基于SPCE061A和CPLD的电动自行车充电系统研制.docx

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1、基于SPCEO61A和CP1D的电动自行车充电系统研制杨存祥戈民王发群崔光照宋镜波郑州轻工业学院电动车由于具有无废气污染、无噪音、轻便美观等特点，受到众多使用者的青睐。但使用中也暴露出它的局限性，那就是蓄电池的容量决定了它的使用范围，而且存在充电时间长的缺点。目前随着电动自行生的发展，急需解决的问题就是如何实现快速灵活的充曳。随着电子技术、可编程逻辑器件(FPGAeP1D)、EDA技术的飞速发展，基于硬件编程语言的自上而下(TOP-TO-DoWN)设计方法给数字系统的开发设计带来了革命性变革，仅使用单片机来实现系统控制的传统方法正在被越来越多的以MCU+EEGCR12为核心的最新设计理念取代。

2、采用这种混合设计方案的最大优点是两者的优势互补，电路结构简单，这给数字电路系统的设计带来极大的方便。利用CP1D控制的灵活性很容易对电路进行在线修改，实现各种复杂的数字逻辑控制，这极大地扩展了单片机的功能。而且由于硬件编程语言的灵活性及CR1DJ!有的在系统编程(In-SyStemProgram)特点，大大缩短了系统开发研制周期。基于上述思想，研发了基于SPCEO61A和CP1D的电动自行车充电系统。1系统硬件设计1.1 系统组成及功能该充电系统由凌阳SPCEO61A单片机、充电器、按键、CP1D,ACMI2864液晶显示器、上位机、语音电路等组成。充电器采用恒流、恒压、浮充三阶段充电方法对蓄

3、电池进行充电。SPCEo61A单片机控制六个充电器对六个蓄电池同时进行充电,同时检测各个充电器的恒流、恒压、浮充三个充电状态,并通过ACM12864液晶显示器显示各充曳器的工作状态。通过按键选择各充电器的工作与停止,并可根据不同需要选择快速充电工作方式或普通充电工作方式,对蓄电池进行充电。系统上电进入工作状态后，当单片机检测到蓄电池已充满的信号或发生其他紧急情况所产生的信号时，可以自动关闭充电器,实现充电器操作智能化I=利用凌阳SPCEo61A单片机的语音功能对充电过程中所出现的故障进行语吝提示,使设计更人性化，便于操作。充电系统可以和上位机进行通讯,从而实现系统之间的联网，有利于系统功能的扩

4、充。其系统组成框图如图1所示。y6#充电器按键上位机液晶显示I#充电器2#充电器语音输出图1系统组成框图1.2 液晶显示电路的设计显示部分采用ACM12864C液晶显示器，该模块价格低。控制器为KSO1O7和KSOIO8,工作温度范围：0C50C,储存温度范围：-20C70C,自带负电压发生电路，单+5V供电，带背光，可与各种微处理器直接接II,数据读写操作不受外部时钟控制，不带汉字库，占空比为1/64,外部共有20条引脚来进行外部接口。ACM12864C能够充分满足汉字显示的要求。通过必要的程序设计,可实现在充虫过程中通过对充电器恒流、恒压、浮充等信号的采集，在ACM12864液晶显示器上实

5、时动态地显示电池状态.SPCEo61A与ACMI2864的接口如图2所示。IOAIICSI东七册v-90H)dsK)AI2CS2IoA13D/IIOA14R/WIOA15EIoBoI()B7DO-图212864与SPCE061A的接口1.3 键盘电路及I/O电路设计本系统采用CP1D作为SPCEo61A单片机和充电器的接II部分，实现I/OII扩展，并完成键盘扫描功能CP1D的使用,取代了一些专用集成电路，减少了系统的复杂性，提高了系统的集成度。本系统采用硬件电路来完成对键盘的扫描工作，当有按键按卜时，CE12内部状态发生改变。按键弹起后，内部状态经空9自动处理转化为相应的键值被送到输出端II

6、,供单片机扫描时取走键值。相对于软件判别键盘工作状态，这样不仅节省了SPCEO61A的存储空间,还极大地提高了系统的工作速度，更好地实现了实时性。CP1D选D1A1TERA公司生产的MAXMOOOS系列中的EPM7128S1C84-15,该芯片共有84个引脚,采用EEPROM技术制作；内含2500个逻辑门，128个宏单元，时钟工作频率可达151.5MHZ。通过CE9对资源的整合,实现了用片Ce12实现I/O电路、硬件扫描判别等，优化了硬件的布局。如需改变系统的功能,只需改变相应的源代码而不是硬件结构,因而具有很大的灵活性。2系统软件设计2.1主程序设计本系统的软件部分采用C语言和汇编语言混合编

7、制而成，因而该程序具有功能强大、设计完备等特点。主程序主要完成如下功能：(1)系统初始化和参数的设置；(2)充电器7种工作状态的检测和显示:(3)控制各个充电器的工作和停止以及快速充电和普通逊两种允曳方式的选择：(4)蓄电池正反极性的判断，极性接反时自动进行语音报警；(5)充电器充满蓄电池时自动关闭逊器；出现异常情况时自动进行语音报警；(6)对快速充电时间长短进行设定。系统主程序流程图如图3所示C（开始）（结束）图3SPCE061A程序流程图程序编写如下：# INC1UDE“hardware,h”# INC1UDE“S480.h”VoidSound(UnSignedinti)!SACM_S48

8、0_Initia1(1);SACM_S480_Vo1me(10);SACJ1S48C1P1ay(i,1,0);whi1e(SAC11S48C1StatUSO&OxOOO1);(SACM_S480_Service1oop();SACJ1S48c1stop0;12.2 语音播放程序设计SPCEO61A的D/A转换通道的硬件实现大致有两种方式，一种是直接采用数/模转换器DAC方式，另一种是采用脉宽调制PWM驱动方式.SPCEO61A各频输出的结构就是由两个DAC通道或一个PWM驱动通道构成。这两种实现方式实质都为数/模转换，都是将数字信号转换为电流模拟信号输H1SPCEO61A的音频输出采用双通道模

9、/数转换方式,即数字信号通过10位DAC转换成3mA驱动的电流模拟信号输出。语音提示输出直接采用DAC通道，经信号放大后，由扬声器输出。语音播放流程图如图4所示。图4语音播放流程图2.3 CP1D程序设计VeriIogHD1语言是硬件描述语言，是描述硬件电路的功能、信号连接关系及定时关系的语言,通过语言编程来表示逻辑器件及系统的功能和行为。其具有设计技术齐全、方法灵活、支持广泛、硬件描述能力强、与器件工艺无关、易于共享和复用等优点。与VHD1相比，Veri1ogHD1是一种非常容易掌握的硬件描述语言，而掌握VHD1设计技术就比较困难。故采用Veri1ogHD1语言来设计接口电路，能充分利用Ve

10、riIogHD1语言在系统级硬件描述上的优点。CP1D实现两个多路选择器和一个键盘扫描电路功能。程序各端口功能如表1所示,datain1山datain10datain11718位输入端口组成，分为6组，每组3个端口。rs由rsO.rs1rs23位端11组成，最多可以表示8个2进制数（本设计用到其中的6个）来表示端口选择位。dataout1由dataout10dataout11.dataout123位组成，表示输出端II。datain1.dataout1、rs组成一个多路选择揩，实现选择输入功能，rs的值决定选择datain1的哪组信号送给dataout1,由dataout1输出,datain2

11、由datai20datain21组成，表示输入端口。dataout2由dataout20dataout21112位输出端11组成，分成6组，每组2位。同理，datain2.dataout2.rs组成另个多路选择器，实现选择输出功能，rs的值决定选择datain2的2位信号从dataout2的哪组输出Crt为控制脉冲，当为上升沿时实现选择输入功能，当为下降沿时实现选择输出功能。datai3为16位按键输入口（低电平有效），每位代表一个按键。dataout3为4位按键值输出端口，当有按键按卜时，经CP1D内部状态发生改变,按键弹起后，内部状态经CP1D门动处理转化为相应的键值从dataout3输出

12、（高电平有效）。如当datain3位为1111111111111101时,表示2号键按下，dataout3将输出O（H0,表示按键值为20表1VeribgHD1程序端口功能表端口功能Hatain1datain2datain3Uatanu111atan12datauB18位输入端口2位输入端口16位按键输入端口3位输出端口12位输出端口4位按键扫描输出rsrt3位瓶口选择控制脓冲3CP1D仿真从最初的电路设计思想到QuartusII的波形仿真、再到CP1D的芯片编程结束,开发设计流程图如图5所示。国5设丁旅触瑁在QUartUSH平台上,对Veri1ogHD1程序编译后，用SimU1atOr对之进

13、行时序仿真,得到如图6所示的结果。图6VeribgHD1程序仿真图由图中可以看到各预定功能都得到了实现，如datain3为I11111o11111时，dataout3输出为0110,仿真结果完全符合电路的要求。基于SPCEO61A+CP1D设计的电动自行车充电系统,简化了系统软硬件设计，提高了电路的稳定性和可靠性：使系统设计灵活、开发周期短、集成性更强，同时使系统易于升级和扩展。经检验测试，各项技术指标均达到了设计要求。参考文献1张鹏举，李树华，窦海峰.用单片机及CE1E实现的多功能控制系统设计.内蒙古大学学报(自然科学版)，2005;36(3)：316-3202李向舜,刘明慧.基于CEg技术的AD转换器接I1电路设计,压电与声光，2005;27(4)：3853893李春雷，王祖强.基于CE1D的电子存包系统的设计与实现.电子技术应用，2005;31(7)：69724李小波，孙志勇，刘春生.基于CBD和单片机的低频信号源设计.仪器技术与传感器，2005;(11)：4649