畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　論文題目：基于AVR單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　引言4</b></p><p><b>　　一、概述4</b>&

2、lt;/p><p>　　二、各種充電電池的特性4</p><p>　　1、各種充電電池的優(yōu)缺點(diǎn)4</p><p>　　2、影響充電電池使用壽命的因素5</p><p>　　三、智能型充電器的設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　四、AVR單片機(jī)的特點(diǎn)6</p><p><b>　　1、

3、速度快6</b></p><p>　　2、性能價(jià)格比高6</p><p>　　3、系統(tǒng)內(nèi)從新編程（ISP In-System Programming) 功能6</p><p>　　4工作電壓范圍寬（2.7-6V）、抗干擾能力強(qiáng)7</p><p><b>　　五、CPU電路7</b></p>

4、;<p>　　1、MCU系統(tǒng)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的選擇8</p><p>　　2、PWM脈寬調(diào)制波產(chǎn)生器8</p><p><b>　　3、AD轉(zhuǎn)換器8</b></p><p>　　六、1602B字符型液晶模塊8</p><p>　　七、恒流/恒壓電路11</p><p><

5、;b>　　1、工作原理11</b></p><p>　　2、電感L的計(jì)算方法12</p><p>　　八、基準(zhǔn)電壓源12</p><p>　　九、電流檢測(cè)電路13</p><p>　　十、電池電壓檢測(cè)電路14</p><p>　　十一、溫度傳感電路15</p><p&g

6、t;　　十二、RS232接口電路16</p><p><b>　　十三、小結(jié)17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　介紹了以AVR單片機(jī)為核心智能充電器的控制原理，討論了充電器的硬件結(jié)構(gòu)

7、和軟件設(shè)計(jì)思想。該充電器對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行全面管理，描述了充電檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能充電。并對(duì)充電電源、電壓進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整，充電后自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒壓浮充狀態(tài)，使充電過(guò)程按理想的充電曲線進(jìn)行，達(dá)到既保護(hù)電池、又能使電池充滿的最佳效果等要求。這種全新的智能充電方式，有效地解決了普通充電器將蓄電池“充壞”的技術(shù)難題，大幅度提高了蓄電池的實(shí)際循環(huán)壽命，最重要的還加快了充電的速率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能充電器，AV

8、R單片機(jī) 充電速率</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　如今，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也

9、不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。</p><p>　　電池充電是通過(guò)逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以防止過(guò)度充

10、電而損壞電。</p><p>　　目前，市場(chǎng)上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對(duì)充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時(shí)間，達(dá)到最大的電池容量，

11、并防止電池?fù)p壞。因此，智能型充電電路通常包括了恒流／恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測(cè)電路、電池溫度檢測(cè)電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。其框圖如下：</p><p>　　Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場(chǎng)上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。由于程序存儲(chǔ)器為Flash，因此可以不用象MASK ROM一樣，有幾個(gè)軟件版本就庫(kù)存幾種型號(hào)。Fl

12、ash 可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程，或是在PCB貼裝之后再通過(guò)ISP 進(jìn)行編程，從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。EEPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實(shí)際使用的電池容量。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測(cè)量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達(dá)到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR 是目前唯一的針對(duì)象 “C”這樣的高級(jí)語(yǔ)言而設(shè)計(jì)的8 位微處理器。&

13、lt;/p><p><b>　　一、概述：</b></p><p>　　移動(dòng)通訊、消費(fèi)類數(shù)碼產(chǎn)品、筆記本電腦、便攜儀器等便攜設(shè)備市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張，使得我們對(duì)電池的性能和工作壽命的要求不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。 </p><p>　　但充電電池的使用

14、離不開(kāi)對(duì)其補(bǔ)充能量的充電器，而且充電器的好壞將會(huì)直接影響到電池的充電性能和使用壽命。本文詳細(xì)介紹了鎳鎘、鎳氫、鋰電池這三種最為常用的充電電池的特點(diǎn)，同時(shí)介紹本站設(shè)計(jì)的智能型充電器的電路原理。</p><p>　　二、各種充電電池特性：</p><p>　　目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Lilon）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。 &l

15、t;/p><p>　　各種充電電池的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　NiCd電池是前幾年使用最為普遍的充電電池。它的優(yōu)點(diǎn)主要是價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是其自放電率較高，存在記憶效應(yīng)，且鎳鎘電池會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，因此也將逐漸地退出市場(chǎng)。通常NiCd電池可以充放電1000次左右。</p><p>　　近兩年來(lái)，重量更輕容量更大的NiMH電池得到了更為普遍的使用。在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像

16、機(jī)等便攜式設(shè)備中都能見(jiàn)到NiMH電池的身影。鎳氫電池的容量比鎳鎘電池高1.5－2倍，且具有不污染環(huán)境、價(jià)格便宜、性能好等優(yōu)點(diǎn)。NiMH電池的自放電率大概為20％左右</p><p>　　同其他充電電池相比較，鋰電池具有最高的能量/重量、能量/體積比、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但是鋰電池成本高而且充電器要求也是最高的。如果對(duì)鋰電池充電不當(dāng)?shù)脑?，很容易損壞電池，甚至產(chǎn)生電池爆炸。</p><p>　　

17、影響充電電池使用壽命的因素</p><p>　　影響鎳氫、鎳鎘電池使用壽命的主要因素是過(guò)充電和充電時(shí)電池溫度過(guò)高（通常要求電池溫度保持在45度以下進(jìn)行充電）。另外，由于鎳鎘電池具有記憶效應(yīng)，因此，如果在鎳鎘電池存儲(chǔ)的電量沒(méi)有完全放完的情況下充電的話，也會(huì)影響電池的使用壽命。</p><p>　　而影響鋰電池使用壽命的主要因素有以下幾點(diǎn)： 　　過(guò)放電：鋰電池放電過(guò)程中，鋰離子不斷地從電池負(fù)

18、極移動(dòng)到電池正極，但是不能使鋰離子完全地移動(dòng)，必須保留一部分鋰離子在電池負(fù)極中。否則電池壽命就會(huì)大大地縮短。為保證電池放電結(jié)束后電池中還保留部分鋰離子，就要求電池在使用中不能過(guò)放電。通常鋰電池單體的終止放電壓為3.0，不要低于2.7V。</p><p>　　充電溫度：通常要求鋰電池在充電過(guò)程中溫度不能超過(guò)50度，否則會(huì)影響電池使用壽命。</p><p>　　最高充電電壓：鋰電池的最高電壓為

19、4.2V，否則會(huì)使正極的鋰離子移動(dòng)太多，從而大大縮短電池的使用壽命。</p><p>　　三、智能型充電器的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　幾乎是所有用戶都希望充電器的充電速度越快越好。因此，充電器能夠提供的充電速率就是充電器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，但是要提高這個(gè)指標(biāo)的前提是充電器必須能夠在快速充電階段能夠準(zhǔn)確的判斷電池的狀態(tài)?？焖俪潆娖鞯囊粋€(gè)本質(zhì)特征就是在過(guò)度充電之前自動(dòng)降低充電速率。同時(shí)充電

20、速率最好也不要超過(guò)電池生產(chǎn)商的建議值，通常不要超過(guò)2C的充電速率。如果充電器做不到這一點(diǎn)的話，那么我覺(jué)得只能設(shè)計(jì)和使用合適的小電流涓流充電器。因此，一個(gè)安全可靠的充電器就需要能夠在電池的充電過(guò)程中能夠嚴(yán)格的控制電池的充電電流、電壓、溫度等物理參數(shù)。因此，智能型充電器通常應(yīng)該包括恒流/恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測(cè)電路、電池溫度監(jiān)測(cè)電路等基本單元。智能充電器的基本硬件方框圖如下圖所示： </p><p>　　四、AVR

21、單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　ATMEL公司新推出的90系列單片機(jī)內(nèi)含高速閃存FLASH，是基于增強(qiáng)精簡(jiǎn)指令RISC（Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR單片機(jī)，該系列單片機(jī)在吸收PIC及8051單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做出了重大的改進(jìn)。AVR 單片機(jī)ATmega8 采用先進(jìn)的RISC 結(jié)構(gòu),具有高速度、低功耗、片內(nèi)資源豐富、電源抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。ATmega8 具

22、有32 個(gè)通用工作寄存器及豐富的指令集; 帶有硬件乘法器; 它有三通道的PWM 輸出和8 路10 位ADC;還帶有8K的FLASH和1K的SRAM。 </p><p><b>　　1、速度快 </b></p><p>　　AVR單片機(jī)在單一時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行功能強(qiáng)大的指令，每MHz可實(shí)現(xiàn)階段MIPS的處理能力，是具有最高M(jìn)IPS/mW能力的確良8位單片機(jī)。 </p&

23、gt;<p>　　AVR單片機(jī)采用了大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令。其快速存取RISC寄存器文件由32個(gè)通用工作寄存器組成。AVR用32個(gè)通用寄存器代替累加器，避免了傳統(tǒng)的累加器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令來(lái)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，代碼效率比常規(guī)CISC微控制器快十倍。</p><p><b>　　2、性能價(jià)格比高 </b></p>

24、<p>　　AVR單片機(jī)中既有引腳少的器件（8腳），也有存儲(chǔ)容量較大、引腳較多的器件，給用戶以充分的選擇佘地。 </p><p>　　AVR單片機(jī)采用Harvard結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是分開(kāi)的，可以直接訪問(wèn)8M字節(jié)程序存儲(chǔ)器和8M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 </p><p>　　AVR單片機(jī)片內(nèi)資源豐富。包括：1K-128K字節(jié)可下載的Flash存儲(chǔ)器、64-4K字節(jié)EEPROM、

25、128-4K字節(jié)RAM、5-32條通用的I/O線，32個(gè)通用工作寄存器、摸擬比較器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)、可編程異步串行口、內(nèi)部及外部中斷、帶內(nèi)部晶振的可編程看門(mén)狗定時(shí)器、為下載程序而設(shè)計(jì)的SPI串行口、10位AD轉(zhuǎn)換器、以及閑置摸式和掉電摸式2個(gè)可選擇的省電摸式等。 </p><p>　　AVR單片機(jī)具有高度保密性。程序存儲(chǔ)器FLASH具有多重密碼保護(hù)鎖死（LOCK）功能，絕不可能解密。 </p><

26、;p>　　3、系統(tǒng)內(nèi)從新編程（ISP In-System Programming) 功能 </p><p>　　AVR單片機(jī)片內(nèi)可下載FLASH存儲(chǔ)器，可以通過(guò)SPI串行接口或一般的編程器進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)重新編程（ISP In-System Programming)，給新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、老產(chǎn)品的 級(jí)和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。 </p><p>　　4、工作電壓范圍寬（2.7-6V）、抗干擾能力強(qiáng)

27、</p><p>　　總之，AVR單片機(jī)在一個(gè)芯片內(nèi)將增強(qiáng)性能的RISC 8位CPU與可下載的FLASH相結(jié)合使其成為適合于許多要求、具有高度靈活性和低成本的嵌入式高效微控制器。</p><p><b>　　五、ＣＰＵ電路</b></p><p>　　本充電器設(shè)計(jì)采用ATMEL公司2002年推出的一款A(yù)VR高檔單片機(jī)Atmega8。其內(nèi)部集成了

28、大容量的存儲(chǔ)器，提供了PWM脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生器、多路AD轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、串行接口等硬件接口。非常適合用作智能型充電器的MCU控制單元。Atmega8有DIP28和TQFP/MLF32三種封裝類型。我們選擇了DIP28封裝，如下圖所示： </p><p>　　MCU控制單元電路如下圖所示： </p><p>　　1、MCU系統(tǒng)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的選擇：</p><p&g

29、t;　　Atmega8具有5種類型的系統(tǒng)時(shí)鐘源，即外部晶振、外部低頻晶振、外部RC振蕩、內(nèi)部RC振蕩及外部時(shí)鐘。由于充電器在充電過(guò)程中需要計(jì)算充電時(shí)間，因此智能充電器的設(shè)計(jì)中必須包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘源。根據(jù)Atmega8的時(shí)鐘源特點(diǎn)，本充電器的MCU系統(tǒng)時(shí)鐘選擇使用可校準(zhǔn)的內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生8M時(shí)鐘，外接32.768KHz的晶振做為實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘源。</p><p>　　2、PWM脈寬調(diào)制波產(chǎn)生器：</p>

30、<p>　　Atmega8具有3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能外，還具有任意小于16位相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出功能。本充電器使用T/C1產(chǎn)生PWM，為了獲得較高的PWM脈沖頻率，T/C1的工作模式選擇快速模式。PWM脈沖從PB1（15腳）輸出。 </p><p><b>　　3、AD轉(zhuǎn)換器：</b></p><p>　　DIP28封裝形式

31、的Atmega8具有4個(gè)10位精度和2個(gè)8位精度的AD轉(zhuǎn)換通道。本充電器在充電過(guò)程中需要隨時(shí)采集電池的充電電流、放電電流、電池電壓和電池溫度，共需要4個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道。我們采用ADC0（PC0）采集充電電流數(shù)據(jù)，ADC1（PC1）采集電池電壓，ADC2（PC2）采集電池溫度，ADC3（PC3）采集放電電流。</p><p>　　Atmega8的21腳AREF是AD轉(zhuǎn)換器的電壓參考源。20腳Avcc是AD轉(zhuǎn)換器的電源

32、引腳，為了減小電磁干擾提高測(cè)量精度，Avcc是通過(guò)L1和C6組成的LC網(wǎng)絡(luò)才連接至5V電源端。  六、1602B字符型液晶模塊 </p><p>　　1602B字符型液晶模塊是2行16個(gè)字的5x8點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，控制芯片為KS0066。液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假

33、名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。 </p><p>　　下圖是該模塊的外形封裝尺寸圖： </p><p><b>　　腳注意事項(xiàng)：</b></p><p>　　從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、1

34、6腳，然后才是1－14腳。 </p><p>　　VDD：電源正極，4.5－5.5V，通常使用5V電壓；</p><p>　　VL：LCD對(duì)比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為0－5V。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地；</p><p>　　RS：MCU寫(xiě)入數(shù)據(jù)或者指

35、令選擇端。MCU要寫(xiě)入指令時(shí)，使RS為低電平；MCU要寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，使RS為高電平； </p><p>　　R/W：讀寫(xiě)控制端。R/W為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)；</p><p>　　E：LCD模塊使能信號(hào)控制端。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，需要下降沿觸發(fā)模塊。 </p><p>　　D0－D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可

36、以只使用4位數(shù)據(jù)線D4－D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式； </p><p>　　BLA： LED背光正極。需要背光時(shí)，BLA串接一個(gè)限流電阻接VDD，BLK接地，實(shí)測(cè)該模塊的背光電流為50mA左右； </p><p>　　BLK： LED背光地端。 </p><p>　　1602B在智能充電器中的電路 </p>

37、<p><b>　　七、恒流/恒壓電路</b></p><p>　　下圖是采用PWM方式控制的恒流/恒壓電路。由于圖中的開(kāi)關(guān)管是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此電路的工作效率較高。 </p><p><b>　　1、工作原理：</b></p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，輸入電源通過(guò)電感L向電容C充電，同時(shí)電感L開(kāi)始存儲(chǔ)能

38、量。當(dāng)Q斷開(kāi)后，電感要保持電流從而開(kāi)始釋放能量，二極管D開(kāi)始導(dǎo)通，電感繼續(xù)給電容充電。開(kāi)關(guān)管周期性的導(dǎo)通，從而保證了電路輸出恒定的輸出電壓。如果開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間增加，則輸出電壓升高，充電電流加大。反之則輸出電壓下降，充電電流下降。</p><p>　　因此，通過(guò)調(diào)整PWM的占空比，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)充電器的恒流和恒壓功能。占空比與輸出電壓的關(guān)系如下： </p><p>　　ton/T 

39、;= (Vo + VD) / (Vi – Vsat + VD)</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　ton ：開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間 </p><p>　　T ：PWM脈沖的周期 </p><p&

40、gt;<b>　　Vi ：輸入電壓 </b></p><p><b>　　Vo ：輸出電壓</b></p><p>　　Vsat ：開(kāi)關(guān)管的飽和壓降 </p><p>　　VD ：二極管導(dǎo)通壓降</p><p>　　2、電感L的計(jì)算方法如下：</p>

41、;<p>　　L = (Vi – Vsat - Vo)ton / Ipk </p><p><b>　　其中： </b></p><p>　　Ipk = 2IoMAX </p><p>　　IoMAX = 最大輸

42、出電流</p><p>　　下圖是本充電器的恒流/恒壓電路。 </p><p>　　圖中開(kāi)關(guān)管選用了東芝的TPC8103 MOSFET管，為8腳貼片封裝。其外形和內(nèi)部原理圖如下。 </p><p><b>　　八、基準(zhǔn)電壓源 </b></p><p>　　TL431是一個(gè)具有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)基準(zhǔn)電源。

43、外形如下圖所示： </p><p>　　TL431有3個(gè)引腳，分別為：陰極C（CATHODE）、陽(yáng)極A（ANODE）和參考端R（REF）。</p><p>　　其內(nèi)部工作原理圖如下圖所示： </p><p>　　充電器基準(zhǔn)電壓電路如下圖所示： </p><p>　　TL431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器

44、件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。輸出電壓可以控制在Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)。當(dāng)R12和R16的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vo的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見(jiàn)，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)Vo=(1+R12/R16)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，V

45、o=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過(guò)陰極的電流要大于1 mA 。</p><p>　　本充電器選擇的基準(zhǔn)電壓值＝（1＋3/6）×2.5＝3.75V </p><p><b>　　九、電流檢測(cè)電路：</b></p><p>　　本充電器需要實(shí)時(shí)監(jiān)控充電過(guò)程中的充電電

46、流、電池電壓、電池溫度以及放電電流值。因此需要運(yùn)放電路來(lái)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行放大。LM324是一款使用普遍且價(jià)格便宜的4運(yùn)放集成電路。其工作電壓為3－32V，封裝如下圖所示： </p><p>　　電流檢測(cè)電路如下圖所示。通過(guò)檢測(cè)與電池串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻R26上的電壓，即可計(jì)算出充電電流和放電電流。運(yùn)放2為充電電流檢測(cè)放大器，運(yùn)放3為放電電流檢測(cè)放大器。 </p><p>　　兩路放大器的增益均

47、為：R27/R30＝87/6.6＝13。即最大電流檢測(cè)值為：基準(zhǔn)電壓/電流放大器增益/R26＝3.7/13/0.1＝2.8A。 </p><p>　　十、電池電壓檢測(cè)電路</p><p>　　為了監(jiān)控電池電壓，需要將電池電壓變換在單片機(jī)的AD測(cè)量范圍以內(nèi)，即0至Vref范圍內(nèi)。這里采用了一個(gè)普通的差分放大電路。如下圖所示：</p><p>　　其運(yùn)放輸出電壓TEST

48、_V＝Vbattery×R17/R14。即電池最大測(cè)量電壓為：</p><p>　　Vbattery_max＝Vref×R14/R17＝3.75×12/3.08＝14.6V。</p><p><b>　　十一、溫度傳感電路</b></p><p>　　溫度傳感器：LM35</p><p>　

49、　LM35是一款精密集成電路溫度傳感器，其輸出的電壓線性地與攝氏溫度成正比。LM35系列傳感器生產(chǎn)制作時(shí)就已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)過(guò)，其輸出電壓與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)，使用極為方便。其靈敏度為10.0mV/℃，精度在0.4℃至0.8℃(-55℃至+150℃溫度范圍內(nèi))，低輸出阻抗，線性輸出和內(nèi)部精密校準(zhǔn)使其與讀出或控制電路接口簡(jiǎn)單和方便，可單電源和正負(fù)電源工作。</p><p><b>　　特性 </b&

50、gt;</p><p>　　在攝氏溫度下直接校準(zhǔn) </p><p>　　+10.0mV/℃的線性刻度系數(shù) </p><p>　　確保0.5℃的精度(在25℃) </p><p>　　額定溫度范圍為-55℃至+150℃ </p><p><b>　　適合于遠(yuǎn)程應(yīng)用

51、0;</b></p><p>　　工作電壓范圍寬,4V至30V </p><p>　　低功耗,小于60uA </p><p>　　在靜止空氣中,自熱效應(yīng)低,小于0.08℃的自熱 </p><p>　　非線性僅為±1/4℃ </p><p>　　10輸出阻抗，

52、通過(guò)1mA電流時(shí)僅為0.1Ω</p><p>　　參數(shù)指標(biāo)及外形圖（三種封裝）</p><p>　　本充電器選用了LM35DZ型號(hào)，封裝類型為T(mén)O-92塑封，如下圖所示。工作溫度范圍為0℃至+100℃。 </p><p>　　TO-92封裝（底視圖） </p><p>　　1腳：+VS，2腳：Vout，3腳：GND</p>&l

53、t;p><b>　　典型應(yīng)用 </b></p><p>　　利用數(shù)字表可以直接測(cè)量溫度，如室溫25℃時(shí)，表上讀數(shù)為0.25V。如下圖所示： </p><p>　　本充電器溫度測(cè)量電路如下圖所示：  </p><p>　　運(yùn)放電路增益為R34/R35＝12/2＝6。因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓為3.7V，因此充電器的溫度測(cè)量最

54、大值為（基準(zhǔn)電壓/溫度測(cè)量增益）/10mV＝3700/6/10＝62攝氏度。 </p><p>　　十二、RS232接口電路 　　這里采用下圖分立元件構(gòu)成的RS232接口電路，該電路工作穩(wěn)定可靠，而且無(wú)須調(diào)試。如果需要縮小體積的話，可以采用MAX232專用串口芯片。  </p><p>　　本充電器除了使用LCD做為狀態(tài)顯示以外，還采用了一個(gè)雙色發(fā)光二極管做為充電器的

55、狀態(tài)指示。這樣的話，即使在黑夜里使用充電器，也能夠在遠(yuǎn)處一眼就看出充電器的狀態(tài)。雙色二極管的驅(qū)動(dòng)也是ATMEGA8串口的TX和RX腳。</p><p><b>　　十三、小結(jié)</b></p><p>　　該裝置采用Atmega8單片機(jī)作為充電器的控制器，既消除了一般恒壓充電器在充電初期出現(xiàn)過(guò)流充電現(xiàn)象，又解決了一般恒流充電器在充電后期出現(xiàn)過(guò)流充電問(wèn)題，同時(shí)還具有浮充電

56、功能。實(shí)驗(yàn)證明，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］沙占友，等. 電力拖動(dòng)自控控制系統(tǒng). 北京：電子工業(yè)出版社，2001</p><p>　　［2］馬 潮，詹衛(wèi)前，耿德根. ATMEGAL8原理及應(yīng)用手冊(cè).北京：清華大學(xué)出版社，2003<

57、/p><p>　?。?］沈 文，Lee Eagle，詹衛(wèi)前.AVR單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)入門(mén)指導(dǎo).北京：清華大學(xué)出版，2003</p><p>　?。?］張占松，蔡宣三. 開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[5] 張幸等. 智能化電池充電裝置的研究[J ]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2004 (4): 381384.</p>

58、<p>　　[6] 傅胤榮，胡義華，潘永雄．大功率智能充電器的研究與設(shè)計(jì)l-J]．電源技術(shù)應(yīng)用，2007，10(o4)：24—27</p><p>　　[7] 張軍，宋濤．AVR單片機(jī)c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)例精粹[M] ．北京：電子工業(yè)出版社，2009：1-25</p><p>　　[8] 曾還尤．基于AVR單片機(jī)的智能快速充電器的設(shè)計(jì)與研究lJ．機(jī)械工程與自動(dòng)化，20，1(0：12