基于SPCE061A和CPLD的電動(dòng)自行車(chē)充電系統研制

　　電動(dòng)車(chē)由于具有無(wú)廢氣污染、無(wú)噪音、輕便美觀(guān)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(shí)間長(cháng)的缺點(diǎn)。目前隨著(zhù)電動(dòng)自行車(chē)的發(fā)展，急需解決的問(wèn)題就是如何實(shí)現快速靈活的充電。

　　隨著(zhù)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(yǔ)言的自上而下(TOP-TO-DOWN)設計方法給數字系統的開(kāi)發(fā)設計帶來(lái)了革命性變革，僅使用單片機來(lái)實(shí)現系統控制的傳統方法正在被越來(lái)越多的以MCU+FPGA/CPLD為核心的最新設計理念取代。采用這種混合設計方案的最大優(yōu)點(diǎn)是兩者的優(yōu)勢互補，電路結構簡(jiǎn)單，這給數字電路系統的設計帶來(lái)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(xiàn)修改，實(shí)現各種復雜的數字邏輯控制，這極大地擴展了單片機的功能。而且由于硬件編程語(yǔ)言的靈活性及CPLD具有的在系統編程(In-SystemProgram)特點(diǎn)，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)研制周期?；谏鲜鏊枷?，研發(fā)了基于SPCE061A和CPLD的電動(dòng)自行車(chē)充電系統。

　　1 系統硬件設計

　　1.1 系統組成及功能

　　該充電系統由凌陽(yáng)SPCE061A單片機、充電器、按鍵、CPLD、ACM12864液晶顯示器、上位機、語(yǔ)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單片機控制六個(gè)充電器對六個(gè)蓄電池同時(shí)進(jìn)行充電，同時(shí)檢測各個(gè)充電器的恒流、恒壓、浮充三個(gè)充電狀態(tài)，并通過(guò)ACM12864液晶顯示器顯示各充電器的工作狀態(tài)。通過(guò)按鍵選擇各充電器的工作與停止，并可根據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。系統上電進(jìn)入工作狀態(tài)后，當單片機檢測到蓄電池已充滿(mǎn)的信號或發(fā)生其他緊急情況所產(chǎn)生的信號時(shí)，可以自動(dòng)關(guān)閉充電器，實(shí)現充電器操作智能化。利用凌陽(yáng)SPCE061A單片機的語(yǔ)音功能對充電過(guò)程中所出現的故障進(jìn)行語(yǔ)音提示，使設計更人性化，便于操作。充電系統可以和上位機進(jìn)行通訊，從而實(shí)現系統之間的聯(lián)網(wǎng)，有利于系統功能的擴充。其系統組成框圖如圖1所示。

　　1.2 液晶顯示電路的設計

　　顯示部分采用ACM12864C液晶顯示器，該模塊價(jià)格低?？刂破鳛镵S0107和KS0108，工作溫度范圍：0℃~50℃，儲存溫度范圍：-20℃~70℃，自帶負電壓發(fā)生電路，單+5V供電，帶背光，可與各種微處理器直接接口，數據讀寫(xiě)操作不受外部時(shí)鐘控制，不帶漢字庫，占空比為1/64，外部共有20條引腳來(lái)進(jìn)行外部接口。ACM12864C能夠充分滿(mǎn)足漢字顯示的要求。通過(guò)必要的程序設計,可實(shí)現在充電過(guò)程中通過(guò)對充電器恒流、恒壓、浮充等信號的采集，在A(yíng)CM12864液晶顯示器上實(shí)時(shí)動(dòng)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(pán)電路及I/O電路設計

　　本系統采用CPLD作為SPCE061A單片機和充電器的接口部分，實(shí)現I/O口擴展，并完成鍵盤(pán)掃描功能。CPLD的使用，取代了一些專(zhuān)用集成電路，減少了系統的復雜性，提高了系統的集成度。本系統采用硬件電路來(lái)完成對鍵盤(pán)的掃描工作，當有按鍵按下時(shí)，CPLD內部狀態(tài)發(fā)生改變。按鍵彈起后，內部狀態(tài)經(jīng)CPLD自動(dòng)處理轉化為相應的鍵值被送到輸出端口，供單片機掃描時(shí)取走鍵值。相對于軟件判別鍵盤(pán)工作狀態(tài)，這樣不僅節省了SPCE061A的存儲空間，還極大地提高了系統的工作速度，更好地實(shí)現了實(shí)時(shí)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(gè)引腳,采用EEPROM技術(shù)制作;內含2 500個(gè)邏輯門(mén)，128個(gè)宏單元，時(shí)鐘工作頻率可達151.5MHz。通過(guò)CPLD對資源的整合,實(shí)現了用一片CPLD實(shí)現I/O電路、硬件掃描判別等，優(yōu)化了硬件的布局。如需改變系統的功能,只需改變相應的源代碼而不是硬件結構,因而具有很大的靈活性。

　　2 系統軟件設計

　　2.1 主程序設計

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

　　(1)系統初始化和參數的設置;

　　(2)充電器三種工作狀態(tài)的檢測和顯示;

　　(3)控制各個(gè)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(shí)自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音報警;

　　(5)充電器充滿(mǎn)蓄電池時(shí)自動(dòng)關(guān)閉充電器;出現異常情況時(shí)自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音報警;

　　(6)對快速充電時(shí)間長(cháng)短進(jìn)行設定。

　　系統主程序流程圖如圖3所示。