【正文】 1 基于單片機(jī)控制的 多功能手機(jī)充電器 設(shè)計(jì) 摘要： 2021 年，全球鋰離子電池銷售量達(dá)到了 億塊，銷售額達(dá)到了 億美元，主要成長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于手機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用，其鋰離子電池使用量占全部銷售量的 6 成。預(yù)計(jì) 2021年全球的鋰離子電池銷量會(huì)超過(guò) 30 億塊，其中動(dòng)力電池和聚合物電池將成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 近幾年，國(guó)內(nèi)節(jié)能電池市場(chǎng)已被洋產(chǎn)品占領(lǐng)，不少人使用的手機(jī)電池都是日本、 美國(guó)進(jìn)口的。鎳氫、鋰離子電池作為信息時(shí)代支柱產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，用途越來(lái)越廣泛，需求越來(lái)越大。中科院有關(guān)人士稱，鎳氫電池主要 生產(chǎn)材料為金屬鎳和稀土金屬，而我國(guó)恰好稀土儲(chǔ)量非常豐富，為生產(chǎn)這種節(jié)能電池提供物質(zhì)基礎(chǔ)。在我國(guó) 863計(jì)劃中，中科院物理所對(duì)鋰離子、鎳氫電池開展基礎(chǔ)研究，同時(shí)在金融及資本市場(chǎng)上尋找合作伙伴，為科研產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化打基礎(chǔ)。 單片機(jī)系統(tǒng)不僅在一般的工業(yè)應(yīng)用有有著廣泛的用途，在家用電器中也很常用。手機(jī)電池的使用壽命和單次循環(huán)使用時(shí)間與充電維護(hù)過(guò)程和使用情況密切相關(guān)。一部好的充電器不但能在短時(shí)間內(nèi)將電量充滿，而且還可以對(duì)電池能起到一定的維護(hù)作用，修復(fù)由于使用不當(dāng)而造成的記憶效應(yīng)，既容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。 目前， 而市場(chǎng)上賣的最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很小部分充電器才能被真正意義上被稱為智能控制，即本設(shè)計(jì)中所述的單片機(jī)控制。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)控制的充電器選用 MAX1898作為充電控制器件，單片機(jī)負(fù)責(zé)充電的控制和提示，是一種智能的充電器。 本設(shè)計(jì)介紹的智能充電器在單片機(jī)的控制下，能夠完成充滿自停功能，多種充電方式選擇，充完顯示功能，太陽(yáng)能充電功能和手拉式充電功能。 關(guān)鍵詞 :充電器 多功能 單片機(jī) 電池充電芯片。 2 第一章 方案論證 ．器件的選擇 CPU 的選擇 “ 51 系 列單片機(jī)”這個(gè)名字，對(duì)于學(xué)過(guò)單片機(jī)課程的人來(lái)說(shuō)，是非常熟悉的。 803805 8751 和 89C51 等等都是屬于“ 51 系列單片機(jī)”范疇之內(nèi)的。但本系統(tǒng)之所以采用 52 系列中的 89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的芯片，是因?yàn)樗兄渌麊纹瑱C(jī)所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)的。 首先，我們應(yīng)該先來(lái)簡(jiǎn)單的了解一下 51 系列單片機(jī)早期的代表： 803 805和 8751，以及它們之間的區(qū)別，從而可以看出使用 89C52 的優(yōu)點(diǎn)。 8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)用戶須外接程序存儲(chǔ)器和一片鎖存器 74LS373，而其外接的程序存儲(chǔ)器多為 EPROM 的 27XX 系列。用戶若想對(duì)寫入 EPROM 的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線照射，將其擦除，之后才可以重新寫入。對(duì)于寫入到 EPROM 的程序，無(wú)法進(jìn)行保密工作，也可以理解為無(wú)保密性。 8051 片內(nèi)有 4K 字節(jié)的 ROM，無(wú)須外接程序存儲(chǔ)器，但是程序只能一次性有廠商代為燒寫，無(wú)法更改寫如內(nèi)容。 8751 片內(nèi)也有 4K 字節(jié)的 EPROM，用戶可將自己編寫的程序?qū)懭鐔纹瑱C(jī)片內(nèi)的EPROM，也可以根據(jù)需要?jiǎng)h除 EPROM 中的程序，可以達(dá)到反復(fù)燒寫，但需要用紫外線照射一段時(shí)間后擦除，才能重新燒寫。 在眾多系列的單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司生產(chǎn)的 89C52 單片機(jī)最為實(shí)用，因?yàn)樗坏?8051 的指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)帶有 4K 的帶有 FLASH 工藝的程序存儲(chǔ)器 ROM。這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式擦除、寫入，目前市場(chǎng)上用很多編程器都可以實(shí)現(xiàn)此功能。這使采用單片機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間縮短，而且的開發(fā)設(shè)備的要求降低。而且，寫入片內(nèi) EEPROM 的程序開可以進(jìn)行加密，從而使寫入的程序得到保護(hù)。 由于 51 系列單片機(jī)的內(nèi)核都是一樣的，其開發(fā)軟件和工具也都是一樣的，所以我將其統(tǒng)稱為 8051 開發(fā)系統(tǒng)、環(huán)境等。如 MCS5 Keil5 MedWin 等軟件均是針對(duì)8051 內(nèi)核單片機(jī)的開發(fā)軟件。 而對(duì) 89C52 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，在實(shí)際電路中可以直接和 8031 單片機(jī)互換，只是在第31腳有所區(qū)別。因?yàn)?8031 內(nèi)部沒(méi)有 ROM， 31腳需接地（ GND），在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而 8051/8751/89C52 因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器， 31 腳接高電平（ Vcc），啟動(dòng)后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是說(shuō) 51單片機(jī)的 31管腳控制著單片機(jī)程序是否從 3 外部讀取： 31 腳接電源，程序從內(nèi)部讀?。唤拥?，則從外部讀取。其他管腳全部兼容。 通過(guò)以上的對(duì)比，我們可以得出結(jié)論： 89C52 單片機(jī)是相對(duì)起來(lái)最好的芯片，本文也曾考慮過(guò) 87C51 單片機(jī)，但由于其價(jià)格比 89C52 高，而功能基本相同，故從性價(jià)比的考慮上本文最后選取了 AT89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的芯片 電池充電芯片的選擇 選擇電池充電芯片時(shí)需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用，具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)有以下幾點(diǎn)。 *封裝：既芯片的大小，對(duì)于體積有要求的場(chǎng)合需要選擇合適的封裝。 *電流大?。撼潆姷碾娏鞔笮Q定充電時(shí)間。 *充電方式：即是快充、慢充還是可以控制充電過(guò)程。 *使用的電池類型：不同的電池需要不同的充電器。 Maxim公司出品多種這樣的電池管理和充電芯片，常用的器件如表 14所示，讀我們可以參考表 1并閱讀更詳細(xì)的 Maxim 產(chǎn)品手冊(cè)。 表 1 基本鋰電池充電芯片 型號(hào) 可充鎳鎘 /鎳氫電池?cái)?shù) 可充鋰電池?cái)?shù) 充電速率 結(jié)束方式 MAX1879 —— 1 快速 電流限制， 最大充電時(shí)間 最大電壓 MA1898 —— 1 快速 /預(yù)充 /可調(diào) 充電時(shí)間 用戶設(shè)置 MAX1925 —— 1 快速 /預(yù)充 /可調(diào) 充電時(shí)間 用戶設(shè)置 電壓 /電流限制 MAX745 14 14 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1501 3 1 快速 /預(yù)充 /可調(diào) 充電時(shí)間 MAX1737 —— 14 可調(diào) 電壓 /電流限制 4 充電時(shí)間 MAX1757 —— 13 可調(diào) 電壓 /電流限制 充電時(shí)間 表 2 基本鎳氫充電芯片 型號(hào) 可充鎳鎘 /鎳氫電池?cái)?shù) 可充鋰電池?cái)?shù) 充電速率 結(jié)束方式 MAX1501 3 1 快速 /預(yù)充 /可調(diào) 充電時(shí)間 用戶設(shè)置 MAX1535 18 14 數(shù)字編程 /預(yù)充 /可調(diào) 由電池決定 MAX1613 23 —— 慢充 最大充電時(shí)間 MAX1641 216 16 快速 /可調(diào) 電壓 / 電流限 制 表 3 基本鎳鎘充電芯片 型號(hào) 可充鎳鎘 /鎳氫電池?cái)?shù) 可充鋰電池?cái)?shù) 充電速率 結(jié)束方式 MAX1640 216 16 快速 /可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1647 18 14 數(shù)字編程 電壓 /電流限制 MAX1648 18 14 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1667 18 14 電池決定 由電池決定 MAX1772 210 24 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1873 6， 9or10 24 可調(diào) 電壓 /電流限制 5 MAX1908 210 24 可調(diào) 電壓 /電 流限制 MAX1909 210 34 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1713 116 —— 快速 /慢充 最大溫度 /最大充電時(shí)間 表 4 基本通用充電芯片 型號(hào) 可充鎳鎘 /鎳氫電池?cái)?shù) 可充鋰電池?cái)?shù) 充電速率 結(jié)束方式 MAX1535 18 14 數(shù)字編程 /預(yù)充 /可調(diào)電池選擇 由電池決定 MAX1535A 18 14 數(shù)字編程 /預(yù)充 /可調(diào)電池選擇 由電池決定 MAX1645 18 14 可調(diào) 由電池決定 MAX1645A 18 14 電池選擇 由電池決定 MAX1645B 18 24 電池選擇 由電池決定 MAX1647 18 14 數(shù)字編程 電壓 /電流限制 MAX1648 18 14 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1667 18 14 可調(diào) 由電池決定 MAX1772 210 24 可調(diào) 電壓 /電流限制 MAX1908 210 24 可調(diào) 電壓 /電流限制 在本設(shè)計(jì)中。選擇的是對(duì)鋰離子電池（ Li+）進(jìn)行充電的 MAX1898 充電管理芯片，并配合 89C52 形成一個(gè)完整的智能充電器。 6 第二章 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 的介紹和 特性 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MC51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C52 單片機(jī)使用于多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能參數(shù) ： *與 MCS51 產(chǎn) 品指令和引腳完全兼容 *8K字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 *1000 次擦寫周期 *全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz *三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 *256 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM *32個(gè)可編程 I/O 口線 *3個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 *8個(gè)中斷源 *可編程串行 UART 通道 *低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述 ： AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 7 個(gè) I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí) ， AT89C52 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 8 引腳功能說(shuō)明 *Vcc：電源電壓 *GND：地 *P0 口： P0 口是一組 8位漏極開路行雙向 I/O口，也既地址 /數(shù)據(jù)總線用 口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“ 1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或 程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上位電阻。 在 Flash 程序時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，在校驗(yàn) 9 時(shí)，要求外接上拉電阻。 *P1口： P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部上拉 電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用使，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉 電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ I）。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還 可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部 計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見(jiàn)表 1 表 1 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收 8 位地址。 引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） *P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部是拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口 P2 寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，做輸入口使用時(shí)，因?yàn)?內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ I）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX@DPRT 指令）時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX@RI指令）時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位和地址和一些控制信號(hào)。 *P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口 。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ I）。 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途上它的第二功能，如下表所示 端口引腳 第二功能 （串行輸入口） （串行輸出口） （外中斷 0） （外中斷 1） T0（定時(shí)計(jì)數(shù)器 0）