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论文:基于51单片机的智能充电器的设计

z***u

贡献于2019-04-28

字数:21583

基51单片机智充电器设计

日常生活中手机已变越越重常需手机电话发短信网电影听歌玩游戏等等着屏幕高频手机出现锂离子电池变更加重锂离子电池充电器受广消费者重视
该课题设计种基单片机锂离子电池充电器设计通AT89S52MAX1898控制实现预充快速充电恒压充电该设计通LCD1602监控充电程中状态实现电路简单成较低充电效果包括安全性高耗时短电池损坏满足般户求文充电器核心器件MAX1898充电芯片AT89S52单片机LCD1602进行较详细介绍
该智充电器具检测锂离子电池状态动切换充电模式满足电池充电需充电电压显示功实现定时切断MAX1898电源减少耗时延长寿命

关键词:锂电池充电器单片机AT89S52 MAX1898LCD1602
Abstract
In our daily lives mobile phones have become increasingly important We often need to use the phone making phone calls text messaging Internet watching movies listening to music play games and so on With the advent of large screen and highfrequency mobile phone the Lion batteries become more important its Lion battery charger by the consumers attention
The main topic is to design a micro control unit based on Lion battery charger which is designed by AT89S52 and MAX1898 that can be controlled to achieve the precharging fast charging and constant voltage charging The design can monitor the charging process in each state and the circuit is very simple low cost and a good charging effect including the character of safe short time consuming small battery damage and have met the requirements of general using The article also has a more detailed introduction to the core device MAX1898 AT89S52 and LCD1602
The smart charger has the funtion of the state detection of Lion battery switching to charge mode automatically to meet the requirement of the batterycharging voltage displaying This design has achieved shuting down the power of MAX1898 reducing energy consumption and prolonging service life

Key words Lion battery Charger SCM AT89S52 MAX1898LCD1602
目录
引言 1
1绪 2
11智充电器概念智化体现 2
12充电器智化需求 2
13智充电程 3
2锂离子电池介绍 3
21锂金属电池锂离子电池 4
22锂离子电池工作原理 5
23锂离子电池注意事项 6
3硬件电路设计 6
31设计思路概述 6
32充电理芯片MAX1898简介 7
33 MAX1898应电路设计 11
34 AT89S52单片机简介 12
35 LCD1602简介 17
36 ADC0832模数转换芯片简介 22
4系统软件设计 24
41充电流程设计 24
42单片机控制设计 25
5结语 28
参考文献 29
致谢 30
附录1:完整电路原理图 31
附录2:电路PCB板设计图 32
附录3:实物片 33
附录4:源程序 34

引言
着半导体元件规模集成电路飞速发展生活水断提高种便携式收录机电动剃须刀笔记电脑摄机电子计算器移动电话等电器广泛应种干电池需求量迅速增加
电池通量转化获取电原件电池分次电池充电电池次性电池次废旧次电池容易造成环境污染充电电池反复充电电池较高性价放电电流寿命长等特点生产生活中充电电池应较广泛种仪器仪表电气测量装置通信设备中充电电池着社会发展电池更讲究方便携带污染性优良等综合素充电电池次电池更受众青睐充电电池拥广市场前景时智充电器应运生锂电池充电电池种锂电池市效率高寿命长优势占领市场生产厂商迎合市场需求致力开发量密度高型化薄型化轻量化安全性高循环寿命长高性锂离子电池着时代发展手机电脑家电器等离开充电器单片机参处理控制充电器称智充电器
锂离子电池较高量放电曲线稳放电率低循环寿命长具良充放电性充放快充深放记忆效应含镉铅汞等害物质环境污染称绿色电池基特性锂电池迅速发展广泛应锂电池充电器锂离子充电电池补充源静止变流装置性优劣直接关系整电系统安全性性指标
文锂电池技术特性充电技术充电器电路结构充电器典型电路电池保护等方面角度阐述充电技术发展应
1 绪
11 智充电器概念智化体现
智充电采高频电源技术运先进智动态调整充电技术采恒流恒压恒流智三阶段充电方式具充电效率高操作简单重量轻体积等特点
智充电器具反接载短路热等重保护功延时启动软启动断电记忆启动功等具科学充电电量控制技术全动充电机蓄电池充足动关机确保蓄电池充足充欠充延长蓄电池寿命全动充电机适电池类型:镍铬镍氢铅酸锂离子电池等

12 充电器智化需求
充电器实现方式会导致充电效果充电器采电流快速充电法电池充满果时停止会电池发烫度充电会严重损害电池寿命低成充电器采电压较法防止充般充电90停止电流快充采电流涓流补充充电手机电池寿命单次时间充电程密切相关
锂电池手机常种电池具较高量重量量体积具记忆效应重复充电次寿命较长价格越越低锂电池充电器求较苛刻需保护电路效利电池容量需锂电池充电电压压充电会造成电池损坏求较高控制精度外电压低电池需进行预充充电器带热保护时间保护电池提供附加保护部充电器短时间电量充足电池起定维护作修复造成记忆效应容量降(电池活性衰退)现象
设计较科学充电器采专充电控制芯片配合单片机控制方法专充电芯片具备业界公认较-△V 检测检测出电池充电饱时发出电压变化信号较精确结束充电工作通单片机芯片控制实现充电程智化例充电增加时关断电源蜂鸣报警液晶显示等功充电器智化缩短充电时间时够维护电池延长电池寿命[1]

13 智充电程
(1)预充电
果充电开始时单节电池电压低25v涓流充电方式电池进行预充电直电池电压升25V期间充电器电池充电电流标注电流十分目电池电压温度恢复正常状态预充电时间外接电容确定规定时间电池电压温度恢复正常进行快速充电电池没恢复正常状态认电池障
(2)恒流充电
充电器恒定电流进行充电程做恒流充电快速充电电池充电速率会差异电池标注充电速率进行充电充电程中电池电压温度会升达设定标准电压时恒流充电程结束充电电流减进入段充电程
(3)恒压充电
充电时蓄电池两极间电压维持恒定数值种充电方式做恒压充电种广泛采充电方法恒压充电满充恒压充电阶段电流逐渐减直降标准值进入涓流充电程充电器极充电电流进行充电器电压检测电池电压否达终止电压时充电电流电池阻串联电阻会形成压降影响电压检测恒压充电涓流充电延长时间
(4)断电
检测电池电压达预定值时认电池已充满时充电理单元会控制充电单元停止电池继续充电保证芯片电池安全减充电功耗
(5)报警
电池充满电充电理芯片外接LED灯发出指令LED灯会闪烁保证安全时会动切断充电芯片供电控制蜂鸣器报警提醒户取出电池[2]

2 锂离子电池介绍
电池种化学电源通量转换获电二次电池[3]次反复电池称充电池蓄电池二次电池充电时电转变化学实现负荷供电伴吸热程二次电池性参数4指标:
1 工作电压:电池放电曲线台电压
2 电池容量:常单位安时(Ah)毫安时(mAh)
3 工作温区:电池正常放电温度范围
4 电池正常工作时充放电次数
二次电池性电池特性曲线表示特性曲线包括充电曲线放电曲线充放电循环曲线温度曲线等二次电池够反复符合济原市场二次电池种类致分:铅酸(LA)电池镍镉(NiCd)电池镍氢(NiMH)电池锂离子(Li–ion)电池区见表21
表21 种类电池间区
电池类型
酸性电池
镍镉电池
镍氢电池
液态锂电池
聚合物锂电池
安全性





工作电压V
2
12
12
37
37
重量量
(W·hkg)
35
41
50~80
120~160
140~180
体积量
(W·hL)
80
120
100~200
200~280
>320
循环寿命
300
300
500
>500
>500
工作温度℃
20~60
20~60
20~60
0~60
0~60
记忆效应





毒性


轻毒
轻毒

形状
固定
固定
固定
固定
意形状
放电
<0
<10
<30
<5
<5

21 锂金属电池锂离子电池
锂电池致分两类:锂金属电池锂离子电池锂金属电池类锂金属锂合金负极材料非水电解质溶液电池锂离子电池般锂合金金属氧化物正极材料石墨负极材料非水电解质电池锂离子电池含金属态锂充电
锂离子电池种智电池专原装智充电器配合达短充电时间寿命周期容量锂离子电池目前性电池样镍镉电池镍氢电池相锂离子电池拥:电量储备重量轻寿命长充电时间短记忆效应特点

22 锂离子电池工作原理
锂离子电池指锂离子嵌入化合物正极材料电池总称锂离子电池碳素材料做负极含锂化合物作正极没金属锂存锂离子锂离子电池锂离子电池充放电程锂离子嵌入脱嵌程锂离子嵌入脱嵌程中时伴着锂离子等量电子嵌入脱嵌(惯正极嵌入脱嵌表示负极插入脱插表示)充放电程中锂离子正负极间返嵌入脱嵌插入脱插形象称摇椅电池工作示意图图21示

图21 锂离子电池工作示意图
锂离子电池进行充电时锂离子电池正极锂离子生成生成锂离子电解液运动负极作负极碳呈现层状结构微孔达负极锂离子嵌入碳层微孔中嵌入锂离子越充电容量越高电池进行放电时(电池程)嵌负极碳层中锂离子脱出运动回正极回正极锂离子越放电容量越高
般锂电池充电电流越充电越快时电池发热越电流充电容量够满电池部电化学反应需时间

23锂离子电池注意事项
1 放电电流电流导致电池部发热会造成永久性损害
2 绝放电锂电池部存储电电化学种逆化学变化实现度放电会导致种化学变化逆反应发生旦放电电压低27V导致电池报废
3 充电时高充电电压
4 锂离子电池充时会导致电池性受破坏甚爆炸
5 高温环境锂离子电池容易缩短寿命者引发爆炸
6 长期锂离子电池需保持40~60电量否电量低时会放电导致放
3 硬件电路设计
31 设计思路概述
实现智化充电器需两方面着手:
1 充电程实现
充电程考虑锂离子电池充电特点针性选择相应充电方案外规模集成电路高速发展芯片厂商实现固定功电路做成集成IC更加方便电路功实现搭建目前市场常见智充电芯片包括:MAX1898MAX1758SMC401[4]设计采MAX1898充电芯片进行相关电路设计
2 智化实现
实现充电智化充电程中引入51单片机控制配合ADC0832模数转换芯片断检测电池电压反馈51单片机判断电池时需充电模式实现智化控制外方便观察整程运LCD1602显示充电程中电池电压充电电流更加生动整充电程
设计中整体思路通MAX1898锂电池充电AT89S52单片机作充电程智控制中心ADC0832模数转换器作MAX1898AT89S52数传送桥梁断检测电池电压单片机判断时应充电状态控制充电状态指示灯点亮熄灭状态监测结果输出LCD1602显示供观察充电出现错误会指示灯闪烁驱动蜂鸣器报警

32 充电理芯片MAX1898简介
MAX1898部电路包括输入电流调节器电压检测器充电电流检测器定时器温度检测器控器输入电流调节器限制总输入电流包括系统负载电流充电电流检测输入电路设定门限电流时通降低充电电流控制输入电流MAX1898外接限流型充电电源PNP功率三级单节锂电进行效快充通外接电容设定充电时间通外接电阻设置充电电流精确恒流恒压充电电池电压精度达±075[5]MAX1898封装样式图31示引脚功表31示

图31 MAX1898引脚

表31 MAX1898引脚功表
引脚号
引脚名

1
IN
电压输入端
2

漏极开路LED驱动1没电池LED灭2预充电LED亮3快速充电LED亮4充电完成LED灭5电池电压25V预充电时间结束LED 15HZ闪烁
3
ENOK
1输入:高电IC2输出:高电表示输入电压接入正确
4
ISET
1电池充电电流成例模拟输出 2通设定ISETGND间电阻改变充电电流
5
CT
安全充电时间控制口电容10uF时充电时间3时
6
RSTRT
动重启控制果电池降低电池规定电压02V新充电周期开始接动重启功效充电完成时漏极电流40uA果悬空充电时间耗通ENOK触发重启充电完成时漏极电流4uA
7
BATT
电池输入端
8
GND

9
DRV
外部晶体驱动该脚接外部PMOSPNP栅极基极
10
CS
充电电流输入端接PMOSPNP源极集电极

MAX1898开始快充条件满足条件:
1 外部电源连接电池电压25V
2 电池电压降重启电压40V(MAX1898EUB42)39V(MAX1898EUB41)
3 ENOK先置低置高IC复位
4 预充电结束电池电压达25V
快充电流设定:
MAX1898充电电流通线性控制外部晶体PMOSPNP充电电流通连接ISETGND外部电阻设定充电电流Imax限流电阻Rset关系式满足:

式中:Rset 单位Imax单位A般情况锂电池充电电流500mA限流电阻值取
ISET实时检测实际充电电流ISET端1mA输出电流表明充电电流1AISET端输出电压正充电电流满足关系式:

快速充电阶段通常ISET端电压14V电池充满时着充电电流降充电程中电压电流功耗变化趋势图图32示[6]

图32 电压电流功耗变化趋势图

充电程监测:
漏极开路输出监视电池充电状态5mA限定电流LED固定阻值电阻连接5伏VCC间作充电状态标志外输出逻辑电表32状态充电状态应关系
表32 状态充电状态应关系
条件

没电池接入没充电输入
高阻抗(LED灭)
预充电阶段电池电压25V充电电流Imax10
低阻抗(LED亮)
快速充电阶段电池电压25V
低阻抗(LED亮)
充电完成充电电流降快速充电电流20者达预定快充时间
高阻抗(LED灭)
充电错误充电电压25V预充电结束()
LED15HZ50闪烁

充电时间设定:
充电时间通外部电容设置电容接CTGND间定时电容充电时间Tchg关系式满足:

式中:Tchg 单位时CT单位nF般情况快充时间超3时CT般100nF
充电时间安全定时通常充电控制循环中部分1C充电速率锂离子电池充电通常充电时间15时根温度变化电池类型充电时间变化数场合1C速率快速充电推荐3时作充电时间正常充电会充电定时器中断详细咨询电池厂商推荐定时设定CT接GND充电安全定时功关闭样重启功预充电错误提示功关闭
充电程动重启:
电池电压降预定水时MAX1898动重启开始充电数定时充电器旦充电时间结束电池充电充电重新开始非充电器外部信号触发充电电源电池电压降时MAX1898动重启充电重启功配置:
悬空RSTRT引脚重启功关闭旦充电完成充电定时结束充电通IN重新输入电源触发ENOK
RSTRT接开动重启功电池达重启阈值(MAX1898EUB424VMAX1898EUB4139V)时MAX1898重启充电
通RSTRTGND间连接电阻降低重启阈值电压MAX1898EUB42公式:

MAX1898EUB41公式:

设计中采默认重启电压阈值直接RSTRTGND相连

33 MAX1898应电路设计

图33 智充电器输入电源接口
MAX1898输入电压范围45V~12V锂电池求充电方式恒流恒压方式电源输入需采恒流恒压源般采直流电源外加变压器设计中简化设计方案没设计降压稳压电路输入采USB标准电压作外接电源输入接电脑者普通手机充电器通导线接J1口图33示

图34 MAX1898应电路设计原理图
图34示红色LED灯接入IN间作充电状态指示器外部PNP晶体集电极BATT正极间接肖特基二极避免输入电源短路时电池放电系统设计充电时间3时充电电流500mA采动重启模式CT外接01uF电容ISET外接28K电阻RSTRT直接接充电端通外接PNP三极提供锂电池充电接口充电输出通USB接口J3通普通针式插接座引万充电器两触角

34 AT89S52单片机简介
AT89S52 种低功耗高性CMOS 8位微控制器具8K 系统编程Flash存储器Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造工业80C51 产品指令引脚完全兼容单芯片拥灵巧8 位CPU 系统编程FlashAT89S52众嵌入式控制应系统提供高灵活超效解决方案
图35示AT89S52种双列直插式封装形式设计中采款单片机作控制芯片

图35 AT89S52 24PU1018A
AT89S52具标准功:
1MCS51单片机产品兼容
28K字节系统编程Flash存储器程序存储器三级加密
31000次擦写周期
4降0Hz 静态逻辑操作工作频率0Hz~33MHz
532编程IO口线8中断源三16位定时器计数器双数指针
6全双工UART串行通道
7支持2种软件选择节电模式:空闲模式CPU 停止工作允许RAM定时器计数器串口中断继续工作掉电保护方式RAM容保存振荡器冻结单片机切工作停止直中断硬件复位止掉电标识符功
AT89S52 DIP封装引脚图36示

图36 DIP形式封装AT89S52
AT89S5240引脚中32编程IO引脚[7]分成48位IO口分P0口P1口P2口P3口外RSTALEPSENEAXTAL1XTAL2功引脚引脚做介绍
P0 口
P0口组8 位漏极开路型双IO 口 址数总线复口作输出口时位吸收电流方式驱动8TTL逻辑门电路端口P0 写1时作高阻抗输入端访问外部数存储器程序存储器时组口线分时转换址(低8 位)数总线复访问期间激活部拉电阻Flash编程时P0 口接收指令字节程序校验时输出指令字节校验时求外接拉电阻
P1口
P1口带部拉电阻8 位双IO 口 P1 输出缓级驱动(吸收输出电流)4 TTL 逻辑门电路端口写1通部拉电阻端口拉高电时作输入口作输入口时部存拉电阻某引脚外部信号拉低时会输出电流(IIL)AT89C51 处P10P11P15P16P17具备第二功详情参见表33Flash 编程程序校验期间P1 接收低8 位址
表33 P1口部分引脚第二功
引脚号
功特性
P10
T2(定时器计数器T2外部计数输入者时钟输出)
P11
T2EX(定时器计数器T2捕捉重载触发信号方控制)
P15
MOSI(系统编程)
P16
MISO(系统编程)
P17
SCK(系统编程)

P2口
P2 带部拉电阻8 位双IO 口P2 输出缓级驱动(吸收输出电流)4 TTL 逻辑门电路端口P2 写1通部拉电阻端口拉高电时作输入口作输入口时部存拉电阻某引脚外部信号拉低时会输出电流(IIL)访问外部程序存储器16 位数存储器(例执行MOVX @DPTR 指令)时P2 口送出高8 位址数访问8 位址外部数存储器(执行MOVX@RI 指令)时P2 口输出P2锁存器容Flash编程校验时P2接收高位址控制信号
P3口
P3 口组带部拉电阻8 位双IO 口P3 口输出缓级驱动(吸收输出电流)4 TTL 逻辑门电路P3 口写入1时部拉电阻拉高作输入端口时外部拉低P3 口拉电阻输出电流(IIL)P3 口作般IO 口线外更重途第二功详情见表34P3口接收Flash闪速存储器编程程序校验控制信号
表34 P3口引脚第二功
引脚号
功特性
P30
RXD(串行输入口)
P31
TXD(串行输出口)
P32
INTO(外部中断0)
P33
INT1(外部中断1)
P34
T0(定时计数器0)
P35
T1(定时计数器1)
P36
WR(外部数存储器写选通)
P37
RD(外部数存储器读选通)

RST
RST代表复位输入振荡器工作时RST引脚出现两机器周期高电单片机复位复位电路图37示

图37 单片机外部复位电路

ALEPROG
访问外部程序存储器数存储器时ALE(址锁存允许)输出脉锁存址低8 位字节般情况ALE 时钟振荡频率16 输出固定脉信号外输出时钟定时目注意:访问外部数存储器时跳ALE 脉
Flash存储器编程期间该引脚输入编程脉(PROG)
必通特殊功寄存器(SFR)区中8EH 单元D0 位置位禁止ALE 操作该位置位条MOVX MOVC指令ALE 激活外该引脚会微弱拉高单片机执行外部程序时应设置ALE 禁止位效
PSEN
程序储存允许(PSEN)输出外部程序存储器读选通信号AT89S52 外部程序存储器取指令(数)时机器周期两次PSEN 效输出两脉期间访问外部数存储器跳两次PSEN信号
EAAPP
外部访问允许欲CPU 仅访问外部程序存储器(址0000H—FFFFH)EA 端必须保持低电(接)需注意:果加密位LB1 编程复位时部会锁存EA端状态EA端高电(接VCC端)CPU 执行部程序存储器中指令
Flash存储器编程时该引脚需加+12V 编程电压Vpp
XTAL1
振荡器反相放器部时钟发生器输入端
XTAL2
振荡器反相放器输出端
振荡器电路图38示设计中晶振频率12MHz

图38 振荡器电路

35 LCD1602简介
字符型液晶模块单片机应设计中常信息显示器件1602型LCD(图39)显示模块具体积功耗低显示容丰富等特点1602型LCD显示2行16字符8位数总线D0~D7RSRWEN三控制端口工作电压5V具字符度调节背光功基控制器部分HD44780

图39 LCD1602型液晶字符显示器

1602LCD技术参数:
1 显示容量16×2字符
2 芯片工作电压45—55V
3 工作电流20mA(50V)
4 模块佳工作电压50V
5 字符尺寸295×435(W×H)mm
LCD1602(带背光)采标准16脚接口引脚接口说明表35示
表35 LCD1602引脚接口说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源
9
D2

2
VDD
电源正极
10
D3

3
VL
液晶显示偏压
11
D4

4
RS
数命令选择
12
D5

5
RW
读写选择
13
D6

6
E
信号
14
D7

7
D0

15
BLA
背光源正极
8
D1

16
BLK
背光源负极
中:第3脚VL液晶显示器度调整端接正电源时度弱接时度高度高时会产生鬼影时通10K电位器调整度第4脚RS寄存器选择高电时选择数寄存器低电时选择指令寄存器第5脚RW读写信号线高电时进行读操作低电时进行写操作RSRW低电时写入指令者显示址RS低电RW高电时读忙信号RS高电RW低电时写入数第6脚E端端E端高电跳变成低电时液晶模块执行命令具体11条控制指令表36示
表36 LCD1602指令表
序号
指令
RS
RW
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
ID
S
4
显示开关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标字符移位
0
0
0
0
0
1
SC
RL
*
*
6
置功
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器址
0
0
0
1
字符发生存贮器址
8
置数存贮器址
0
0
1
显示数存贮器址
9
读忙标志址
0
1
BF
计数器址
10
写数CGRAMDDRAM)
1
0
写数容
11
CGRAMDDRAM读数
1
1
读出数容
中部分指令相关说明:
Ø 指令3:光标显示模式设置 ID:光标移动方高电右移低电左移 S屏幕文字否左移者右移高电表示效低电效
Ø 指令4:显示开关控制 D:控制整体显示开关高电表示开显示低电表示关显示 C:控制光标开关高电表示光标低电表示光标 B:控制光标否闪烁高电闪烁低电闪烁
Ø 指令5:光标显示移位 SC:高电时移动显示文字低电时移动光标
Ø 指令6:功设置命令 DL:高电时4位总线低电时8位总线 N:低电时单行显示高电时双行显示 F 低电时显示5x7点阵字符高电时显示5x10点阵字符
Ø 指令9:读忙信号光标址 BF:忙标志位高电表示忙时模块接收命令者数果低电表示忙
液晶显示模块慢显示器件执行条指令前定确认模块忙标志低电表示忙否指令失效显示字符时先输入显示字符址告诉模块里显示字符图3101602部显示址

图310 1602LCD部显示址
液晶模块初始化中先设置显示模式液晶模块显示字符时光标动右移需工干预1602液晶模块部字符发生存储器(CGROM)已存储160点阵字符图形图311示

图311 1602字符映射表
信息设计出LCD1602应电路图312示配合单片机进行相关软件开发

图312 LCD1602应电路设计

36 ADC0832模数转换芯片简介
ADC08328位分辨率双通道AD转换芯片高分辨达256级适应般模拟量转换求部电源输入参考电压复芯片模拟电压输入0~5V间输入输出电TTLCMOS相兼容芯片转换时间仅32μS拥双数输出作数校验减少数误差转换速度快稳定性强独立芯片输入器件挂接处理器控制变更加方便[8]封装形式引脚图312示

图312 ADC0832封装引脚图
ADC0832引脚说明: 
1 CS片选低电效
2 CHO模拟输入通道0差分输入时作IN+IN
3 CH1模拟输入通道1差分输入时作IN+IN
4 GND 电源
5 DI数信号输出选择通道控制
6 DO数信号输出转换数输出
7 VccVref电源输入参考电压输入(复)
8 CLK芯片时钟信号
根官方资料ADC0832工作原理:进行AD转换时须先CS端置低电保持低电直转换完全结束时芯片开始转换工作时处理器芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉DI端选择输入通道第1 时钟脉降前DI端必须高电表示起始信号第23脉降前DI端应输入2 位数选择通道功2 位数10时CH0 进行单通道转换2位数11时CH1进行单通道转换2 位数00时CH0作正输入端IN+CH1作负输入端IN进行输入2 位数01时CH0作负输入端INCH1 作正输入端IN+进行输入第3 脉沉DI端输入电失输入作开始利数输出端DO进行转换数读取第4脉降开始DO端输出转换数高位DATA7脉降DO端输出位数直第11脉时发出低位数DATA0字节数输出完成正位开始输出相反字节数第11脉降输出DATA0输出8位数第19 脉时数输出完成标志着次AD转换结束CS置高电禁芯片直接转换数进行处理
根芯片引脚工作原理设计出ADC0832应电路图313示时钟信号CLK单片机P21口提供通道选择数输出端DIDO连接起单片机P20口控制CS片选信号端单片机P22口控制CH1端连接电池正极电池电压信号转换模拟量输入CH0端直接接参考输入电压接充电板标准供电VCC

图313 ADC0832应电路设计
智充电器模块电路搭建完毕完整电路原理图PCB板见附录接根充电器工作原理设计相应充电控制程序烧写AT89S52单片机中实现充电器智化

4 系统软件设计
41 充电流程设计
MAX1898作充电理芯片具独立套理机制详细充电程:
电池电压低25V会充电电流(快速充电电流)Imax10进行预充电长预充电时间45min
电池电压25V会快速充电电流Imax500mA进行快速充电程阶段着电压升充电电流逐渐降电流降设定快速充电电流20时快速充电阶段结束进入恒压充电等设定充电时间3时停止充电充电结束
电池达预设充电时间电池电压低25V时充电出错状态LED15HZ频率50占空闪烁出错电池损坏者原导致[10]
两正常充电阶段引脚会表现出低阻抗状态通限流电阻高电VCC驱动红色LED指示灯点亮指示前充电状态[11]充电完成引脚会表现出高阻态红色指示灯熄灭表示充电完成时引脚会触发单片机外部中断0触发单片机定时器T0延时3~5S时间果外部中断没继续触发认充电结束控制单片机ENOK端置0MAX1898停止工作[10]果外部中断继续触发(驱动LED充电指示灯引脚15Hz频率发出脉信号触发外部中断0)认充电出错单片机控制蜂鸣器报警整体充电工作流程图图41示

图41 MAX1898充电流程图

42 单片机控制设计
单片机整体设计中参务:
1 控制ADC0832模数转换器测量电池电压进行转换数解算
2 计算电压数值通LCD1602显示出
3 接收MAX1898引脚信号执行相应中断程序
单片机3务决定设计需单片机功:
1 外部中断0
2 定时器0
3 普通数学计算逻辑判断存操作
设计单片机总体工作流程图42示

图42 单片机总体工作流程
单片机初始化阶段涉初始化象中断控制字定时器控制字设置工作置位总中断EA外部中断EX0定时器中断ET0选择定时器0工作方式设置控制字TMOD设置定时时间5ms基定时单位续中断程序定时5ms基础完成采外部晶振12MHz5ms定时计算式示:

详细初始化程序见附录
单片机MAX1898控制通引脚产生充电状态信号转入相应中断服务程序中断服务程序设计流程图43示图中Int0_count表示产生外部中断0数变量引脚高阻态(充电结束)时触发高电中断触发中断服务程序转入定时器3秒延时果延时次触发高电Int0_count等1表示输出15Hz脉信号充电出错T_count表示定时器0定时满产生定时器0中断次数程序设定5ms基础定时单位T_count计满600次3秒时重新检测Int0_count值外部中断0中断高优先级处定时器计时时候影响信号产生中断计数处双中断嵌套设计合理

图43 中断服务程序流程图
单片机ADC0832控制操作CSDIOCLK三引脚进行AD转换时CS置零直转换完全结束时芯片开始转换工作CLK时钟信号单片机P21引脚产生先产生1产生0成出现ADC0832提供次脉信号然根ADC0832工作原理次产生相应脉做相应操作直读出转换两高低位相反信号止进行数校验误作操作数送单片机系统处理隔定时间单片机开ADC0832进行次电压测量送LCD1602显示[12]具体处理细节见附录源程序
单片机LCD1602控制操作写操作指令液晶显示模块慢显示器件执行条指令前定确认模块忙标志低电否指令失效初始化LCD1602输入特定初始字符供显示工作程中断更新ADC0832读电压数转换成字符LCD1602显示出LCD160211条指令见第3章表36详细显示程序见附录4
整体软件部分设计完成根预先设计完整电路原理图(见附录1)画出系统PCB板(见附录2)做出实物电路(见附录3)通实际实验测试验证设计效性
5 结语
设计MAX1898核心利单片机控制元件实现智手机电池充电器设计通智充电器设计进步熟悉MAX1898工作原理方法更深入解AT89S52定时计数器中断系统应熟悉单片机嵌入式控制系统设计思路设计课学充分应加强身摄取新知识力断完善奠定基础理源实践高实践没亲力亲领会魅力次设计进步提高动手制作力编程力锻炼取收获时发现身存足
调试智充电器程中出现问题解决方案:
(1)方案证选定:第次做样选题存许足处先期选题方案证单结构严密通查阅资料进行市场调查终选定MAX1898作智充电芯片
(2)硬件制作:元器件太熟悉种类型元器件接触较少没实际硬件开发验选择元器时遇问题知道电阻选碳膜电阻金属膜电阻电容知道电解电容陶瓷电容等类问题请教老师查阅量参考文基础解决
设计中需着重握点:
1 预充快充满充等充电方式工作原理
2 MAX1898充电状态指示输出信号设计中应
3 MAX1898外围电路设计中包括设置充电电流电阻充电时间电容数值选取
4 LCD1602软件编程代码编写
5 ADC0832转换数读取流程设计实现
6 单片机中断定时器应
次设计成功失败失败处选题没系统进行整体评估元件方面特点封装引脚功更深入解期程中会许问题出现方案选择证没进行系统辩证:没设计温度保护功模块电池充容易电池发热严重会引起爆炸设计相应温度监测功模块电池温度高够动切断电源功高需求设计设计初没考虑想作续改进方案做时间限元器件购买遇问题导致该方案暂时搁置外市场信息够解做该设计程中遇障碍
成功处完成前没接触东西方案选定证软件调试制作硬件焊接软硬件系统联调遇许困难通断查阅资料修改完成课题制作总结整程充满艰辛痛苦挺收获喜悦知识
次设计制作提高方:设计相关温度控制保护功模块设计相应降压电路该充电器直接插220V交流电SMC401代MAX1898SMC401功更加强般笔记电池充电控制芯片单济性MAX1898更加符合众消费

参考文献
[1] 周志敏周纪海纪爱华 便携式电子设备充电器实电路电源理[M] 北京:中国电力出版社200923
[2] 周志敏周纪海纪爱华 充电器电路设计应(第1版) [M]北京:民邮电出版社20053537
[3] 吴宇万春荣等 锂离子二次电池[M]北京:化学工业出版社2002:6369
[4] 王海麟钱建立周晓军 智快速充电器设计制作[M]北京:科学出版社1998132135
[5] 强生泽 现代通信电源系统原理设计[M] 北京:中国电力出版社2009178
[6] KHirakawaAMeasuring and Analyzing Method for Battery Conditions Using a New Field Data Collection systemevsl172000
[7] 肖金球 单片机原理接口技术[M] 北京:清华学出版社200435
[8] 林邦怀周文灵 种基单片机智充电器设计[J] 仪表技术:20072:2729
[9] 刘美俊 基AT89C2051单片机智充电器设计[J]集成电路元器件卷20047:7881
[10] 沈元隆刘陈 电路分析基础(第三版) [M] 北京:民邮电出版社2008136137
[11] MAXIMDatasheet:StandAloneSwitchMode Li+ Battery Charger2001
[12] 康华光 电子技术基础模拟部分(第五版)[M] 北京:高等教育出版社2006140153

附录1:完整电路原理图

附录2:电路PCB板设计图

附录3:实物片

附录4:源程序
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define nop _nop_
*********端口定义********
sbit GATE P2^4
sbit BP P3^5
sbit BusyFlagP0^7
LCD1602控制接口
sbit EP2^7
sbit RWP2^6
sbit RSP2^5
ADC0832控制接口
sbit CS P2^2
sbit CLK P2^1
sbit DIO P2^0
单片机部移位寄存器ACC声明
sbit bit7ACC^7
sbit bit0ACC^0
显示界面 LCD1602
uchar LCD_4LCD_3LCD_2LCD_1LCD_0
uchar code LCDData[] 0123456789
uchar first_line[16]Phone Charging LCD第行显示缓存数组
uchar second_line[16]S100 Volt420 LCD第二行显示缓存数组正常显示时间
*********************定义全局变量****************
uint advalAD值
uint tempnum
uint t_countint0_count
延时程序
void delay(unsigned int N)
{
unsigned int i
for(i0i}
LCD1602操作程序
LCD1602测忙
void check_busy(void)
{
while(1)
{
P00xff
E0
_nop_()
RS0
_nop_()
_nop_()
RW1
_nop_()
_nop_()
E1
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
if((P0&0x80)0)
{
break
}
E0
}
}
LCD1602写命令
void write_command(uchar tempdata)
{
E0
_nop_()
_nop_()
RS0
_nop_()
_nop_()
RW0
P0tempdata
_nop_()
_nop_()
E1
_nop_()
_nop_()
E0
_nop_()
_nop_()
check_busy()
}
LCD1602写数
void write_data(uchar tempdata)
{
E0
_nop_()
_nop_()
RS1
_nop_()
_nop_()
RW0
P0tempdata
_nop_()
_nop_()
E1
_nop_()
_nop_()
E0
_nop_()
_nop_()
check_busy()
}
初始化LCD1602
void init_lcd1602()
{
write_command(0x01) 清屏幕
write_command(0x38) 功设定(8位2行5*7点阵式)
write_command(0x0c) 显示器ON光标OFF闪烁OFF
write_command(0x06) 指针址加1
delay(5)
}
显示程序
void display(void)
{
uchar i
write_command(0x80)
for(i0i<16i++)
{
write_data(first_line[i])
}
write_command(0xc0)
for(i0i<16i++)
{
write_data(second_line[i])
}
}
AD转换程序
unsigned char A_D()
{
uchar idat
CS1 转换周期开始
CLK0 第脉作准备
CS0 CS置0片选效
DIO1 DIO置1规定起始信号
CLK1 第脉
CLK0 第脉降前DIO必须高电
DIO0 DIO置0 通道选择信号
CLK1 第二脉第23脉沉前DI必须输入两位数选择通道里选通道CH0
CLK0 第二脉降
DIO1 DI置1选择通道1
CLK1 第三脉
CLK0 第三脉降
DIO1 第三脉沉输入端DIO失作应置1
CLK1 第四脉
for(i0i<8i++) 高位前
{
CLK1 第四脉
CLK0
dat<<1 面储存低位数右移
dat|(uchar)DIO 输出数DIO通运算储存dat低位
}
CS1 片选效
return dat 读书数返回
}
显示0832转换数
void dis_0832(uint k)
{
uchar IntDec
Int(k)51
Dec(k51)*10051
second_line[12]LCDData[Int]
second_line[13]''
second_line[14]LCDData[Dec10]
second_line[15]LCDData[Dec10]
}
0832转换数处理
void S_0832(uint l)
{
uchar IntDec
Int(l)51
Dec(l51)*10051
lInt*100+Dec
if(l0)
{
second_line[2]' '
second_line[3]' '
second_line[4]LCDData[0]
}
else if(l<398)
{
second_line[2]' '
second_line[3]'2'
second_line[4]LCDData[0]
}
else if(l<400)
{
second_line[2]' '
second_line[3]'4'
second_line[4]LCDData[0]
}
else if(l<405)
{
second_line[2]' '
second_line[3]'6'
second_line[4]LCDData[0]
}
else if(l<411)
{
second_line[2]' '
second_line[3]'8'
second_line[4]LCDData[0]
}
else
{
second_line[2]'1'
second_line[3]LCDData[0]
second_line[4]LCDData[0]

}
}
* 初始化 *
void init()
{
EA 1 开CPU中断
PT0 1 T0中断设高优先级
TMOD 0x11 模式1T016位定时计数器
TH0 (655365000)256 5ms定时
TL0 (655365000)256
ET0 1 开T0中断
TR00
IT0 1 外部中断0设边触发
EX0 1 开外部中断0
GATE 1 MAX1898
BP 0 关闭蜂鸣器
int0_count 0 产生外部中断0计数器清零
}
void main()
{
init_lcd1602()
init()
while(1)
{ advalA_D()
dis_0832(adval)
S_0832(adval)
tempread_temp()
work_temp(temp) 处理温度数
display()
delay(2000)
}
}
* 定时器0中断服务子程序 *
void timer0() interrupt 1 using 1
{
TR0 0 停止计数
TH0 (655365000)256 重设计数初值
TL0 (655365000)256
t_count++
if ((t_count>600)) 外部中断0产生3s~5s信号
{
if (int0_count1) 没出现第二次外部中断0认充电完毕
{
GATE 0 关闭充电电源
BP 0 开蜂鸣器报警
ET0 0 关闭T0中断
EX0 0 关闭外部中断0
Green0
TR11
}
else 否充电出错
{
GATE 1
BP 1
}
int0_count 0
t_count 0
}
else
TR0 1 启动T0计数
}
* 外部中断0服务子程序 *
void int0() interrupt 0 using 1
{
if (int0_count0)
{
TH0 (655365000)256 5ms定时
TL0 (655365000)256
TR0 1 启动定时计数器0计数
t_count 0 产生定时器0中断计数器清零
}
int0_count++
}


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