太阳能充电器电路设计毕业论文 - 图文

齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）

从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。如图3-11所示。

图3-11 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形

用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，如图3-12所示。

图3-12 用PWM波代替正弦半波

要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形SPWM波：等效正弦波形，还可以等

25

齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）

效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

3.4.2 液晶显示电路

（1）液晶显示器的相关介绍

液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。

根据液晶分子的排布方式，常见的液晶显示器分为：窄视角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD；宽视角的IPS，VA，FFS等。

其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三种显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。

TN：扭曲向列型（Twisted Nematic）液晶分子扭曲角度为90度。 STN：超扭曲向列型（Super TN）其S即为Super之意，也就是液晶分子的扭转角度加大，呈180度或270度，如此而达到更优越的显示效果(因对比度加大)。

DSTN：双层超扭曲向列型（Double layer STN）。其D为double layer双层之意，因此又比STN更优异些。由于DSTN的显示面板结构已较TN与STN复杂，显示画质较之更为细腻。

26

齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）

宽视角模式，如IPS平面转换（In-Plane Switching），VA垂直取向（Vertical Alignment)。

TN型是目前市场上最主流的液晶显示器采用的模式，广泛应用于入门级和中端的面板。目前常见的在性能指标上并不出彩可视角度有天然痼疾。市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，要说TN面板胜过前面两种面板的地方，就是由于他的输出灰阶级数较多，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，目前市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，响应时间能满足游戏要求使它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势。

STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180～270度。

DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术，因此显示效果相对STN来说，有大幅度提高。

宽视角模式多用于液晶电视。以IPS为例，它是日立于2001推出的面板技术，它也被俗称为“Super TFT”。从技术角度看，传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换，MVA和PVA将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式，而IPS技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同——注意，MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（X-Y轴）。为了配合这种结构，IPS要求对电极进行改良，电极做到了同侧，形成平面电场。这样的设计带来的问题是双重的，一方面可视角度问题得到了解决，另一方面由于边际电场效应导致液晶光效低(光线透过率），所以IPS也有响应时间较慢的缺点。16.7M色、178度可视角度和16ms响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。

从液晶面板的驱动方式来分，目前最常见的是TFT（Thin Film Transistor）型驱动。它通过有源开关的方式来实现对各个像素的独立精确控制，因此相比之前的无源驱动（俗称伪彩）可以实现更精细的显示效果。

因此，目前大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用TFT驱动。液晶显示器多用窄视角的TN模式，液晶电视多用宽视角的IPS等模式。它们通称为TFT-LCD。

TFT-LCD的构成主要由萤光管(或者LED Light Bar）、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液

27

齐鲁工业大学2014届本科生毕业设计（论文）

晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶中传播的光线的偏振角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变加在液晶上的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。

液晶显示器的工作原理和液晶显示器的物理特性下面简单介绍一下。 液晶显示器的工作原理：液晶是这样一种有机化合物, 在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”.在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制.正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电－光效应”,实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件.在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。

下面介绍一下液晶显示器1602，1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地； 第2脚：VDD接5V电源正极；

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作；

第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端； 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端；

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 液晶显示电路如图3-13所示。

28