【文章內(nèi)容簡介】 MH 電池的自放電率大概為 20%/ 月。和NiCd 電池一樣， NiMH 電池也為恒定電流充電。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 12 鋰電池 (LiIon) 和本文中所述的其他電池相比，鋰電池具有最高的能量 / 重量比和能量 / 體積比。鋰電池以恒定電壓進行充電，同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。當(dāng)充 電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時就要停止充電。過充電將造成電池?fù)p壞，甚至爆炸。 主要芯片的選擇 ATMEL 公司是世界上有名的生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失性存儲器和各種數(shù)字模擬 IC 芯片的半導(dǎo)體制造公司。在單片機微控制器方面， ATMEL 公司有 AT89, AT90 和 ARM 三個系列單片機的產(chǎn)品。由于 8051 本身結(jié)構(gòu)的先天 性不足和近年來各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的單片機的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在的單片機市場是百花齊放。 ATMEL 在這種強大市場壓力下，發(fā)揮 Flash 存儲器的技術(shù)特長，于 1997 年研發(fā)并推出了個新 配置的、采用精簡指令集 RISC(Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的新型單片機，簡稱 AVR 單 片機。 精簡指令集 RISC 結(jié)構(gòu)是 20 世紀(jì) 90年代開發(fā)出來的，綜合了半導(dǎo)體案成技術(shù)和軟例 性能的新結(jié)構(gòu)。 AVR 單片機采用 RISC 結(jié)構(gòu)，具有 1MIPS/ MHz 的高速運行處理能力 。 為了縮短產(chǎn)品進入市場的時間，簡化系統(tǒng)的維護和支持，對于由單片機組成的嵌入式系統(tǒng)來說，用高級語言編程已成為一種標(biāo)準(zhǔn)編程方法。 AVR結(jié)構(gòu)單片機的開發(fā)日的就在于能夠更好地采用高級語言（例如 C 語言、 BASIC 語言）來編 寫嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，從而能高效地開發(fā)出目標(biāo)代碼。為了對目標(biāo)代碼大小、性能及功耗進行優(yōu)化， AYR 單片機的結(jié)構(gòu)中采用了大型快速存取寄存器組和快速的單周期指令系統(tǒng)。 AVR單片機運用 Harvard結(jié)構(gòu)，在前一條指令執(zhí)行的時候就取出現(xiàn)行的指令，然后以一個周期執(zhí)行指令。在其他的 CISC 以及類似的 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機中，外部振蕩器的時鐘被分頻降低到傳統(tǒng)的內(nèi)部指令執(zhí)行周期，這種分頻最大達 12倍(8051)。 AVR 單片機是用一個時鐘周期執(zhí)行一條指令的，它是在 8位單片機中第一個真正的 RISC 結(jié)構(gòu)的單片機。 由于 AVR 單片機采用了 Harvard 結(jié)構(gòu)，所以它的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分開組織和尋址的。尋址空間分別為可直接訪問 8M 字節(jié)的程序存儲器和 8M 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。同時，由 32 個通用工作寄存器所構(gòu)成的寄存器組被雙向映射，因此，可以采用讀寫寄存器和讀寫片內(nèi)快速 SRAM 存儲器兩種方式來訪問 32 個通用工作寄存器。 AVR 主要有單片機有 ATtiny、 AT90 和 ATmega 三種系列，其結(jié)構(gòu)和基本原理南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 13 都相類似。本次設(shè)計所用到的 Atmega16L 芯片便是 ATmega 系列中的一種，在這里作為充電器的核心部件。它是一種具有 40 引腳的高性能、低功耗的 8 位微處理器。其功能特性如下： (1) 8 位 CPU。 (2) 先進的 RISC 結(jié)構(gòu)： 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期 32個 8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 (3) 非易失性數(shù)據(jù)和程序存儲器： 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫壽命可達到 10,000 次以上 。 具有獨立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū)，通過片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。 512 字節(jié)的 EEPROM，可連續(xù)擦寫 100,000 次。 1K字節(jié)的片內(nèi) SRAM， 可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。 (4) 可通過 JTAG接口實現(xiàn)對 FLASH、 EEPROM的編程。 (5) 32個可編程的 I/O引線， 40引腳 PDIP封裝。 (6) 兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時器 / 計數(shù)器，一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時器 / 計數(shù)器 。 (7) 片內(nèi) / 片外中斷源。 (8) 具有一個 10位的 AD轉(zhuǎn)換器，能對來自端口 A的 8位單端輸入電壓進行采樣。 (9) 工作電壓： － 。 速度等級： 0－ 8MHz。 AVR 單片機的主要特點如下： 10000 次以上的 Flash 程序存 儲器。由于 AVR 采用 16位的指令，所以一個程序存儲器的存儲單元為 16 位，即 XXXX*1116(也可理解為 8位，即 2*XXXX*8)。 AVR 的數(shù)據(jù)存儲器還是以 8 個 Bit(位 )為一個單元，因此 AVR還是屬于 8位單片機。 CMOS 工藝技術(shù)，高速度 (50ns)、低功耗、具有 SLEEP(休眠 )功能。AVR 的指令執(zhí)行速度可達 50ns (20MHz)。 AVR運用 Harvard 結(jié)構(gòu)概念，具有預(yù)取指令的特性，即對程序存儲和數(shù)據(jù)存取使用不同的存儲器和總線。當(dāng)執(zhí)行某一指令時，下一指令被預(yù)先從程序存儲器中取出，這使得指令可 以在每一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 14 (LOCK)?？啥啻尾翆懙?FLASH 具有多重密碼保護鎖死 (LOCK)功能，因此可低成本高速度地完成產(chǎn)品商品化，并且可多次更改程序 (產(chǎn)品升級 )而不必浪費 1C 或電路板，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力。 。具有 32 個通用作寄存器 (相當(dāng)于 8051 中的 32 個累加器 )，克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象， 128~4K 字節(jié) SRAM 可靈活使用指令計算，并可用功能很強的 C語言編程，易學(xué)、易寫、易移植。 (用編程器寫入 )，也可使用串行在線編 程 (ISP)方法下載寫入，也就是說不必將單片機芯片從系統(tǒng)上拆下，拿到萬用編程器上燒寫，而可直接在電路板上進行程序的修改、燒寫等操作，方便產(chǎn)品升級，尤其是采用 SMD 封裝，更利于產(chǎn)品微型化。 ~,電源抗干擾性能強。 單片機還在片內(nèi)集成了可擦寫 100000 次的 2E PROM 數(shù)據(jù)存儲器，等于又增加了一個芯片，可用于保存系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)、固定表格和掉電后的數(shù)據(jù)，既方便了使用，減小了系統(tǒng)的空間，又大大提高了系統(tǒng)的保密性。 8位和 16 位的計數(shù)器定時器 (C/T)，可作比較器、計數(shù)器、外部中斷和PWM（也可作 D/A ）用于控制輸出。 液晶顯示模塊 的選擇 LCD 顯示模塊是一種被動顯示器，具有功耗低，顯示信息大，壽命長和抗干擾能力強等優(yōu)點，在低功耗的單片機系統(tǒng)中得到大量使用。 液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊作為便攜式儀表的通用器件，在單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程中也可以作為常用的程序和電路模塊進行整體設(shè)計。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就顯示黑色，這樣即可顯示出圖形。 在單片機系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器 件有以下優(yōu)點 : (1)顯示質(zhì)量高 液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。 (2)數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單。 (3)體積小，重量輕 (4)功率消耗小 液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因此耗電量 比其南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 15 它顯示器要小得多。 第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和要求 智能充電器的設(shè)計包括硬件和軟件兩大部分，本人的主要任務(wù)是完成充電器設(shè)計的 LCD 顯示部分，其主要涉及的知識包括： (1) 自學(xué) AVR 單片機的相關(guān)內(nèi)容。 (2) 設(shè)計電源電路。 (3) 設(shè)計 128*64 液晶顯示控制電路和用 C 語言編制 LCD 顯示程序，用圖形方式顯示充電器電壓、電流等參數(shù)。 (4) 手工焊接和 ICCAVR 編譯器的應(yīng)用。 這次設(shè)計要解決的關(guān)鍵問題是如何用 Atmega16L 芯片控制 LCD 模塊及用 C語言編制相應(yīng)的顯示程序．隨著單片機的開發(fā)應(yīng)用，其相應(yīng)的匯編編程和所暴露的問題也越來越多，逐漸引入了高級語言， C 語言就是其中的一種。在大一時就曾接觸過 C 語言，由于時間較短，重視程度不夠，后來又一直沒用過，只能對它有一個大概的了解。而對于 AVR 單片機的相關(guān)知識和液晶顯示模塊的使用，則完全是一片空白。這次畢業(yè)設(shè)計，就不 得不花大量的時間在這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)上。為了更有效地完成這個課題，特列出了如下計劃： 表 11 畢業(yè)設(shè)計進度表 起止時間 工 作 內(nèi) 容 第 1~2 周 熟悉課題的基本要求，查閱相關(guān)資料，初步擬定設(shè)計的整體方案，完成開題報告。 第 3~8 周 1. 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容，包括 C 語言基礎(chǔ)知識， AVR單片機（主要是 Atmega16L 芯片）和 ICCAVR 編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容。并設(shè)計一些簡單的實際電路，熟練所學(xué)內(nèi)容并加以鞏固。 2. 熟悉繪圖軟件 Protel99 的使用。 第 9~12 周 1. 設(shè)計 LCD顯示電路， 電源電路， 用 Protel99 繪制原理圖，和同學(xué)一起完成整個充電電路原理圖，并繪制印制電路板。 2. 編寫顯示程序。 第 13~15 周 焊接調(diào)試電路，根據(jù)各部分的作用對硬件電路進行調(diào)試，最后聯(lián)機調(diào)試。 最后數(shù)周 寫畢業(yè)設(shè)計論文，完成全部畢業(yè)設(shè)計。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 16 這次畢業(yè)設(shè)計是由郭偉同學(xué)和本人共同合作完成，由他完成充電部分的硬件電路的設(shè)計，和這邊的顯示部分相結(jié)合，共同完成智能充電器的設(shè)計。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 17 第二章 硬件電路設(shè)計 經(jīng)過前面對充電器原理、液晶模塊、 ATmega16L 等的總體了解和掌握以及對各種元器件和電路圖的分析和比較后，現(xiàn)在就可以開始進入硬件電路的設(shè)計了。在本章里，首先將介紹一下液晶模塊訪問方式的兩種接口電路，然后對 LCD 顯示電路原理圖作一個詳細的介紹，接著介紹充電電路中所用到的各種芯片和元器件的原理和一些功能，最后對 PROTEL99 的使用和 PCB 板的繪制以及焊接做一簡單介紹，然后再將自己的設(shè)計思想和同組人所設(shè)計的兩部分結(jié)合，達成統(tǒng)一。 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的 選擇 單片機與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問方式和為間接控制方式兩種。如圖 21 和圖 22 所示，其中左為單片機，右為液晶顯示模塊。 (一 ) 直接訪問方式 數(shù)據(jù)總線 GND +5V 電位器 負(fù)電源 1 3 2 74LS00 A11 A10 A9 A8 MPU 圖 21 直接訪問方式電路圖 LCM 接口 直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或 I/O設(shè)備直接掛在單PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 RD WE DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 GND VCC V0 E /CSA /CSB R/W D/I 10K 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 18 片機總線上，單片機以訪問存儲器或 I/O 設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。直接訪問方式的接口電路如圖 21 所示，在圖中，單片機通過高位地址 A11 控制CSA， A10 控制 CSB，以選通液晶顯示屏上各區(qū)的控制器；同時用地址 A9 作為R/W信號控制數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)流向；用地址 A8 作為 D/I 信號控制寄存器的選擇，E(使能 )信號由 RD 和 WE 共同產(chǎn)生，這樣就實現(xiàn)了單片機對液晶顯示模塊的電路邊接。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。 (二 )間接控制方式 10K 負(fù)電源 GND MPU LCM 接口 圖 22 間接控制方式電路圖 間接控制方式是單片機通過自身的或系統(tǒng)中的并 行接口與液晶顯示模塊連接。單片機通過對這些接口的操作，以達到對液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點就是電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，