【文章內容簡介】 ，便于調試程序。 CPU內核由一組經過優(yōu)化的功能單元組成，包括指令讀取/處理流水線、16位算術邏輯單元（ALU）、40位乘累加單元（MAC）、地址和數據單元（ADU）、取指單元（IFU）、寄存器文件（RF），以及專用特殊功能寄存器（SFR）。XC164CM中的大多數指令為單周期指令，從而提高了CPU性能，同時與C166指令保持兼容。此外，XC164CM出色的DSP性能、對不同存儲器和外設的并行訪問等特性提高了系統(tǒng)的整體性能。 XC164CM的內核架構將RISC和CISC處理器的優(yōu)點完美結合。其計算和控制功能由于MAC單元的DSP功能而變得更加完善。XC164CM將高性能CPU與一系列功能強大的外設單元集成起來，有效的聯(lián)接成一個單片機系統(tǒng)。片上存儲器模塊帶有專用總線和控制單元，用于存儲代碼和數據。這些特性促成了XC164CM微控制器的高性能，使得XC164CM不僅可滿足當前的應用，還將適用于未來的工程應用。XC164CM中還采用了一種LXBus總線，用來標識外部總線接口。LXBus總線提供了一種標準化的方法，可方便的將附加的專用外設集成到標準XC164CM系列芯片中。 因此，在本電路中使用XC164CM充當核心控制器。通過鍵盤設定對不同電池進行充電，完成對整個充電過程的控制。通過計算，處理外圍幾個檢測電路檢測到的信息。根據這些數據判斷和不斷調整充電狀態(tài)。并通過指示電路顯示給用戶。對不穩(wěn)定的充電狀態(tài)以及錯誤操作及時終止。 XC164CM開關電源電路的主要任務是將市電220VAC轉化成充電所需的25VDC的電壓。電源電路主要包括輸入濾波器，整流器，DC/DC轉換器，輸入整流濾波器等電源變換電路。220VAC的市電經過輸入濾波器能夠抑制大部份共模干擾和差模干擾。整流器將交流電整流濾波成直流電，然后經過DC/DC變換器得到充電所需的直流電壓。為了抑制電壓波動得到持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓，在輸出端添加一電壓負反饋電路。該電路由光電耦合器將檢測到的電壓狀態(tài)參量反饋給控制電路，該控制電路由美國動力（PI）公司的TOPSwitch－Ⅱ系列單片電源電路中的TOP224Y芯片對反饋參數進行比較處理，通過PWM波調制輸出，對DC/DC變換器的輸出電壓進行調整，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。 AC/DC轉換電路該部分電路主要包括：保險絲；濾波電容C1組成的主要用來對輸入交流電濾波，消除共模干擾和差模干擾濾波網絡；橋式整流電容濾波電路。a. 保險絲考慮到市電輸入的電流不穩(wěn)定性。為保護整個系統(tǒng)不會因過大的沖擊電流燒毀，采用220V/3A的保險絲。b. 輸入濾波器電壓電流的變化通過導線傳輸時的干擾，干擾電壓和電流主要有二種形態(tài)：“共?！焙汀安钅！薄Ｒ环N是兩根導線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差?！?，后者叫“共模”。一般干擾所經由的不是共模路徑就是差模路徑，因此可對不同路徑的干擾采用不同的處理,以濾波、屏蔽等手段來消除。本設計電路中電容C1作為濾波器用于抑制共模噪聲，為濾波效果好，電容C1使用陶瓷電容活聚酯薄膜電容，應具有足夠的耐壓性。c. 整流濾波電路整流采用單相橋式整流，電容C2作為濾波電路。 單相橋式整流電容濾波電路 DC/DC變換器電路的設計該電路主要是應用PWM調制的反激式開關電路，并由芯片TOP224Y進行輸出電壓反饋控制，保持變換后的輸出電壓穩(wěn)定。 DC/DC變換器電路a. 反激變換器的工作原理隔離性DC/DC變換電路是開關電源電路中最重要的組成部分。常用的幾種基本類型有：正激變換，反激變換，推挽式，半橋式和全橋式。比較它們的優(yōu)缺點和考慮到功能要求。本系統(tǒng)選擇單端反激式變換器。：當開關管M導通時，變壓器的初級電感線圈儲存能量，而由于次級線圈與初級線圈相反，此時二極管處于反向偏壓截止狀態(tài)。則次級電路中沒有電流流向負載。而當使開關管M截止時，由于磁通量變換的影響，次級線圈的電壓極性反轉。二極管D導通，對電容C充電。同時也有電流通過負載。 反激變換原理圖b. 變壓器的設計變壓器是開關電源的關鍵器件，在電路中兼有儲能、限流、隔離和阻抗轉換作用。(1) 技術要求輸入電壓：90V～270VAC；輸出功率：=150W；輸出電壓：直流25V；開關頻率：100kHz；功率電路：單端反激。(2) 設計過程1) 確定工作頻率和最大導通時間根據電路原理，可選擇最大占空比，則最大導通時間： () （2) 變壓器初級繞組匝數的計算變壓器初級繞組的匝數與最大磁感應增量之間的關系為： ()式中，為磁芯的有效斷面積。根據對磁輻射的要求，本設計采用TOKIN優(yōu)質FPQ系列磁材。選擇型號為FPQ3535T22型磁材可滿足要求。相應的，骨架選擇該公司生產的PQB3535P1212F，材料型號為T375J94VO。根據磁材特性，若選，則在第一象限的最大磁感應增量為： ()經查FPQ磁芯工作磁滯回線，當，且溫升達到100℃時，離飽和磁密仍保持一定距離，證明的設定是合理的。FPQ3535T22型磁芯的有效斷面積為196 ，則： (匝)。3) 變壓器次級繞組匝數計算由于輸出電壓為25V，則可求得次級最低輸出電壓： ()式中：為整流二極管壓降，選1V。所以為52V?？紤]到初、次級變比關系，以及輸入低電壓時保證輸出達到要求值，并考慮到雙正激兩個MOSFET的壓降為4V，則： ()所以： （匝）c. PWM反饋控制電路設計(1) 芯片TOP224Y的介紹TOPSwitch芯片是美國PI公司的產品，在儀器儀表、筆記本電腦、移動電話、音像設備等系統(tǒng)中獲得廣泛應用。這個器件集成了功率開關管（MOSFET）、控制電路、振蕩器等于一體。它僅采用三端器件，以最簡單的接線方式，構成電源系統(tǒng)。從而極大地簡化了150W以下電源系統(tǒng)的設計。TOPSwitchII則是在1997年推出的第二代產品。第二代產品在電路性能，特別是輸出功率上獲得大幅度的提高。這兩個系列的封裝是一致的，實際上它是一個三端器件。 TOP SwitchII封裝圖三個腳分別是D、S、C，即漏極、源極、控制極。TO－220封裝、DIP－8封裝和SMD－8封裝這三個腳的含義是：1) 源極S：連接內部MOSFET的源極，同時也是TOP開關及開關電源初級電路的公共接地點及基準點。2) 漏極D：是內部MOSFET的漏極，也是內部電流的檢測點。該點內部有一電流源提供芯片偏置電流。3) 控制極C：誤差放大電路和反饋電流輸入端。其作用是：提供自動重啟電容連接點并決定重啟頻率；通過調節(jié)其輸入電流，可以調整占空比；為芯片提供正常工作的偏置電流；提供旁路和補償功能的電容連接點。(2) 性能特點：1) 將脈寬調制（PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中。內含脈寬調制器、功率開關場效應管（MOSFET）、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環(huán)路補償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，真正實現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離式開關電源的單片集成化，使用安全可靠。2) 輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時可選110V／115V／230V交流電，允許變化177。15％；在寬電壓范圍輸入時，適配85V～265V交流電，但PO值要比前者降低40％。3) 開關頻率。其典型值為100kHz，允許范圍是90kHz～110kHz，％～67％。4)TOPSwitch－Ⅱ只有3個引出端?？梢酝司€性集成穩(wěn)壓器相媲美，能以最簡方式構成無工頻變壓器的普通型或精密型開關電源。5)外圍電路簡單，成本低廉。芯片本身功耗很低，溫度范圍070攝氏度，最高結溫135攝氏度。電源效率可達80％左右,比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。(3) 本系統(tǒng)所采用的TOP224Y的工作原理：TOP224Y的工作原理是利用反饋電流Ic來調節(jié)占空比D，達到穩(wěn)壓目的。如：當輸出電壓Uo↑時，經過光耦反饋電路使得Ic↑→D↓→Uo↓,最終使Uo不變。電源啟動時，連接在漏極和源極之間的內部高壓電流源向控制極充電，在RE兩端產生壓降，經RC濾波后，輸入到PWM比較器的同相端，與振蕩器產生的鋸齒波電壓相比較，產生脈寬調制信號并驅動MOSFET管，因而可通過控制極外接的電容充電過程來實現(xiàn)電路的軟啟動。，內部高壓電流源關閉，此時由反饋控制電流向Uc供電。在正常工作階段，由外界電路構成電壓負反饋控制環(huán)，調節(jié)輸出級MOSFET的占空比以實現(xiàn)穩(wěn)壓。當輸出電壓升高時，Uc升高，采樣電阻RE上的誤差電壓亦升高。而在與鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開關電源的電壓減小。，MOSFET管關閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內部高壓電流源重新接通并向Uc充電，其關斷/～。其中，a圖為正常運行波形，b圖為自動重啟波形。自動重啟電路具有一個八分頻計數器，可以阻止輸出級MOSFET再次導通，直到八個放電充電周期完成為止。因此，在自動重啟期間，占空比控制在5%左右可有效地限制芯片的功耗。自動重啟動電路一直工作到Uc進入受控狀態(tài)為止。 TOP224Y輸出端波形圖充電電路由25V電壓輸入，通過一個由控制器控制的PWM調制的BUCK開關電路得到對電池充電所需的直流電壓，對電池充電。，再送到BUCK變換器，進行PWM調制得到充電電壓。，BUCK變換器電路由功率場效應管MOSFET開關管和兩個晶體三級管組成。下面的一個晶體三級管通過控制MOSFET管的開關而產生PWM波以及控制充電電路的開關。另一個晶體三級管可以加速開關管的開關速度。降壓后的電壓通過濾波整流就可以用于對電池充電了。電池正確接入時，電池的端電壓通過電阻分壓使MOS管導通，形成充電回路。當電池不慎被接反時，MOS管將截至，充電回路斷開。能起到保護電池和充電器的目的。 充電控制電路是智能充電器最主要的組成部分。該電路保證整個充電過程的順利進行，該電路通過充電電池接口和檢測單元得到電池工作狀態(tài)，同時，該電路還實時監(jiān)測電路各部分工作是否正常，并提供保護功能。另外，接收由鍵盤輸入單元設定不同電池輸出電流和電壓等參數，同時將參數輸入給顯示單元顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障類型等信息。因此，經過充分分析、論證，設計時選用英飛凌公司的XC164CM單片機作為控制核心構成數字式控制器組成控制電路的核心部分。通過核心器件XC164CM單片機及其周圍各功能電路對電池組進行快速充電并實時監(jiān)測充電電流，充電電壓，充電持續(xù)時間等狀態(tài)參數，對充電電路及時調整，保證充電過程的穩(wěn)定，高效，以及起到保護電池的目的。充電控制電路核心控制器XC164CM單片機控制充電電路對電池充電。并通過電流檢測，電壓檢測，時間定時等電路獲得當前充電狀態(tài)參數。并與設定各狀態(tài)的標準充電電流，最大允許電池電壓，最長充電時間等比較。智能地控制和選擇合適地充電模式，保證快速有效充電，并在電池組充滿電時要及時結束充電。這時就要通過對被充電電池地電量，電壓，電流變化，充電時間等參數來判斷電池電量地飽和程度，并決定是否進入緩流維護狀態(tài)或者停止充電。由于各個電池特性有所差異，因此各自的充電狀態(tài)都不會相同所需充電時間也不會一樣，所以要對每個電池的狀態(tài)參數進行檢測，比較處理后決定每個電池的充電狀態(tài)轉換及充電終止。整個充電過程的數據處理和控制調整都由單片機XC164CM來完成。 XC164CM單片機控制電路 控制電路中給單片機XC164CM及其外圍電路的Vcc供電都是由芯片LT1767通過對輸出電壓降壓得到的5V輸出電壓提供。，因此要使用AMS1117－。下面分別對其簡述： 5V供電電路該電路從充電電路得到25V電壓后，通過核心芯片LT1767將25V電壓降至5V給單片機及其外圍電路供電。 5V供電電路 －。5V電壓輸入。 為了能夠實現(xiàn)對充電過程的實時監(jiān)測，這時單片機就要根據被充電電池地電量，電壓，電流變化，充電時間等參數來判斷電池電量地飽和程度，并決定是否進入緩流維護狀態(tài)或者停止充電。因此，就需要設計電壓和電流檢測電路，以便將檢測的參數提供給單片機。下面分別介紹電壓和電流檢測電路：電壓檢測電路檢測電池的端電壓，分壓后送入單片機，計算出當前電池電壓值。除反饋給充電電路，穩(wěn)定充電電壓外，還用來判斷充電狀態(tài)。在對鎳鎘，鎳氫電池充電時，不斷檢測電壓增量。當電壓出現(xiàn)零增量或者負增量時，表示充滿，停止充電。在對鋰電池恒流充電時，檢測到電壓最大值，使充電狀態(tài)轉入恒壓充電，并起到反饋穩(wěn)壓作用。 ()其中（, ）通過與電池串聯(lián)接入，檢測電池的充電電流。通過放大電路得到放大的電壓信號，送到控制器中通過計算得出當前充電電流。當恒流充電時，檢測到的當前電流與預設的充電電流比較后，調整充電電路的輸入PWM波的占空比。保持充電電流穩(wěn)定。 () ()其中：（)得到：（即電路的放大倍數倍）a. 顯示電路顯示電路共由八個指示燈組成，依次編號為DDDDDDDD8。其工作狀態(tài)如下：(1) D1作為充電狀態(tài)指示燈；(2) D2作為供電狀態(tài)指示燈；(3) DDD5作為電池類型指示燈，依次為D