畢業(yè)設(shè)計(jì)---太陽(yáng)能萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　中文題目： 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)</p><p>　　英文題目： The Design of a Solar-powered </p><p><b>　　Calendar</b></p><p>　學(xué)

2、院：機(jī)械與電子控制工程學(xué)院</p><p>　專(zhuān) 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器</p><p>　　題 目：_____ _太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)______ _________</p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：__測(cè)控技術(shù)與儀器____</p><p>　　指導(dǎo)教師建議成績(jī)：

3、 </p><p>　　評(píng)閱教師建議成績(jī)： </p><p>　　答辯小組建議成績(jī)： </p><p><b>　　答辯委員會(huì)意見(jiàn)：</b></p><p><b>　　最終成績(jī)：</b></p><

4、p>　　主管教學(xué)副院長(zhǎng)或答辯委員會(huì)主席簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　題 目：_____ _太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)__ _ ___ _________</p><p>　　適合專(zhuān)業(yè)：_測(cè)控技術(shù)與儀器______

5、 </p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）： 肖燕彩 提交日期：2010 年 2 月 25 日</p><p>　　學(xué) 院：機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：__測(cè)控技術(shù)與儀器____</p><p>　　姓 名： __鄭博______________

6、_ 學(xué) 號(hào)：__ _06222029________</p><p>　　題 目：_____ _ 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)___ ___ _________</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 審核日期： 2010 年 3 月 18日</p><p>　　題

7、 目：_____ _ 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)___ ___ _________</p><p>　　總成績(jī)：____ 指導(dǎo)教師 (簽名)：________ 日期： _年 月 日</p><p>　　題 目：_____ _ 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)___ ___ _________</p><

8、p>　　評(píng)定成績(jī)： 評(píng)閱人： 日期： 年 月 日</p><p>　　題 目：_____ _ 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)___ ___ _________</p><p>　　評(píng)定成績(jī)： 答辯組長(zhǎng)： 日期： 年 月 日</p>

9、;<p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)、科技的發(fā)展，人類(lèi)得知時(shí)間，從觀太陽(yáng)、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，不斷研究、創(chuàng)新。為了在觀測(cè)時(shí)間的同時(shí)，能夠了解其它與人類(lèi)密切相關(guān)的信息，比如溫度、星期、日期等，電子萬(wàn)年歷誕生了，它集時(shí)間、日期、星期和溫度功能于一身，具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。&

10、lt;/p><p>　　盡管現(xiàn)在電子萬(wàn)年歷的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但市場(chǎng)上的電子萬(wàn)年歷還是應(yīng)用傳統(tǒng)電池供電，傳統(tǒng)電池污染大、難以處理，而太陽(yáng)能供電有其天然的優(yōu)勢(shì)，作為一種新能源，它是人類(lèi)可以利用的最豐富的能源。地球上，無(wú)論何處都有太陽(yáng)能，可以就地開(kāi)發(fā)利用，不存在運(yùn)輸問(wèn)題。太陽(yáng)能是一種潔凈的能源。在開(kāi)發(fā)利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣、也沒(méi)有噪音，更不會(huì)影響生態(tài)平衡。絕對(duì)不會(huì)造成污染和公害。所以應(yīng)該開(kāi)發(fā)一種太陽(yáng)能供電的萬(wàn)年

11、歷系統(tǒng)。</p><p>　　本課題通過(guò)對(duì)一個(gè)基于單片機(jī)的能實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷功能，并用太陽(yáng)能供電的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)指令的應(yīng)用，熟悉太陽(yáng)能供電的原理的目的。系統(tǒng)由主控制器AT89C51、時(shí)鐘電路DS12887、顯示電路、按鍵電路、、復(fù)位電路和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)等部分構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘日歷顯示的功能，能進(jìn)行時(shí)、分、秒的顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、太陽(yáng)能供

12、電</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the society, science and technology, mankind learned that time, from the view of the sun, to the present electronic clock pendulum clock, con

13、tinuous research and innovation. Observation time in the same time, be able to understand other human beings is closely related to information, such as temperature, week, date and so on, the birth of the electronic calen

14、dar, and it set the time, date, week and temperature-in-one, with easy to read, intuitive display functional diversity, and many other</p><p>　　Although the electronic calendar technology is relatively matur

15、e, but electronic calendar on the market uses traditional batteries, traditional batteries pollute the environment and hard to handle, solar power has its advantage as a kind of new energy, it is a kind of the most abund

16、ant energy which human can use inexhaustible. On earth, solar energy exist wherever there are, people can exploit solar energy wherever, and not exist on the transportation problem. Solar energy is a kind of clean ene<

17、;/p><p>　　Based on a microcontroller based on the will to achieve calendar of a multi-functional electronic clock design, thereby achieve studying and understanding the relevant directives SCM in all aspects of

18、 the application. By main control AT89C51、clock circuit DS12887、display circuit、keystroke circuit and restore circuit componented, to achieve clock calendar display function can be carried out, hours seconds of the show.

19、 </p><p>　　Keywords : singlechip, the clock chip，the solar power</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p

20、><b>　　目錄IV</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 萬(wàn)年歷技術(shù)的發(fā)展1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況2</p><p>　　1.3.1目前

21、的電子萬(wàn)年歷的產(chǎn)品現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2太陽(yáng)能電池的產(chǎn)品現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4現(xiàn)階段萬(wàn)年歷技術(shù)存在問(wèn)題與趨勢(shì)分析4</p><p>　　1.4.1現(xiàn)階段電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題4</p><p>　　1.4.2萬(wàn)年歷產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　1.5本課題的主要工作5

22、</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷工作原理6</p><p><b>　　2.1 引言6</b></p><p>　　2.2 太陽(yáng)能電池的概況、原理和應(yīng)用7</p><p>　　2.2.1太陽(yáng)能概況7</p><p>　　2.2.2太陽(yáng)能光伏電池簡(jiǎn)介8</p>&l

23、t;p>　　2.2.3太陽(yáng)能電池的分類(lèi)9</p><p>　　2.2.4太陽(yáng)能電池發(fā)電原理12</p><p>　　2.2.5太陽(yáng)能能源的利用14</p><p>　　2.3電子萬(wàn)年歷的基本原理16</p><p><b>　　2.4小結(jié)17</b></p><p>　　第3章 系

24、統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件的選擇17</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)的選擇17</p><p>　　3.3.2顯示模塊的選擇18</p><p>　　3.3.3鍵盤(pán)模塊的選擇18</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件框圖19</p><p>　　3.3

25、 主控制器AT89C51單片機(jī)的連接20</p><p>　　3.4數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.4.1數(shù)碼管顯示模塊的概述22</p><p>　　3.4.2 驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219原理22</p><p>　　3.4.3 MAX7219與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.5

26、時(shí)鐘芯片模塊設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.5.1時(shí)鐘芯片模塊概述27</p><p>　　3.5.2時(shí)鐘芯片DS12887的原理27</p><p>　　3.5.3 時(shí)鐘芯片與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)34</p><p>　　3.6太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的研究及選型35</p><p>　　3.6.1太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的總體

27、設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.6.2蓄電池的概述及選型36</p><p>　　3.6.3太陽(yáng)能電池板的概述及選型38</p><p>　　3.6.4太陽(yáng)能電源安裝使用中注意的問(wèn)題39</p><p>　　3.6.5 太陽(yáng)能電源存在的問(wèn)題39</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)41</p&g

28、t;<p><b>　　4.1引言41</b></p><p>　　4.2 主程序41</p><p>　　4.3初始化子程序43</p><p>　　4.4 顯示驅(qū)動(dòng)程序46</p><p>　　4.5按鍵掃描程序49</p><p>　　第5章 系統(tǒng)整體使用與調(diào)試52

29、</p><p>　　5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2</p><p>　　5.2硬件測(cè)試52</p><p>　　5.3軟件測(cè)試53</p><p><b>　　5.4小結(jié)54</b></p><p><b>　　結(jié) 論55</b></p><p>

30、<b>　　致 謝56</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)57</b></p><p>　　附錄一： 外文翻譯60</p><p>　　附錄二： 外文原文65</p><p>　　附錄三： 系統(tǒng)程序清單72</p><p><b>　　第1章

31、緒論</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義</p><p>　　隨著人們生活水平的日益改善，對(duì)生活品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，因而更注重家庭生活環(huán)境及辦公場(chǎng)所的裝飾與實(shí)用，而人們?nèi)粘Ｍ鶃?lái)的禮品需求也更加注重品位、時(shí)尚和實(shí)用化。電子萬(wàn)年歷把動(dòng)感技術(shù)和萬(wàn)年歷技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既實(shí)用又富有美感，新穎時(shí)尚，充滿活力。</p><p>　　電子萬(wàn)年歷從

32、1998年開(kāi)始大面積推廣，人們消費(fèi)新一代計(jì)時(shí)產(chǎn)品數(shù)量不斷提高，其豐厚的利潤(rùn)和巨大的市場(chǎng)潛力，為鐘表行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。隨著電子萬(wàn)年歷的日益普及與消費(fèi)層次的擴(kuò)大，延伸出許多旁支品類(lèi)，使電子萬(wàn)年歷成為市場(chǎng)反應(yīng)很熱烈的品類(lèi)之一。</p><p>　　現(xiàn)在電子萬(wàn)年歷技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但是絕大多數(shù)萬(wàn)年歷還是用普通電池提供能源，而電池中的有害物質(zhì)污染環(huán)境，難以處理。若利用太陽(yáng)能電池供電，就可避免以上危害，目前市場(chǎng)上還沒(méi)

33、有成熟的太陽(yáng)能供電萬(wàn)年歷，所以開(kāi)發(fā)一種利用太陽(yáng)能供電的電子萬(wàn)年歷十分必要。</p><p>　　1.2 萬(wàn)年歷技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　若是現(xiàn)代用的"時(shí)鐘"歷史也很悠久在上萬(wàn)年前，人類(lèi)已經(jīng)學(xué)會(huì)了觀察掌握時(shí)間的運(yùn)行規(guī)律。 </p><p>　　二十一世紀(jì)的今天，最具代表性的計(jì)時(shí)產(chǎn)品就是電子萬(wàn)年歷，它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和

34、擺輪游絲的發(fā)明，相對(duì)穩(wěn)定的機(jī)械振蕩頻率源使鐘表的走時(shí)差從分級(jí)縮小到秒級(jí)，代表性的產(chǎn)品就是帶有擺或擺輪游絲的機(jī)械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應(yīng)用，發(fā)明了走時(shí)精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時(shí)月差從分級(jí)縮小到秒級(jí)。第三次革命就是單片機(jī)數(shù)碼計(jì)時(shí)技術(shù)的應(yīng)用（電子萬(wàn)年歷），使計(jì)時(shí)產(chǎn)品的走時(shí)日差從分級(jí)縮小到1/600萬(wàn)秒，從原有傳統(tǒng)指針計(jì)時(shí)的方式發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動(dòng)日期、星期、溫度以及其他日常

35、附屬信息的顯示功能，它更符合消費(fèi)者的生活需求！因此，電子萬(wàn)年歷的出現(xiàn)帶來(lái)了鐘表計(jì)時(shí)業(yè)界跨躍性的進(jìn)步……　　</p><p>　　我國(guó)生產(chǎn)的電子萬(wàn)年歷有很多種，總體上來(lái)說(shuō)以研究多功能電子萬(wàn)年歷為主，使萬(wàn)年歷除了原有的顯示時(shí)間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報(bào)警等功能。商家生產(chǎn)的電子萬(wàn)年歷更從質(zhì)量，價(jià)格，實(shí)用上考慮，不斷的改進(jìn)電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)，使其更加的具有市場(chǎng)。</p><p>　　萬(wàn)年歷技

36、術(shù)隨著科學(xué)的進(jìn)步而進(jìn)步，近年來(lái)，微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用到時(shí)鐘萬(wàn)年歷技術(shù)領(lǐng)域，大大推動(dòng)了萬(wàn)年歷技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高了萬(wàn)年歷的準(zhǔn)確性。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況</p><p>　　1.3.1目前的電子萬(wàn)年歷的產(chǎn)品現(xiàn)狀</p><p>　　電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品是采用獨(dú)立芯片控制內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)行，以LED夜光數(shù)碼顯示日期、時(shí)間、星期、節(jié)氣倒

37、計(jì)，以及溫度等日常信息，糅合了多項(xiàng)先進(jìn)電子技術(shù)及現(xiàn)代經(jīng)典工藝打造的現(xiàn)代數(shù)碼計(jì)時(shí)產(chǎn)品。</p><p>　　目前電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品主要以LED顯示信息，電子萬(wàn)年歷以LED顯示方式分為靜態(tài)顯示產(chǎn)品和動(dòng)態(tài)顯示產(chǎn)品，靜態(tài)顯示：靜態(tài)的每一位數(shù)碼管是一直處于通電狀態(tài),只需輸入一個(gè)新的信號(hào)就會(huì)更新舊的數(shù)據(jù)并顯示；動(dòng)態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)的每一位數(shù)碼管在新數(shù)據(jù)輸入之前是處于斷電狀態(tài)，當(dāng)輸入一個(gè)新的信號(hào)后再給所需點(diǎn)亮的數(shù)碼管通電方能點(diǎn)亮顯示，其

38、他的數(shù)碼管以同樣的方式在短時(shí)間內(nèi)依次掃描點(diǎn)亮。電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品以外觀形式分為全數(shù)碼顯示萬(wàn)年歷產(chǎn)品和帶畫(huà)面電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品，其中帶畫(huà)面電子萬(wàn)年歷以其時(shí)尚的外型更加符合人們的需求[1]。</p><p>　　電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品的核心技術(shù)是單片機(jī)數(shù)碼計(jì)時(shí)技術(shù)，應(yīng)用單片機(jī)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行控制，使計(jì)時(shí)產(chǎn)品的走時(shí)日差從分級(jí)縮小到1/600萬(wàn)秒，從原有傳統(tǒng)指針計(jì)時(shí)的產(chǎn)品發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示產(chǎn)品，直觀明了，并增加了全自動(dòng)日期、

39、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合消費(fèi)者的生活需求！因此，電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品的出現(xiàn)帶來(lái)了鐘表計(jì)時(shí)業(yè)界跨躍性的進(jìn)步。</p><p>　　1.3.2太陽(yáng)能電池的產(chǎn)品現(xiàn)狀</p><p>　　目前太陽(yáng)能電池產(chǎn)品多種多樣，太陽(yáng)能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜產(chǎn)品和非結(jié)晶系薄膜產(chǎn)品兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形產(chǎn)品和多結(jié)晶形產(chǎn)品。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最

40、高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%[2]。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，那么，非晶硅大陽(yáng)能電池?zé)o疑是太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一</p><p>

41、　　目前,太陽(yáng)能電池產(chǎn)品的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門(mén)，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池產(chǎn)品仍將是利用太陽(yáng)輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類(lèi)未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟?gòu)V闊的前景[3]。</p><

42、p>　　1.4現(xiàn)階段萬(wàn)年歷技術(shù)存在問(wèn)題與趨勢(shì)分析</p><p>　　1.4.1現(xiàn)階段電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題</p><p>　　(1)使用污染高的電池電源</p><p>　　目前決大多數(shù)電子萬(wàn)年歷產(chǎn)品都使用電池提供能源，普通的電池危害環(huán)境，難以處理，還威脅人們的健康。電池主要含有貢、鎘、鉛、鎳、鋅、銅等重金屬。一節(jié)干電池里含有50 - 100mg的貢，

43、一旦電池中的水銀混入地下水，則可能通過(guò)農(nóng)作物或飲用水進(jìn)入人體，損傷人的健康。一枚指甲大小的廢紐扣電池，能污染60萬(wàn)升的水；一節(jié)1號(hào)電池爛在地里，可使一平方米的土地草木不升。</p><p>　　(2)萬(wàn)年歷功能相對(duì)單一</p><p>　　電子萬(wàn)年歷可添加更多功能，例如計(jì)算器功能、觸摸可變亮、倒計(jì)時(shí)功能、計(jì)數(shù)器功能等等。更多的功能可以讓用戶使用起來(lái)更加方便。</p><

44、p>　　1.4.2萬(wàn)年歷產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　今后，萬(wàn)年歷的發(fā)展有以下趨勢(shì)：</p><p>　?、俑€(wěn)定、可靠；②更多樣的功能；③更精美、小巧的外觀；④更智能化的設(shè)計(jì)；⑤污染高的電池電源供電轉(zhuǎn)向清潔的太陽(yáng)能電源供電。</p><p>　　1.5本課題的主要工作</p><p>　　本課題研究設(shè)計(jì)一個(gè)電子的萬(wàn)年歷，以時(shí)鐘芯

45、片技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使萬(wàn)年歷外型美觀，滿足人們生活品質(zhì)的要求，為適應(yīng)節(jié)能環(huán)保的要求，使用太陽(yáng)能電池板供電。</p><p>　　本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的功能：</p><p>　　(1)具有最基本的時(shí)鐘、日歷顯示功能；</p><p>　　(2)可用太陽(yáng)能電池為萬(wàn)年歷供電；</p><p>　　(3)系統(tǒng)有較好的抗干擾能力與可靠性

46、，以防發(fā)生記時(shí)錯(cuò)誤。</p><p>　　通過(guò)學(xué)習(xí)時(shí)鐘芯片原理、單片機(jī)原理及模擬電路設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)各功能模塊電路，完成硬件搭接、編程調(diào)試工作，讓大學(xué)所學(xué)知識(shí)在實(shí)踐中予以體現(xiàn)。通過(guò)開(kāi)題報(bào)告及畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，提高搜集資料的能力及寫(xiě)作翻譯能力，并在答辯中鍛煉口才。</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能萬(wàn)年歷工作原理</p><p><b>　　2.1 引

47、言</b></p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，人們就一直在努力研究利用太陽(yáng)能。我們地球所接受到的太陽(yáng)能，只占太陽(yáng)表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3-4萬(wàn)倍，可謂取之不盡，用之不竭。其次，宇宙空間沒(méi)有晝夜和四季之分，也沒(méi)有烏云和陰影，輻射能量十分穩(wěn)定。因而發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)說(shuō)來(lái)比地面簡(jiǎn)單，而且在無(wú)重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對(duì)設(shè)備構(gòu)件的強(qiáng)度要求也不太高。再者，太陽(yáng)能和石油、煤炭等

48、礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致"溫室效應(yīng)"和全球性氣候變化，也不會(huì)造成環(huán)境污染。正因?yàn)槿绱?，太?yáng)能的利用受到許多國(guó)家的重視，大家正在競(jìng)相開(kāi)發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以擴(kuò)大太陽(yáng)能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在近10多年來(lái)，在石油可開(kāi)采量日漸見(jiàn)底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機(jī)的夾擊下，我們?cè)絹?lái)越企盼著“太陽(yáng)能時(shí)代”的到來(lái)。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，其應(yīng)用十分廣泛，在某些領(lǐng)域，太陽(yáng)能的利用已開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。&l

49、t;/p><p>　　本設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能電源為電子萬(wàn)年歷供電旨在體現(xiàn)這樣一種潔凈、環(huán)保、可持續(xù)的思想。把太陽(yáng)能帶入我們?nèi)粘Ｉ畹淖罴?xì)微處，將環(huán)保與節(jié)能并舉。</p><p>　　單片機(jī)現(xiàn)在已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域，可以說(shuō)單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到人類(lèi)的生活、工作的每一個(gè)角落，這說(shuō)明它和我們每個(gè)人的工作、生活密切相關(guān)，也說(shuō)明我們每個(gè)人都有可能和有機(jī)會(huì)利用單片機(jī)去改造身邊

50、的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為控制中心，正體現(xiàn)了單片機(jī)在現(xiàn)代生活中的智能化應(yīng)用[4]。</p><p>　　電子萬(wàn)年歷是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p><p>　　2.2 太陽(yáng)能電池的概況、原理和應(yīng)用</p><p&

51、gt;　　2.2.1太陽(yáng)能概況</p><p>　　太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱(chēng)為太陽(yáng)能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)

52、，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱(chēng)太陽(yáng)能光伏技術(shù)。</p><p>　　二十世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽(yáng)吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)突破為太陽(yáng)能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　

53、70年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱潮。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)的陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃，1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國(guó)政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在70年代制定了“陽(yáng)光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽(yáng)光計(jì)劃”合并成“新陽(yáng)光計(jì)劃”。德國(guó)等歐共體國(guó)家及一些發(fā)展中國(guó)家也

54、紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來(lái)聯(lián)合國(guó)召開(kāi)了一系列有各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略規(guī)劃、國(guó)際太陽(yáng)能公約，設(shè)立國(guó)際太陽(yáng)能基金等，推動(dòng)全球太陽(yáng)能和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源成為國(guó)際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容[5]。</p><p>　　幾十年來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展

55、的新興產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>　　2.2.2太陽(yáng)能光伏電池簡(jiǎn)介</p><p>　　作為太陽(yáng)能電池工作基本原理的光伏效應(yīng)(Photovoltaic Effect縮寫(xiě)PV) 是在1839年被發(fā)現(xiàn)的。由太陽(yáng)光的光量子與材料相互作用而產(chǎn)生電勢(shì)， 從而把光的能量轉(zhuǎn)換成電能，此種進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的光電元件稱(chēng)為太陽(yáng)電池(Solar Cell)，也可稱(chēng)之為光伏電池。1954年Bell實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一個(gè)太

56、陽(yáng)能電池，不過(guò)由于效率太低，造價(jià)太高，缺乏商業(yè)價(jià)值。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，使太陽(yáng)能電池的作用不可替代，太陽(yáng)能電池成為太空飛行器中不可取代的重要部分。1958年3月發(fā)射的美國(guó)Vanguard 1號(hào)上首次裝設(shè)了太陽(yáng)能電池。1958年5月蘇聯(lián)發(fā)射的第3顆人造衛(wèi)星上也開(kāi)始裝設(shè)太陽(yáng)能電池。到1969年美國(guó)人登陸月球，這使得太陽(yáng)作為太陽(yáng)能電池的發(fā)展達(dá)到了第1個(gè)巔峰期。此后，幾乎所有發(fā)射的人造天體上都裝設(shè)太陽(yáng)能電池。20世紀(jì)70年代初期，由于中東戰(zhàn)爭(zhēng)，

57、石油禁運(yùn), 使得工業(yè)國(guó)家的石油供應(yīng)中斷，出現(xiàn)了“能源危機(jī)”，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到不能長(zhǎng)期依靠傳統(tǒng)能源。特別是近年來(lái)地面能源面臨的礦物燃料資源的減少與環(huán)境污染的問(wèn)題，于是太陽(yáng)能電池的應(yīng)用已被提上了各國(guó)政府的議事日程。1990年以后，太陽(yáng)能的發(fā)展開(kāi)始與民用電相結(jié)合，</p><p>　　第1代太陽(yáng)能電池包括單晶硅和多晶硅2種，工業(yè)化產(chǎn)品效率一般為13% ～15%，目前可工業(yè)化生產(chǎn)、可獲得利潤(rùn)的太陽(yáng)能電池就是指第1代電池。但

58、是由于生產(chǎn)工藝等因素使得該類(lèi)型的電池生產(chǎn)成本較高。第2代太陽(yáng)能電池是薄膜太陽(yáng)能電池，其成本低于第1代，可大幅度增加電池板制造面積，但是效率不如第1代。至今太陽(yáng)能電池已經(jīng)發(fā)展到了第2代。在將來(lái)的第3代太陽(yáng)能電池應(yīng)該具有以下特征：薄膜化、高效率、原材料豐富和無(wú)毒性?？赏麑?shí)現(xiàn)的第3代電池效率的途徑包括：疊層電池、多帶光伏電池、碰撞離化、光子下轉(zhuǎn)換、熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。</p><p>　　2.2.3太陽(yáng)

59、能電池的分類(lèi)</p><p>　　電池行業(yè)是２１世紀(jì)的朝陽(yáng)行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒(méi)有污染、市場(chǎng)空間最大的應(yīng)該是太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池的研究與開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛重視。</p><p>　　（1）單晶硅高效電池</p><p>　　單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（PCC），新南威爾士大學(xué)（UNSW）的鈍化發(fā)射區(qū)電池（PE

60、SC，PERC，PERL以及德國(guó)Fraumhofer太陽(yáng)能研究所的局域化背表面場(chǎng)（LBSF）電池等。</p><p>　　我國(guó)進(jìn)行了高效電池研究，并取得了可喜結(jié)果。近年來(lái)硅電他的一個(gè)重要進(jìn)展來(lái)自于表面鈍化技術(shù)的提高。從鈍化發(fā)射區(qū)太陽(yáng)電池（PESC）的薄氧化層（＜10nm）發(fā)展到PCC／PERC／PER1。電池的厚氧化層（110nm）。熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到10 cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm

61、／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技術(shù)，雙層減反射膜技術(shù)的提高和陷光理論的完善也進(jìn)一步減小了電池表面的反射和對(duì)紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。</p><p>　?。?）多晶硅高效電池</p><p>　　多晶硅太陽(yáng)電他的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。晶界及雜質(zhì)影

62、響可通過(guò)電他工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。電池工藝主要采用吸雜、鈍化、背場(chǎng)等技術(shù)。</p><p>　　近年來(lái)吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。吸雜工藝也在微電子器件工藝中得到應(yīng)用，可見(jiàn)其對(duì)純度達(dá)到一定水平的單晶硅硅片也有作用，但其所用的條件未必適用于太陽(yáng)電他，因而要研究適合太陽(yáng)電池專(zhuān)用的吸雜工藝。研究證明，在多晶硅太陽(yáng)電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對(duì)碳含量高的材料就顯

63、不出磷吸雜的作用。有學(xué)者提出了磷吸雜模型，即吸雜的速率受控干兩個(gè)步驟：①金屬雜質(zhì)的釋放／擴(kuò)散決定了吸雜溫度的下限；②分凝模型控制了吸雜的最佳溫度。另有學(xué)者提出，在磷擴(kuò)散時(shí)硅的自間隙電流的產(chǎn)生是吸雜機(jī)制的基本因素。</p><p>　　常規(guī)鋁吸雜工藝是在電池的背面蒸鍍鋁膜后經(jīng)過(guò)燒結(jié)形成，也可同時(shí)形成電他的背場(chǎng)。近幾年在吸雜上的工作證明，它對(duì)高效單晶硅太陽(yáng)電池及多晶硅太陽(yáng)電池都會(huì)產(chǎn)生一定的作用。</p>

64、<p>　　鈍化是提高多晶硅質(zhì)量的有效方法。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長(zhǎng)中受應(yīng)力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在多晶硅太陽(yáng)電池表面采用PECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對(duì)多晶硅可產(chǎn)生氫鈍化的效果。</p><p>　　在高效太陽(yáng)電池上常采用表面氧鈍化的技術(shù)來(lái)提高太陽(yáng)電他的效率，近年來(lái)在光伏級(jí)的

65、晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。使用PECVD法在更低的溫度下進(jìn)行表面氧化，近年來(lái)也被使用，具有一定的效果。</p><p>　　多晶硅太陽(yáng)電他的表面由于存在多種晶向，不如（100）晶向的單晶硅那樣能經(jīng)由腐蝕得到理想的絨面結(jié)、構(gòu)，因而對(duì)其表面進(jìn)行各種處理以達(dá)減反射的作用也為近期研究目標(biāo)，其中采用多刀砂輪進(jìn)行表面刻槽，對(duì)10cmX10cm面積硅片的工序時(shí)間可降到30s，具有了一定的實(shí)用潛

66、力。</p><p>　　多孔硅作為多晶硅太陽(yáng)電他的減反射膜具有實(shí)用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電他的效率也能達(dá)到13.4％。我國(guó)北京有色金屬研究總院及中科院感光化學(xué)研究所共同研制的在絲網(wǎng)印刷的多晶硅太陽(yáng)電池上使用多孔硅也已達(dá)到接近實(shí)用的結(jié)果。</p><p>　　由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅cZ材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提

67、高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。近10年來(lái)多晶硅高效電他的發(fā)展很快，其中比較有代表性的工作是Geogia Tech．電池，UNSW電池，Kysera電池等。</p><p>　　（3）多晶硅薄膜電池</p><p>　　為了大幅度降低太陽(yáng)電池的成本，光伏界一直在研究開(kāi)發(fā)薄膜電池，并先后開(kāi)發(fā)出非晶硅薄膜電他，硫化鎬（CdTe）電他，銅鋼硒（C1S）電池等。特別是非晶硅電池，一經(jīng)問(wèn)

68、世，很快實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。1987年非晶硅電他的市場(chǎng)份額超過(guò)40％。但非晶硅電池由于效率低、不穩(wěn)定（光衰減），市場(chǎng)份額逐年降低，1998年市場(chǎng)份額降為13％。cdTe電池性能穩(wěn)定，但由于資源有限和Cd毒性大，近10年來(lái)市場(chǎng)份額一直維持在：13％左右；c1S電他的實(shí)驗(yàn)室效率不斷攀升：最近達(dá)到18％，但由于中試產(chǎn)品的重復(fù)性和一致性沒(méi)有根本解決，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一再推后，至今仍停留在實(shí)驗(yàn)室和中試階段；與此同時(shí)，晶體硅電池效率不斷提高，技術(shù)不斷改進(jìn)，

69、加上晶硅穩(wěn)定，無(wú)毒，材料資源豐富，人們開(kāi)始考慮開(kāi)發(fā)多晶硅薄膜電池。多晶硅薄膜電池既具有晶硅電他的高效、穩(wěn)定、無(wú)毒和資源豐富的優(yōu)勢(shì)，又具有薄膜電池工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、大幅度降低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此多晶硅薄膜電池的研究開(kāi)發(fā)成為近幾年的熱點(diǎn)。另一方面，采用薄片硅技術(shù)，避開(kāi)拉制單晶硅或澆鑄多晶硅、切片的昂貴工藝和材料浪費(fèi)的缺點(diǎn)，達(dá)到降低成本的目的。嚴(yán)格說(shuō)，后者不屬于薄膜電他技術(shù)，只能算作薄片化硅電池技術(shù)[6]</p><p>

70、;　　2.2.4太陽(yáng)能電池發(fā)電原理</p><p>　　太陽(yáng)電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч?，多晶硅?非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，見(jiàn)圖2-1，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過(guò)程，太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-2。 P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。</p><p>　　圖2-1 太陽(yáng)能電池</p>

71、<p>　　圖2-2 太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　一束光照在半導(dǎo)體上和照在金屬或絕緣體上效果截然不同。由于金屬中自由電子如此之多，以致光引起的導(dǎo)電性能的變化完全可忽略。絕緣體在很高溫度下仍未能激發(fā)出更多的電子參加導(dǎo)電。而導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體對(duì)體內(nèi)電子的束縛力遠(yuǎn)小于絕緣體，可見(jiàn)光的光子能量就可以把它從束縛激發(fā)到自由導(dǎo)電狀態(tài)，這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)局部區(qū)域存在電場(chǎng)時(shí)，光

72、生載流子將會(huì)積累，和沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)有很大區(qū)別，電場(chǎng)的兩側(cè)由于電荷積累將產(chǎn)生光電電壓，這就是光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。太陽(yáng)電池就是利用這種效應(yīng)制成的。</p><p>　　當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在P—N結(jié)，則

73、在P型和N型交界面兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，在P—N結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)的一部分除抵銷(xiāo)勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動(dòng)勢(shì)。若分別在P型層和N型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。</p&g

74、t;<p>　　當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。</p><p>　　2.2.5太陽(yáng)能能源的利用</p><p>　　人類(lèi)在21世紀(jì)面對(duì)的最大困難是什么？答案是不可再生能源的日漸減少和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重。如何解決這一對(duì)難題成為困擾世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要任務(wù)。各種可再生能源的優(yōu)越性日漸突出。

75、于是，人們將目光紛紛投向了太陽(yáng)。</p><p>　　太陽(yáng)時(shí)時(shí)刻刻都在向地球發(fā)送能量，并且這種能量是取之不盡，用之不竭的。如果僅僅將太陽(yáng)發(fā)射到地球的總輻射功率換算成電功率，可以高達(dá)KW, 比目前全世界平均消費(fèi)電力還要大數(shù)億倍。太陽(yáng)能不但數(shù)量巨大，而且源于太陽(yáng)的各種綠色能源，如：風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能、水力能都屬于可再生能源，只要有太陽(yáng)的存在，能源就像陽(yáng)光一樣源源不斷。太陽(yáng)能的利用有很多種，可以利用光的熱效應(yīng)，將太

76、陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化成熱能；也可以利用光的伏特效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換成電能等。在太陽(yáng)能的有效利用中，太陽(yáng)能的光電利用成為近些年發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。太陽(yáng)能電池的研究發(fā)展也日益迅速起來(lái)。</p><p>　　太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對(duì)環(huán)境無(wú)污染的可再生能源。這對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害作用具有重大意義[11]。因此

77、太陽(yáng)能電池有望成為21世紀(jì)的重要新能源。目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用太陽(yáng)能電池發(fā)出的電并入電網(wǎng)的措施，既能部分平衡高峰用電，又可省去儲(chǔ)電的費(fèi)用。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)一般沒(méi)有發(fā)電機(jī)具有的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，所以也不會(huì)產(chǎn)生噪音，不容易損壞。太陽(yáng)能發(fā)電裝置規(guī)?？纱罂尚。〉目梢允菙?shù)瓦或數(shù)十瓦，如便攜式太陽(yáng)能手電筒和太陽(yáng)能手機(jī)充電器，大的可以是數(shù)兆瓦或數(shù)十兆瓦，例如大型發(fā)電站等。</p><p>　　近年來(lái)，光伏電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)2004年數(shù)

78、據(jù)分析，各種太陽(yáng)能電池中硅基太陽(yáng)能電池占總產(chǎn)量的98%，晶體硅太陽(yáng)能電池占總產(chǎn)量的84.6%，多晶硅太陽(yáng)能電池占總量的56%。2005 年，世界光伏市場(chǎng)安裝1460MW，比2004年增長(zhǎng)34%。全球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測(cè)如圖2-3所示,其中縱坐標(biāo)表示光伏發(fā)電占總發(fā)電的百分比。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2005～2010年世界太陽(yáng)能電池平均年增長(zhǎng)率在25%。</p><p>　　圖2-3 全球光伏電池產(chǎn)量預(yù)測(cè)圖</p>&

79、lt;p>　　2.3電子萬(wàn)年歷的基本原理</p><p>　　電子萬(wàn)年歷是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭、車(chē)站、 碼頭辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得電子萬(wàn)年歷的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式的計(jì)時(shí)方法。</p><p>　　電子萬(wàn)年歷是采用獨(dú)立芯片控制內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)行，以LED夜光數(shù)碼顯示日

80、期、時(shí)間、星期、節(jié)氣倒計(jì)，以及溫度等日常信息，糅合了多項(xiàng)先進(jìn)電子技術(shù)及現(xiàn)代經(jīng)典工藝打造的現(xiàn)代數(shù)碼計(jì)時(shí)產(chǎn)品[8]。</p><p>　　目前的電子萬(wàn)年歷基本都是以單片機(jī)為核心，采用時(shí)鐘芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)行處理，時(shí)鐘芯片可以對(duì)年、月、日、十、分、秒進(jìn)行精確記時(shí)，許多時(shí)鐘芯片還具有閏年補(bǔ)償、鬧鐘、溫度測(cè)量等多種功能。</p><p><b>　　2.4小結(jié)</b></p&

81、gt;<p>　　本章主要介紹了太陽(yáng)能能源的利用現(xiàn)狀與前景，太陽(yáng)能光伏電池的原理和應(yīng)用以及萬(wàn)年歷的一般工作原理。通過(guò)這些原理為太陽(yáng)能萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件的選擇 </p><p>　　3.3.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　方案一：采用傳統(tǒng)

82、的AT89C51作為電機(jī)的控制核心。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9]。</p><p>　　方案二：采用FTC10F04單片機(jī)，還帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。其主要特點(diǎn)如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次

83、以上，數(shù)據(jù)保存10年[10]。</p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)CPU運(yùn)算速度要求很高，需要執(zhí)行很復(fù)雜的運(yùn)算，方案一成本比較低，適合做設(shè)計(jì)，方案二運(yùn)算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。選用方案一作為主方案，方案二作為備用方案。</p><p>　　3.3.2顯示模塊的選擇 </p><p><b>　　方案一：</b></p&g

84、t;<p>　　使用液晶顯示屏顯示時(shí)間數(shù)字。 液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護(hù)[11]。</p><p>&l

85、t;b>　　方案二：</b></p><p>　　采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種作為顯示.</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　使用傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示。 數(shù)碼管具有：低能耗、低損

86、耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，稱(chēng)重輕，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，采用方案三，使用八段四位一體數(shù)碼管串口的動(dòng)態(tài)顯示，由于顯示位數(shù)較多，故應(yīng)使用顯示驅(qū)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中采用MAX7219顯示驅(qū)動(dòng)芯片。</p><p>　　3.3.3鍵盤(pán)

87、模塊的選擇</p><p>　　在對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行切換，對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)校準(zhǔn)過(guò)程中，系統(tǒng)需要產(chǎn)生激勵(lì)電流，因此需要用按鍵。</p><p>　　方案一：使用獨(dú)立式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　　方案二：使用矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)是由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線、

88、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單且不增加成本，這種鍵盤(pán)適合按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。</p><p>　　根據(jù)以上的論述，因本系統(tǒng)需要的按鍵不多，只有時(shí)間/日期切換鍵，要求簡(jiǎn)單。所以采用方案一獨(dú)立式鍵盤(pán)。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　電子萬(wàn)年歷電路是由AT89C51單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；

89、時(shí)鐘電路由DS12887提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)；顯示部份由6個(gè)數(shù)碼管以及數(shù)碼管擴(kuò)展芯片MAX7219構(gòu)成，使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對(duì)數(shù)字的顯示。整個(gè)電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)硬件框圖見(jiàn)圖3-1。</p><p>　　圖3-1系統(tǒng)硬件框圖</p&

90、gt;<p>　　3.3 主控制器AT89C51單片機(jī)的連接</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)，引腳圖見(jiàn)圖3-2。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失內(nèi)

91、存制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，其引腳圖見(jiàn)圖3-2。由于將多功能8位CPU和閃爍內(nèi)存組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本[12]。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[13]。</p><p>　　圖3-2 AT89C51引腳圖</p><p>　　AT89C5

92、1的主要特性：</p><p>　　·與MCS-51 相容</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍內(nèi)存 </p><p>　　· 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p><b>　　

93、83;三級(jí)程序內(nèi)存鎖定</b></p><p>　　·128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個(gè)中斷源</b></p><p><b&

94、gt;　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p>　　要想使單片機(jī)正常工作，必須給它配備時(shí)鐘和復(fù)位電路，在本系統(tǒng)中，單片機(jī)的具體連接如圖3-3所示 </p><p>　　圖3-3 主控制

95、器AT89C51的外圍電路圖</p><p>　　3.4數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1數(shù)碼管顯示模塊的概述</p><p>　　顯示電路采用具有高亮度，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉等特點(diǎn)的LED數(shù)碼管，整個(gè)顯示電路由LED數(shù)碼管和顯示驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219電路構(gòu)成。由于本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容較多，共需要6個(gè)數(shù)碼管，首先顯示時(shí)間時(shí)、分、秒，通過(guò)按鍵控制，然后

96、顯示日期年、月、日，從而實(shí)現(xiàn)日期和時(shí)間進(jìn)行切換。</p><p>　　3.4.2 驅(qū)動(dòng)芯片MAX7219原理</p><p>　　MAX7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器,它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED，管腳圖見(jiàn)圖3-4。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8

97、*8的靜態(tài)RAM用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)LED的段電流。MAX7221與SPI?、QSPI?以及 MICROWIRE?相兼容，同時(shí)它有限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動(dòng)來(lái)減少EMI（電磁干擾）。</p><p>　　一個(gè)方便的四線串行接口可以聯(lián)接所有通用的微處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)可以尋址在更新時(shí)不需要改寫(xiě)所有的顯示。MAX7219/MAX7221同樣允許用戶對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。</p>

98、;<p>　　圖3-4 MAX7219/MAX7221管教圖</p><p>　　整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150μA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有LED發(fā)光的檢測(cè)模式[15]。</p><p><b>　　1、管腳配置</b></p><p><b>　　如圖3.

99、4。</b></p><p>　　2、功能特點(diǎn) </p><p>　　(1) 10MHz 連續(xù)串行口</p><p>　　(2) 獨(dú)立的LED 段控制</p><p>　　(3) 數(shù)字的譯碼與非譯碼選擇</p><p>　　(4) 150μA 的低功耗關(guān)閉模式</p><

100、p>　　(5) 亮度的數(shù)字和模擬控制</p><p>　　(6) 高電壓中斷顯示</p><p>　　(7) 共陰極LED 顯示驅(qū)動(dòng)</p><p>　　(8) 限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動(dòng)來(lái)減少EMI（MAX7221）</p><p>　　(9) SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口（MAX7221）</p><

101、;p>　　(10) 24 腳的DIP 和SO 封裝</p><p>　　3、典型應(yīng)用電路，具體如圖3-5</p><p>　　圖3-5 MAX7219/MAX7221典型應(yīng)用電路</p><p><b>　　4、管腳描述</b></p><p>　　表3-1 MAX7219的管教描述列表</p>&l

102、t;p>　　5、時(shí)序圖，如圖3-6</p><p>　　圖3-6 MAX7219/MAX7221時(shí)序圖</p><p>　　3.4.3 MAX7219與單片機(jī)接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　DIN 與AT89C51的P1.4相連，是MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入端，在時(shí)鐘上升沿時(shí)將數(shù)據(jù)載入其內(nèi)部的16位寄存器中。DIG0—DIG5與6個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)端相連，用來(lái)驅(qū)

103、動(dòng)6個(gè)LED。LOAD是載入數(shù)據(jù)端，連續(xù)數(shù)據(jù)的后16位在LOAD端的上升沿時(shí)被鎖定。CLK是時(shí)鐘序列輸入端，在時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移動(dòng)寄存器，與AT89C51的P1.5相連。SEG A—SEG G,DP分別與LED的7段數(shù)碼管和小數(shù)點(diǎn)相連，是7段數(shù)碼管和小數(shù)點(diǎn)相連的驅(qū)動(dòng)，為顯示器提供電流，具體如圖3-7。</p><p>　　圖3-7 MAX7219與六個(gè)數(shù)碼管的連接電路圖</p><p

104、>　　3.5時(shí)鐘芯片模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1時(shí)鐘芯片模塊概述</p><p>　　電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。隨著時(shí)鐘芯片的問(wèn)世，使萬(wàn)年歷技術(shù)得到徹底的改變，通過(guò)時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，大大提高了萬(wàn)年歷的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性[16]。</p><p>　　在系統(tǒng)中的我們采用達(dá)拉斯公司

105、生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路DS12887來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)鐘顯示。</p><p>　　3.5.2時(shí)鐘芯片DS12887的原理</p><p>　　(1) DS12887的主要特點(diǎn)</p><p>　　DS12887是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部，同時(shí)它與目前 IBM AT計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘

106、芯片MC146818B和DS12887管腳兼容，可直接替換。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路勿需任何外圍電路并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微損耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘場(chǎng)合中[17]。其主要功能特點(diǎn)如下：</p><p>　　內(nèi)含一個(gè)鋰電池，斷電情況運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。 </p><p>　　可計(jì)到2100年前的

107、秒、分、時(shí)、天、星期、日、月、年，有閏年補(bǔ)償功能。</p><p>　　12或24小時(shí)制，12小時(shí)時(shí)鐘模式有PWM和AM指導(dǎo)，可選用夏令時(shí)模式。</p><p>　　二進(jìn)制數(shù)碼或BCD碼表示時(shí)間、日歷和定鬧。</p><p>　　MOTOROLA5和INATAEL總線時(shí)序選擇。 </p><p>　　有128個(gè)RAM單元與軟件音響器，其中14

108、個(gè)作為字節(jié)時(shí)鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用RAM，所有ARAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護(hù)功能。 </p><p>　　可編程方波信號(hào)輸出。中斷信號(hào)輸出(IRQ)和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行測(cè)試。</p><p>　　(2) DS12887的原理及管腳說(shuō)明，見(jiàn)圖3-8</p><p>　　圖3-8 DS12887的

109、管腳圖</p><p>　　DS12887內(nèi)部由振蕩電路、分頻電路、周期中斷/方波選擇電路、14字節(jié)時(shí)鐘控制單元、114字節(jié)用戶非易失RAM、二進(jìn)制計(jì)加器、總線接口電路、電源開(kāi)關(guān)寫(xiě)保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等組成。 </p><p>　　GND，VCC：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫(xiě)；當(dāng)VCC低于4.25V，讀寫(xiě)被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3V以下時(shí)，RAM和

110、計(jì)時(shí)器被切換到內(nèi)部鋰電池。   </p><p>　　MOT(模式選擇)：MOT管腳接到VCC時(shí)，選擇MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到GND時(shí)，選擇INTEL時(shí)序。   </p><p>　　SQW(方波信號(hào)同)：SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過(guò)對(duì)寄存器A編程改變。