【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)“電 — 光 — 電”轉(zhuǎn)換。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)， 不適合傳輸模擬信號(hào)。近年來(lái)線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。 光耦器件的典型應(yīng)用有3 種：微機(jī)接口電路中的光電隔離，功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離和遠(yuǎn)距離的隔離傳送。 本設(shè)計(jì)中 PWM 信號(hào)通過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)主回路上的 MOSFET，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用是對(duì)開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量經(jīng)過(guò) I/O 口輸出，而 I/O 的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不足以驅(qū)動(dòng)一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動(dòng)接口電路，為避免微機(jī)受影響，須采取隔離措施。 電源變換電路 電源變換電路 由交流變壓器和單相橋式整流電路組成 。將輸入為 220V、 50HZ的交流電壓經(jīng)過(guò)交流變壓器變換為合適的交流電壓后，由單相橋式整流電路整流后輸出給開關(guān)電源的直流電壓，然后經(jīng)過(guò)電容濾波后作為開關(guān)電源的電源輸入。電源變換電路如圖 33所示 。 圖 33 電源變換電路 5 采樣 電路的設(shè)計(jì) 圖 34 采樣電路 采樣電路連接如圖 34 所示。本設(shè)計(jì)中充電電流通過(guò)電流傳感器 MAX471 轉(zhuǎn)換為電壓值。電流采樣的電壓值和池組的端電壓值兩者經(jīng)過(guò)模擬開關(guān) CD4051,再經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574分別 進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,其結(jié)果由單片機(jī)讀取 ,并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) 計(jì)算機(jī)為了從多個(gè)模擬量中選取一個(gè)進(jìn)行輸入，通常采用模擬多路開關(guān)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)切換。 本設(shè)計(jì)中采用 CD4051 作為 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)。轉(zhuǎn)換過(guò)程在允許輸入端控制下進(jìn)行的，當(dāng) INH=1 時(shí)，通道斷開。當(dāng) INH=0 時(shí)，其中一個(gè)通道接通。將控制輸入端 A、 B、 C 分別與 、 、 和相連，通過(guò)輸出不同高低電平，改變 A、 B、 C值。當(dāng) ABC 的值為 110 時(shí)， Y6 通道的電流采樣電壓信號(hào)選通；當(dāng) ABC的值為 111 時(shí)， Y7通道的電池端電壓信號(hào)選 通。 傳感器芯片 MAX471 A. MAX471 芯片的特點(diǎn)、功能 a. 具有完美的高端電流檢測(cè)功能。 b. 內(nèi)含精密的內(nèi)部檢測(cè)電阻。 c. 工作溫度范圍內(nèi)，其精度為 2%。 d. 具有雙向檢測(cè)指示，可監(jiān)控充電和放電狀態(tài)。 e. 內(nèi)部檢測(cè)電阻和檢測(cè)能力為 3A，并聯(lián)使用時(shí)還可擴(kuò)大檢測(cè)電流范圍。 f. 最大電源電流為 100μ A。 g. 關(guān)閉方式時(shí)的電流僅為 5μ A。 h. 電壓范圍為 3～ 36V。 i. 采用 8腳 DIP/SO/STO 三種封裝形式。 智能型充電器控制電路的設(shè)計(jì) B. MAX471 的引腳功能說(shuō)明 圖 35 MAX471 芯片引腳圖 MAX471 引腳排列如圖 35 所示。各引腳功能如下： SHDN：關(guān)閉端。正常運(yùn)用時(shí)連接到地。當(dāng)此端接高電平時(shí)，電源電流小μ A。 RS+：內(nèi)部電流檢測(cè)電阻電池（或電源端）。 GND：地或電池負(fù)端 RS：內(nèi)部電流檢測(cè)電阻的負(fù)載端。 SIGN：集電極開路邏輯輸出端。低電平表示電流從 RS流向 RS+。當(dāng) SHND 為高電平時(shí)， SIGN 不為高阻抗，如果不需要 SIGN，可將其懸空。 OUT：電流輸出，它正比于流過(guò) TSENSE 被測(cè)電路的幅度，此引腳到地之間應(yīng)接一個(gè) 2k 電阻，每一安培被測(cè)電流將產(chǎn)生大小等于 1V的電 壓 本設(shè)計(jì)中將 MAX471 串接到充電回路中，電流輸出端通過(guò)電阻實(shí)現(xiàn)以地為參考點(diǎn)的電流到電壓的轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)接入多路轉(zhuǎn)換器。 單片機(jī)控制電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)控制電路如圖 36所示。采樣的電池電流信號(hào)和端電壓信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器分時(shí)輸出后，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再輸出到單片機(jī)，交給單片機(jī)處理后，由一個(gè)端口輸出合適脈沖信號(hào)，從而控制充電電流大小。 7 圖 36 單片機(jī)控制電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 單片 機(jī) 89C51 芯片 89C51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器 、 兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的I/O 口 ,采用 的晶振 。 89C51 單片機(jī)是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)的低電壓，高性能 8 位微處理器 。 單片機(jī)的任務(wù)是通過(guò)采樣電路實(shí)時(shí)采集電池的充電狀態(tài) ,通過(guò)計(jì)算決定下一階段的充電電流 ， 然后發(fā)送命令給控制器控制電流的大小。單片機(jī)通過(guò) 8255A 并行接口與顯示器 相連 ,用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和虛擬顯示 。89C51 單片機(jī) 引腳如圖 37所示。 智能型充電器控制電路的設(shè)計(jì) 圖 37 89C51 單片機(jī) A. 89C51 引腳功能說(shuō)明 Vss: 電路接地端。 Vcc: 電源電壓。 ～ : 8 位擬雙向通道。 ～ : 8 位擬雙向通道。 ～ : 8 位漏極開路的雙向通道。 X1: 內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個(gè)輸入端。 X2: 內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個(gè)輸入端。 WR : 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖。 RD: 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖。 T0: 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部事件脈沖輸入端。 T1: 定 時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部事件脈沖輸入端。 INT0: 外部中斷 0輸入口。 INT1: 外部中斷 1輸入口。 RXD: 串行輸入口。 TXD: 串行輸出口。 PSEN: 程序選通有效信號(hào)，低電平時(shí)，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。ALE/P : 地址鎖存有效信號(hào)，主要作用是提供一個(gè)適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)信號(hào)。 9 EA/Vp: 片選使能，當(dāng)保持 TTL 高電平時(shí) ,執(zhí)行內(nèi)部 ROM 指令；當(dāng)使 TTL 為低電平時(shí)，從外部程序存儲(chǔ)器取出所有指令。 B. 89C51 主 要性能參數(shù) a. 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 b. 4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 c. 1000 次擦寫周期 d. 全靜態(tài)操作： 0HZ24MHZ e. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 f. 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM g. 32 個(gè)可編程 I/O 口線 h. 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 i. 6 個(gè)中斷源 g. 可編程串行 UART 通道 C. 單片機(jī)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是單片機(jī)不可缺少的電路組成部分 ， 在一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中，沒有 晶振 ，就沒有時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法工作。在本設(shè)計(jì)中 89C51 單片機(jī) 采用 的晶振 。振蕩電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但它對(duì) 晶振 輸出頻率的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路的起振速度有一些影響。本設(shè)計(jì)采用 22pF 的電容。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際起振情況選擇。單片機(jī) 89C51 的 時(shí)鐘電路如圖 38所示。 圖 38 時(shí)鐘電路 D. 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)在工作之前都要有個(gè)復(fù)位過(guò)程，復(fù)位對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)一般有倆種：一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過(guò)電源控制；另 一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)，通過(guò)按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)的復(fù)位。智能型充電器控制電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路，復(fù)位電路由 10μ F 電容和 10K 的電阻及 1N4001 二極管組成。在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下，該電路優(yōu)點(diǎn)在于降低復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。二極管可以實(shí)現(xiàn)快速釋放電容電量的功能，滿足短時(shí)間復(fù)位的要求。上電復(fù)位電路如圖 39 所示。 圖 39 單片機(jī)復(fù)位電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 本設(shè)計(jì)中 電壓和電流采樣采用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574， 本次設(shè)計(jì)選用單極性輸入范圍為 0～ 20V的模擬量輸入端 20Vin。通過(guò) 89C51 的 、 、 和 這四個(gè)端對(duì) AD574 的轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行控制，摸數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后由 AD574 的 12 位數(shù)據(jù)輸出端按雙八位形式通過(guò) 89C51 的 P1 口輸出到單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行處理。 AD574為 177。15V 雙電源供電 ,12位輸出 ,最大誤差為 177。4bit, 合計(jì)電壓 。 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著將模擬信號(hào)變換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制代碼的任務(wù)。 A. A/D 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) a. 分辨率 分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需 輸入模擬電壓的變化量。 b. 量化誤差 A/D 轉(zhuǎn)換是將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。對(duì)一定范圍連續(xù)變化的 模擬量只能反映成同一個(gè)數(shù)字量。這個(gè)誤差是量化過(guò)程不可避免的。 c. 精度 除了量化誤差，還有其他因素，如非線性引起的誤差。在手冊(cè)中，將這種附加誤差的總和，稱為總不可調(diào)誤差，實(shí)際上就是 A/D 調(diào)整到最精確情況下還存在的附加誤差。精度指量化誤差和附加誤差之和。 d. 轉(zhuǎn)換時(shí)間 11 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間指的是從發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令到轉(zhuǎn)換結(jié)束獲得整個(gè)數(shù)字信號(hào)為止所需的時(shí)間間隔。 B. A/D 轉(zhuǎn)換芯片 AD574 AD574 是一個(gè)通用 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，利用微機(jī)系統(tǒng)的中斷和端口技術(shù)都很容易與 AD574 接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 C. AD574 的引腳功能 AD574 是一種逐次副近型 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，也可以用作 8位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 15～ 35μ s。若轉(zhuǎn)換成 12 位二進(jìn)制數(shù)，可以一次讀出，也可分成兩次讀出，即先讀出高 8 位，后讀出低 4 位， AD574 內(nèi)部自動(dòng)提供基準(zhǔn)電壓，并具有三態(tài)輸出緩沖器，使用十分方便。 AD574 芯片引腳如圖 310 所示。 圖 310 AD574芯片引腳圖 AD574 芯片引腳定義如下： CS ：片選信號(hào)。 R /C：讀或轉(zhuǎn)換選擇。 12/8 ：輸出數(shù)據(jù)選擇，當(dāng)接高電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)是 12 位字長(zhǎng)；當(dāng)接低電平時(shí)，是將轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)變成兩個(gè) 8位字輸出。 CE：芯片允許信號(hào)，用來(lái)控制轉(zhuǎn)換或讀操作，它為高電平并且 CS ＝ 0 時(shí)， R /C信 號(hào)的控制才起作用，也就是說(shuō)， CE、 CS 、 R /C 信號(hào)共同控制操作。 A0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長(zhǎng)度選擇，如果 A0 為高時(shí)，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，進(jìn)行 8 位轉(zhuǎn)換；如果 A0 為低時(shí)，啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，則為 12位轉(zhuǎn)換。 VCC：正電源，其范圍為 ～ 。 REF IN：參考電壓輸入。 智能型充電器控制電路的設(shè)計(jì) REF OUT：＋ 10V 參考電壓輸出，具有 的帶負(fù)載能力。 BIP OFF：雙極性偏移，當(dāng)單極性或雙極性輸入時(shí)，該端加相應(yīng)的偏移電壓，用于零點(diǎn)調(diào) 整。 10VIN：?jiǎn)螛O性輸入 0～ 10V 輸入端，雙極性輸入177。 5V輸入端。 20VIN：?jiǎn)螛O性輸入 0～ 20V 輸入端，雙極性輸入177。 10V 輸入端。 AGND：模擬信號(hào)公共端，微機(jī)使用時(shí)，可作為模擬地。 STS：狀態(tài)輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)換時(shí)為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為低電平。 D0～ D11：輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)線。 鍵盤輸入電路 本設(shè)計(jì)中 89C51 單片機(jī) 的 、 和 三個(gè)輸入輸出接口通過(guò) S S2和 S3 按鈕接到一個(gè)的電源上，讀入這三個(gè)端口的狀態(tài)來(lái)選擇合適的充電方式，三個(gè)端口分別對(duì)應(yīng)了 鎳鎘電池、鋰離子電池和鎳氫 電池的充電方式的選擇。當(dāng)不充電時(shí)，三個(gè) 按鈕處于斷開狀態(tài)， 單片機(jī) 的三個(gè)端口為低電平；當(dāng)充電時(shí)，依照電池類型按下對(duì)應(yīng)的按鈕， 單片機(jī) 的三個(gè)端口為高電平。 顯示接口電路 本設(shè)計(jì)中采用 8255A 芯片作為單片機(jī) 89C51 的 I/O 擴(kuò)展芯片， 74LS244 芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和 74LS07 芯片對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行位選。 顯示電路用來(lái)對(duì)充電過(guò)程中電池的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行顯示，它也可以改變參數(shù)以適應(yīng)各種不同電池的充電。 并行接口芯片 8255A 芯片 具有 24條輸入 /輸出引腳、可編程的通用并行輸入 /輸出接口電路。它是一片使用單一 +5V 電源的 40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。 8255A 的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它 CPU 可直接與外設(shè)相連接 。 A. 8255A 芯片結(jié)構(gòu) 8255A 芯片 由 4 部分組成： a. 數(shù)據(jù)總線緩沖器。 b. 讀 /寫控制邏輯 。 c. A 組和 B 組的控制電路。 d. 三個(gè) 8位端口 PA、 PB 和 PC，其中 PC 口可分為兩個(gè) 4位端口，可分別同端口 A和端口 B配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出等。 B. 8255A 芯片的 引腳功能說(shuō)明 13 圖 311 8255A芯片 引腳 圖 8255A 芯片的 引腳 如圖 311所示。 a. 面向系統(tǒng)總線的信號(hào)線有： D0～ D7：雙向數(shù)據(jù)線。 CPU 通過(guò)它向 8255A 發(fā)送命令 、 數(shù)據(jù) ； 8255A 通過(guò)它向CPU 回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。 CS ：選片信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效，由系統(tǒng)地址總線 I/O 地址譯碼器產(chǎn)生。CPU 通過(guò)發(fā)高位端口地址信號(hào)使它變成低電平時(shí) ， 才能對(duì) 8255A 進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)CS 為高電平時(shí)，切斷 CPU 與芯片的聯(lián)系。