智能穩(wěn)壓充電器的設(shè)計與制作

1、智能穩(wěn)壓充電器的設(shè)計與制作摘要在電子技術(shù)高速發(fā)展的今日，人們對于電子產(chǎn)品的要求也越來越趨于成本低，方便攜帶，智能化。而電子產(chǎn)品大多依靠電池供電，現(xiàn)在存在市面上的電池種類有鎳氫、鎳鎘、鉛蓄電池、鋰電池。由于各個電池充電特性不同，各有利弊，導(dǎo)致他們同時存在于市面上，同時使得各種類型充電器相應(yīng)而生。目前人們對于充電器的使用越來越廣泛，幾乎所有配備電池的設(shè)備都需要充電器，充電器也給人們出差辦公或外出旅游等社交活動提供很大的便利。本課題設(shè)計一種以單片機控制為核心的智能手機充電器，單片機普遍適用于充電器領(lǐng)域，并與充電器有著良好的兼容性。我們依靠單片機的控制、處理能力來完成對充電器智能化的實現(xiàn)。從嚴(yán)謹(jǐn)方面來

2、說，智能充電器必須有單片機參與其中充電過程。在本次設(shè)計中，使用的元器件比較普遍并且具有很高的效率，所編寫的程序比較穩(wěn)定、簡潔。詳細(xì)說明了智能充電器的結(jié)構(gòu)組成，并對使用的元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹，著重介紹了充電器的核心元器件單片機AT89S52和充電芯片MAX1898。設(shè)計的電路包括電壓轉(zhuǎn)換電路、充電控制電路、單片機電路。在軟件設(shè)計中，以C語言為開發(fā)工具，進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，保證了硬件設(shè)計的所需功能，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性、安全性。該充電器具有檢測電池充電進(jìn)度，實時顯示輸出電壓；自動切換充電模式以滿足充電電池的充電需要；充電器短路保護功能。使電池防受損能力大大增強，提高了電池的可使用時間。關(guān)鍵詞：

3、智能充電器；單片機；MAX1898TheDesignandManufactureofIntelligentVoltageChargerABSTRACTIntherapiddevelopmentofelectronictechnologytoday，Totherequirementofelectronicproductsisbecomingmoreandmorepeopletendtobelowcost,convenienttocarry,intellectualization，Andelectronicproductsmostlyrelyonbatterypower,Thetypesofbat

4、terieshaveonmarketnowexistnickelmetalhydride,nickelcadmium,lead-acidbatteries,lithiumbatteries，Becauseeachbatterychargingcharacteristicisdifferent,eachhaveadvantagesanddisadvantages,causetheyexistinthemarketatthesametime,alsomakeallkindsofchargeraccordingly，Nowpeoplefortheuseofthechargerismoreandmor

5、ewidely.Almostallequippedwithbatteryequipmentneedcharger.Officeortravelchargerisonabusinesstriptopeopleandothersocialactivitiestoprovidegreatconvenience.ThistopicdesignakindofmobilephonebatterychargerbasedonMCU,MCUarewidelyusedinthefieldofbatterychargers,weuseittocontrolandprocessingcapacitytoimplem

6、enttheintelligentofthecharger.Inastrictsense,onlysinglechipmicrocomputercontrolandprocessingofthechargercancalledsmartcharger.Universalandefficientinthedesign,thechoiceofhardware,designsoftwareofreliableandstable.Detailsthestructureofthecharger,thecompositionofhardwareandtheintroductionofcomponents,

7、includingthechargingvoltageconversioncircuit,controlcircuit,singlechipmicrocomputercircuit.Andthechargerofcorecomponents-andAT89S52MCUchipMAX1898hascarriedonthedetailedintroduction.Insoftwaredesign,Clanguageasthedevelopmenttool,hascarriedonthedetaileddesignandimplementthesystemstability,reliabilitya

8、ndsecurity.Thechargerhasatestbatterychargingschedule,real-timedisplayoutputvoltage;Automaticswitchchargingmodetomeettheneedsoftherechargeablebatterycharge;Thechargershortcircuitprotectionfunction.Betterprotectthebatteryandprolongtheservicelifeofthebattery.KeyWords:Intelligentcharger；Singlechipmicroc

9、omputer；MAX1898第一章緒論11.1 課題研究的意義1.1.2 充電器發(fā)展?fàn)顩r1.1.3 課題研究主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)1.第二章電池的充電方法與充電控制技術(shù)32.1 電池的充電方法3.2.2 單片機控制的充電器的優(yōu)點4.2.3 電池的充電控制技術(shù)4.2.3.1 鋰電子電池簡介4.2.3.2 快速充電器介紹4.2.3.3 快速充電終止控制方法5.2.4 本章小結(jié)7第三章智能穩(wěn)壓充電器的硬件設(shè)計83.1 系統(tǒng)框圖83.2 單片機控制模塊8.3.3 充電控制模塊1.0.3.3.1 MAX1898的特性1.03.3.2 MAX1898充電工作原理1.13.4 充電電壓轉(zhuǎn)換模塊1.3.3.5

10、液晶顯示模塊1.4.3.6 蜂鳴報警模塊1.5.3.7 本章小結(jié)1.5.第四章智能穩(wěn)壓充電器的軟件設(shè)計164.1 程序功能以及主要變量說明1.6.4.2 程序流程圖1.6.4.3 本章小結(jié)1.8.第五章測試19第六章結(jié)論21參考文獻(xiàn)22附錄23致謝錯誤.!未定義書簽。第一章緒論1.1 課題研究的意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，易攜帶的電子產(chǎn)品以很快的速度更新?lián)Q代，使得電池的續(xù)航時間大大增長，而作為電子產(chǎn)品不可或缺的一部分，運用到電池的地方越來越多，導(dǎo)致可充電電池的需求量也與日俱增，同時對充電器的要求也變得以低成本，低功耗，易攜帶，高充電率、體積小、而且安全實用為主要指標(biāo)。智能充電器是依靠先進(jìn)的單片

11、機控制技術(shù)所制造出來的充電器，它充斥著我們的生活。對充電器進(jìn)行設(shè)計，可以更加清楚的知道充電器的制作流程，提高我們對電子產(chǎn)品的設(shè)計能力，增強了我們的實際動手操作能力。讓我們能夠擁有更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計思維、更好的搜集、整合相關(guān)的先進(jìn)信息、了解前沿的科技和生產(chǎn)技術(shù)、充分把我們學(xué)過的各種知識，應(yīng)用在設(shè)計思路，模型的建立、以及實物的制作中。1.2 充電器發(fā)展?fàn)顩r充電器的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：1 .限流限壓式充電器：這是充電器發(fā)展史的第一個階段，這種充電器起初的充電方法是限壓式充電，后來演變成限流限壓式充電，充電器以使用時間長短為衡量基準(zhǔn)，一般是810年左右，與充電次數(shù)的多少無關(guān)，淺充淺放。2 .恒流/限壓式充

12、電器：充電器發(fā)展史的第二個階段，這種充電方式在充電器發(fā)展歷程中運用了大概50年的時間，其工作原理是用恒定電流充電到預(yù)定好的電壓值，然后剩下的部分用恒定電壓完成，兩個階段切換的電壓就是第一階段的最終電壓，也就是第二階段的恒定電壓1。這種充電器的缺點是效率不高，對電池的保護不夠，極易降低電池保護壽命。3 .自適應(yīng)智能充電器：充電器發(fā)展史的第三個階段，隨著科技發(fā)展，先進(jìn)的工藝制造，更高端集成化電路也與充電器結(jié)合起來，使得充電器的設(shè)計越來越體積小，智能化。充電器設(shè)計進(jìn)入全新的階段，這就是第三代充電器。這種充電器遵循各種電池的工作原理，由單片機進(jìn)行控制通過轉(zhuǎn)換各種充電模式對電池進(jìn)行充放電，并且有溫度保護

13、功能，不需要人工參與，減少失誤，有效的保護了電池，延長了使用壽命。1.3課題研究主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)本課題要求設(shè)計一種智能穩(wěn)壓的充電器，掌握相關(guān)的充電控制技術(shù)，設(shè)計的充電器能夠滿充自動斷電，蜂鳴報警提示、液晶顯示充電進(jìn)度、充電電壓以及溫度。充電器智能化能過更好的對電池充電過程進(jìn)行保護，提高電池的使用時間，同時大大減少電池充電時間。對充電器進(jìn)行硬件與軟件的設(shè)計，包括設(shè)計單片機控制模塊、充電芯片模塊、外部顯示模塊等等。第一章緒論。介紹了課題研究的意義，充電器的發(fā)展情況，以及介紹了設(shè)計的主要內(nèi)容、主要工作，這是論文的設(shè)計基礎(chǔ)。第二章電池的充電方法與充電控制技術(shù)。本章描述了幾種電池充電方法的優(yōu)缺點，介紹

14、了由單片機控制充電過程的充電器的優(yōu)點，以及電池終止充電的幾種控制方法，有效保證電池在充電控制過程中不過充。第三章智能穩(wěn)壓充電器硬件設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)框圖及原理圖，各個電路模塊及介紹所用到的元器件。第四章智能穩(wěn)壓充電器軟件設(shè)計。對單片機程序進(jìn)行C語言編程以實現(xiàn)充電器的各個模塊功能。第五章測試結(jié)果。通過對制作出來的實物進(jìn)行上電測試，展示測試結(jié)果。第六章結(jié)論?？偨Y(jié)了本次課題設(shè)計的完成情況以及還有哪些做得不足的地方，并提出如何加以改進(jìn)優(yōu)化的設(shè)想。27第二章電池的充電方法與充電控制技術(shù)2.1電池的充電方法1 .恒流充電(1)恒流充電采用恒流充電，電池的充電效率很高，同時可以改變充電電池的節(jié)數(shù)，充電終止由時間

15、控制，但因為外部電源輸入不穩(wěn)定，必須外接一個直流恒流源，但直流恒流源造價偏高，性價比不高，所以準(zhǔn)恒流充電相應(yīng)而生。(2)準(zhǔn)恒流充電準(zhǔn)恒流充電，意思是在直流輸入電源與電池之間連接一個可變的電阻，經(jīng)過調(diào)節(jié)可變電阻的阻值來保證電源穩(wěn)定的輸入，由于此種充電方式電路設(shè)計簡單，性價比高于恒流充電，所以被廣泛使用。2 .恒壓充電在這種充電方式下。充電電流由兩端的電壓所決定的，充電初期所需要的電流較大,后期需要的電流較小，充電電流一般選用電壓最大時，效率最高。另外，充電最后階段電壓達(dá)到最大值后會有小幅的降低，而電流卻持續(xù)增大，這樣會很損害充電電池的使用壽命，使充電電池過熱，造成熱損耗，所以也不推薦使用恒壓充電

16、方式。3 .涓流方式涓流方式一般在不能切斷電源的地方使用，例如應(yīng)急電源，備用照明設(shè)備。這種充電方式電池一段與負(fù)載相連接，另一端與充電器直流電源相連接，只有當(dāng)直流電源兩端電壓小于電池兩端電壓，或者直流電源停止對電池進(jìn)行供電了，電池才開始對負(fù)載進(jìn)行供電。4 .浮充方式浮充方式的意思是，為了使用電器時常維持在滿電狀態(tài)，電池用小電流(C/30)進(jìn)行充電，以防不時之需。5 .分階段充電分階段充電的意思是起初充電電流很高，當(dāng)達(dá)到電壓設(shè)定的臨界值時，改為小電流充電，這是最理想的充電方式，但是缺點是造價昂貴，電路復(fù)雜。6 .快速充電用大電流對電池進(jìn)行快速充電的時候，為了防止電池?fù)p壞，在充電后期需要外接控制電路

17、，它可以實時監(jiān)測電池電壓的變化，從而對電池充電狀態(tài)進(jìn)行控制。(1)電池電壓檢測用較大電流給電池充電，充電后期監(jiān)測電池的電壓，當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定值時，用小電流充電替換大電流。小電流充電可以有效保證充電飽和度。控制電路設(shè)置的充電截止電壓應(yīng)低于充電峰值電壓。(2) V檢測電池充電過程的充電電流是通過檢測電池充電末期的電壓降來進(jìn)行控制的，采用一V控制系統(tǒng)的充電控制電路，當(dāng)充電峰值電壓確定后，若一V檢測電路檢測的電壓降達(dá)到設(shè)定值，控制電路將使大電流充電電路分?jǐn)?02.2 單片機控制的充電器的優(yōu)點現(xiàn)在，市面上各式各樣的充電器，充電器的充電方式不同導(dǎo)致充電效果也不盡相同，一些采用大電流充電的充電器，雖然充電

18、時間縮短，但是在充滿后如果不能及時關(guān)閉電源，會造成電池的發(fā)燙，損害電池的使用時間，一些小成本制作的充電器選用的監(jiān)測方式是電壓比較法，當(dāng)檢測到充電已到85%-95%時，就采用涓流充電，直至充滿，但是容易造成過充電。所以，比較科學(xué)的充電器能有效檢測電壓，采用不同方式進(jìn)行充電，并且對電池充滿以后可以及時關(guān)閉電源，這都必須有專業(yè)的芯片進(jìn)行控制，本次設(shè)計用單片機和充電芯片共同協(xié)作工作，采用公認(rèn)較好的一V檢測技術(shù)，精確檢測電壓信號變化，對充電進(jìn)行控制。2.3 電池的充電控制技術(shù)2.3.1 鋰電子電池簡介鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，鋰電子電池能量高、電能存儲密度大、漏電

19、量小，工作電壓高，還可以制作成任意形狀，適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要30鋰電池于鍥類電池相比，在相同輸出功率條件下，重量減少一半，體積減少20%。鋰電子電池沒有記憶效應(yīng)，可在任意時間點充電，并且有效的保持電荷,但是使用中要盡量避免過充過放，損壞電池4。2.3.2 快速充電器介紹快速充電器，顧名思義，充電時間很短，所以采用大電流進(jìn)行快充，常用的電流值為0.32小時率電流。小時率電流值的計算公式是C(Ah)/t(h),其中C代表電池出廠設(shè)定的容量，t代表時間。其中的主控電路有多種類型：1 .定時型主控電路：定時型主控電路是通過定時電路來對充電進(jìn)行控制，充電時間由輸入電流決定。定時電路通過對時間的控制，來使不

20、同的電流對電池進(jìn)行充電，由于定時器比較普通，所以制作比較容易，常用它作為自制快速充電器的主要器件。2 .電壓峰值增量V型：有的充電電池的充電電流隨兩端電壓變化，端電壓升高，充電流升高，而當(dāng)充足電時，電壓會有小幅的下降，利用該特性對充電器進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)檢測到電壓微量下降的時候，關(guān)閉電源，控制充電結(jié)束，這種方法稱為一V法。這種方法不適合自制，控制部分電路復(fù)雜，而且成本較高。3 .其他主控電路：除了定時型還有電壓峰值增量V型主控電路，還有溫度檢測控制電路，這種電路需要依靠熱敏電阻對電池的溫度進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電池的溫度升高到超過設(shè)定的安全溫度時，控制充電器停止充電，當(dāng)溫度下降了，也不會繼續(xù)充電，除非

21、手動復(fù)位，才能轉(zhuǎn)到下一次充電。2.3.3 快速充電終止控制方法充電控制技術(shù)是充電器系統(tǒng)中軟件設(shè)計的核心部分。根據(jù)充電電池的原理，將鋰電池的電壓曲線分為三段，具體見圖2.1所示。圖2.1電池的電壓曲線Fig.2.1Thebatteryvoltagecurve由于鋰電池的最佳充電過程無法用單一實現(xiàn)，在這三段應(yīng)分別采用不同的控制方式，具體為:進(jìn)入BC段之前，電池電量基本用完，這時候采用恒定的小電流充電；當(dāng)進(jìn)入B-C段時，若采用恒流充電，電流過大會損壞電池，電流過小使充電時間過長，則根據(jù)電壓變化情況控制充電電流，使電池充滿，若此時停止充電，則電池會自放電。為防止自放電現(xiàn)象發(fā)生，采用浮充方式充電，用小電

22、流進(jìn)行涓流充電。在恒流充電狀態(tài)下，不斷檢測電池端電壓，當(dāng)電池電壓達(dá)到飽和電壓時，包流充電狀態(tài)終止，自動進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)；恒壓充電時，保持充電電壓不變。由于電池內(nèi)阻不斷變大，導(dǎo)致充電電流不斷下降，當(dāng)充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的1/10時，終止恒壓充電，進(jìn)入浮充維護充電階段。6電池在充滿電后，如果不及時停止充電，電池的溫度將迅速上升。溫度的升高將加速板柵腐蝕速度及電解液的分解，從而縮短電池壽命、容量下降。為了保證電池充足電又不過充電，采用定時控制、電壓控制和溫度控制等多種終止充電的方法。71 .定時控制該方法適用于恒流充電。充電的時候，因為是恒定電流，根據(jù)電池的容量還有充電電流的大小，可以很

23、容易推算出來所需的充電時間。當(dāng)達(dá)到充電時間后，定時器會發(fā)出信號停止進(jìn)行充電或者改為浮充狀態(tài)維持充電電流，這樣可以有效的避免大電流充電對電池造成的損傷。這種控制方法的缺點是，充電前，電池的容量沒法準(zhǔn)確的去得知，而且在充電過程中也會有元器件的發(fā)熱，導(dǎo)致一定的功率損耗，所以實際的充電時間不能準(zhǔn)確得到網(wǎng)。該方法充電時間固定，不能自動及時調(diào)整充電模式，所以有可能充不足電或者過充。2 .電池電壓控制在電壓控制法中，最容易檢測的是電池的最高電壓。常用的電壓控制法有：電壓負(fù)增量（一V）:在充電過程中，負(fù)增量的出現(xiàn)不受電池電壓、外界溫度、充電速率的影響。所以，通過監(jiān)測負(fù)增量可以準(zhǔn)確判斷出是否已經(jīng)充滿電。這種方法

24、的缺點是：在電池充滿電之前，會有局部出現(xiàn)電壓負(fù)增量，此時會誤判電池已經(jīng)充滿電而停止快充；還有鎘鍥電池在充滿電以后由于出現(xiàn)負(fù)增量的現(xiàn)象比較緩慢，所以有可能在監(jiān)測到負(fù)增量前電池就已經(jīng)過充了，長期過充會損害電池的壽命。電壓零增量（V）:鋰電池充電器中，為了避免因為負(fù)增量出現(xiàn)延遲而使電池過充，所以采用一種0V控制法。這種方法通過比較電壓的變化而對充電進(jìn)行控制。缺點是由于監(jiān)測元器件不是很靈敏，所以當(dāng)充電時出現(xiàn)電壓變化很小的情況，元器件會監(jiān)測不出來變化，從而進(jìn)行誤操作，所以采用這種方法應(yīng)選用高靈敏度0V監(jiān)測器件。最高電壓（VMAX）:從特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時，表示電池充滿電。充電過程中，當(dāng)

25、電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，立即停止快速充電90這種控制方法的缺點是：電池充足電的最高電壓隨充電速率、周圍環(huán)境溫度而變，而且電池組中各單體電池的最高充電電壓也不同，因此采用這種方法并不能十分準(zhǔn)確判斷出電池是否充滿電1003 .電池溫度控制因為大電流充電會造成電池發(fā)熱，所以當(dāng)溫度過高超過設(shè)定的數(shù)值時，應(yīng)立即停止充電。常用的溫度控制方法有：最高溫度（TMAX）:通常在電池充電過程中，設(shè)定的溫度是40C,當(dāng)熱敏電阻檢測到溫度超過40c時，立即停止快速充電。這種方法的缺點是，熱敏電阻響應(yīng)有些滯后。溫度變化率（T/t）:電池在充滿電后溫度會持續(xù)上升，而且上升的速率T/t是基本相同的，所以當(dāng)電池溫度每分鐘上漲一

26、度的時候，應(yīng)立即停止充電，這種方式的優(yōu)點是由于熱敏電阻的阻值與溫度是非線性的，所以為了提高精度，應(yīng)該設(shè)法減少非線性帶來的影響11。采用溫度控制法時，由于熱敏電阻響應(yīng)滯后，而且是非線性的，所以不能準(zhǔn)確檢測到充滿電的狀態(tài)。4 .綜合控制法以上的控制法各有利弊，為了能夠準(zhǔn)確的檢測出充滿電狀態(tài)，需要各種控制法共同協(xié)作，這就是綜合控制法，包括定時控制、溫度控制、電池電壓控制。2.4 本章小結(jié)本章節(jié)通過對電池的充電方法介紹以及充電控制的介紹，可以更加清楚的知道現(xiàn)在流行的充電方法以及如何充電才能更好的保護電池，采用先進(jìn)的終止充電控制技術(shù)保證電池不過充也不會充不滿，極大的提高了電池的使用效率。第三章智能穩(wěn)壓充

27、電器的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)框圖圖3.1智能穩(wěn)壓充電器系統(tǒng)框圖Fig.3.1 The Charger System diagram功能強大，主要功能特性如下： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 32個雙向I/O 口 3個16位可編程定時/計數(shù)器 全雙工UART串行中斷口線 2個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（WDT）電路,靈活的ISP字節(jié)和分頁編程智能穩(wěn)壓充電器系統(tǒng)框圖如圖3.1所示，本課題所設(shè)計的充電器由單片機和充電集成電路協(xié)同進(jìn)行充電控制，其中外部顯示電路包括充電指示燈，蜂鳴報警器以及液晶顯示屏，顯示屏顯示充電進(jìn)度，輸出電壓以及溫度，可以更加直觀的給使用者展示充電狀態(tài)，其中單片機控制部分選用由

28、Atmel公司生產(chǎn)的At89s52,充電部分選擇充電芯片Max1898,由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832進(jìn)行轉(zhuǎn)換，顯示部分選擇1602顯示器。3.2 單片機控制模塊AT89S52單片機簡介：AT89S52是由Atmel公司開發(fā)的一種低功耗，高性能CMOS8位單片機，該單片機-8k可反復(fù)擦寫（1000次）ISPFlashROM-4.5-5.5V工作電壓時鐘頻率0-33MHz 256bytesRAM 低功耗空閑和省電模式 3級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針(72.1Pt.OE(nEX)Pi.iLP12LPl3匚(MOSJ)Pl.3r(wiso)Pi.Br,SCK)P1.7Cnsic(

29、flKD)P2.0CTXDiPBtLf麻)P3寶匚flRH)P3.3LfT0)P3.4匚fTtiP35E(Wnjpg.er.再iP2.7匚micXTALt匚GNDCnvcc J Po.o (ADOj JPC.1 AD1' PC.2 AD2' PC 3 AD P3ENJPi7 A" ?i P2.5 - A'3)TIP2.3 All3 ?£.1 -A5： pe.q (As)4CI39383736鋁343392式30的的27鑿密時的四21圖3.2單片機AT89S52引腳圖Fig.3.2 AT89S52microcontrollerpinmap單片機引腳如圖

30、3.2所示：第40管腳（VCC）是電源端；20管腳（GND）是單片機的接地端；第9管腳（RST）是單片機的復(fù)位端；第18、19管腳（XTAL1、XTAL2）是單片機外接振蕩器和外部時鐘信號輸入端；31管腳（EA/VPP）是外接程序存儲器訪問控制端，輸入為高電平時，可以訪問片內(nèi)和片外的程序存儲器，輸入為低電平時，智能訪問片外程序存儲器；30管腳（ALE/PROG）只讀存儲器和地址鎖存脈沖輸入引腳，輸入高電平時，作為地址鎖存允許控制信號使用，輸入低電平時，作為內(nèi)部只讀存儲器脈沖輸入端；9管腳RST復(fù)位用。I/O口端口結(jié)構(gòu)：1 .p0端口結(jié)構(gòu)：I/O口P0.0P0.7為8個管腳，8個管腳連接P1口的

31、驅(qū)動，P1口驅(qū)動連接P1口鎖存器，鎖存器連接總線。P0口除了作為一般的I/O口使用外，還有第二個功能，就是作為地址和數(shù)據(jù)線與程序地址寄存器進(jìn)行交互。2 .p1端口結(jié)構(gòu)：P1口除了作為一般的I/O口使用外，還用于在線編程，P1.0-P1.7中的P15P16P1.7三個管腳與下載線中三個端口相連，作為下載接口，所以P1口部分的I/O口有雙重功能。3 .p2口結(jié)構(gòu)：p2口除了當(dāng)作普通I/O口，第二功能與P0口相同，作為地址和數(shù)據(jù)線與程序地址寄存器進(jìn)行交互o4 .p3內(nèi)部結(jié)構(gòu)：p3口同樣可作為普通I/O口，它與P0、P1、P2口一樣，也具有第二功能，第二功能為與中斷、用行口通信還有定時器進(jìn)行相關(guān)的信息

32、交互。單片機電路部分原理圖如圖3.3所示。vcc,0I45 石,7VCC而 1rppKU) P0 I Mt P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7R5LP3 0 W 的1型P3二區(qū):P53.15T1P"工P3.6VJ產(chǎn)7而工上二XIAL1 GNDAll PFN卻P2.' P2.t P23 P2.4P2 iP； T P2.： P2.C2TP:5-TT二七二匕VCC40 b丁 POO POL TP02 l" ? Fp：.mJ4Plbrpo1圖3.3單片機部分原理圖Fig.3.3 MCUpartdiagram由圖3.3可知，晶振Y、電容C5,C6與單片機XTAL

33、1和XTAL2相連，與單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成一個時鐘信號源，作為單片機的工作時序。這種使用晶振配合產(chǎn)生時鐘信號的方法稱為內(nèi)部時鐘方式，晶振頻率決定該時鐘頻率，這里單片機工作頻率就是12MHZ。3.3充電控制模塊3.3.1MAX1898的特性1305 矮 3IXMSCT 卜一卜圖3.4MAX1898芯片引腳圖Fig.3.4TheMAX1898chippinMAX1898引腳圖如圖3.4所示：1腳（IN）輸入管腳，實時監(jiān)測輸入電壓、電路大小。2腳（CHG）:充電狀態(tài)指示管腳，同時驅(qū)動LED,給用戶更直觀的感受。3腳（EN/OK）:輸入/輸出管腳，EN為輸入端，可以控制（禁止）芯片工作；OK為輸出端，用

34、于顯示充電器是否與輸入電源連接正常。4腳（ISET）:調(diào)節(jié)輸入電流管腳。設(shè)置最大輸入電流時應(yīng)該串聯(lián)一個電阻接地。5腳（CT）:設(shè)置充電時間管腳。充電時間長短由一個時間電容來控制，CT引腳接地表示該功能停止使用。6腳（RSTRT）:控制重新啟動管腳。引腳直接接地，如果輸入電壓低于臨界電壓，將開始一個新的周期的充電；引腳通過串聯(lián)一個電阻接地時，可使臨界值降低，引腳置空，表示該功能停止使用。7腳（BATT）:電池輸入腳，接單節(jié)電池正極，需要搭配一個電解電容接地。8腳（GND）:接地端。9腳（DRV）:外部晶體管驅(qū)動器，接晶體管的基極。10腳（CS）:電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。MAX1898關(guān)鍵

35、特性如下： 簡單、安全的線性充電方式。 使用低成本的PNP或PMOS調(diào)整元件。 輸入電壓：4.5-12V。 內(nèi)置檢流電阻。 ±0.75%電壓精度。,可編程充電電流。 輸入電源自動檢測。 LED充電狀態(tài)指示。 可編程安全定時器。 檢流監(jiān)視輸出。 可選/可調(diào)節(jié)自動重啟。 小尺寸WAX封裝。3.3.2MAX1898充電工作原理充電芯片MAX1898內(nèi)部電路包括如下的幾個部分：輸入電流調(diào)節(jié)器、電流檢測器、電壓檢測器、溫度檢測器、主控制器、定時器12o輸入電流調(diào)節(jié)器用來控制電源總輸入電流（總輸入電流指的是充電電流與負(fù)載電流之和），如果檢測到總輸入電流大于門限電流，則可以通過降低充電電流來降低總

36、輸入電流，由于工作時電源電流變化幅度較大，沒有輸入電流調(diào)節(jié)器來控制的話，會給輸入電源造成很大壓力，同時設(shè)計輸入電源時成本和體積也會增加，所以輸入電流控制器有效的降低了成本，同時也使電源設(shè)計不復(fù)雜，更加簡明。圖3.5充電控制部分原理圖Fig.3.5Thechargingcontrolsectiondiagram電路具體說明如下：電壓的允許輸入范圍為4.5V-12V。通過外接場效應(yīng)管提供鋰電池充電接口13。通過外接電容C來設(shè)置充電時間T,這里的時間指的是快充的最大充電時間，它和定時電容C關(guān)系如式3.1所示。C=34.33XT3其中，T單位為小時，C單位為nF。一般情況下，C取值100nF,表示最大

37、充電時間大概3小時。在限制電流的模式下，通過外一個電阻Rset來設(shè)置最大充電電流Ifstchg，關(guān)系式如式3.2所示。1400IFSTCHGRSET3.2式中，Rset單位為歐姆，IFSTCHG單位為nF。當(dāng)充電電源跟電池在正常的溫度下工作時，連接電池將進(jìn)行一次充電過程。充電時間超出片上設(shè)定的最大充電時間時，充電周期結(jié)束。MAX1898可以自動檢測是否有充電電源接入，如果檢測不到就會自動關(guān)閉，從而達(dá)到降低電池漏電的目的，開始充電后，接通外接的場效應(yīng)管，當(dāng)檢測到電池電壓達(dá)到門限電壓的時候?qū)⑦M(jìn)入脈沖充電方式。在控制芯片MAX1898和外圍的單片機AT89S52協(xié)同控制下，充電過程分為預(yù)充、快充、滿

38、充、斷電和報警5個部分14。以下對五個部分的分別介紹。1 .預(yù)充預(yù)充階段稱為涓流充電，在連接好電池以后，接通電源，檢測到充電信號以后，充電器將定時器復(fù)位，然后開始進(jìn)入預(yù)充階段，預(yù)充階段輸入電流為快充階段電流的10%,起初電池電壓低使用小電流充電能更好的保護電池元器件，充電一段時間后，電壓逐漸上升，當(dāng)在定時器設(shè)置的充電時間內(nèi)達(dá)到預(yù)定的電池電壓2.9V時，進(jìn)入快充階段；如果超過了定時器設(shè)定的時間電池電壓沒有達(dá)到2.9V,則充電器默認(rèn)為此電池已壞，單片機產(chǎn)生故障信號，引腳CHG控制LCD燈指示。2 .快充快充階段也稱恒流充電，當(dāng)電池的電壓大于2.9V以上時，足夠承受大電流了，所以采用大電流充電，進(jìn)入

39、快充階段，采用大電流充電，可以有效的縮短充電時間，充電時間大約一個小時左右，當(dāng)電池電壓達(dá)到或者接近充滿電壓4.2V左右時候，則開始進(jìn)入滿充階段。3 .滿充滿充階段也成恒壓充電，當(dāng)電池進(jìn)入滿充階段后，應(yīng)逐漸減少充電電流，由恒流轉(zhuǎn)為恒壓充電，如果不減少充電電流，會造成充電電壓進(jìn)一步升高，有過充的危險，包壓充電的過程也不短，此階段電池充進(jìn)去的電量大約是總體的20%。4 .斷電當(dāng)檢測到電池已經(jīng)完全充滿后，MAX1898芯片的2引腳（CHG）發(fā)送的脈沖信號將會被單片機檢測到，引起單片機的中斷，從中可以檢測到電池充滿電的狀態(tài)14。止匕時,單片機將切斷CW7805向MAX1898芯片的供電，極大的提高了電池

40、的安全性，同時減少了元器件損耗5報警當(dāng)電池充滿后，MAX1898將會熄滅連接電池的指示燈（綠燈），同時切斷MAX1898供電的芯片，并且通過單片機控制蜂鳴器，使其報警，給用戶以提示。Fig.3.6Voltagetransitiondiagram如圖3.6所示，由220V交流電經(jīng)過電磁線圈耦合成低頻的12V直流電，經(jīng)過CW7805把12V輸出電壓轉(zhuǎn)換為固定的5V輸出。CW7805是三端口正電源穩(wěn)壓元器件，它的封裝形式為TO-220.它性價比很高，應(yīng)用范圍非常廣泛。工作時由于有過熱限制以及工作區(qū)保護，元器件不易損壞，但是工作時會溫度很高。散熱問題有待加強3.5 液晶顯7K模塊圖3.7液晶顯示屏Fi

41、g.3.7Liquidcrystaldisplay如圖3.7所示，液晶顯示器具有體積小、顯示十分清晰、功耗低等特點?，F(xiàn)在市場上主流的液晶顯示器是字符型液晶顯示器，它也成為單片機跟用戶交互的最直接的器件，同時也是單片機電路設(shè)計中常用的顯示元器件。1602引腳說明：1602采用單列直插式設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，1602可以顯示2行共16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7,和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V,帶有背光顯示清晰15。1腳（VSS）:電路公共接地端電壓（地電源）。2腳（VDD）:器件內(nèi)部的工作電壓（正電源）。3腳（V0）:液晶顯示器對比度調(diào)整端，連接地電源對比度最高，連接正電

42、源對比度最低。通常情況下，用一個10左右電位器調(diào)節(jié)對比度。4腳（RS）:RS為選擇寄存器，低電平0是選擇指令寄存器，高電平1時選擇數(shù)字寄存器。5腳（RW）:RW為讀寫控制端，低電平0時候?qū)懭霐?shù)據(jù)，高電平1時候讀取數(shù)據(jù)。6腳（E）:使能端，寫數(shù)據(jù)時候，下降沿使能。7腳14腳（D0D7）:8位雙向數(shù)據(jù)端口。15腳（BLA）:LED背光正極，開通背光需要串聯(lián)一個限流電阻接VDD16腳（BLK）:LED背光負(fù)極，接地。3.6 蜂鳴報警模塊圖3.8報警器原理圖Fig.3.8Theprinciplediagramofthealarm如圖3.8所示，Sp是蜂鳴器，它的正極與三極管Q的發(fā)射極相連，負(fù)極與地線相

43、連。工作過程為：I/O口輸入高電平時，三極管Q的基極得到高電平，三極管導(dǎo)通，電流Vcc經(jīng)集電極流向發(fā)射極，并流入蜂鳴器SP。3.7本章小結(jié)本章對智能穩(wěn)壓充電器進(jìn)行了硬件設(shè)計，設(shè)計了充電器各個模塊的組成以及模塊在電路中的作用，對設(shè)計中所采用的元器件以及管腳進(jìn)行了介紹，可以更清楚的了解了充電器的組成以及可實現(xiàn)的功能。第四章智能穩(wěn)壓充電器的軟件設(shè)計4.1 程序功能以及主要變量說明充電過程由充電芯片MAX1898控制，單片機協(xié)助MAX1898對電路進(jìn)行控制和保護，設(shè)計程序的具體功能如下：1通過CHG信號引起INTO外中斷。2.在兩次中斷中使用T0計數(shù)，判斷是否充電完畢。如果充電完畢，則控制P1.2和P

44、1.3弓唧，輸出低電平。當(dāng)MAX1898確認(rèn)充電完成后，會在其2腳（CHG）輸出又低電平向高電平的跳變，該高電平信號將會引起INTO外部中斷，一般有三種情況會使CHG引腳輸出為高：一是電池與充電器未連接好，二是確認(rèn)已經(jīng)充電完成，三是檢測到充電出現(xiàn)異常。前兩種情況通過單片機直接切斷充電電源即可，所以只要通過程序判斷是不是出現(xiàn)充電出錯就好，如果確定不是充電出錯，則單片機P2.0腳控制切斷電源，P3.5腳啟動蜂鳴器報警，提示用戶。程序中的變量及說明如表4.1所示。表4.1變量及說明Table4.1Variablesandinstructions變量說明GATE單片機的P2.0口，控制電源充電的開關(guān)B

45、EEP單片機的P3.5口，控制蜂鳴器t_countTO的計數(shù)值int0_count外部中斷脈沖int0()外中斷0服務(wù)程序timer。()定時器0中斷服務(wù)程序4.2程序流程圖本次設(shè)計的充電器，要實現(xiàn)實時顯示充電進(jìn)度，充電電壓，監(jiān)控溫度變化，并且由單片機控制電流輸出，更好的保護電池，系統(tǒng)總流程圖如下：系統(tǒng)上電，初始化，等待信號指示，單片機控制充電信號輸入，實時監(jiān)測電壓和溫度并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在液晶屏上顯小0圖4.1系統(tǒng)主程序流程Fig.4.1 The System of the main program flowInto_count=1? 否.充電完畢，蜂鳴器報 警，關(guān)閉電池充電充電出錯關(guān)閉T0計數(shù)和

46、Int0圖4.2外部中斷以及定時器程序Fig.4.2Externalinterruptandtimerprogram單片機有五個中斷源：外部中斷0、外部中斷1、定時器0中斷、定時器1中斷、用行通信中斷，任何中斷發(fā)生時，單片機會去對應(yīng)的地址執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。中斷服務(wù)子程序起始地址如表4.2所示。表4.2AT89S52中斷向量表Table4.2AT89S52InterruptVectorTable中斷源向量地址中斷標(biāo)志位外部中斷0（INT0管腳）0003H-IE0定時器0中斷000BHTF0外部中斷1（INT1管腳）0013HIE1定時器1中斷001BHTF1串行通信終端0023HTI/RI表4

47、.2為中斷服務(wù)的指揮官，當(dāng)外部中斷1發(fā)生時，單片機會到0013H尋找中斷服務(wù)子程序，此表不可更改。定時器0程序說明：程序開始，停止定時器0計數(shù)，重設(shè)計數(shù)初值5ms,判斷外部中斷0是否產(chǎn)生3s5s的信號，產(chǎn)生進(jìn)入下一步，如果外部中斷0沒再次出現(xiàn)，則認(rèn)為完成充電，蜂鳴器報警，關(guān)閉外部中斷0,否則則認(rèn)為充電出錯。4.3本章小結(jié)本章設(shè)計了主系統(tǒng)流程圖、中斷和定時器流程圖，通過C語言軟件編程對各個模塊進(jìn)行了程序設(shè)計，對單片機進(jìn)行充電控制提供了軟件支撐。更好的實現(xiàn)了充電器各個模塊的功能，體現(xiàn)智能化。第五章測試圖5.1實物展示圖Fig.5.1 Object display如圖5.1所示，圖中為經(jīng)過買電路元器

48、件，制作電路板，焊接電路板所制作出來的實物。lempersLureL三工凸S：109XUalt=4.37圖5.2接通電源圖Fig.5.2Connectthepowersupply如圖5.2所示，圖中顯示的是接通電源后的情況，電源指示燈（紅燈）會亮，液晶顯示屏顯示溫度，充電進(jìn)度還有輸出電壓，這里沒連接電池的時候，進(jìn)度默認(rèn)為100%圖5.3連接電池圖Fig.5.3Connectthebattery如圖5.3所示，圖中顯示的是連接上電池后的情況，充電指示燈（綠燈）會亮，表示正在給連接的電池充電，此時電路溫度為27度，電池的充電進(jìn)度為80%,輸出電壓為4.05V。第六章結(jié)論隨著時代快速發(fā)展，制作工藝原來越先進(jìn)，電子產(chǎn)品的更新速度越來越快，人們對電子產(chǎn)品的使用要求也逐漸增高，要求主要趨于低成本、體積小方便攜帶、功耗低、功能強大并且智能化、安全實用。本次設(shè)計的智能穩(wěn)壓充電器對硬件和軟件兩方面進(jìn)行了設(shè)計，硬件設(shè)計為主，軟件設(shè)計為輔，硬件設(shè)計首先設(shè)計了充電器結(jié)構(gòu)，然后選擇合適的元器件，智能化用AT89S52和MAX1898共同參與進(jìn)行控制來體現(xiàn)。用AltiumDesigner設(shè)計充電電路原理圖，并且繪制出PCB圖，制作電路板，購買元器件，焊接出智能充電器。軟件設(shè)計參考51單片機教程進(jìn)行編寫，設(shè)