南 開 科 技 大 學

機械工程系

專題製作報告

題目：太陽能板數位電壓表製作

學生姓名： 徐浩頤(98BC121)

秦逸揚(98BC059)

指導老師： 謝雅意

中華民國一百零一年十二月

II

摘要

隨著石化燃料過度，使地球暖化現象日益嚴重，且石化燃料儲量

日益枯竭，因此尋求可取代石化燃料的替代能源為目前重要得課題，

在諸多替代能源中，太陽能為人類可以利用的最豐富的能源，且到處

都有不需要運輸，並具清潔與安全性等優點；因此科技發展太陽能產

品越來越多，而在現代工業與生活不管在任何領域，自動化也是必然

的趨勢，而利用單晶片軟硬體所組成的控制電路為執行系統自動化重

要且方便的方式；本專題即結合乾淨安全的太陽能與單晶片控制電路

即時監測太陽能板所產生的電壓值。本專題是由太陽能板接收太陽

光，把類比訊號轉成數位訊號，並以 89C51單晶片偵測訊號，轉換顯

示於七段顯示器，控制電路將 A/D 轉換的訊號讀入 80C51，經程式

加以運算，精確地顯示於七段顯示器模組，俟控制電路完成後，即刻

植入產品中，就能隨時的知道目前所吸收到的太陽能電壓量為多少。

III

目錄

第一章 緒言 ............................................................................................... 1

一、研究動機與目的 .......................................................................... 1

二、研究範圍 ...................................................................................... 1

第二章 設計程序與製作方法 .................................................................. 2

ㄧ、太陽能板 ...................................................................................... 2

二、8051 單晶片原理簡介................................................................ 3

三、89C51 程式發展流程 ................................................................. 6

四、89C51原理簡介 .......................................................................... 8

五、MCS-51主要功能 ..................................................................... 12

六、8051 單晶片之接腳及功能 ..................................................... 13

七、89C51常用暫存器 .................................................................... 15

八、89C51 定址模式與組合語言 ................................................... 16

九、類比/數位轉換器 ADC0801~ADC0805的認識 .................... 18

十、基本用法 .................................................................................... 20

十一、編碼器 IC7447 ....................................................................... 21

十二、七段顯示器 ............................................................................ 23

第三章 控制電路配置與程式撰寫 ........................................................ 25

ㄧ、控制電路配置 ............................................................................ 25

二、控制程式撰寫 ............................................................................ 26

第四章 結果與討論 ................................................................................ 31

IV

ㄧ、控制電路模擬 ............................................................................ 31

二、太陽板輸出電壓量測 ................................................................ 32

第五章 結論與建議 ................................................................................ 34

ㄧ、結論 ............................................................................................ 34

二、建議 ............................................................................................ 34

參考文獻 ................................................................................................... 35

V

圖目錄

圖一、微處理器基本架構 ........................................................................ 3

圖二、89C51 程式發展流程 .................................................................... 7

圖三、89C51 內部方塊圖 ........................................................................ 8

圖四、記憶體型態..................................................................................... 9

圖五、暫存器 ........................................................................................... 10

圖六、8051接腳圖 ................................................................................. 13

圖七、ADC0804之腳位 ......................................................................... 18

圖八、寫入時序圖................................................................................... 20

圖九、讀取時序圖................................................................................... 21

圖十、74LS47系列 IC接腳圖 ............................................................... 22

圖十一、共陽極七段顯示器結構圖 ...................................................... 23

圖十二、共陽 4字七段顯示器 .............................................................. 24

圖十三、控制電路配置 .......................................................................... 26

圖十四、控制程式流程圖 ...................................................................... 27

圖十五、自然光照射太陽能板所顯示的電壓 ...................................... 31

圖十六、手電筒照射太陽能板所顯示的電壓 ...................................... 32

VI

表目錄

表一、太陽能板材料種類 ........................................................................ 2

表二、各類單晶片之記憶體、中斷源與計時器/計數器比較 ............. 11

表三、P3接腳特殊功能表 ..................................................................... 15

表四、控制電路模擬與誤差分析 .......................................................... 30

1

第一章 緒言

ㄧ、研究動機與目的

由於科技的發達，現在各項產品已走進自動化的時代，任何設

備都講究快速，便利，且耗損能源低，漸漸地，人們用電腦來取代

人力，並在能源短缺日益嚴重時，太陽能開發與應用在未來益發重

要，因此太陽能產品會越來越多；而應用於自動控制領域中，單晶

片既容易入手且價格便宜取得容易，因此被廣泛應用於自動控制領

域。基於此本專題藉由單晶片軟硬體之設計與製作，測量以太陽能

板所轉換之電壓值，以作為其他負載使用。

此外，本專題具有機電控制整合特性，為執行本專題所包含之

專業知識包含軟體與硬體之建構，前者須了解 C語言程式之條件判

斷與控制迴圈的運作，而後者足涵蓋大學所修息的各專業科目包括

電子學、電子電路技術、數位邏輯技術、車輛感測技術、微處理機

等，因此可藉專題之執行重新回顧這些專業課程。

二、研究範圍

本專題研究範疇包含兩部分；其一為硬體部分涵蓋太陽能板之

能量轉換原理、單晶片之架構與腳位配置、邏輯 IC(74LS47 與

74LS138 解碼器)、ADC0804 類比與數位轉換 IC、四位數七段顯示

器模組、主動元件(電晶體)與被動元件(電阻與電容)；其二為軟體部

分則包含控制程式撰寫、除錯、編譯、連結與模擬等，其中程式控

制流程則包括變數宣告與設定、條件判斷、迴圈控制等。結合軟硬

體所建構之韌體以偵測由太陽能板所轉換之電壓值。

2

第二章 設計程序與製作方法

ㄧ、太陽能板

單晶矽太陽能光電池是目前效率最高的晶矽太陽能光電池（約

15-24%），如表一所示。它與多晶矽太陽能光電池都是以矽結晶半

導體製成，所不同的是，多晶矽電池在提煉出高純度結晶矽後直接

混合加壓，形成結晶塊後再切割成晶元；而單晶矽電池在製造過程

中加入拉晶(長晶)程序，使結晶程序往同一方向前進，因此光電轉換

效率較高，也使成本增加。

表一：太陽能板材料種類

種類 材料 光電轉換效率 轉換效率

單晶矽

矽結晶半導體

較好 15-24%

多晶矽 略低單晶矽 12-15%

薄膜式 鍗化鎘 比晶矽還來得差 15%

非晶矽 矽化合物（SiH4） 最高 26-30%

3

二、8051 單晶片原理簡介

微處理器基本架構如圖一 所示，單晶片微處理器是由中央處理

單元（Central Processing Unit，簡稱 CPU）、記憶體（Memory，包

括 RAM，ROM）輸出輸入單元(I/O, Input/Output)三個部份組成。

圖一 微處理器基本架構

輸出輸入單元是用於將操作指令、將數位與類比信號輸入至單

晶片，經過單晶片內部程式作適當的處理與運算，得到結果再透過

輸出單元去控制外界的電路、設備等，或是顯示訊息提供使用者知

道。

CPU 是微處理器的核心，控制整個微處理器的運作，並提供各

種算術、邏輯運算及邏輯與判斷等各種功能。

記憶體是用來儲存程式碼與常數、變數及推疊等等資料。RAM

是隨機存取記憶體(Random Access Memory)，用來作為程式設計中

的變數；ROM是唯讀記憶體(Read Only Memory)，用於儲存程式與

4

程式中需要用到的常數。

8051系列是目前市面上很受歡迎使用的單晶片微處理器之一，

是由 Intel公司所開發出來，普遍地應用在工業與民生，諸如：

(一) 自動櫃員機(ATM)。

(二) 航空電子，例如慣性導航系統、飛行控制硬體和軟體以及其

他飛機和飛彈中的整合系統。

(三) 手提電話和電信交換機。

(四) 電腦網路裝置，包括路由器、時間伺服器和防火牆。

(五) 辦公裝置，包括印表機、影印機、傳真機、多功能印表機

(MFPs) 。

(六) 磁碟機(軟碟機和硬碟機) 。

(七) 汽車發動機控制器和防鎖死剎車系統。

(八) 家庭自動化產品，如恆溫器、冷氣機、洒水裝置和安全監視

系統。

(九) 手持計算機。

(十) 家用電器，包括微波爐、洗衣機、電視機、DVD播放器和錄

製器。

(十一) 醫療裝置，如X光機、核磁共振成像儀。

(十二) 測試裝置，如數位儲存示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀。

(十三) 多功能手錶。

(十四) 多媒體電器：網際網路無線接收機、電視機頂盒、數位衛

星接收器。

(十五) 個人數位助理(PDA)，也就是帶有個人資訊管理和其他應

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%8B%95%E6%AB%83%E5%93%A1%E6%A9%9Fhttp://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%8B%95%E6%AB%83%E5%93%A1%E6%A9%9Fhttp://zh.wikipedia.org/wiki/X%E5%85%89%E6%9C%BAhttp://zh.wikipedia.org/wiki/X%E5%85%89%E6%9C%BA

5

用程式的小型手持電腦。

(十六) 帶有其他能力行動電話，如帶有蜂窩電話、個人數位助理

(PDA)和Java的移動數位助理(MIDP) 。

(十七) 用於工業自動化和監測的可編程邏輯控制器(PLCs)固定遊

戲機和攜帶型遊戲機。

(十八) 可穿戴電腦微電腦早最為Intel所發展，目前市面以Intel公

司之MCS系列(Micro Control System)最普遍；其他公司因

應不同場合需求開發改良型或加強型；如AMD、Philips、

ATMEL與Microchip等。

Intel公司系列之MCS系列包括：

(一) MCS-48系列：最早之8位元MCS，具備8位元CPU、記憶體、

I/O、計時/計數器，如8048(第一顆代表作)、8748、8049、

9050、8750、8035與8039等。

(二) MCS-51系列(為8位元單晶片的標準，與該系列相容之產品

皆稱為MCS-51單晶片)：高性能之8位元MCS，具備8位元

CPU、記憶體、I/O、串列傳輸介面、16位元計時/計數器；

如80C51(ROM版本代表作)、87C51(EPROM版本)、80C52、

87C52、87C54、80C31、80C32、89C51(EEPROM版本)、89C52

與89C53等。

MCS-96 系列：高性能之 16 位元 MCS，具備 16 位元 CPU、記

憶體、I/O、串列傳輸介面、計時/計數器；另含 AD轉換與 PWM(Pulse

Width Modulation)等進階功能如 8096、8396、83196、87196等。

由於其使用普及，許多設計半導體晶片的公司也有製造與8051

相容的單晶片，例如由ATMEL公司所生產製造的89C51單晶片便與

Intel公司的8051完全相容，其間最大的不同是89C51 是可以重複燒錄

的，而8051 則不能重複燒錄。其他較著名的有Microchip PIC(16CXX)

6

系列，台灣國產品則有義隆電子EM78XX系列、合泰半導體HT-XXXX

系列等等，可說相當豐富。

其他諸如：

(一) ATmel公司所出品之AT89C51與MCS-51相容晶片，內部採用

EEPROM。

(二) Microchip公司；8 bits (PIC系列為8位元微控器市場佔有率第

二位)如PIC12CXX、PIC16C5X、PIC16C6X、PIC17CXX、

PIC18CXX等。

三、89C51 程式發展流程

程式語言一般分為高階語言與低階語言，高階語言如BASIC、C

與PASCAL等；低階語言如機械語言與組合語言。

89C51程式發展流程如圖二所示，可以使用高階語言或程式語

言，若是使用高階語言來設計，例如C語言，必須經過高階語言編譯

器編譯成組合語言，再經組譯的過程產生機器碼，最後由連結器進行

連結，必要時可以載入函數庫，產生可執行檔。若使用組合語言來寫

控制程式，則直接送入組譯器進行組譯的工作。以高階語言進行程式

設計，效率較高，可省下大量開發除錯的時間，加速產品上市的時間，

而89C51 等單晶片最常使用C語言編譯器，有各種版本與不同的功

能，但價格通常在數萬元以上，對使用者是一個不小的負擔，本專題

以試用版之Keil C作為控制程式之撰寫。Keil C是專為MCS-51單晶片

撰寫控制或應用程式的高階語言，其為一個ANSI C編譯器，用來編

譯專供8051系列使用的C語言程式，Cx51交互編譯器將C語言程式編

譯成為機器碼。

7

圖二 89C51 程式發展流程

8

四、89C51原理簡介

89C51是一個八位元 (8-bit)的CMOS單晶片微處理器，符合

MCS-51 工業標準。如圖三所示，89C51內含4K-byte 的快閃記憶體

(Flash Memory)，可重複燒錄程式達1000次以上；128-byte RAM的程

式記憶體，可作為程式變數區；並提供32條I/O 信號線，2個16-bit 的

計時器(Timer)、或計數器(Counter)，一個雙向串列埠(RS-232 Serial

Port)，和五個中斷向量功能。

圖三 89C51 內部方塊圖

89C51具有三種形態的記憶體，分別為：

(一) 晶片內的記憶體(On Chip Memory)。

(二) 晶片外的ROM，外部程式碼記憶體，可擴充到64K。

(三) 晶片外的RAM，外接資料記憶體，可擴充到64K。

晶片內的記憶體是指實際存在於89C51內部的記憶體，包括

9

4K-byte快閃記憶體(Flash ROM)、128-byte RAM和特殊功能暫存區

(Special Function Register, SFR) 其配置如圖四。

圖四 記憶體型態

其中128-byte RAM 通常分為六個區域，每一個區域佔有不同位

址的RAM，其配置如圖五，分別為：

10

(一) 暫存器庫0(00H~07H)

(二) 暫存器庫1(08H~0FH)

(三) 暫存器庫2(10H~17H)

(四) 暫存器庫3(18H~1FH)

(五) Bit Address 位元定址區(20H~2FH)

(六) 一般用途(30H~7FH)

圖五 暫存器

11

特殊功能暫存器是一塊特殊的記憶體空間，提供89C51 使用到的

才可以存取。

當使用者設計程式時，必須注意記憶體的規劃，避免無章法的安

排，導致程式記憶體不足或是不合理的重複使用，使程式產生錯亂，

無法達成所需要的功能。

其他形式單晶片之記憶體、中斷源與計時器/計數器如表二

表二：各類單晶片之記憶體、中斷源與計時器/計數器比較

編號

內部記憶體 資料記憶

體(RAM)

中斷

源

計時器/

計數器 類型 容量

8031 無 視外部所

接程式記

憶體而定

128 bytes 5 2

8032 無 256 bytes 6 3

8051 ROM 4k bytes 128 bytes 5 2

8052 ROM 8k bytes 256 bytes 6 3

8751 EPROM 4k bytes 128 bytes 5 2

8752 EPROM 8k bytes 256 bytes 6 3

89C51 E2PROM 4k bytes 128 bytes 5 2

12

五 MCS-51主要功能

(一) 專為控制應用所設計的8 位元CPU。

(二) 含有一完整的布林代數(單位元邏輯)之運算功能。

(三) 32條雙向且可被讀立定址I/O。

(四) 晶片內有128位元組可提供儲存資料的RAM。

(五) 內部有兩個16位元計時器/記數器(8052有3個)。

(六) 具一通信用全雙工UART。

(七) 5個中斷源，且具有兩層(高/低)優先全順序之中斷結構。

(八) 晶片內有時脈(Clock)振盪器，最高頻率可達12MHz。

(九) 晶片內有4K(8052 有8K)位元組的程式記憶體(ROM)。

(十) 可在外部擴充達64K位元組程式記憶體(EPROM)。

(十一) 資料記憶體可在外部擴充至64K位元組資料記憶體

(RAM)。

13

六、8051 單晶片之接腳及功能

圖六 8051接腳圖

以下分別對8051腳位的功能做說明：

(一)、Vcc（40）：+5V 電源接腳。

(二)、Vss（20）：電源接地端。

(三)、 P0.0~P0.7(39~32):埠0是一個開汲極(Open Drain)雙向I/O

埠。在存取外部記憶體時，埠0具有資料匯流排(Data Bus)

及低八位元位址線(A0~A7)的多重功能。埠0在當成一般I/O

使用時必須加上外部提升電路。

(四)、 P1.0 ~P1.7 (1 ~8)：在此作輸出埠，將CPU運算後產生的指

令分左右馬達各四條輸出至馬達驅動電路。此為MCS-51

第一個輸入/輸出埠，簡稱為P1。內部本身已有提升電阻。

1、要作為輸入埠時，必須先將1狀態寫到P1，使其經由內部

提升電阻，提升成高電位狀態，才能正常作為輸入埠。

14

2、作為輸出埠，將1輸出，則接腳為高電位，輸出0到P1，

則接腳為低電位。每個接腳可以驅動4個 LS TTL負載。

3、在8032或8052的晶片，P1.0作為第2個計時/計數器的輸入

接腳T2，P1.1為第2計時/計數器在捕獲模式下的輸入接

腳T2EX。

(五)、 P2.0 ~P2.7(21~28)：在此做為感測器訊號輸入至CPU的輸入

埠，左、右感測元件各三條，中間分前後兩條共八條輸入。

為第二個輸入/輸出埠，簡稱P2。內部已有一提升電阻。除

可作為I/O埠外，又作為位址匯流排的較高8位元位址。

1、如作為輸入埠，必須先將1寫到P2，才可以正常作為輸入

埠。

2、作為輸出埠，將1輸出，則接腳為高電位，輸出0到P2，

則接腳為低電位。每個接腳可以驅動4個 LS TTL 負載。

3、當存取外部記憶體時，作為較高8位元位址匯流排(A8 ~

A15)

(六)、 RST(9)：重至訊號接腳，以按鈕開關連接此腳與高電位，

可做輸入重置功能。為重置（RESET）信號輸入接腳，在

此接腳，加上高電位，並且維持兩個機械週期以上，晶片

內部就會產生重置動作，重置時，內部相關的暫存器會被

重置為特定的內容值。

(七)、 XTAL1(18) XTAL2(19)：外加石英振盪器的接腳，在此接

上12M的石英震盪器為內部時脈振盪器的輸入接腳。一般

在這二接腳，加上一個12MHz 的石英振盪器晶體，來產生

所須工作頻率。

(八)、 P3.0~P3.7(10~17):埠2是具有內部提升電路的雙向I/O埠。

此外，埠3的每支接腳都還有另一項的特殊功能，如下表三：

15

表三：P3接腳特殊功能表

腳位 接腳名稱 接腳功能

10 P3.0 RXD：串列輸入

11 P3.1 RXD：串列輸出

12 P3.2 /INT0：外部中斷輸入

13 P3.3 /INT1：外部中斷輸入

14 P3.4 T0：計時器0外部輸入

15 P3.5 T1：計時器1外部輸入

16 P3.6 /WR：外部資料記憶體寫入激發信號

17 P3.7 /RD：外部資料記憶體讀取激發信號

七、89C51常用暫存器

(一)、A累加器(Accumulator)

A 是一般性的暫存器， 用來當作指令運算的主要媒介，是一個

8-bit(1-byte)的暫存器，許多89C51 的指令都用A 暫存器，例如

MOV A, #25

ADD A, #35

此動作是將25 和35 相加，結果為60，並將此結果存放入A 中。

(二)、Rn 暫存器

Rn 暫存器包括R0、R1…R7 等八個暫存器，為8 位元暫存器，

16

通常當作輔助暫存器，以上述例子而言，如果R5 已經包含35 的

數值，R5 可當成一個變數，則程式改成：

MOV A, #25

ADD A, R5

此程式的A 結果同樣為60。

(三)、B暫存器

B 暫存器是一個8 位元暫存器，主要用於乘法與除法的指令，也

可當作一般的暫存器使用。

(四)、程式狀態字元(Program Status Word, PSW)

程式狀態字元用於儲存一些重要控制訊息，常用到有進位旗標

(Carry Flag)和溢位旗標(Overflow Flag)，進位旗標的功能有加減

法的進位、溢位與布林運算之累加器；溢位旗標的功能為當作加

減法之運算結果。

八、89C51 定址模式與組合語言

定址模式的主要目的是提供使用者如何存取某一記憶體位置，

89C51 所提供的定址模式包括以下六種：

(一)、立即定址法

(二)、直接定址法

(三)、間接定址法

(四)、暫存器定址法

(五)、索引定址法

(六)、位元定址法

17

一般常用的定址模式為立即定址法、直接定址法、間接定址法與

暫存器定址法，分別說明如下：

(一)、 立即定址法：將某一數值代入某個暫存器或內部RAM 位

址內，數值前面必須加#符號。說明如下：

MOV A, #30H ；將數值30H 存入A 暫存器，A 為30H。

MOV 45H, #60H ；將記憶體45H 內容設定為60H。

MOV R3, #50H ；將R3 暫存器設定為50H。

(二)、直接定址法：此模式是將某一資料記憶體的內容拿出來運

算，並放入某個暫存器裡。說明如下：

MOV A, 40H ；將記憶體40H 內容的值存入A 暫存器

MOV A, WORD, 20H ；將記憶體20H 內容的值存入變數

WORD 裡。

(三)、 間接定址法：間接定址法是使用暫存器R0、R1 等做為指

標，間接取得該指標內的值，前面需加上前置符號@。說

明如下：

MOV R0, #20H ；將記憶體20H 存入暫存器R0 中。

MOV A, @R0 ；將暫存器R0 的值存入A 中，A 為20H。

(四)、 暫存器定址法：此模式均在特殊功能暫存器裡作運算，使

用A、Rn等，說明如下：

MOV A, R5 ；將R5 的內容存入A 暫存器裡。

MOV R1, A ；將A 的內容存入R1 暫存器裡。

18

九、類比/數位轉換器 ADC0801~ADC0805的認識

雖然微電腦可以將各種數位資料做快速而精確的處理，但是人類

在日常生活中所遇到的各種物理量(例如溫度、亮度、重量)都是類比

的，因此欲令微電腦處理類比信號，必須先將類比信號轉換成數位信

號才送進微電腦。

類比/數位轉換器(Analog to Digital Converter)簡稱為A/D轉換器

(A/D Converter)。A/D轉換器的功能是將輸入之類比信號轉換成數位

信號輸出。目前最常用的A/D轉換器是ADC0801糸列，編號從

ADC0801到ADC0805，它們的接腳(如圖六所示)及特性皆相容，可以

互相代換使用，各說明如下：

圖七 ADC0804之腳位

(一) 功能：8位元A/D轉換器

19

(二) 特點：

1、8位元CMOS連續漸進型ADC。

2、三態閂鎖輸出。

3、最大誤差±1LSB。

4、轉換時間100uS@640KHZ。

5、內部含有時脈產生電路，頻率由外加R、C決定。

20

十、基本用法

ADC0804之動作情形：

(一) 若令CS及WR腳皆為”0”，則會令INTR接腳變 為”1”，且

使類比至數位電路完成準備工作。

(二) 經過100ns後，若CS與WR之中有任一腳以上變為”1”，則

類比至數位轉換電路進入工作狀態，開始將類比輸入電壓

Vx轉換成8位元的數位資料。

(三) 當轉換好後，會將數位資料保存在栓鎖器，並令INTR腳

輸出”0”表示已轉換完成。

圖八 寫入時序圖

若令CS及RD腳皆為”0”，則三態緩衝器導通，將數位資料由

DB7~DB0輸出，見圖八。

21

圖九 讀取時序圖

(一) 第9 腳 (1/2 VREF )這是一支很重要的輸入腳，標示VREF/2，

表示只要輸入VREF 的一半到Pin9，就能得到步階的大小

＝VREF / 2N ＝VREF / 28 ＝VREF / 256。

(二) 第10 和8 腳(D GND)，(A GND)分別是數位的接地及類比

的接地。數位輸出信號DB 與類比輸入電壓Vx 的關係

為：DB=51 Vx。

(三) ADC0804 其內部已內建一組時脈產生電路，只要在第19

和4腳之間接一個電阻R，且於第4腳上再接一個電容C對

地，就能產生時脈供ADC0804使用。而其頻率的大小約為

fCLK≒1/1.1RC

(四) 防雜訊的干擾：

1、在第20和10腳之間接一個1uF以上的電容。

2、在第8和9腳之間接一個0.1uF的電容。

十一、編碼器 IC7447

7447是一只與共陽七段顯示器搭配使用的七段顯示解碼器，功能

22

是將4個Bit的輸入，也就是16進位0~F的數字轉成相對應的腳位輸

出，使七段顯示器能顯示出跟輸入相同的數值，由於在七段顯示器

中，所有的數值只需要經由控制七個Led燈即可完成，所以4個Bit

(ABCD)的輸入將會被轉換成7個Bit (a~g)的輸出，又因為在微處理器

中已經將原先的16進位碼轉換成BCD碼，所以只會顯示0~9，也就是

相對的十進位數字。

圖十 74LS47系列 IC接腳圖

23

十二、七段顯示器

七段顯示器由發光二極體(Light Emitting Diode；LED)組合而

成，分為共陰及共陽兩型，將內部所有LED的陰極接在一起的稱為共

陰型，內部所有LED的陽極接在一起的稱為共陽型。

由於七段顯示器分為共陰型及共陽型，所以BCD至七段顯示解碼

(轉碼)的數位積體電路也分為兩類，TTL的7448、7449及CMOS的4511

必須配合共陰型七段顯示器使用，而TTL的7446、7447就必須配合共

陽型七段顯示器使用。這些IC的輸出端為了要驅動LED均有提高耐壓

及輸出電流的設計，因此資料手冊中常以BCD至七段顯示解碼器/驅

動器(BCD to 7 Segment Decoder/Driver)稱之，在使用上特別應該注意

共陰型及共陽型七段顯示器電源的接法，而且與解碼器之間也務必要

加上限流電阻。

圖十一 共陽極七段顯示器結構圖

24

圖十二 共陽 4字七段顯示器

25

第三章控制電路配置與程式撰寫

ㄧ、控制電路配置

完整控制電路之配置如圖十三 所示，控制電路之作用說明如下：

ADC0804控制電路：

(一) 參考電壓(Pin-9)：由 3.9V之稽納二極體(Zener Diode)、可變

電阻(5kΩ)、電阻(470Ω)與電壓(5V)所組成，調整可變電阻

並以數位電錶量測使得 VREF=2.5V。

(二) 輸入時脈：ADC0804可接受 100~1460kHz之脈波，可使用

RC震盪電路產生輸入時脈，本專題之輸入時脈由電阻(10kΩ)

與電容(150pF)所組成，可提供約 606 kHz之脈波。

(三) 晶片選擇接腳(CS)直接接地；資料讀取接腳(RD)、資料轉換

接腳(WR)與完成轉換接腳(INTR)分別接至單晶片之

Pin-17、16與 21。

(四) 太陽能板之電壓經 Pin-6輸入。

(五) DB0~DB7數位輸入接腳輸入制單晶片之 P0埠。

顯示電路：

(一) 由 P0埠輸入之數位資料，經算後由 P1埠之低四位元

(P1.0~P1.3)輸出至 74LS47解碼器，解碼後輸出至四位數共

陽極之七段顯示器模組。

(二) 四位數共陽極之七段顯示器模組之掃描控制係由 P1埠之高

四位元(P1.4~P1.7)經 4顆 PNP電晶體(2SA1015)藉由人類視

覺暫留之效應顯示電壓值。

26

圖十三 控制電路配置

二、控制程式撰寫

控制程式之流程圖如圖十四所示包含主程式、電壓處理函數與電

壓顯示函數等。

27

圖十四 控制程式流程圖

控制程式

#include

char DATA[4];

char ptr=0, ptr1=0xef;

unsigned int C, Ratio=20, Scan=1500;

28

ADC ()

{

WR=0;

WR=1;

while (P2_0==1);

RD=0;

}

main()

{

TMOD=0x01;

TL0=(65536-Scan)%256;

TH0=(65536-Scan)/256;

IE=0x82;

TR0=1;

while(1);

}

29

void T0_int(void) interrupt 1

{

TL0=(65536-Scan)%256;

TH0=(65536-Scan)/256;

ADC();

C=P0;

DATA[0]=(C*Ratio)/1000;

DATA[1]=((C*Ratio)%1000)/100;

DATA[2]=((C*Ratio)%100)/10;

DATA[3]=((C*Ratio)%10);

P1=(ptr1 & 0xf0)|DATA[ptr];

ptr1=ptr1

30

第四章 結果與討論

ㄧ、控制電路模擬

為驗證以89S52所建置的太陽能板電壓顯示器之誤差，藉由外部

輸入已知電壓至ADC0804之Pin-6，其結果如表四所示。

表四 控制電路模擬與誤差分析

電壓誤差平均值為2.06%。

31

二、太陽板輸出電壓量測

設定完成之後我們以幾個不同的情況來顯示太陽能板之輸出電

壓值，自然光測得電壓值為3.9V如圖十五，手電筒照射測得電壓值為

2.3V如圖十六。

圖十五 自然光照射太陽能板所顯示的電壓

32

圖十六 手電筒照射太陽能板所顯示的電壓

33

第五章 結論與建議

ㄧ、結論

本專題完成由單晶片(89S52)、類比/數位轉換IC(ADC0804)、解

碼器(74LS47)與四位數共陽極七段顯示器模組所組成之太陽能板電

壓顯示器，經專題之執行獲致以下具體結論。

(一) 專題完成控制電路軟硬體之撰寫與建置，並藉由已知電壓測試所

建構之控制電路，其誤差均在 2.5％以內。

(二) 專題所建置之控制電路可作為後續太陽能創意設計之電壓顯示

器，明確地顯示太陽能板所產生電壓，以提供負載設計。

(三) 本專題所涉及之專業知識涵蓋大學期間所修習課程，包括電子電

路技術、感測技術與微電腦等，經此專題之執行可加以整合與應

用。

二、建議

(一) 目前專題之控制電路係以麵包板所完成，為將低雜訊干擾，後續

應用者建議以 PCB板建置為佳。

(二) 專題所使用之單晶片以 89S52完成，該晶片共計有 32個 I/O腳

位，而實際所需較為遠較 89S52少，建議可使用其他較少 I/O腳

位的單晶片。

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