畢業(yè)設(shè)計--基于51單片機的智能充電器的設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　1．引言1</p><p>　1.1課題背景1</p><p>　1.2指導(dǎo)思想2</p><p>　1.3本設(shè)計完成的智能化功能2</p><p>　2．單片機的簡介2</p><p>　2.1單片機的特點2&

2、lt;/p><p>　2.2單片機的應(yīng)用3</p><p>　2.3單片機應(yīng)用于充電器實現(xiàn)智能化3</p><p>　2.4 本設(shè)計所用單片機芯片4</p><p>　2.4.1管腳定義說明4</p><p>　3．鋰離子電池介紹及充電芯片MAX1898介紹6</p><p>　3.1鋰離子電池簡介

3、6</p><p>　3.1.1鋰離子電池基本參數(shù)特性6</p><p>　3.1.2鋰離子電池優(yōu)的缺點7</p><p>　3.2MAX1898充電芯片8</p><p>　3.2.1MAX1898的特點及充電芯片的選擇理由8</p><p>　3.2.2MAX1898的引腳構(gòu)造9</p><p&

4、gt;　3.2.3MAX1898的充電原理9</p><p>　4．硬件電路的設(shè)計11</p><p>　4.1主要器件11</p><p>　4.2電路電路原理圖和說明12</p><p>　4.3智能充電器的充電過程15</p><p>　5．軟件設(shè)計16</p><p>　5.1程序流程圖

5、17</p><p>　5.2主要程序說明18</p><p>　6．總結(jié)18</p><p>　參考文獻19</p><p>　附錄29</p><p>　致謝21</p><p>　　基于51單片機的智能充電器設(shè)計</p><p><b>　　熊興智<

6、;/b></p><p>　　(電子與電氣工程學(xué)院 通信工程專業(yè) 2006級1班 062312379)</p><p>　　摘 要：本設(shè)計是選用Maxim公司的MAX1898作為電池充電芯片，使用單片機芯片AT89C52對其進行控制的一款智能充電器的設(shè)計。在對鋰離子電池的基本參數(shù)特性做出介紹的基礎(chǔ)上,該充電器的硬件電路包括單片機控制部分、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分、充電控制部分。軟件設(shè)

7、計以C51語言為工具，實現(xiàn)了預(yù)充、快充、慢充、斷電、報警等智能化充電過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：充電器；智能；基于AT89C52單片機；MAX1898</p><p>　　Intellgent Battery Charger Design Based on 51 Single-chip Computer</p><p>　　Xiong Xingzhi<

8、/p><p>　　(College of Electronic and Electric Engineering，communication engineering,</p><p>　　Class1 Grade2006, 062312379)</p><p>　　Abstract: I choice MAX1898 which is from Maxim Compan

9、y as the charging chip and use AT89C52 as the charging part to finish the design of an intelligent battery charger. Based on the introduction of the basic parameters and characteristics of lithium battery, the article fu

10、lly introduces the hardware which includes MCU control part, voltage conversion and coupler isolation part and charge section. I select C51 language as the tool of software designing. This battery charger can fulfill the

11、 proces</p><p>　　Key Words: battery charger;intellegent; based on AT89C52 single-chip computer；MAX1898</p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p>

12、<p>　　隨著信息技術(shù)的高速的發(fā)展，信息化正以令人驚嘆的速度滲透到各個領(lǐng)域。電池作為一個傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，正經(jīng)歷著前所未有的變革，特別是在通信，動力等領(lǐng)域，對電池有了新的要求。智能充電器就在這種環(huán)境下應(yīng)運而生。</p><p>　　在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?，隨著各種電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，各種充電器就不可或缺。從電動刮胡刀到mp3，從手機到筆記本電腦，幾乎只要用到電池的設(shè)備都會用到充電器。這些充電器都有便攜的特點

13、，所以充電器為人們外出旅游和出差提供了相當(dāng)大的方便。</p><p>　　單片機在電池充電器領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，利用它的處理控制能力可以實現(xiàn)充電器的智能化。充電器種類品種繁多，但嚴(yán)格意義上講，只有單片機參與處理和控制的充電器才能稱為智能充電器。 </p><p><b>　　1.2指導(dǎo)思想</b></p><p>

14、;　?。?）實現(xiàn)充電過程。充電分為兩個方面：一是充電過程的控制；二是需要提供基本充電電壓。</p><p>　?。?）智能化的實現(xiàn)。引入單片機可實現(xiàn)智能化。</p><p>　　1.3本設(shè)計完成的智能化功能</p><p>　　本設(shè)計是基于51單片機在實現(xiàn)鋰離子電池充電方面的應(yīng)用。這種智能充電器在單片機的控制下，實現(xiàn)預(yù)沖，充電保護，自動斷電和充電完成報警提示功能。&

15、lt;/p><p><b>　　2．單片機簡介</b></p><p>　　在通用微機中央處理器（CPU）基礎(chǔ)上，將輸入／輸出（I／O）接口電路、時鐘電路以及一定容量的存儲器等部件集成在同一芯片上，再加上必要的外圍器件，如晶體振蕩器，就構(gòu)成了一個較為完整的計算機硬件系統(tǒng)。由于這類計算機系統(tǒng)基本部件集成在同一芯片內(nèi)，因此被稱為單片微控制器（Single-Chip-Micro

16、 Controller）、微控制單元（Microcontroller Unit,MCU）或嵌入式控制器（Embedded Controller），簡稱單片機。[1]</p><p>　　目前，8位高檔機和16位機在單片機應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)品眾多，已有幾十個系列、幾百個型號，除了通用單片機以外，集成更多資源，如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、“看門狗”（Watchdog）電路、LCD控制器、網(wǎng)路控制模塊等，將單片機嵌

17、入式系統(tǒng)和Intenet連接起來已是一種趨勢。還有專用單片機產(chǎn)品，如專門用于數(shù)據(jù)處理（圖像和語言處理等）的單片機?？傊?，單片機正在向微型化、低功耗、高速、集成、高集成度、多資源、網(wǎng)絡(luò)化、專用型方向發(fā)展。[2]</p><p><b>　　2.1單片機的特點</b></p><p>　　單片機芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，它除了具備通用微機CPU的數(shù)值計算功能外，還必須

18、具有靈活、強大的控制功能，以便實時監(jiān)測系統(tǒng)的輸入量，控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動控制功能[3]。單片機主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，如高溫、強電磁干擾，甚至含有腐蝕性氣體，在太空中工作的按偏激控制系統(tǒng)，還必須具有抗輻射功能，此而決定了單片機CPU的技術(shù)特征和發(fā)展方向：</p><p>　?。?）單片機CPU抗干擾性強，工作溫度范圍寬（按工作溫度分類，有民用級工業(yè)級、汽車級及軍用級）。</p><

19、;p>　?。?）單片機CPU可靠性高。在工業(yè)控制中，任何差錯都可能造成極其嚴(yán)重的后果，因此在單片機芯片中普遍采用硬件看門狗技術(shù)，通過定時“復(fù)位”方式喚醒處于“失控”狀態(tài)下的單片機芯片。</p><p>　?。?）單片機CPU電磁輻射量小。高可靠性和低電磁輻射指標(biāo)決定了單片機系統(tǒng)的時鐘頻率很低。為此，單片機芯片一般采用HARVARD雙總線結(jié)構(gòu)，即指令和數(shù)據(jù)存儲器空間相互獨立，并通過各自的數(shù)據(jù)總線與CPU相連，

20、使取指和讀/寫數(shù)據(jù)能同時進行。雙總線結(jié)構(gòu)能提高數(shù)據(jù)的吞吐率，以便在不降低數(shù)據(jù)吞吐率的條件下使用較低的時鐘頻率。</p><p>　?。?）單片機的控制功能很強。</p><p>　?。?）單片機的指令系統(tǒng)比較簡單。</p><p>　　（6）單片機芯片往往不是單一的數(shù)字電路芯片，而是數(shù)字、模擬混合電路系統(tǒng)，即單片機芯片內(nèi)長集成了一定數(shù)量的模擬比較器，A/D及D/A轉(zhuǎn)

21、換電路。</p><p>　?。?）單片機CPU采用嵌入式結(jié)構(gòu)。盡管同一系列的單片機品種、規(guī)格繁多，但彼此差異卻不大。</p><p><b>　　2.2單片機的應(yīng)用</b></p><p>　　由于單片機具有如上所述的特點，因此在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等諸多領(lǐng)域，得到了日益廣泛的應(yīng)用，單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制，如在工業(yè)生產(chǎn)過程中參數(shù)（如溫

22、度、壓力、流量、液位等）的控制，數(shù)據(jù)處理功能于一體，如轉(zhuǎn)速測試儀、噪聲測試儀、振動測試儀及電子秤等。計算機網(wǎng)絡(luò)與通信，單片機上有并行I/O接口，串聯(lián)I/0接口，可用于通信接口，如單片機控制的自動呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、遙測遙控系統(tǒng)等。家用電器，由于單片機體積小，控制能力強，且片內(nèi)與定時器/計數(shù)器，所以廣泛應(yīng)用于家用設(shè)備中。如空調(diào)、洗衣機、微波爐及防盜報警等。</p><p>　　本設(shè)計是單片機在智能充電方

23、面的應(yīng)用。</p><p>　　2.3單片機應(yīng)用于充電器實現(xiàn)智能化</p><p>　　因為多數(shù)充電器一般采用大電流的快速充電法，如果電池充滿了，人們不及時斷電就會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴(yán)重損害電池的壽命[4]。像一些成本比較低的充電器一般采用電壓比較法，為了防止過度充充，基本上充電到一定的程度就停止大電流快充，轉(zhuǎn)而用小電流涓流補充充電。</p><p>　　一部

24、分的充電器不但能在很短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復(fù)由于使用不當(dāng)造成的記憶效應(yīng)，即容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。設(shè)計比較科學(xué)的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方式。專用的充電芯片具有業(yè)界公認(rèn)較好的-△v檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化，例如，在充電后增加及時關(guān)段電源、蜂鳴報警和液晶顯示等功能。充電器的智

25、能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池使用壽命。</p><p>　　51系列單片機也是當(dāng)前使用最為廣泛的8位單片機系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，使51系列單片機現(xiàn)在以至將來都仍會有強大的生命力。在眾多的51系列單片機中，AT89系列單片機在我國得到了極其廣泛的應(yīng)用，AT89系列單片機是美國Atmel公司的8位機產(chǎn)品。他的特點是片內(nèi)含有Flash Memory，F(xiàn)lash Memory是一種

26、電可摩除和電寫入的閃速存儲器（記為FPEPROM)，在系列的開發(fā)過程中可以很容易地進行程序修改，使開發(fā)調(diào)試更為方便。</p><p>　　2.4 本設(shè)計所用的單片機芯片</p><p>　　本設(shè)計的單片機芯片選用Atmel公司的AT89C52，它可以完全滿足要求。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8 KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器（ROM）和256

27、B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元.AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)

28、合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　2.4.1 管腳定義說明</p><p>　　1.VCC管腳：系統(tǒng)供電電源</p><p>　　2.GND管腳：接地管腳</p><p>　　3.P0端口（P0.0~P0.7）：P0端口是一組8位開環(huán)的雙向I/O端口。當(dāng)P0用作輸出口時，沒個管腳能保持8個

29、TTL輸入。當(dāng)操作外部程序與數(shù)據(jù)區(qū)時，通過配置，P0還可用作地位的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用端口。</p><p>　　4.P1端口（P1.0~P1.7）：P1端口是一組具有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O端口。由于存在上拉電阻，P1端口的外部電流IIL會很低。此外,P1.0和P1.1管腳可配置成為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體配置如表2.1。在刷新程序代碼和驗證信息時，P1端口

30、還可用來接受地位地址字節(jié)。</p><p>　　表1 P1.0和P1.1管腳配置</p><p>　　5．P2端口：P2端口是一組具有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O端口。當(dāng)系統(tǒng)使用16位地址信息讀取外部程序區(qū)間或操作外部數(shù)據(jù)區(qū)間時，他發(fā)送高8位地址字節(jié)。這種操作一般使用MOVX@DPTR語句實現(xiàn)。</p><p>　　6．P3端口：P3是一組具有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O端

31、口，同時它還具備許多系統(tǒng)功能，如表2所示。</p><p><b>　　表2 P3的功能</b></p><p>　　7.RST管腳：輸入用于撫慰輸入信號。</p><p>　　8.ALE/PROG管腳：ALE表示地址所存使能信號，當(dāng)防衛(wèi)外部存儲區(qū)間時，用來鎖存低8位地址字節(jié)。/PROG表示在刷新程序代碼時的程序脈沖輸入信號。在正常操作時，AL

32、E將以系統(tǒng)晶振頻率的1/6發(fā)送一個固定的頻率，可用于外部時鐘或者定時。</p><p>　　9./PSEN管腳：/PSEN表示程序代碼存放使能信號，主要用于讀取外部的程序數(shù)據(jù)區(qū)間，當(dāng)AT89C52執(zhí)行外部程序數(shù)據(jù)區(qū)間中的代碼時，/PSEN信號在每一機器始終周期內(nèi)使能兩次，但若單片機操作外部數(shù)據(jù)區(qū)間，/PSEN將無實際意義。</p><p>　　10.XTAL1管腳：改管腳點解單片機晶振，作

33、為晶振放大器和內(nèi)部時鐘處理電路的輸入。</p><p>　　11.XTAL2管腳：晶振放大器的輸出。[5]</p><p>　　AT89C52管腳圖如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 AT89C52管腳圖</p><p>　　3.鋰離子電池介紹及充電芯片MAX1898的介紹</p><p>　　3.1鋰離子電池

34、簡介</p><p>　　鋰是一種金屬元素，化學(xué)符號Li，是一種銀白色、十分柔軟，化學(xué)性能活潑的金屬，是金屬中最輕的。鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成（主要成分是LiCo02），負極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。</p><p>　　鋰離子電池可以分成兩大類：不可充電型和可充電型，最大特點是比能量高。比能量指的是單位重量或單位體積的能量，用Wh/Kg或Wh/L表示。</p>

35、<p>　　3.1.1鋰離子電池基本參數(shù)特性[6]</p><p><b>　　1.高能量密度</b></p><p>　　鋰電子電池的能量密度可以達到360Wh/L,158Wh/Kg,是NI-CD及NI-MH電池的兩倍以上。</p><p><b>　　2.高工作電壓</b></p><

36、p>　　一般放電電壓為3.7V。</p><p><b>　　3.高負載特性</b></p><p>　　一般鋰電子電池的最大連續(xù)放電電流可達2CmA。</p><p><b>　　4.放電特性穩(wěn)定</b></p><p>　　即使在電池壽命接近終止時，光宇鋰離子電池仍保持著良好的放電穩(wěn)定性。

37、</p><p><b>　　5.快速充電特性</b></p><p>　　鋰離子電池可接受的最大充電電流可達1CmA，而且恒流充電時間可達50分鐘以上。</p><p><b>　　6.長循環(huán)壽命</b></p><p>　　重復(fù)使用次數(shù)多，循環(huán)充電特性好，可以重復(fù)500~1000次充放電。<

38、;/p><p>　　鋰離子電池的這些特點促進了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。</p><p>　　3.1.2鋰離子電池的優(yōu)缺點</p><p>　　雖然鋰離子電池很少發(fā)生結(jié)晶化的反應(yīng)，這種反應(yīng)是產(chǎn)生記憶效應(yīng)的原理。但是，鋰離子電池在多次充放電之后仍會性能下降，原因是非常復(fù)雜的。最主要的是正負材料的變化，從分子角度看，正負極能

39、容納鋰離子的空穴會塌陷，這樣就會堵塞，影響電流的充放；從化學(xué)角度來看，正負極材料的鈍化，會產(chǎn)生一些穩(wěn)定的化合物，這樣也會也會影響性能。從物理角度看上，由于充放電過程中難免會有一些摩擦，碰撞，這樣會使外部材料慢慢流失，甚至脫落。這三方面的原因都會使鋰離子電池在充放電過程中參加導(dǎo)電的鋰離子丟失。</p><p>　　過度的充放電，都會對造成電池的損害或降低使用壽命，過度放電將導(dǎo)致負極碳過度釋放出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)

40、出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。</p><p>　　鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。這些數(shù)值在使用中都會逐漸變化。</p><p>　　充電控制芯片是控制電池的充電過程。鋰離子電池的

41、充電過程分為兩個階段，恒流快充階段（電池指示燈呈黃色時）和恒壓電流遞減階段（電池指示燈呈綠色閃爍。開始充電時，電池的電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)?shù)竭_電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，之后再控制芯片的控制下轉(zhuǎn)入恒壓充電狀態(tài)，此過程中電壓變化不大，電流在逐漸減小，當(dāng)充電電流幾乎降到零時，可認(rèn)為電池電量已滿，停止充電。</p><p>　　電量統(tǒng)計芯片通過記錄放電曲線（電壓、電流、時間）可以抽樣計算出電池的電量。而鋰離子電池在多次使用后，放

42、電曲線是會改變的，如果芯片一直沒有機會再次讀出完整的一個放電曲線，其計算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的。所以我們需要深充放來校準(zhǔn)電池的芯片。</p><p>　　鋰離子電池的不足之處在于對充電器要求比較苛刻，需要保護電路。鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護

43、和時間保護，為電池提供附加保護。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸。</p><p>　　3.2MAX1898充電芯片</p><p>　　MAX1898是一片Maxim公司生產(chǎn)的單鋰離子電池的線性充電器電路，是一款性價比比較高的線性充電芯片。MAX1898配合外部的PMOS或PNP晶體管可以組成完整的鋰離子充電器。MAX1898提供了充電狀態(tài)的輸出指示、輸入電壓是

44、否與充電器連接的輸出制式和充電電流指示。MAX1898可以提供精確的恒流/恒壓充電，提高了電池性能且延長了電池的使用時間。充電電流可自由設(shè)定，原理無需外部檢流電阻，只用內(nèi)部檢流。MAX1898還可以可選過放電電池的低電流預(yù)充和充電終止安全定時器、輸入關(guān)斷控制、可選充電周期重啟（不用重新給電）。它具有很高的集成度，在很小的尺寸內(nèi)集成了很多的功能，基本上覆蓋了基本的應(yīng)用電路，大大簡化了設(shè)計過程，因為只需少量外部的元件。</p>

45、<p>　　圖3.1 MAX1898實物圖</p><p>　　3.2.1MAX1898的特點及充電芯片的選擇理由</p><p>　　MAX1898特點如下：</p><p>　　1. 4.5V~12V的輸入電壓小，無需變壓裝置。</p><p>　　2. 可以自動檢測輸入電源。</p><p>　　3.

46、 充電電流可以自由編程。</p><p>　　4. 內(nèi)置檢流電阻（充電電流可根據(jù)自己要求內(nèi)部檢流，不用外部檢流電阻）。</p><p>　　5. 檢流可監(jiān)視輸出。</p><p>　　6. 安全定時器可以自由編程。</p><p>　　7. 充電狀態(tài)可有LED指示。</p><p>　　8. 可選/可調(diào)節(jié)自動重啟。&l

47、t;/p><p>　　9. 小尺寸 uMAX封裝的特點很靈巧，簡易。</p><p>　　10.調(diào)整原件是成本很低的PNP或者PMOS晶體管[7]。</p><p>　　11.電壓精度 ±0.75％，這種精度很高，符合要求。</p><p>　　12.簡單、安全的線性的充電方式。</p><p>　　由以上特點可

48、以肯定MAX1898對鋰離子電池進行安全充電。而且它的高集成度，是在很小才尺寸內(nèi)集成了很多功能，盡量減少外部電路。所以選用MAX1898作為充電芯片。</p><p>　　3.2.2MAX1898的引腳構(gòu)造。</p><p>　　MAXl898為10引腳、超薄型的MAX封裝，其引腳分布如圖3.2所示 </p><p>　　圖3.2 MAX1898引腳圖</

49、p><p><b>　　各引腳的功能：</b></p><p>　　1. IN（1腳）： 傳感輸入，能夠檢測輸入電壓/電流。</p><p>　　2. /CHG（2腳）：充電狀態(tài)指示腳，同時驅(qū)動LED。</p><p>　　3. EN/OK（3腳）：使能輸入腳/輸入電源輸出指示腳。EN為輸入腳，可通過輸入禁止芯片工作；OK為

50、輸出腳，指示輸入電源與充電器是否連接。</p><p>　　4. ISET（4腳）：充電電流調(diào)節(jié)引腳?？梢源?lián)一個電阻到地來設(shè)置最大的充電電流。</p><p>　　5. CT（5腳）：安全充電時間設(shè)置引腳。接一個時間電容來設(shè)置充電時間（當(dāng)此腳接地時，禁止充電）。</p><p>　　6. RESET（6腳）：自動重新啟動控制腳。當(dāng)這個引腳直接接地時，如果電池電壓掉

51、至基本電壓閾值一下200mV，將會重新開始新的充電周期；如果這個腳串聯(lián)一個電阻接地，這個閾值會降低。如果此腳懸空或者CT腳接地，自動重啟功能會喪失。</p><p>　　7. BATT（7腳）：電池傳感輸入腳，此腳接鋰離子電池正極。這個引腳需要旁接一個大電解電容到地。</p><p>　　8. GND（8腳）：接地引腳。</p><p>　　9. DRV（9腳）：外

52、部晶體管驅(qū)動器，此腳接晶體管的基極。</p><p>　　10.CS（10腳）：電流傳感輸入引腳，此腳接晶體管的發(fā)射極。</p><p>　　3.2.3MAX1898的充電原理</p><p>　　MAX1898外接P溝道場效應(yīng)管和限流型充電電源，可以對鋰離子電池進行快速、有效、安全的充電。這種連接方式有個很大的優(yōu)點：如果在沒有使用電感的情形下，仍然能使功率耗散降到

53、很低，這樣可以進行預(yù)充電，同時具有溫度、過壓保護的功能，最長的充電時間的限制可以對鋰離子電池進行二次保護。</p><p>　　MAX1898集成度高，內(nèi)部有很多電路：主控制器、定時器、輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測器、充電電流檢測器、溫度檢測器。</p><p>　　輸入電流調(diào)節(jié)器可以限制電源的總輸入電流（包括系統(tǒng)充電電流和負載電流）。充電電流檢測器如果檢測到輸入電流大于設(shè)定的閾值電流時，可以

54、進行反饋，使輸入電流調(diào)節(jié)器降低充電電流，這樣就會控制輸入電流。這是因為當(dāng)系統(tǒng)工作的時候，電源的電流變化范圍很大，如果充電器沒有輸入電流檢測的功能，則輸入電源就必須能夠提供最大充電電流和最大負載電流之和，這就會是電源體積增大、成本增加。正因為有這個功能，就會使充電器降低了對電源要求，與此同時，也大大簡化了設(shè)計電源的過程。</p><p>　　MAX1898典型充電電路的過程：</p><p>

55、;　　圖3.3 MAX1898典型充電電路</p><p>　　1．電源輸入：輸入電源范圍為4.5~12V。我們在上面討論過，鋰電池的充電方式必須為恒流恒壓方式，所以電源的輸入就采用恒流恒壓源，我們可以用直流電源外加一個變壓器來實現(xiàn)。</p><p>　　2.輸出：鋰離子電池的充電接口可以外接一個場效應(yīng)管來提供。</p><p>　　3.充電時間的選擇： 充電時間t

56、CHG的設(shè)置需要外接一個電容CCT（充電時間是快速充電時的最大充電電流）。充電時間與定時電容的關(guān)系：</p><p>　　CCT=34.33×tCHG</p><p>　　CCT單位是nF，tCHG單位為小時。</p><p>　　在大多數(shù)情況下，快速充電的最大充電時間一般不超過3個小時，所以CCT常取100nF。</p><p>

57、　　4.設(shè)置充電電流：在限制電流的模式下，最大充電電流IFSTCHG的設(shè)置需要外接一個電阻REST，公式如下：</p><p>　　IFSTCHG=1400/REST</p><p>　　此式中，REST單位為Ω，IFSTCHG單位為A。</p><p>　　充電過程的啟動很簡單，只要把電池放進充電器就會檢測到，之后就會開始充電。一般情況下，平均的脈沖充電電流要低于

58、設(shè)置的快速充電電流的20%，當(dāng)充電時間超過我們設(shè)置的最大充電時間時，充電周期就會結(jié)束。MAX1898會自動檢測充電電源，如果沒有檢測到電源時就會自動關(guān)斷，盡量少的減少電池的漏電?？焖俪潆妴又?，打開外接的P型場效應(yīng)管，當(dāng)檢測到電池電壓達到的設(shè)定的閾值時，就會竟如脈沖充電，P型場效應(yīng)管打開的時間會越來越短。充電結(jié)束時，LED指示燈就會呈現(xiàn)周期性的閃爍。閃爍的含義如表：</p><p>　　表3.1MAX1898典

59、型充電電路的LED指示燈狀態(tài)說明</p><p><b>　　4．硬件電路的設(shè)計</b></p><p>　　硬件電路的設(shè)計的核心器件是MAX1898、AT89C52。電路的設(shè)計圍繞這兩個器件展開的。</p><p><b>　　4.1主要器件</b></p><p>　　1. 本設(shè)計的核心器件為M

60、AX1898，MAX1898的介紹在前面詳細介紹過（詳見3.2）。</p><p>　　2. 本設(shè)計的單片機為AT89C52，AT89C52的介紹在前面詳細介紹過（詳見2.4）。</p><p>　　3. 因為充電器外部由+12V來供電，所以就需要一個電壓轉(zhuǎn)換芯片將+12V電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，在這里可以選用三段電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7805來完成電壓的轉(zhuǎn)換。</p><p&

61、gt;<b>　　LM7805簡介：</b></p><p>　　三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有LM9013樣子的TO-92封裝。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如LM7806表示輸出電壓為+6V，LM7909表示輸出電壓為-9

62、V。這里L(fēng)M7805，表示輸出電壓為+5V。</p><p>　　圖4.1 LM7805樣品</p><p>　　4.為了降低電壓的干擾，保持電路穩(wěn)定，在LM7805完成電壓轉(zhuǎn)換，將+5V充電電源傳給MAX1898之前，需要先經(jīng)過一次管夠模塊6N137處理，這樣，通過單片機對光耦模塊的控制，可以及時關(guān)斷充電電源。</p><p>　　6N137的引腳功能：</

63、p><p>　　表4.1 6N137引腳功能</p><p>　　圖4.2 6N137引腳圖</p><p>　　4.2電路原理圖和說明[8]</p><p>　　硬件電路是由單片機電路、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路、充電控制電路組成。</p><p>　　圖4.3 單片機控制部分</p><p>　　單

64、片機部分的電路原理圖如圖4.3。其中，U1為單片機AT89C52，這是智能控制控制中心，工作頻率為11.0592MHz，其可通過外部中斷口/INT0（12腳）響應(yīng)充電芯片MAX1898輸出的充電狀態(tài)，并通過P2.0口輸出控制信號控制隔離光耦6N137，隨時啟動或關(guān)斷充電電源。LS1是蜂鳴器，他可有單片機的P2.1腳控制發(fā)出報警聲提示。</p><p>　　圖4.4為電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路原理圖</p&g

65、t;<p>　　圖4.4電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路</p><p>　　U2是電壓轉(zhuǎn)換芯片LM7805，由圖我們可以看出來，輸入時電源電壓12V，輸出經(jīng)過LM7805就成了5V的電壓，這是充電器需要的電壓。C8是光耦隔離芯片6N137，輸入VCC（8腳）與LM7805的輸出（3腳）相連，輸出OUTPUT是經(jīng)過隔離的5V電壓，U4的2腳與單片機的P2.0相連，單片機控制可以適時地關(guān)閉充電電源，這樣可以

66、防止電源的干擾。</p><p>　　圖4.5充電控制部分</p><p>　　圖4.5為充電控制部分的電路原理圖，充電控制部分的核心器件是MAX1898，它的充電狀態(tài)引出腳/CHG經(jīng)過74LS04反相后于單片機/INT0相連，觸發(fā)外部中斷。R5是設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.8kΩ，所以最大充電電流為500mA；C12是設(shè)置充電時間的電容，容值為100nF，所以最大充電時間是3個小時。L

67、ED_R是紅色發(fā)光二極管，它亮表示電源接通；LED_G是綠色發(fā)光二極管，它亮?xí)r表示電池處于充電狀態(tài)。Q1是由MAX1898驅(qū)動的P溝道場效應(yīng)管。 </p><p>　　4.3智能充電器的充電過程</p><p>　　該充電器的功能：預(yù)充功能；充電保護功能；自動斷電功能；充電完成報警提示功能。</p><p><b>　　1．預(yù)充</b><

68、/p><p>　　把電池放在充電器上，接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測到電池時將定時器復(fù)位，單片機輸入高電平，充電芯片啟動，之后就進入了預(yù)充過程，在這個過程中充電器以快速充電流的1/10給電池充電，來令電池的電壓和溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。預(yù)充時間由外接電容CCT確定(100nF時為45分鐘)，如果在預(yù)充時間內(nèi)電池電壓達到2.5V，并且電池溫度正常，則充電進入快充過程；如果超過預(yù)充時間后，電池電壓還不能達到2.5V，則此電池

69、不可充電，充電器顯示電池故障，LED指示燈閃爍。</p><p><b>　　2．快充</b></p><p>　　快充過程也稱為恒流充電，此時充電器以恒定電流對電池充電。根據(jù)電池廠商推薦的充電速率，一般鋰離子電池大多選用標(biāo)準(zhǔn)充電速率，充滿電池一般需要一個小時左右（也就是快速充電的時間）。剛開始是恒流充電，電壓會以很大的斜率升高，當(dāng)電池電壓升高到規(guī)定的電壓的時候，就開

70、始恒壓充電，充電電流會迅速降低，這就進入了慢充狀態(tài)。</p><p><b>　　3．慢充</b></p><p>　　慢充也叫滿充。所謂的慢充，即在快充結(jié)束后，電壓達到我們設(shè)定的那個值時（用戶設(shè)定的預(yù)設(shè)值時），充電電壓不會發(fā)生變化，亦即恒壓充電，此后，電流就會以較大的斜率下降，當(dāng)下降到設(shè)定值以下，就會進入頂端截止充電。頂端充電的實質(zhì)就是充電器以很小很小的電流對電池補

71、充能量。因為充電器的電壓檢測器在檢測電壓的過程中，會通過電池的內(nèi)阻，雖然在慢充和頂端截止充電的時候，電流會慢慢下降，這樣降低了電池內(nèi)阻呵其他串聯(lián)電阻對電池端電壓的影響，但是串聯(lián)在充電回路的電阻行程的壓降還會對電壓的檢測有影響。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長電池5％～10％的使用時間。</p><p><b>　　4．?dāng)嚯?lt;/b></p><p>　　當(dāng)電池充滿

72、后，MAXl898芯片的2號管腳發(fā)送的脈沖電平會由低變高，這就會被單片機檢測到，就引起單片機的中斷，在中斷過程中，如果判斷出充電完畢，則單片機將通過P2.0口控制光耦6N137，切斷LM7805向MAXl898的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。同樣當(dāng)電池因為短路或斷路不可充電時，也會由單片機充電控制器停止充電并顯示電池故障。</p><p><b>　　5．報警</b><

73、;/p><p>　　當(dāng)電池充滿后，MAXl898芯片本身會熄滅外接的LED綠燈。同時，單片機在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后，或檢測到電池故障不僅會自動切斷MAX1898芯片的供電，而且會通過蜂鳴器報警，提醒用戶及時取出電池。</p><p>　　檢測MAX1898的輸出信號/CHG，當(dāng)MAX1898將要完成充電時，這個引腳會發(fā)出1.5HZ信號脈沖，單片機的/INT0引腳接收中斷后，就會中斷。并使用單

74、片機的T0計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)下一個脈沖到來時，在外中斷程序中判斷單片機的計數(shù)值是否在4S左右。如果是，則通過控制P1.2輸出控制MAX1898芯片EN/OK腳，控制器停止充電，并引發(fā)蜂鳴器報警。</p><p><b>　　5．軟件設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計單片機芯片主要是在充電過程中起到保護作用，充電過程主要是MAX1898控制的。</p>

75、<p>　　MAX1898完成充電的時候，它的/CHG引腳就會產(chǎn)生由低到高的跳變，這就會引起單片機的/INT0中斷。/CHG存在高電平有三種情況：一是沒有電池或沒有輸入電流；二是充電完了；三是充電出現(xiàn)錯誤，此時/CHG會以1.5MHz的頻率反復(fù)跳變。前兩種情況單片機都可以直接控制光耦切斷充電電源，因此，程序中只要區(qū)別對待第三種充電出錯的情況就行了。所以，在此中斷中，如果判斷出不是充電出錯，則控制P2.0 腳切斷電源，控制P

76、2.1 腳啟動蜂鳴器報警。</p><p><b>　　5.1 程序流程圖</b></p><p>　　圖5.1 單片機控制智能充電器工作程序流程圖</p><p>　　5.2 主要程序說明</p><p><b>　　主要程序見附件。</b></p><p><b&g

77、t;　　6.總結(jié)</b></p><p>　　首先，通過本次畢業(yè)設(shè)計，切切實實加強了我獨立思考問題的能力，以及克服著手查資料時的無聊不良情緒。同時，也彌補了一些我在單片機知識上的漏洞，在以后的學(xué)習(xí)過程中消除了一些障礙。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，讓我熟悉了單片機的設(shè)計流程，以及論文的書寫步驟，有了這方面的加強，在以后的學(xué)習(xí)過程中，相信我不會毛毛躁躁，靜心完成諸如單片機的設(shè)計。</p><p

78、>　　隨著當(dāng)今社會科技的高速發(fā)展，電池產(chǎn)業(yè)的也是飛速前進，已經(jīng)滲透到各個電子產(chǎn)業(yè)，像從我們平時用的MP3到筆記本電腦，處處都有電池的身影，電池在這些電子產(chǎn)品中就像植物中的綠葉似的，光合作用，之后產(chǎn)生能量，如果沒有綠葉，植物就不能生存，同樣的道理，沒有電池提供電能，所有電子產(chǎn)品就會變成一堆垃圾。我選擇這個題目，感覺有與時俱進的意義。</p><p>　　在最近幾年，電池技術(shù)領(lǐng)域最突出的創(chuàng)新是鋰離子電池。與鎳氫

79、電池相比，鋰離子電池具有很高的容量。從容量/體積比來說，鋰離子電池比鎳氫電池高出20%到30%；從容量/質(zhì)量比來看，鋰離子電池要比鎳氫電池高出2倍。而且，鋰離子電池幾乎沒有“記憶效應(yīng)”，但過度的充放電，都會對造成電池的損害或降低使用壽命。所以有人就有這種非常形象貼切的比喻：鋰離子電池就如同一推肥皂泡沫，泡內(nèi)儲存的就是電能。當(dāng)充電時，氣泡會隨著充電時間加長而不斷增大，當(dāng)超過其極限值時氣泡酒會破裂，此時即損壞了鋰電晶型，造成永久性破壞。本設(shè)

80、計就迎合了鋰離子一些特點。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計的題目是基于51單片機的智能充電器的設(shè)計，從中可以看出主要器件是51單片機，其中51單片機在此設(shè)計中起到的是控制充電器的過程，顧名思義，控制過程是全面的，并不是單純得控制我們所想到的充電，斷電過程，而是更加高效、安全、細分化的充電過程，本次設(shè)計所實現(xiàn)的充電過程是：預(yù)充、快充、滿充、斷電、報警等過程，這樣就會高效的充電，并且充電過程中不會發(fā)生過度充電的結(jié)果

81、，影響鋰離子電池的壽命。</p><p>　　根據(jù)鋰離子電池的特點，本設(shè)計利用了MAX1898來作為充電器的充電芯片，在本設(shè)計中，還是要重點把握預(yù)充、快充、滿充、斷電、報警的充電原理，也是很好的迎合了鋰離子電池的特點。MAX1898的充電狀態(tài)指示輸出信號CH6在本次設(shè)計中的應(yīng)用：MAX1898在外圍電路的設(shè)計中，其中包括設(shè)置充電電流的電阻和充電時間的電容數(shù)值的選取以及如何在單片機程序中判斷出充電完成還是充電出錯，

82、并做出相應(yīng)的處理。</p><p>　　由于本人的能力有限，在編程過程中遇到了很多彎路，而且有時把一些本來很簡單的問題復(fù)雜放大化了，最終在一些同學(xué)的幫助下，完成了編程。在以后的學(xué)習(xí)過程中，只要有條件，有機會，我一定要把這個設(shè)計的實物完成，切切實實得能完成充電。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 潘永雄.

83、新編單片機原理與應(yīng)用[M].第2版，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[2] 徐偉祥，劉旭敏.單片微型機原理及應(yīng)用[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，1996. [3] 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996. [4] 周航慈.單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，1999. </p><p&

84、gt;　　[5] 馮建華，趙亮.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2004. [6] 吳宇平，戴小平，馬軍旗，程預(yù)江.鋰離子電池應(yīng)用與實踐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.[7] 康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].第4版，北京：高等教育出版社，1999. </p><p>　　[8] 戴佳，戴為恒，劉博文.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].第2版，北京：電子工業(yè)

85、出版社，2008.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　5.2.1 單片機的源程序：</p><p>　　#define unchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit GAT

86、E =P2^0;</p><p>　　sbit BP=P2^1;</p><p>　　unit t_count,int0_count;</p><p>　　/*定時器0中斷服務(wù)子程序*/</p><p>　　void timer0() interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{&l

87、t;/b></p><p>　　TR0 =0; //停止計數(shù)</p><p>　　TH0=-5000/256; //重設(shè)5ms計數(shù)初值</p><p>　　TL0=-5000%256;</p><p>　　t_count++;</p><p>　　if

88、 (t_count>600) //第一次外部中斷0產(chǎn)生后3s</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (int0_count==1) //還沒有出現(xiàn)第二次外部中斷0，則認(rèn)為充電完畢</p><p><b>　　{</b></p><p>　

89、　GATE = 0; //關(guān)閉充電電源</p><p>　　BP = 0; //打開蜂鳴器報警</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //否則即是充電出錯</p><p><b>　　{</b>&

90、lt;/p><p><b>　　GATE = 1;</b></p><p><b>　　BP = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　ET0 = 0; //關(guān)閉T0中斷</p><p>　　EX0

91、 = 0; //關(guān)閉外部中斷0</p><p>　　int0_count = 0;</p><p>　　t_count = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　TR0 = 1;

92、 //T0開始計數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*外部中斷0服務(wù)子程序*/</p><p>　　void int0() interrupt 0 using 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if

93、(int0_count==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0 = -5000/256; //5ms定時</p><p>　　TL0 = -5000%256;</p><p>　　TR0 = 1; //啟動定時/計數(shù)器0計數(shù) </p><

94、;p>　　t_count = 0; //產(chǎn)生定時器0中斷的計數(shù)器清零</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Int0_count++;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*初始化*/</b></

95、p><p>　　void init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　EA = 1; //打開CPU中斷</p><p>　　PT0 = 1; //T0中斷設(shè)為高優(yōu)先級</p><p>　　TMOD = 0x01；

96、 //模式1，T0為16位定時/計數(shù)器</p><p>　　ET0 = 1; //打開T0中斷</p><p>　　GATE = 1; //光耦正常輸出電壓</p><p>　　BP = 1; //關(guān)閉蜂鳴器</p><p>　　int0_c

97、ount = 0; //產(chǎn)生外部中斷0的計數(shù)器清零</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　/*調(diào)用初始化函數(shù)*/</p><p><b>　　in