基于SPCE061A和CPLD的電動自行車充電系統(tǒng)研制

　　電動車由于具有無廢氣污染、無噪音、輕便美觀等特點(diǎn)，受到眾多使用者的青睞。但使用中也暴露出它的局限性，那就是蓄電池的容量決定了它的使用范圍，而且存在充電時間長的缺點(diǎn)。目前隨著電動自行車的發(fā)展，急需解決的問題就是如何實現(xiàn)快速靈活的充電。

　　隨著電子技術(shù)、可編程邏輯器件(FPGA,CPLD)、EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，基于硬件編程語言的自上而下(TOP-TO-DOWN)設(shè)計方法給數(shù)字系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計帶來了革命性變革，僅使用單片機(jī)來實現(xiàn)系統(tǒng)控制的傳統(tǒng)方法正在被越來越多的以MCU+FPGA/CPLD為核心的最新設(shè)計理念取代。采用這種混合設(shè)計方案的最大優(yōu)點(diǎn)是兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)，電路結(jié)構(gòu)簡單，這給數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計帶來極大的方便。利用CPLD控制的靈活性很容易對電路進(jìn)行在線修改，實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)字邏輯控制，這極大地擴(kuò)展了單片機(jī)的功能。而且由于硬件編程語言的靈活性及CPLD具有的在系統(tǒng)編程(In-SystemProgram)特點(diǎn)，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)研制周期。基于上述思想，研發(fā)了基于SPCE061A和CPLD的電動自行車充電系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)組成及功能

　　該充電系統(tǒng)由凌陽SPCE061A單片機(jī)、充電器、按鍵、CPLD、ACM12864液晶顯示器、上位機(jī)、語音電路等組成。充電器采用恒流、恒壓、浮充三階段充電方法對蓄電池進(jìn)行充電。SPCE061A單片機(jī)控制六個充電器對六個蓄電池同時進(jìn)行充電，同時檢測各個充電器的恒流、恒壓、浮充三個充電狀態(tài)，并通過ACM12864液晶顯示器顯示各充電器的工作狀態(tài)。通過按鍵選擇各充電器的工作與停止，并可根據(jù)不同需要選擇快速充電工作方式或普通充電工作方式，對蓄電池進(jìn)行充電。系統(tǒng)上電進(jìn)入工作狀態(tài)后，當(dāng)單片機(jī)檢測到蓄電池已充滿的信號或發(fā)生其他緊急情況所產(chǎn)生的信號時，可以自動關(guān)閉充電器，實現(xiàn)充電器操作智能化。利用凌陽SPCE061A單片機(jī)的語音功能對充電過程中所出現(xiàn)的故障進(jìn)行語音提示，使設(shè)計更人性化，便于操作。充電系統(tǒng)可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。其系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

　　1.2 液晶顯示電路的設(shè)計

　　顯示部分采用ACM12864C液晶顯示器，該模塊價格低。控制器為KS0107和KS0108，工作溫度范圍：0℃~50℃，儲存溫度范圍：-20℃~70℃，自帶負(fù)電壓發(fā)生電路，單+5V供電，帶背光，可與各種微處理器直接接口，數(shù)據(jù)讀寫操作不受外部時鐘控制，不帶漢字庫，占空比為1/64，外部共有20條引腳來進(jìn)行外部接口。ACM12864C能夠充分滿足漢字顯示的要求。通過必要的程序設(shè)計,可實現(xiàn)在充電過程中通過對充電器恒流、恒壓、浮充等信號的采集，在ACM12864液晶顯示器上實時動態(tài)地顯示電池狀態(tài)。SPCE061A與ACM12864的接口如圖2所示。

　　1.3 鍵盤電路及I/O電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用CPLD作為SPCE061A單片機(jī)和充電器的接口部分，實現(xiàn)I/O口擴(kuò)展，并完成鍵盤掃描功能。CPLD的使用，取代了一些專用集成電路，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的集成度。本系統(tǒng)采用硬件電路來完成對鍵盤的掃描工作，當(dāng)有按鍵按下時，CPLD內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變。按鍵彈起后，內(nèi)部狀態(tài)經(jīng)CPLD自動處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的鍵值被送到輸出端口，供單片機(jī)掃描時取走鍵值。相對于軟件判別鍵盤工作狀態(tài)，這樣不僅節(jié)省了SPCE061A的存儲空間，還極大地提高了系統(tǒng)的工作速度，更好地實現(xiàn)了實時性。

　　CPLD選用ALTERA公司生產(chǎn)的MAX7000S 系列中的EPM7128SLC84-15。該芯片共有84個引腳,采用EEPROM技術(shù)制作;內(nèi)含2 500個邏輯門，128個宏單元，時鐘工作頻率可達(dá)151.5MHz。通過CPLD對資源的整合,實現(xiàn)了用一片CPLD實現(xiàn)I/O電路、硬件掃描判別等，優(yōu)化了硬件的布局。如需改變系統(tǒng)的功能,只需改變相應(yīng)的源代碼而不是硬件結(jié)構(gòu),因而具有很大的靈活性。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　2.1 主程序設(shè)計

　　本系統(tǒng)的軟件部分采用C語言和匯編語言混合編制而成，因而該程序具有功能強(qiáng)大、設(shè)計完備等特點(diǎn)。主程序主要完成如下功能：

　　(1)系統(tǒng)初始化和參數(shù)的設(shè)置;

　　(2)充電器三種工作狀態(tài)的檢測和顯示;

　　(3)控制各個充電器的工作和停止以及快速充電和普通充電兩種充電方式的選擇;

　　(4)蓄電池正反極性的判斷，極性接反時自動進(jìn)行語音報警;

　　(5)充電器充滿蓄電池時自動關(guān)閉充電器;出現(xiàn)異常情況時自動進(jìn)行語音報警;

　　(6)對快速充電時間長短進(jìn)行設(shè)定。

　　系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。