空间。采用的软件编程实现报警也比硬件电路更加灵活。

（2）展望：蓄电池用于轻重工业的各个方面，它的广泛运用代表着电池巡检仪在工业供电行业举足轻重的地位。我国，已经有越来越多的公司研发和生产高性能，准确，满足现代工业蓄电池要求的新一代巡检仪。主要是从它的准确性，快速反应能力。电池间抗耦合能力为主要研究方向。在国内，比如德国和日本，电池巡检仪的智能化集成度也变得越来越高。不仅能够检测各个电池的使用情况，而且还能自动快速的采取相应措施保证供电的连续或者让电池组迅速恢复正常。从现在可以检索到的电池巡检仪的研究论文来看，有近1/3的论文涉及到智能控制，可见智能控制已成为该领域的一个研究热点与前沿课题，显示出极为广阔的应用前景。这也说明了各国对电池巡检仪的研究越来越重视。都逐渐向智能化控制方向研究和发展。未来的电池巡检仪的发展方向将是属于智能自动控制这一前沿领域。而随着更多越来越合乎现代蓄电池要求的电池巡检仪的问世，它将能更好的为整个工业服务，在工业供电检测行业发挥越来越中重大的作用。

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致 谢

致 谢

本文的研究和论文撰写工作是在指导老师王静爽老师的悉心指导下完成的。在论文的写作过程中，王老师严谨的治学态度和灵活求实的学术研究方法，都使我受益非浅。在此谨表深深的谢意！在三个多月的学习时间里，在各方面还得到校领导和许多老师的教导和帮助以及同学的顶力支持，对于老师的培养、同学的帮助，我表示衷心地感谢！

在课题研究过程中，与王老师进行许多有意义的讨论，从中受到了许多有意义的启示，王老师老师对我的成长也非常关心，她独特的思想方式让我深受启发。另外，在这些日子里，和我一起搭档工作的黄文渊同学做了大量工作，给了我很多帮助，在此一并致以衷心的感谢。

最后再次向诸位老师表示深深的谢意

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参考文献

参考文献

[1]何立民．单片机应用系统设计［M］．北京航空航天大学出版社，2001

[2]张振荣，晋明武，王毅平．MCS－51单片机原理及实用技术［M］．人民邮电出版社，2000 [3]周志敏 周纪海 纪爱华.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M].北京:中国电力出版社,2004.12-47.

[4]黄建江.电池巡检技术的应用设计[J].电源技术应用,2003(1):45-50.

[5]张利国 荐京颐.一种串联蓄电池组电压巡检的设计[J].现代电子技术,2006,29(20),12:7-8.

[6] 王明衍，杨寅华，智能化巡回检查管理系统．上海工程技术大学学报，2004(4)：336—338． [7]Paul Butler C,Terry Crow J,Paula A Taylor.Battery Evaluation Methods and Results for Stationary Applications.IEEE,2007:311-318.

[8]F.J.SyuterT.M.Cortes,“CONSIDERATIONSFORA RELIABLE TELECOMMUNICATION POWER SYSTEM AT REMOTE FACILITIES UTILIZING VALVE TEGULATED LEAD-ACID BATTERY MANAGEMENT SYSTEM TECHNOLOGIES”, Proc. INTELEC‘94

[9]Dr. Robert S. Robinson ,“On-Line Battery Testing: a Reliable Method for Determining Battery Health?”, Proc. INTELEC‘96

[10]Wieland Rusch, Stefan Gobel , Reinhard Lutkeholter,“FLOAT CHARGING OF VALVE REGULATED LEAD ACID BATTERIESGEL TELECOM BATTERIES WITH INTEGRATED MINTTORING”, Proc. INTELEC‘95

[11]J.Poulin ,R.Heron,D.Mailloux,“An Expert Management System for VRLA batter in Remote Telecommunications Centers” Proc. INTELEC‘94

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附录

附 录

附录1 AD转换电路程序框图 报警电路程序框图

AD转换程序框图 报警电路程序框图

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附录

附录2 器件清单

器件名 单片机 AD转换 锁存器 触发器 放大器 反相器 或非门 温度传感器 电压耦合器 电阻 电容 电位器 发光二级管 二级管

型号 80C51 AD0809 74LS373 74LS74 LM324 74LS14 74HC02 AD590 TIL300

无级电容

黄、红、蓝

数量 1 1 1 1 2 1 1 1 1 22 18 1 3 1

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附录

附录3 图索引

图2-1 设计原理框图 ······················································· 3 图2-2 总设计框图 ························································· 4 图3-1 AD590封装和基本应用图 ············································· 6 图3-2 AD590应用电路 ····················································· 6 图3-3 LM324 管脚图 ······················································· 8 图3-4 温度采集模块电路图 ················································· 8 图3-5 TIL300外围的配置电路 ·············································· 9 图3-6电压采集模块电路图 ················································ 12 图3-7 A/D转换器接口 ···················································· 14 图3-8 ADC0809内部结构 ·················································· 13 图3-9 ADC0809引脚图 ···················································· 15 图3-10 ADC0809和C51接口电路 ········································· 17 图3-11数模转换电路图 ··················································· 17 图3-12 80C51引脚图 ····················································· 20 图3-13 74LS373引脚图 ··················································· 23 图3-14 74LS373内部逻辑图 ··············································· 23 图3-15 8051和74LS373的存储器扩展接口电路 ······························ 24 图3-16 74LS74触发器内部结构图 ·········································· 25 图3-17 74LS74引脚图 ···················································· 26 图3-18 74LS74作为四分频电路接线方法 ···································· 27 图3-19 单片机及地址存储器扩展电路图 ····································· 27 图3-20 显示部分电路图 ··················································· 33 图3-21报警电路电路图 ··················································· 34 图3-22 PCB板截图 ······················································· 35 附录4 表索引

表3-1 ADC00809通道选择表 ··············································· 16 表3-2 74LS373真值表 ···················································· 32 表3-3 74LS74功能表 ····················································· 27 表3-4 128LCD的引脚说明表 ············································· 30 表3-5 128LCD指令表 ··················································· 32

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