【正文】 在這次設(shè)計(jì)期間， 李 老師給予了耐心的指導(dǎo)和不斷的鼓勵(lì)，為我們提供了大量的便利的條件，使我能順利完成這次設(shè)計(jì)。從而滿足了設(shè)計(jì)需要。包括電源、控制電路、采樣電路、手機(jī)充電接口、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。進(jìn)入中斷子程序后，將 PC 值入棧，保護(hù)現(xiàn)場 ； (2)檢查 PWM脈寬寄存器，看是否允許 PWM 輸出 ； (3)重置定時(shí)器 1，開始 PWM 周期計(jì)時(shí)。正是有了采樣保持，實(shí)際上采樣后的信 號是階梯形的連續(xù)函數(shù)。如果相應(yīng)時(shí)間，超調(diào)，靜差已達(dá)到要求，則只需要用比例控制即可，并由此確定比例增益 KP。 基本型 PID 控制器需要整定參數(shù)有比例增益 KP，積分時(shí)間 TI，微分時(shí)間 TD和采樣周期 T。 2)為實(shí)現(xiàn)手動(dòng) —— 自動(dòng)無擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度，若采用增量型算法，其輸出對應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn) u0項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)刀自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。與模擬化設(shè)計(jì)方法相比更具有一般的意義，它完全是根據(jù)采樣系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析與綜合，并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律的 【 23】 。 在 PID 三作用調(diào)節(jié)器中，微分調(diào)節(jié)主要是用來加快系 統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服振蕩。只有在控制作KP KP/TIS KP TDS 控制對象 26 用為 u0 時(shí)才會出現(xiàn)零靜差（此時(shí)偏差 e=0）。 圖 312按鍵電路 放電電路 放電電路如圖 313 所示，通過電阻 R2， R3和一個(gè)三極管 8050 組成的放電電路，通過單片機(jī) IO口的高低電平，來控制三極管導(dǎo)通和關(guān)斷，來控制電池的24 放電，電池和電阻 R4還有三極管組成放電回路。 【 15】 在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，常規(guī)的報(bào)警可通過指示燈或數(shù)碼管顯示給予指示。 這次測試中 ,充電方式改進(jìn)成了設(shè)計(jì)中要采用的脈沖充電方式 ,充電時(shí)先將次世代電池放電完畢 ,第一階段 ,用采集電壓數(shù)據(jù)采用中值濾波 (60點(diǎn) ),采集電壓紋波很小 (≤1mV), 當(dāng)電壓變化幅度比較平穩(wěn)時(shí) ,第一階段充電結(jié)束。必須對采集到的電壓進(jìn)行軟件濾波才能得知電池充電狀態(tài)真實(shí)值關(guān)閉 。 TL431就是一個(gè)比較理想的選擇。通過濾波器后 ,經(jīng)過多路選擇開關(guān) CD4051分路進(jìn)行采集，再通過電壓跟隨器 LM258D輸入到 AD574進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入到單片機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行相應(yīng)處理。 BUCK變換器運(yùn)行遵循規(guī)則 ： 當(dāng) PWM輸出高電平時(shí) ， 電流通過晶體管和電感到電池。在印制板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)讓模擬量輸入電路和數(shù)字電路應(yīng)盡量分開；芯片的數(shù)字地和模擬地就近接在一起。 【 11】 AD574 應(yīng)用系統(tǒng)全部調(diào)試完畢后，在模擬輸入端輸入一穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓。 圖 33 AD574與 89C51單片機(jī)的接口電路 圖 33是 AD574 與 PIC16F877 單片機(jī)的接口電路，由于 AD574 片內(nèi)有時(shí)鐘，故無須外加時(shí)鐘信號。此引腳適當(dāng)連接，可實(shí)現(xiàn)單極性或雙極性。 AD574 是美國 Analog Device 公司生產(chǎn)的 12 位逐次逼近式模擬量 — 數(shù)字量轉(zhuǎn)換器，其主要特點(diǎn)是：有參考基準(zhǔn)電壓和時(shí)鐘電路，不需外部時(shí)鐘就可以工作；轉(zhuǎn)換速率高， 12位轉(zhuǎn)換 25μs ， 8位轉(zhuǎn)換 16μs ； 8 位或 16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器相連而無須附加邏輯接口電路，切能與 CMOS 與 TTL 兼容；溫度適應(yīng)范圍大，在 55℃ — +125℃范圍內(nèi)滿足線性要求。 PIC16F877單片機(jī)的程序存儲器以 2K?14位為單位。而不同于其他單片機(jī)，僅單純地采用普林斯頓體系結(jié)構(gòu)或哈佛體系結(jié)構(gòu)。 顯示部分方案的選擇與論證 方案一：常用的數(shù)碼管顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管控制七個(gè)筆畫的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形式有些失真，但控制簡單，使用方便。該 DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供 9符的顯示器件。 CPU可用查詢或中斷方式了解轉(zhuǎn)換是結(jié)束。是一個(gè) 具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容元件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 方案二：采用 PIC16F877單片機(jī)進(jìn)行控制。 由于手機(jī)的迅速普及及其在人們生產(chǎn)生活中所 發(fā)揮的越來越重要的作用，為外出未攜帶手機(jī)電池充電器的人提供便捷安全的手機(jī)充電服務(wù)，就顯得尤為迫切。信號完整性定時(shí)、相互干擾、EMC； 可測試性測試通道、夾具定位；機(jī)械性能封裝、基板材料 :元器件焊接、成本、利用率 ； 基板材料、穩(wěn)定性、電氣性能 ； 制造產(chǎn)量、成本、結(jié)尾工作 :測試裸板測試、生產(chǎn)檢測分析器、界面掃描 。DFM 不再把設(shè)計(jì)看成為一個(gè)孤立的任務(wù)，它包括成本管理、整個(gè)系統(tǒng)的配合、 PCB裸板的測試、元器件的組裝工藝、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和生產(chǎn)線的制造能力等 3)DFM 文化啟動(dòng)和建立 DFM 不是一件容易的事，它不僅耗費(fèi)時(shí)間，而且耗費(fèi)精力，但實(shí)踐證明這種付出是值得的。 3)使該充電器的綜合成本盡可能低。但是 ，只有很小部分充電器采用微電腦控制 (單片機(jī)控制 )。如果沒有足夠精度的電壓參考源電路，設(shè)計(jì)功率余量不足，充電器就容易發(fā)熱，導(dǎo)致門檻電壓產(chǎn)生溫飄，影響充電控制精度。顯然，由于鋰離子電池對充電電流敏感，過大充電電流很容易導(dǎo)致電池發(fā)熱發(fā)脹、活性物質(zhì)脫落等問題，“萬能手機(jī)充電器”不能對不同容量電池提供不同的和適合的電流。 質(zhì)疑三 現(xiàn)在越來越多的消費(fèi)者己經(jīng)認(rèn)識到手機(jī) 12小時(shí) 16小時(shí)充電的說法不正確，這種說法是沿用以前老式電池的模式，對于鋰離子電池根本不需要甚至有害。這樣做使充電本身安全了，但電池卻永遠(yuǎn)充不滿。 當(dāng)然，目前已經(jīng)有更先進(jìn)的快速充電方式 (比如一 VD/DT)，具有良好的兼容性。據(jù)稱假如行家拿貨更會低至 5元一8元。 當(dāng)前，手機(jī)充電器工作流程如下 : 3 1） 檢測電池的電壓，如果低于一個(gè)域值電壓，就要進(jìn)行涓流充電 ； 2） 電池充到一定電壓 (一般設(shè)置為 )時(shí)，進(jìn)行全電流充電 ； 3） 當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)置電 壓時(shí)，開始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低 ； 4） 當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)，充電過程結(jié)束。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時(shí)，也開始向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展。 廠 家生產(chǎn)的原裝旅行充電器和座式充電器，設(shè)計(jì)上都采用越來越精密的保護(hù)電路或開關(guān)電路設(shè)計(jì)，對電池的充電起到了良好的保護(hù)作用。這些假冒偽劣充電器由于設(shè)計(jì)簡單，采用 劣質(zhì)材料，加工手段粗糙，對手機(jī)電池的性能和壽命有很大損害。在去年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果中，將近 40%的廠家生產(chǎn)的充電器不合格。如果某人的手機(jī)沒法使用，將對他的工作、生活造成巨大影響，甚至損失。1 摘要 本系統(tǒng)是基于 PIC 單片機(jī)的智能手機(jī)充電器設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括采樣電路、控制電路、電源電路以及對 PIC16F877 單片機(jī)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。而外出手機(jī)電池沒電，又沒有適用的手機(jī)電池充電器，是造成手機(jī)無法使用的最常見原因。其主要問題出現(xiàn)在與交流電網(wǎng)電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強(qiáng)和充電電壓幾個(gè)方面。沒有保護(hù)電路的充電器，由于不能保證充電時(shí)電流的穩(wěn)定，因而會有燒壞電池甚至爆炸的危險(xiǎn)。車載充電器可以方便用戶在汽車上為手機(jī)充電，一端插入點(diǎn)煙器，另一端連接手機(jī)，但不宜在汽車中長期充電，因?yàn)槠囍袦囟容^高。 3)手機(jī)充電器的待機(jī)耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 一般來說，恒壓充電結(jié)束時(shí)的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的十分之一。一名商家告訴調(diào)查人員，一些商場上賣的 80 元一個(gè)的“萬能手機(jī)充電器”，其實(shí)就是從他們這里批出去的，利潤相當(dāng)可觀。但是要想生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品必須采用專門的運(yùn)算芯片和檢測電路，這樣的產(chǎn)品的 綜合成本起碼在 100 元。等于電池容量減少了，導(dǎo)致充電次數(shù)的增加，也導(dǎo)致了電池壽命的縮短。這是因?yàn)殇囯x子優(yōu)點(diǎn)很多，但也有一個(gè)最致命缺點(diǎn)，就是非常脆弱。那么安全性如何保障 ?鋰離 子電池對充電的電流尤其是充電的幾個(gè)門檻電壓要求很高，而目前幾乎所有“蛋充”都未使用精密電壓源，而只是使用精度和溫度穩(wěn)定性都非常差的廉價(jià) Zener 管做參考電壓源，導(dǎo)致門限電壓離散性很大，飄移嚴(yán)重。 4） 萬能充電器在達(dá)到 － (標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是 )轉(zhuǎn)恒壓充電數(shù)小時(shí)后，充 電電流并未完全關(guān)死而存在較大漏電流。大部分設(shè)計(jì)所選用是廉價(jià)的運(yùn)放集成塊，且只能作為專用充電器使用。 6 手機(jī)電池充電器的設(shè)計(jì)的基本理念 本課題采用可制造性設(shè)計(jì) (DFM)的基本理念 1)DFM 的誕生設(shè)計(jì)卓越 (DFX)的概念是 20 世紀(jì) 90 年代中期由美國表面貼裝理事會首次提出的，它的目的就是提倡產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)及相關(guān)論題。 DFM 的實(shí)施戰(zhàn)略應(yīng)包括以下部分 :其必須成為企業(yè)文化的一部分 ； DFM 必須由用戶的需求驅(qū)動(dòng) ； DFM 必須有集體精神和創(chuàng)造性思維 ； DFM 必須具備可供衡量和判斷的定量目標(biāo) ； DFM 必須簡單適用。組裝生產(chǎn)線的建立、機(jī)器性能、文件編制 。而服務(wù)商需要的是一種物美價(jià)廉的手機(jī)電池充電器，以便能得到更好的效益，因此，市場急需微電腦控制的充電器，以滿足人們的需要。 【 3】 單片機(jī)控制具有體積小，功耗低，編程靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。 其主要功能特性如下： 1)分辨率： 12 位 ； 非線性誤差：小于 177。 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時(shí)間且 啟停要迅速，所以在本設(shè)11 計(jì)中我們選擇方案二 溫度傳感器的選擇與論證 方案一： SHT75數(shù)字溫濕度傳感器，測量精度高，低能耗，尺寸小，每次測量溫度前都要進(jìn)行復(fù)位，每秒鐘最多測量三次數(shù)據(jù)，而且時(shí)序要求較高，程序不易編寫， 具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。雖然液晶顯示器的編程較為復(fù)雜，但是它可以滿足提出的設(shè)計(jì)要求直觀便捷的進(jìn)行操作編程和進(jìn)行多種漢字、字符以及圖形的顯示，可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并具有良好的 “ 人機(jī)對話 ” 界面。 【 5】 方案二： 12864液晶顯示器具有液體的流動(dòng)性 和晶體的某些光學(xué)特性，它本身不發(fā)光，而只是調(diào)制環(huán)境光，越是亮的地方顯示越清晰，黑暗中不能顯示。普林斯頓體系結(jié)構(gòu) :單片機(jī)的 ROM和 RAM 存儲器位于同一個(gè)邏輯空間中，這種架構(gòu)的微控制器、微處理器、數(shù)字信號處理器或者微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為普林斯頓體系結(jié)構(gòu)。 PIC16F877 單片機(jī)采用硬件堆棧方式，具有 8層 ? 13 位的獨(dú)立空間，不占用存儲器空間，無需專用堆棧操作指令。是我國目前應(yīng)用最廣，價(jià)格較穩(wěn)定 ADC，加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設(shè)置的高精度參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號，就能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用十分廣泛?？刂埔_配合方式 AD574模擬量輸入電路外部連接 AD574通過外部適當(dāng)連線可以實(shí)現(xiàn)單極性輸入，也可以實(shí)現(xiàn)雙極性輸入。該電路采用單極性輸入，可對 010V或 020V模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換 。啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， 12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)也應(yīng)穩(wěn)定。在發(fā)熱量較大的應(yīng)用場合，還應(yīng)采取一定的散熱措施。在這一階段 ， 電感吸收能量 ， 電容被充電。 圖 36 采樣電路 為了降低成本 ,設(shè)計(jì)中對于電流采 集不外加傳感器。由 TL431構(gòu)成的電壓基準(zhǔn)電路見圖 37。 輸入的電壓采樣 ， 為準(zhǔn)確采集電池電壓 ， 須暫時(shí)關(guān)閉電池的輸入。增大充電電流充電終止的電壓負(fù)增量 (ΔV) 會比較明顯 ,因此第二階段 ,由于 加大了電流 ,電壓波動(dòng)增大了 ,60點(diǎn)的平均濾波后紋波有 4mV左右 ,不滿足(ΔV)=2mV 的判決條件了 ,需傳統(tǒng)慢速充電效率只有 75%— 80%。隨時(shí)提供信息 ， 操作人員參考。當(dāng)單片機(jī)端口 Discharger 為高電平時(shí)，三極管基極為相對低電平狀態(tài)，電池處于充電狀態(tài)。提高放大系數(shù) KP 雖然可以減小靜差，但永遠(yuǎn)不會使之減小到零，而且無止境地放大系數(shù) KP 最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。將 P、 I、 D三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，既快速敏捷，又平滑準(zhǔn)確，只要三者強(qiáng)度配合適當(dāng)，便可獲得滿意的調(diào)節(jié)效果。利用 微機(jī)軟件的靈活性，就可以實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的各種控制規(guī)律。 3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣的影響。 【 19】 而 PID 參數(shù)的整定有很多種方法，如：臨界比例度法，擴(kuò)充相應(yīng)曲線法和試湊法等。如果靜差達(dá)不到要求，則加入積分控制，將 KP減小，例如每次減小到原來的 90%，積分時(shí)間 TI 由大到小。 采樣子程序用于采集從 A/D 轉(zhuǎn)換電路采集的模擬信號，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，存入相應(yīng)的緩沖器，供量化子程序量化之用。為 PWM 設(shè)置合適的周期 ； (4)置位相應(yīng)的 PWM 脈寬輸出端，并延時(shí) T。按上款得出的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了硬件設(shè)計(jì) 。該系統(tǒng)自 2021 年研制成功以來，在技術(shù)快速更新的電子產(chǎn)品市場上，保持了 相當(dāng)長時(shí)間的技術(shù)領(lǐng)先，也創(chuàng)造了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。更重要得是，我從他那里不僅學(xué)習(xí)到了更多的知 識，而且，掌握了許多學(xué)習(xí)方法，增長了學(xué)習(xí)的能力。在此我要向 李 老師表示由衷的感謝。并對軟件按軟件工程的方法，進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。 2） 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)集控制工程、傳感器 技術(shù)、電子技術(shù)與一體。 【 28】 本程序?yàn)橹袛嘧映绦? (1)現(xiàn)場保護(hù)。 【 26】 由于后續(xù)的量化過程需要一定的時(shí)間下，對于隨時(shí)間變化的模擬輸入信號，要求瞬時(shí)采樣值在時(shí)間下內(nèi)保持不變