全自動充電器的設計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 全自動充電器的設計 </p><p>　?。ㄓ⑽模?Automatic charger design </p><p>　　所在學院 電子信息學

2、院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 日&l

3、t;/p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　針對鋰離子充電器的工作特點, 設計了一種智能充電器, 它以STC12C5A60S2單片機、MAX846A等為核心。本系統(tǒng)是以單片機的基本語言C語言來進行軟件設計。正文中首先簡單介紹了智能充電器的工作原理、設計特點和充電方式，且附以系統(tǒng)硬件設計框圖，并詳細討論了系統(tǒng)的硬件構成及軟件實現(xiàn)方法，最后給出了實驗結果。

4、經(jīng)過調試后，達到了預期的效果。充電開始，發(fā)光二極管綠燈亮以及電池電壓在上升。充電結束，發(fā)光二極管紅燈亮，綠燈滅，以及在液晶顯示器上能看到電池電壓停留在4.2V后，電壓不在上升。本文撰寫的主導思想是軟、硬件相結合，以硬件為基礎，來進行各功能模塊的編寫。由于采用了高性能的微控制器及其內置高分辨率ADC，保證了充電器具有很高的系統(tǒng)精度。</p><p>　　關鍵詞：單片機；A/D轉換；智能充電器；硬件構成；程序設計&l

5、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　For the characteristics of the charger of Li-ion, an intelligent charger is presented. The reference design is developed for the charge of Li-ion bat

6、tery pack based on STC12C5A60S2 single-chip computer and MAX846A.The system edits collected materials the language to proceed with single the basic C language the software designs. The text inside introduces the work pri

7、nciple and design characteristics and charge module , and attach with the system hardware design frame diagram, then the hardware s</p><p>　　Key Words :Single-chip; A/D convert; Intelligent battery charge; H

8、ardware structure; program design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2系統(tǒng)設計框架及技術參數(shù)2</p><p>　　2.1系統(tǒng)設計框架2</p><p>　　

9、2.2系統(tǒng)技術參數(shù)2</p><p>　　2.2.1鋰離子電池的優(yōu)缺點2</p><p>　　2.2.2 鋰離子電池的放電特性3</p><p>　　2.2.3 鋰離子電池的充電特性4</p><p>　　2.2.4 充電電壓與充電電流參數(shù)設定4</p><p>　　3充電器硬件設計5</p>

10、<p>　　3.1 AC/DC變換模塊5</p><p>　　3.1.1 電源變壓器5</p><p>　　3.1.2 整流電路6</p><p>　　3.1.3 濾波電路6</p><p>　　3.1.4 穩(wěn)壓電路7</p><p>　　3.1.5 電源電路圖設計7</p>&l

11、t;p>　　3.2 STC12C5A60S2單片機的簡述及最小系統(tǒng)8</p><p>　　3.2.1 STC12C5A60S2單片機的簡述8</p><p>　　3.2.2時鐘電路11</p><p>　　3.2.3復位電路11</p><p>　　3.3 STC12C5A60S2單片機內部的A/D轉換12</p>

12、<p>　　3.4 充電模塊12</p><p>　　3.4.1 MAX846A充電控制芯片12</p><p>　　3.4.2 其他電路14</p><p>　　3.5 指示模塊15</p><p>　　3.612864液晶顯示模塊簡介及電路設計15</p><p>　　3.6.1 1286

13、4液晶顯示模塊簡介15</p><p>　　3.6.2 12864液晶的電路設計16</p><p>　　4充電器軟件設計17</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件總體設計思路17</p><p>　　4.2系統(tǒng)主流程17</p><p>　　4.3 各子模塊軟件流程20</p><p&

14、gt;　　4.3.1 初始化20</p><p>　　4.3.2 指示流程設計20</p><p>　　4.3.3 充電流程設計20</p><p>　　4.3.4 A/D轉換模塊流程設計21</p><p>　　4.3.5 液晶顯示流程設計22</p><p><b>　　5調試與分析23<

15、;/b></p><p>　　5.1 測量與故障排查儀器23</p><p>　　5.2調試過程23</p><p>　　5.3結果分析23</p><p><b>　　6結論24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p>&

16、lt;p><b>　　參考文獻26</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖27</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)實驗原理圖28</p><p>　　附錄3 系統(tǒng)PCB圖29</p><p>　　附錄4 畢業(yè)設計作品說明書30</p><p>　　附錄5 程序3

17、1</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　近年來，各種便攜式的電子產品成為市場上的熱門，如手機、數(shù)碼相機、個人數(shù)字助理（PDA）、筆記型電腦等3C（Computer，Communication，Consumer Electronic）等等產品，對于產品的各項高性能元件也往“輕、薄、短、小”的目標邁進，因此對于體積小、質量輕、能量密度高的二次電

18、池需求相當迫切。因此，電池廠商研發(fā)出各種不同用途的電池，來適應電子裝備的需求。出于環(huán)保問題以及在3C產品應用上，鎳鎘電池已經(jīng)逐漸被鋰離子電池所取代。鎳氫電池雖無環(huán)保問題，但能量密度低，高溫特性差及少許記憶效應等缺點。同時，也需要充電器為可充電電池充電。由于可充電電池具有較高的性能價格比、放電電流大、壽命長等特點，故在各種通信設備、儀器儀表、電氣測量裝置中有廣泛應用。但不同類型的電池[1]如鎳鎘電池（Nicd）、鎳氫電池（NiMH）和鋰離

19、子電池具有不同的充電特性和過程。不同的電池應采用不同的充電控制技術。目前公認的較先進的控制方法是電壓負增量控制法。在充電時，被充電池的電壓逐漸上升，當電池達到充滿狀態(tài)時，電壓達到最大值，如果繼續(xù)充電，電壓則下降，因此，當測量到電壓負增量時就可以確定該電池已經(jīng)</p><p>　　2系統(tǒng)設計框架及技術參數(shù)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)設計框架</b></

20、p><p>　　鋰離子電池在充、放電使用中必須注意保護[2]。鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現(xiàn)塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。</p><p>　　本系統(tǒng)由STC12C5A60S2單片機作為智能核心，選用MAX846A作為充電芯片，主要由復位電路、時鐘電路、指示電

21、路、顯示電路組成，系統(tǒng)結構[3]框圖如圖1所示。電源回路中，220V、50Hz的交流電經(jīng)電源變壓器降為30V的交流電，經(jīng)橋式整流濾波變?yōu)?0V的直流電，再經(jīng)LM317型穩(wěn)壓管后作為MAX846A的充電電源，另經(jīng)7805型穩(wěn)壓管后作為其他電路單元的工作電源。A/D轉換由STC12C5A60S2單片機內部A/D完成，它將電流、電壓的模擬量轉換成數(shù)字量。</p><p>　　圖2-1 智能充電器原理圖</p&g

22、t;<p><b>　　2.2系統(tǒng)技術參數(shù)</b></p><p>　　2.2.1鋰離子電池的優(yōu)缺點</p><p>　　1 鋰離子電池[4]的優(yōu)點</p><p><b>　?。?）能量密度高。</b></p><p>　　（2）工作電壓高，單節(jié)鋰離子電池的電壓為3.7V。</

23、p><p>　?。?）可快速充放電。</p><p><b>　?。?）自放電小。</b></p><p>　?。?）壽命長，可達1000次以上。</p><p>　?。?）具有優(yōu)良的高低溫放電性能，可在-20℃～+60℃之間工作。</p><p><b>　　（7）無記憶效應</b&

24、gt;</p><p>　　2 鋰離子電池的缺點</p><p>　?。?）內部阻抗高，鋰離子電池的電導率比鎳鎘/鎳氫電池的水溶液電解液小得多。</p><p>　?。?）工作電壓變化較大，約為額定容量的40%。</p><p>　?。?）放電速率越大，容量下降越大。</p><p>　　（4）一定要有保護電路，防止過

25、充或過放。</p><p>　　（5）不能急速充電，它要先以恒定電流充電，最后以恒定電壓完成充電。不像鎳鎘電池，15分鐘急速充電充足。</p><p>　?。?）與干電池無互換性，鋰離子電池與干電池的電壓不同，不能直接代換。</p><p>　　2.2.2 鋰離子電池的放電特性</p><p>　　在使用中，鋰離子電池不可過充和過放，不然會損

26、壞電池。正確使用電池能延長電池的壽命，所以十分重要。鋰離子電池的額定電壓為3.6V或3.7V。鋰離子電池的充電終止精度在1%之內。其終止充電電壓與電池陽極材料有關：當陽極材料為石墨時，電池終止充電電壓為4.2V；當陽極材料為焦炭時，電池終止充電電壓為4.1V。放電特性[5]如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 鋰離子電池放電曲線</p><p>　　2.2.3 鋰離子電池的充電

27、特性</p><p>　　鋰離子電池很容易受到過充和深放電[6]的影響。其以恒流轉恒壓的方式進行充電。以1C恒流充電至4.1V或4.2V時，充電器轉入恒壓充電，充電電流逐漸減少，直至小于50±15mA，進入涓流充電，充電特性[7]如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 鋰離子電池的充電曲線</p><p>　　2.2.4 充電電壓與充電電流參數(shù)設

28、定</p><p>　　本系統(tǒng)技術參數(shù)：充電電壓/電流參數(shù)。</p><p>　　充電過程分為3個階段：A為預充電階段；B為快速充電階段；C為涓流充電階段。</p><p><b>　　A階段：預充電階段</b></p><p>　　指示快速充電之前的階段，檢測電池是否正常工作。充電至電壓3.7±0.05V時，

29、充電器轉到快速充電階段，在此期間充電電流維持在80±30mA。</p><p>　　B階段：快速充電階段</p><p>　　本階段充電電流維持在150±30mA；電池電壓逐漸上升，一旦電池電壓達到所設定的終止電壓（一般為4.1V或4.2V），恒流充電[8]終止，充電電流快速遞減，充電進入涓流充電過程。</p><p>　　C階段：涓流充電階段&

30、lt;/p><p>　　本階段電池電壓維持在4.2±0.03V，充電電流小于50±15mA。</p><p>　　在上述3個階段中，A、B階段是恒流充電，C階段為恒壓充電。</p><p><b>　　3充電器硬件設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)由STC12C5A60S2[9]與MAX846A[1

31、0]一起構成充電器[11]的核心。單片機的2個PWM輸出（P2.7和P2.6），經(jīng)輸出濾波分別與MAX846A的VSET以及ISET相連，以控制充電電壓及電流，其中P2.7控制浮動電壓，P2.6控制充電電流。從ISET端引出電流量，BATT端電池分壓器讀出電壓量，引入微控制器，連續(xù)測量充電電壓及電流。由于從ISET以及VSET讀出的量均為模擬量，所以需要STC12C5A60S2單片機內部A/D轉換。在充電器中，STC12C5A60S2用

32、來控制MAX846A對電池的充電與否，實時檢測充電器的狀態(tài)及指示。指示部分用兩個發(fā)光二極管來獲知電池的電量是否充滿。充電器的狀態(tài)由液晶顯示器來顯示。電源回路由變壓器、橋式整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓器LM317和7805組成，作為電路單元和芯片的工作電源。</p><p>　　總之，本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：AC/DC變換模塊、微處理器系統(tǒng)、A／D轉換模塊、充電模塊、指示模塊和顯示模塊。</p>

33、<p>　　3.1 AC/DC變換模塊</p><p>　　AC/DC變換電路是能夠將交流電能轉換為直流電能的電路。其由變壓器、橋式整流電路、濾波電路以及穩(wěn)壓器LM317和7805組成，作為電路單元和芯片的工作電源。</p><p>　　3.1.1 電源變壓器</p><p>　　電源變壓器是降壓變壓器，是將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流

34、電能。它的作用是將220V的交流電壓變換為整流濾波電路所需要的交流電壓30V。變壓器的變化由變壓器的副邊按確定，變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。圖3-1為變壓部分。</p><p>　　圖3-1 電源變壓器</p><p>　　3.1.2 整流電路</p><p>　　整流采用橋式整流電路，利用4只二極管對交流電進行整流，使之成為脈

35、沖直流電。</p><p>　　在橋式整流電路中，每個二極管都只在半個周期內導電，所以流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的平均值的一半。電路中的每只二極管承受的最大反向電壓為42.4V。</p><p>　　圖3-2 橋式電路</p><p>　　3.1.3 濾波電路</p><p>　　濾波電路可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分濾

36、除。濾波電路濾除較大的波紋成分，輸出波紋較小的直流電壓。</p><p>　　圖3-3 濾波電路</p><p>　　3.1.4 穩(wěn)壓電路</p><p>　　穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變化這一特點，通過調節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。本電源的穩(wěn)壓部分利用的是LM317和L7805三端穩(wěn)壓塊。經(jīng)

37、LM317型穩(wěn)壓管的作為MAX846A的充電電源，另經(jīng)L7805型穩(wěn)壓管的作為其他電路單元的工作電源。</p><p>　　圖3-4 穩(wěn)壓電路</p><p>　　3.1.5 電源電路圖設計</p><p>　　圖3-5 電源電路圖</p><p>　　3.2 STC12C5A60S2單片機的簡述及最小系統(tǒng)</p><

38、p>　　3.2.1 STC12C5A60S2單片機的簡述</p><p>　　STC12C5A60S2單片機是新一代8051單片機，此單片機具有增強型8051CPU，片內通用8位高速中英處理器（CPU），指令代碼與傳統(tǒng)8051完全兼容，但速度快8～12倍；具有較寬的工作電壓（5.5V～3.5V），60KB Flash 存儲單元的用戶應用程序空間，并且片上集成1280字節(jié)RAM；2路PWM，內部外擴8路10位

39、的高精度A/D轉換模塊，轉換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)。單片機還增設P4 I/O口，滿足用戶對更多I/O的需求。目前，功能強大的STC12C5A602單片機主要用于高速，高可靠，高性能等各種控制領域。</p><p>　　STC12C5A60S2單片機的封裝如下圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 STC12C5A60S2封裝</p><p>

40、　　1 STC12C5A60S2單片機的主要性能參數(shù)</p><p>　?。?）高速：增強型8051CPU，1個時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度比普通8051快8～12倍</p><p>　?。?）寬電壓：5.5V～3.5V（5V單片機）</p><p>　?。?）工作頻率范圍：0～35MHz，相當于普通8051的0～420MHz</p>

41、;<p>　　（4）60KB Flash存儲單元的用戶應用程序空間</p><p>　?。?）1280字節(jié)片內RAM數(shù)據(jù)存儲器 </p><p>　?。?）通用I/O口44個，每個I/O口均可達到20mA的驅動能力，整個芯片最大不超過120mA</p><p>　?。?）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），通過串口（P3.0/P3.1）可直

42、接下載用戶程序</p><p>　?。?）內置硬件看門狗（WDT）</p><p>　?。?）內部集成MAX810專用復位電路</p><p>　　（10）時鐘源：用戶在下載用戶程序時，外部晶振或內部R/C振蕩器可選。常溫下內部R/C 振蕩器頻率為：11MHz～17MHz</p><p>　?。?1）內置4個16位定時器，兼容普通8051的定

43、時器T0/T1,再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器</p><p>　?。?2）全雙工異步串行口（UART），與普通8051的串口兼容</p><p>　?。?3）3個時鐘輸出口，可由T0在P3.4輸出時鐘，可由T1在P3.5/T1輸出時鐘,獨立波特率發(fā)生器（BRT）在P1.0口輸出時鐘</p><p>　　（14）內置8路10位高精度ADC，轉換速度可達

44、250K/S(每秒鐘25萬次)</p><p>　　（15）工作溫度：0～75℃（商業(yè)級）/-40～+85℃（工業(yè)級）</p><p>　　（16）增設P4I/O口，最多有36個I/O口</p><p>　?。?7）I/O口不夠時，可外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展I/O口,還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信</p

45、><p>　?。?8）封裝：傳統(tǒng)PDIP-40封裝</p><p>　　2 STC12C5A60S2單片機的引腳介紹</p><p>　?。?）VCC：40引腳，供電電壓（3.5～5.5 V）</p><p>　?。?）GND：20引腳，接地0V</p><p>　?。?） P0口：P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址

46、/數(shù)據(jù)復用總線使用。當P0口作為輸入/輸出口時，P0是一個8位準雙向口，內部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當P0作為地址/數(shù)據(jù)復用總線使用時，是低8位地址線[A0～A7]，數(shù)據(jù)線的[D0～D7]。</p><p>　　（4）P1口：1～8引腳，P1口是具有第二功能的8位I/O口。P1口可以做為普通控制I/O口輸出；也可以通過設置，作為1～8路10位AD輸入。</p><p>　?。?）P

47、2口：21～28引腳，P2口內部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用(A8～A15)。當P2口作為輸入/輸出口時，P2是一個8位準雙向口。</p><p>　?。?）P3口：10～17引腳，P3口是具有第二功能的I/O口。其可以作為標準I/O口輸出；也可以作為第二功能I/O口使用</p><p>　?。?）P4口：7，29，30，31，9引腳，P4.4～P4.7。均

48、可作為標準I/O口，部分具有第二功能。</p><p>　?。?）XTAL1:引腳19是外部時鐘源的輸入端。</p><p>　?。?）XTAL1:引腳20是外部時鐘源的輸入端。</p><p>　　3 STC12C5A60S2單片機中所用到的引腳功能</p><p>　　表3-1 所用到的引腳功能</p><p>

49、<b>　　3.2.2時鐘電路</b></p><p>　　時鐘電路有石英晶體振蕩器和微調電容組成。其用于STC12C5A60S2單片機工作時所必須的時鐘控制信號。STC12C5A60S2內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。</p><p>　　時鐘電路設計有內部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。本系統(tǒng)采用內

50、部時鐘方式。內部時鐘方式的時鐘電路如圖3-7所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率為11.0592MHz，電容值為33PF，電容值的大小對頻率起微調的作用，晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率就越高，單片機的運行速度也就越快。</p><p>　　圖3-7 時鐘電路 </p><p>&l

51、t;b>　　3.2.3復位電路</b></p><p>　　為使微機系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分。RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期（即二個機器周期）以上。使用頻率為12MHz的晶振。</p><p>　　復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。本系統(tǒng)采用上電自動復位，其通過外部復位電路的電容充電來

52、實現(xiàn)的，如圖3-8所示。這樣，復位電路產生復位信號，使單片機從固定的起始狀態(tài)開始工作，完成單片機的“啟機”過程。</p><p>　　圖3-8 上電自動復位電路</p><p>　　3.3 STC12C5A60S2單片機內部的A/D轉換</p><p>　　A/D轉換，本系統(tǒng)利用STC12C5A60S2單片機內部A/D進行數(shù)模轉換。其為10位分辨率ADC，共8路，

53、轉換速度達250K/S（每秒鐘25萬次）。STC12C5A60S2單片機的ADC是逐次比較型ADC。逐次比較型A/D轉換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。</p><p>　　單片機的A/D轉換通道與P1口（P1.0-P1.7）復用，上電復位后P1口為弱上拉型I/O口，所以可以將8路中的任何一路通過軟件設置為A/D轉換，不作為A/D使用的P1口可繼續(xù)作為I/O口使用。作為A/D使用的口將P1ASF特殊功能寄存器中的相應

54、位置置‘1’和將相應的口設置為模擬功能即可。</p><p>　　本系統(tǒng)中，單片機的兩個引腳P1.0和P1.1作為模擬量輸入通道，設計中選擇2個模擬量輸入通道交替輸入。</p><p><b>　　3.4 充電模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要采用MAX846A充電控制芯片,它是一種低成本、多功能的電池充電控制器，采用16腳的QSOP

55、封裝，可為鋰電池、鎳鎘、鎳氫電池進行充電。</p><p>　　3.4.1 MAX846A充電控制芯片</p><p>　　MAX846A可以單獨構成鋰離子電池充電器，也可以在單片機的控制下對鋰離子電池進行充電。本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2與MAX846A芯片對鋰離子電池進行充電控制。</p><p>　　1 MAX846A的內部結構</p>&

56、lt;p>　　MAX846A電池充電控制器由3.3V高精度、低壓差線性穩(wěn)壓電源以及高精度電壓基準源、電壓電流調節(jié)器三部分構成。</p><p>　?。?）3.3V高精度、低壓差線性穩(wěn)壓電源</p><p>　　它具有短路保護功能，線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓VL是基準電壓的2倍，可為外部負載提供20mA的電流。</p><p>　?。?）高精度電壓基準源</p

57、><p>　　高精度電壓基準源為鋰離子電池提供精確的浮充電壓。VSET端與其內部一個精度為2%的20KΩ電阻相連接，該端外接一只精度為1%的400KΩ電阻，構成分壓器。此分壓器可調整鋰離子電池的浮充電壓。</p><p>　　（3）電壓電流調節(jié)器</p><p>　　在MAX846A的內部，電壓電流調節(jié)器由高精度衰減器、電壓環(huán)路、電流環(huán)路、電流檢測放大器組成。衰減器通過

58、引腳CELL2可設置充電電池數(shù)目；電壓和電流環(huán)路分別由連接在CCV和CCI端的外部電容進行補償校正；電流檢測放大器檢測電池的高端電流，它將外部限流電阻Rcs上的電壓轉換成電流，并將此電流通過內部相關電路后作用于外部的負載電阻。</p><p>　　2 MAX846A芯片各管腳功能</p><p>　　MAX846A引腳如圖3-9。</p><p>　　1腳DCIN：

59、外部直流偏置電壓輸入端，3.7～20V。</p><p>　　2腳VL：低壓差線性調節(jié)器輸出端提供3.3V、20mA、精度為1%的電壓基準。</p><p>　　3腳CCI：電流調節(jié)環(huán)補償端。</p><p>　　4腳GND：信號接地。</p><p>　　5腳CCV：電壓調節(jié)環(huán)補償端。</p><p>　　6腳VSE

60、T：充電電壓（懸浮電壓）回路設定端。</p><p>　　7腳ISET：電流設置及監(jiān)控端。</p><p>　　8腳OFFV：電壓調節(jié)環(huán)禁止端（鋰離子電池充電時，該腳為低電平）。</p><p>　　9腳PWROK：功率正常狀態(tài)輸出端（其為微控制器提供復位信號并限制充電電流）。</p><p>　　10腳CELL2：編程充電電池數(shù)目端（低電平

61、為一節(jié)，高電平為二節(jié)）。</p><p>　　11腳ON：充電控制端，低電平時停止充電。</p><p>　　12腳BATT：待充電池輸入端（接電池正極）。</p><p>　　13腳CS+：電流源放大器高端輸入端。</p><p>　　14腳CS-：電流源放大器低端輸入端。</p><p>　　15腳PGND：功率地

62、。</p><p>　　16腳DRV：外部晶體管驅動端。</p><p>　　圖3-9 MAX846A芯片</p><p>　　3.4.2 其他電路</p><p>　　外圍主要是電壓/電流調節(jié)環(huán)補償電路和晶體管驅動電路。</p><p>　　1 電壓/電流調節(jié)環(huán)補償電路</p><p>　　

63、如圖3-10，由C7和C8分別對CCI和CCV進行補償校正。</p><p>　　圖3-10 電壓/電流調節(jié)環(huán)補償電路</p><p><b>　　2 晶體管</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用IRF221晶體管，此晶體管由MAX846A中引腳DRV來驅動，如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 晶體

64、管IRF221驅動電路</p><p><b>　　3.5 指示模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)指示燈有兩個：紅色LED和綠色LED。</p><p>　　當電池處于充電狀態(tài)時，充電器的綠色指示燈亮，紅色指示燈熄滅；當電池充電基本完成，進入涓流階段時，充電器的紅色指示燈亮，綠色指示燈熄滅；若出現(xiàn)異常狀況，則紅色指示燈閃爍，閃爍間隔為0.

65、5s，綠色指示燈熄滅。</p><p>　　如圖3-12所示，LED直接連接至單片機I/O口。</p><p>　　圖3-12 指示電路</p><p>　　12864液晶顯示模塊簡介及電路設計</p><p>　　3.6.1 12864液晶顯示模塊簡介</p><p>　　12864液晶是一種圖形點陣液晶顯示器。它

66、主要由行驅動器/列驅動器及128*64全點陣液晶顯示器組成，與外部MCU接口采用串行方式控制。</p><p>　　本系統(tǒng)液晶與單片機的接口電路圖如圖3-12所示。電路中VCC接+5V，GND和LEDK接地；RS接單片機的P0.0引腳，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；R/W接單片機的P0.1引腳，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作；E接單片機的P0.2引腳，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模

67、塊執(zhí)行命令。</p><p>　　3.6.2 12864液晶的電路設計</p><p>　　圖3-13 12864液晶電路圖</p><p><b>　　4充電器軟件設計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件總體設計思路</p><p>　　充電器上電后，系統(tǒng)先檢查是否有電池放入，檢測到

68、電池放入就準備充電，而且同時檢測電池是否可用。然后系統(tǒng)連續(xù)數(shù)次檢測各個A/D通道，進行電源電壓等數(shù)據(jù)的初始化，設定系統(tǒng)初始值。如果電池電壓采樣通道連續(xù)2次檢測到電壓值大于1.0V，則認為充電器內已放入電池，且電池可用，可開始充電，由單片機控制P2.2腳亮起綠燈。在充電結束時，單片機控制P2.1腳亮起紅燈。同時，12864液晶也顯示充電過程。</p><p>　　充電過程分為3個階段進行，每個充電階段的數(shù)據(jù)獨立，但

69、他們的處理機制基本一致。對于這3個充電階段，預充電階段和快速充電階段是恒流控制，涓流充電階段是恒壓控制。單片機根據(jù)對I/O口的數(shù)據(jù)做出判斷并向外部電路發(fā)出正確的動作指令。</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)主流程</b></p><p>　　系統(tǒng)主流程包括初始化函數(shù)、電池檢測函數(shù)、預充電子程序、快速充電子程序和涓流充電子程序。圖4-1給出了軟件的執(zhí)行時序。<

70、/p><p><b>　　單片機上電后初始化</b></p><p>　　在開始充電時，對系統(tǒng)進行初始化，STC12C5A60S2單片機各個端口初始化、堆棧指針初始化、寄存器初始化、中斷設定和根據(jù)電池類型設定它能夠承受的最大電壓。</p><p>　　初始化過程將清除上次充電的所用記錄，同時啟動系統(tǒng)的監(jiān)控函數(shù)，并復位中斷系統(tǒng)，一般放置電池前完成。&

71、lt;/p><p>　　調用檢測電池的子程序</p><p>　　連續(xù)3次檢測電池電壓，如果電壓值大于1.0V，則認為充電器內已放入電池；如果系統(tǒng)認為無電池，就退出函數(shù)，再重新開始執(zhí)行檢測電池的子程序。確認充電器中存在電池后，使用單片機的高精度A/D模塊檢測電池的端電壓，根據(jù)檢測到的電壓，決定采用預充電還是快速充電。</p><p>　　相應的充電階段，子程序內部保持循

72、環(huán)，不斷檢測，直至相應階段充電完畢，退出相應的子程序</p><p>　　充電子程序包括預充電子程序、快速充電子程序和涓流充電子程序。根據(jù)電池電壓值，判斷是否跳過預充電子程序，直接進入快速充電子程序。如果不跳過預充電子程序，則正常執(zhí)行時序時：預充電子程序→快速充電子程序→涓流充電子程序。同時，LED和LCD顯示電池當前充電狀態(tài)。</p><p>　　在各充電子程序模塊均表明電池充好電后退出

73、。如果充電正常，退出子程序，進入已充電子程序；如果充電異常，不進入下一充電子程序，重新調用檢測電池的子程序。</p><p>　　圖4-1 主流程圖</p><p>　　4.3 各子模塊軟件流程</p><p><b>　　4.3.1 初始化</b></p><p>　　在上電后，對系統(tǒng)進行初始化，STC12C5A60

74、S2單片機各個端口初始化、堆棧指針初始化、寄存器初始化、中斷設定和根據(jù)電池類型設定它能夠承受的最大電壓。A/D初始化，主要選擇通道數(shù)目、數(shù)據(jù)格式、啟動A/D。設置12864液晶的內部控制器并清屏。</p><p>　　4.3.2 指示流程設計</p><p>　　當電池進行充電時，單片機P2.1腳控制充電器的綠色指示燈亮；當電池充電基本完成，進入涓流階段時，單片機P2.2腳控制充電器的紅色

75、指示燈亮，綠色指示燈熄滅；若出現(xiàn)異常狀況，則單片機P2.1腳控制紅色指示燈閃爍，閃爍間隔為0.5s，綠色指示燈熄滅。如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 指示流程圖</p><p>　　4.3.3 充電流程設計</p><p>　　充電過程分預充電階段、快速充電階段和涓流充電階段3個階段完成，如圖4-3所示。3個階段的子程序流程如下：</p>

76、<p>　　子程序開始檢測充電器中有無電池，置標志信號，如果沒有電池則退出子程序。</p><p>　　判斷電池電壓是否大于3V：如果大于3V，直接進入快速充電階段；否則先進入預充電階段。</p><p>　　判斷電池電壓是否大于4.2V：如果達到4.2V，則表明電池完成充電，進入涓流充電，電壓維持在4.2V。</p><p>　　判斷充電時間是否超時

77、：要是超時，則電池完成充電。</p><p>　　圖4-3 充電流程圖</p><p>　　4.3.4 A/D轉換模塊流程設計</p><p>　　首先進行初始化，將P1.1和P1.0設置成模擬口，將A/D轉換結果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL中；其次獲得AD結果，選擇A/D當前通道，啟動電源，當輸入電壓達到穩(wěn)定后，啟動A/D轉換，在

78、獲得A/D轉換結果后，結束A/D轉換，關閉A/D轉換；最后就是返回A/D轉換結果。程序流程如下圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 A/D轉換流程圖</p><p>　　4.3.5 液晶顯示流程設計</p><p>　　LCD1602中顯示的是“歡迎使用”、“全自動充電器”、“檢測電池中”、“作者：胡科科”、“檢測到電池”、“電池當前的電壓”、“當前狀態(tài)”

79、。程序流程如下圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 液晶顯示程序流程圖</p><p><b>　　5調試與分析</b></p><p>　　5.1 測量與故障排查儀器</p><p>　　用數(shù)字萬用表來檢測硬件電路的連通性、電路中所要了解的電壓值以及故障排查。</p><p>　　1.

80、在PCB板做出來后，用數(shù)字萬用表檢測電路有沒有連通，如果萬用表有叫聲，則說明連通，否則沒有。</p><p>　　2.用數(shù)字萬用表檢測電源各處的輸出電壓以及檢測單片機所要設定的電壓值。</p><p><b>　　5.2調試過程</b></p><p>　　首先調試電源硬件電路，由滑動變阻器控制輸出的電壓，一路所要輸出的電壓為+3.7V～20V

81、，另一路所要輸出的電壓為+5V。達到要求，就可以與充電硬件電路連接了。</p><p>　　其次調試單片機是否能控制LED發(fā)光二極管，能達到要求。</p><p>　　然后連接鋰離子電池，調試設定VSET控制的電壓為2.51V。</p><p>　　最后導入C程序，能夠實現(xiàn)充電，從液晶顯示器中能看到。</p><p><b>　　5

82、.3結果分析</b></p><p>　　經(jīng)過調試后，達到了預期的效果。在充電前，測量出電池的電壓為3.1V，可直接進行快速充電。充電開始，LED發(fā)光二極管綠燈亮以及檢測到電池電壓在上升，在液晶顯示器上能看到。充電結束，LED發(fā)光二極管紅燈亮，綠燈滅，以及檢測到電池電壓停留在4.110V后，電壓不在上升。</p><p><b>　　6結論</b><

83、/p><p>　　本文圍繞單片機STC12C5A60S2和MAX846A設計的智能充電器，著重介紹了電池的充電原理與充電方法、系統(tǒng)的設計結構以及充電器的具體參數(shù)設定。本設計中，電路劃分為系統(tǒng)指示電路、電源電路、顯示電路、單片機接口電路以及充電控制電路，實現(xiàn)了電池充電、LED指示是否在充電、液晶顯示充電電壓的變化等等功能。</p><p>　　本次設計基本完成了主要的任務，以及設計的要求和目標。

84、其用于實際工業(yè)產品生產研發(fā)，還有很大的距離。本設計還存在許多的不足之處，比如PCB板設計以及元器件的焊接工藝等等。</p><p>　　本次所完成的成果如下：</p><p>　　1.硬件設計。利用Altium Designer 6.9軟件，畫電路原理圖→生成PCB圖→布線→制作PCB板→檢測線路的連通性→元器件焊接。</p><p>　　2.軟件設計。系統(tǒng)主流程包

85、括初始化、電池檢測、預充電子程序、快速充電子程序、涓流充電子程序、充電指示和顯示流程。</p><p>　　在未來，鋰離子電池的能量密度會更高、體積會更小和重量更輕。隨之會出現(xiàn)更新更好的鋰離子電池充電器，來適用于此種電池充電。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次論文完成之際，我心中洋溢著成功的喜悅。我運用大學四

86、年所學到的理論知識和實際應用，以及在老師和同學的幫助和鼓勵下，才得以順利完成畢業(yè)設計。</p><p>　　在本次設計中，我接觸到了許多電子產品，了解了一些新技術和產品的發(fā)展趨勢。在此期間，通過老師和同學的悉心指導下，我在設計思路上更加明確，而且他們對本次設計傾注了大量的心血。在此，我向老師表示深深的敬意和衷心的感謝。與此同時，我還要感謝圖書館這個充滿知識的海洋，那里給我提供了豐富的參考資料，在遇到疑難問題時得以

87、及時查閱書籍，從而能夠順利地解決問題。</p><p>　　在論文寫作中，同學們給了我自始自終的支持和鼓勵，為我提供了不可或缺的幫助。在這里，我由衷的向在學習上、生活上幫助我的老師和同學表示感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]A. Daoud, A. Midoun, Fuzzy Control of

88、a Lead Acid BatteryCharger[J]. Electrical Systems 1-1 (2005): 52-59.</p><p>　　[2]田中俊，用于鋰電池的保護芯片[J].中國學術期刊，2009，33(10):887-888.</p><p>　　[3]王國志，胡萬強.一種智能充電器電路的設計[J].許昌學院學報，2008，3，27（2）：36-39.</

89、p><p>　　[4]Matt schindler. 藍瑞立，譯. 移動電話及個人數(shù)字助理的鋰電池充電技術[J].( 2005- 08- 30) 中國電子設計網(wǎng).</p><p>　　[5]黃春耀，基于單片機的智能充電控制器的設計與應用[J].福建龍巖學院學報，2007，6，25(3)：24-27. </p><p>　　[7]劉美俊，基于單片機的通用智能充電器設計[J

90、].儀表技術與傳感器，2006（9），41-43.</p><p>　　[8]劉黎，危立輝.開環(huán)PWM控制儲能電容恒流充電方法[J].現(xiàn)代科學儀器，2010，（06）：40-43.</p><p>　　[10]陳永利，趙霞，陳鵬，馬瑞平.基于MAX846A的智能充電器[J]. 微計算機信息雜志，2000，16（6）：64-65.</p><p>　　[11]周志敏，

91、周紀海，紀愛華.充電器電路設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.</p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)實驗原理圖</p><p>　　附錄3 系統(tǒng)PCB圖</p><p>　　附錄4 畢業(yè)設計作品說明書</p><p><b>　　作品名稱</b

92、></p><p><b>　　全自動充電器</b></p><p><b>　　作品功能</b></p><p>　　此充電器能實現(xiàn)預充電、快速充電、涓流充電、LED顯示充電與否以及液晶顯示電池的電壓上升過程。</p><p><b>　　運行環(huán)境</b></p&

93、gt;<p>　　硬件運行環(huán)境在Altium Designer 6.9軟件中；軟件運行環(huán)境在KEIL；程序下載環(huán)境在STC-ISP編程燒錄軟件。</p><p><b>　　操作步驟</b></p><p>　　1.硬件設計。利用Altium Designer 6.9軟件，畫電路原理圖→生成PCB圖→布線→制作PCB板→檢測線路的連通性→元器件焊接。&l

94、t;/p><p>　　2.軟件設計。系統(tǒng)主流程包括初始化、電池檢測、預充電子程序、快速充電子程序、涓流充電子程序、充電指示和顯示流程。</p><p><b>　　注意事項</b></p><p>　　在使用設計軟硬件時，要先建一個Project。</p><p>　　在制作PCB板時，焊盤一定要足夠大，設定為2mm。<

95、;/p><p>　　在打印PCB圖時，要搞清楚黃油紙的打印面。</p><p>　　PCB布線時，要在底層，線粗為1mm，最細為0.254mm。</p><p>　　功能要一部分一部分實現(xiàn)，不可一下子把所有程序編好一起運行，這樣很容易出錯。</p><p><b>　　附錄5 程序</b></p><p

96、><b>　　/*</b></p><p>　　File name main.c</p><p>　　Aother hukeke</p><p>　　Data 2012-3-23</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#include"

97、LCD12864.h"</p><p>　　#define AD_SPEED 0x60</p><p>　　uchar ADValue[6]={'0','0','0','0','0','\0'};</p><p>　　uint outvalue=0;<

98、/p><p>　　void menue(void);</p><p><b>　　//初始化函數(shù)</b></p><p>　　void init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1ASF = 0xff; //0

99、000,0010, 將 P1.1 置成模擬口</p><p>　　AUXR1 &= ~0x04; //0000,0100, 令 ADRJ=0</p><p>　　ADC_CONTR=0xe0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//延時子函數(shù)</b><

100、/p><p>　　//delay_time 表示延時多少毫秒</p><p>　　void delay(uchar delay_time) // 延時函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint n;</b></p><p>　

101、　while(delay_time--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n = 6000;</b></p><p>　　while(--n);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>

102、;　　}</b></p><p>　　//獲得AD結果的函數(shù)</p><p>　　//返回值為AD的值 最大為1024</p><p>　　uint get_AD_result(uchar channel)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar AD_

103、finished=0; //存儲 A/D 轉換標志</p><p>　　uint dwshuju=0,zhjg=0,gwshuju=0;</p><p>　　ADC_RES = 0;</p><p>　　ADC_RESL = 0;</p><p>　　channel &= 0x07;

104、 //0000,0111 清0高5位</p><p>　　ADC_CONTR = AD_SPEED;</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　ADC_CONTR |= channel; //選擇 A/D 當前通道</p><p><b>　　_nop_();

105、</b></p><p>　　ADC_CONTR |= 0x80; //啟動 A/D 電源</p><p>　　delay(1); //使輸入電壓達到穩(wěn)定</p><p>　　ADC_CONTR |= 0x08; //0000,1000 令 ADCS = 1,

106、 啟動A/D轉換,</p><p>　　AD_finished = 0;</p><p>　　while (AD_finished ==0 ) //等待A/D轉換結束</p><p><b>　　{</b></p><p>　　AD_finished = (ADC_CONTR & 0x10); //

107、0001,0000 測試A/D轉換結束否</p><p><b>　　}</b></p><p>　　ADC_CONTR &= 0xE7; //1111,0111 清 ADC_FLAG 位, 關閉A/D轉換,</p><p>　　gwshuju=ADC_RES;</p><p>　　dw

108、shuju=ADC_RESL;</p><p>　　zhjg=gwshuju<<2|dwshuju;</p><p>　　return (zhjg); //返回 A/D 高 8 位轉換結果</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//主函數(shù)&l

109、t;/b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　init();</b></p><p>　　LcmInit();</p><p>　　Max846_Init();</p>

110、<p><b>　　menue();</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　outvalue = get_AD_result(0);</p><p>　　outvalue = outv

111、alue*1.0/1024*5.14*1000;</p><p>　　ADValue[0]=outvalue/1000+'0';</p><p>　　ADValue[1]=outvalue%1000/100+'0';</p><p>　　ADValue[2]=outvalue%100/10+'0';</p>

112、<p>　　ADValue[3]=outvalue%10+'0';</p><p>　　PutStr(2,4,ADValue);</p><p>　　delayms(500); //延時</p><p>　　outvalue = get_AD_result(1);</p><p>　　outvalue = out

113、value*1.0/1024*5.14*1000;</p><p>　　ADValue[0]=outvalue/1000+'0';</p><p>　　ADValue[1]='.';</p><p>　　ADValue[2]=outvalue%1000/100+'0';</p><p>　　AD

114、Value[3]=outvalue%100/10+'0';</p><p>　　ADValue[4]=outvalue%10+'0';</p><p>　　PutStr(2,0,ADValue);</p><p>　　delayms(500); //延時</p><p><b>　　}</b&g

115、t;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//開機界面</b></p><p>　　void menue(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PutStr(0,0,"/***歡

116、迎使用***/");</p><p>　　PutStr(1,0,"/*全自動充電器*/");</p><p>　　PutStr(2,0,"檢測電池中......");</p><p>　　PutStr(3,0," * 作者：胡科科");</p><p><b>

117、　　delay();</b></p><p>　　PutStr(0,0,"/*檢測到電池*/ ");</p><p>　　PutStr(1,0,"電池當前的電壓：");</p><p>　　PutStr(2,0,"0.000V ");</p><p>

118、　　PutStr(3,0,"狀態(tài)：開始充電 ");</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　void delay(unsigned char z)</p><p>　　{ unsigned char i;</p><p>　　for(i=z;i>0;i--)</p&

119、gt;<p>　　delayms(500);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　File Name: LCD12864.c</p><p>　　Aother: hukeke</p><p

120、>　　Data: 2012-3-13</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#ifndef _LCD12864_INCLUDED_</p><p>　　#define _LCD12864_INCLUDE</p><p>　　#include "LCD12864.h&q

121、uot;</p><p>　　/**************************************************************</p><p><b>　　iO口宏定義區(qū)</b></p><p>　　**********************************************************