【文章內(nèi)容簡介】 電路的電源。當(dāng)輸入電壓超過 5V 時(shí)，其內(nèi)部組成特殊的電路使 LM2937 500mA 滿負(fù)載時(shí)，靜電流減小到 10mA 以內(nèi)。以下簡單介紹此電壓模塊的幾個(gè)主要特點(diǎn)：（1）工作溫度在40℃到 +125℃之間；（2）輸出電流一般為 500mA；（3）在所有工作條件下，輸出誤差在 5%以內(nèi)；（4）有較寬的輸出電容 ESR 范圍（） ；（5）內(nèi)部有瞬間短路保護(hù)、超負(fù)荷熱量保護(hù)、短暫 60V 高電壓輸入保護(hù)和鏡像插口保護(hù)；（6）輸入電壓為 ，輸出電壓為 ；輸出滿負(fù)載電流為 500mA 時(shí)，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）靜電流為 2mA。DS1 是經(jīng)過調(diào)整、穩(wěn)壓后的輸出電壓 VDD 的電源指示燈，用來檢查整個(gè)系統(tǒng)的供電情況。此外，在電源模塊電路中加上了高頻濾波電路，目的是將電壓信號(hào)中的高頻信號(hào)濾除，減少電源噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。電源模塊電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示：+VSE 電源模塊電路圖 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)十分簡單。單片機(jī)電源引腳上加一旁路電容，目的是為了使電路工作更穩(wěn)定，減少振蕩。因?yàn)殡娐钒迳系挠∷㈦娐反嬖陔娮韬碗姼谐煞?，在電路板上，?shù)字IC的安裝位置可能距離提供穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓IC較遠(yuǎn)，因而電源銅箔的電阻及電感就較大。當(dāng)數(shù)字IC的輸出在進(jìn)行L/H 的轉(zhuǎn)換時(shí)，在穩(wěn)壓IC的電源銅箔及地線銅箔上就流過高頻脈沖電流。由于電感對(duì)于高頻信號(hào)具有高的阻抗，就會(huì)在IC的VDD端子上引起大的電壓波動(dòng)，造成數(shù)字IC的工作不穩(wěn)定。所以，在單片機(jī)的VDD 引腳要就進(jìn)對(duì)地接一旁路電容。單片機(jī)的XTAL1 引腳作為PWM輸出與快速轉(zhuǎn)化器連接。、RST引腳與JTAG口連接，作為程序下載端口。、電流、溫度的檢測端口與快速轉(zhuǎn)換器連接。：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 475R3DS2LEP0./VF1XTA6BCK8N9IOGU+u 單片機(jī)外圍電路圖 快速轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)漸弱終止充電器的最經(jīng)濟(jì)的方法就是用一個(gè)快速轉(zhuǎn)換器，快速轉(zhuǎn)換器是一個(gè)用一個(gè)電感和/或一個(gè)變壓器（需要隔離的時(shí)候用變壓器）作為能量存儲(chǔ)單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關(guān)調(diào)節(jié)器。反饋電路通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時(shí)也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負(fù)載時(shí)保持恒定。設(shè)計(jì)中為了減小電流的脈動(dòng)，降低輸出紋波，在體積和成本允許的情況下設(shè)計(jì)選用飽和電流比較大的電感，因?yàn)楫?dāng)磁芯接近飽和時(shí)損耗增大，會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率。電感的飽和電流至少應(yīng)大于充電回路中的峰值電流。同時(shí)，電感的直流電阻會(huì)消耗一定的功率，在體積和成本許可的情況下設(shè)計(jì)選用直流電阻盡量小的電感。另外對(duì)于低噪聲應(yīng)用，為降低電源的電磁干擾，設(shè)計(jì)選用具有閉合磁芯的電感。肖特基二極管D 2的作用是吸收電感的反向電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)MOSFET開關(guān)管Q 1。：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）Q1MOSFETN420R8Diode 快速轉(zhuǎn)換器 快速調(diào)節(jié)器操作快速調(diào)節(jié)器的操作是通過控制一個(gè)晶體管開關(guān)的占空比來實(shí)現(xiàn)的。占空比會(huì)自動(dòng)增加以使電池流入更多的電流。當(dāng)VBATT VREF時(shí)，一個(gè)比較器會(huì)將開關(guān)閉合。如圖，電流流入電池和電容C。這個(gè)電流同時(shí)也存儲(chǔ)在電感L中。VBATT持續(xù)升高，直到超過VREF ，此時(shí)比較器將開關(guān)斷開（）。存儲(chǔ)在電感中的電流迅速下降直到二極管偏置，使得電感電流以減速度流入電池。電容C在電感電流衰減后開始放電，并且最后VBATT開始下降。當(dāng)VBATT低于VREF 時(shí),比較器再次將開關(guān)閉合并開始另一次循環(huán)。在較大的范圍內(nèi)，如果減小占空比（縮短閉合的時(shí)間），平均電壓就會(huì)下降，反之亦然。因此，可以通過控制占空比的方法調(diào)節(jié)電壓或電流至所需要的值。： 快速轉(zhuǎn)換器開關(guān)“開”內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 快速轉(zhuǎn)換器開關(guān)“關(guān)” 選擇快速轉(zhuǎn)換器的電感要確定快速轉(zhuǎn)換器中電感的大小，首先應(yīng)假定晶體管的占空比為50%，因?yàn)榇藭r(shí)的轉(zhuǎn)換器操作操作效率最高。占空比由方程式1給出，其中T是PWM的周期在（本設(shè)計(jì)中T=）。占空比 = ton/T 方程式1 占空比至此，就可以選擇一個(gè)PWM的轉(zhuǎn)換頻率。如方程式2所示，PWM的轉(zhuǎn)換頻率越大，則電感的值越?。ㄒ苍焦?jié)約成本）。本設(shè)計(jì)配置C8051FF300的8位硬件PWM是使用內(nèi)部 的轉(zhuǎn)換速率。L = （V i VsatVo）ton / 2I omax方程式2 電感值的確定現(xiàn)在我們可以計(jì)算電感的大小了。假定充電電壓Vi的值為15V，飽和電壓V sat的值，,并且最大輸出電流I omax為1500mA，那么電感的值至少應(yīng)選為18181。H。需要注意的是，在本電路中的電容僅僅是一個(gè)紋波衰減器。因?yàn)榧y波與電容的大小成反比例關(guān)系，所以電容的值越大衰減效果越好。 JTAG 口設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)程序下載與調(diào)試端口采用JTAG口。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）JTAG 是 一 種 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) 測 試 協(xié) 議 （ IEEE 兼 容 ） ， 主 要 用 于 芯 片 內(nèi) 部 測 試 ?，F(xiàn) 在 多 數(shù) 的 高 級(jí) 器 件 都 支 持 JTAG 協(xié) 議 ,如 DSP、 FPGA 器 件 等 。 標(biāo) 準(zhǔn) 的 JTAG 接 口 是4 線 ： TMS、 TCK、 TDI、 TDO,分 別 為 模 式 選 擇 、 時(shí) 鐘 、 數(shù) 據(jù) 輸 入 和 數(shù) 據(jù) 輸 出 線 。 相關(guān) JTAG 引 腳 的 定 義 為 ： TCK 為 測 試 時(shí) 鐘 輸 入 ； TDI 為 測 試 數(shù) 據(jù) 輸 入 ， 數(shù) 據(jù) 通 過TDI 引 腳 輸 入 JTAG 接 口 ； TDO 為 測 試 數(shù) 據(jù) 輸 出 ， 數(shù) 據(jù) 通 過 TDO 引 腳 從 JTAG 接 口 輸出 ； TMS 為 測 試 模 式 選 擇 ， TMS 用 來 設(shè) 置 JTAG 接 口 處 于 某 種 特 定 的 測 試 模 式 ；TRST 為 測 試 復(fù) 位 ， 輸 入 引 腳 ， 低 電 平 有 效 。JTAG 最 初 是 用 來 對(duì) 芯 片 進(jìn) 行 測 試 的 ,基 本 原 理 是 在 器 件 內(nèi) 部 定 義 一 個(gè)TAP（ Test Access Port 測 試 訪 問 口 ） 通 過 專 用 的 JTAG 測 試 工 具 對(duì) 進(jìn) 行 內(nèi) 部 節(jié) 點(diǎn)進(jìn) 行 測 試 。 JTAG 測 試 允 許 多 個(gè) 器 件 通 過 JTAG 接 口 串 聯(lián) 在 一 起 ,形 成 一 個(gè) JTAG 鏈 ,能 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 各 個(gè) 器 件 分 別 測 試 。 現(xiàn) 在 ， JTAG 接 口 還 常 用 于 實(shí) 現(xiàn) ISP（ InSystem Programmable。在 線 編 程 ） ， 對(duì) FLASH 等 器 件 進(jìn) 行 編 程 。JTAG 編 程 方 式 是 在 線 編 程 ， 傳 統(tǒng) 生 產(chǎn) 流 程 中 先 對(duì) 芯 片 進(jìn) 行 預(yù) 編 程 現(xiàn) 再 裝 到 板 上因 此 而 改 變 ， 簡 化 的 流 程 為 先 固 定 器 件 到 電 路 板 上 ， 再 用 JTAG 編 程 ,從 而 大 大 加快 工 程 進(jìn) 度 。 JTAG 接 口 可 對(duì) PSD 芯 片 內(nèi) 部 的 所 有 部 件 進(jìn) 行 編 程 。在 硬 件 結(jié) 構(gòu) 上 ， JTAG 接 口 包 括 兩 部 分 ： JTAG 端 口 和 控 制 器 。 與 JTAG 接 口 兼容 的 器 件 可 以 是 微 處 理 器 （ MPU） 、 微 控 制 器 （ MCU） 、 PLD、 CPL、 FPGA、 ASIC 或 其 它 符 合 規(guī) 范 的 芯 片 。 標(biāo) 準(zhǔn) 中 規(guī) 定 對(duì) 應(yīng) 于 數(shù) 字 集 成 電路 芯 片 的 每 個(gè) 引 腳 都 設(shè) 有 一 個(gè) 移 位 寄 存 單 元 ， 稱 為 邊 界 掃 描 單 元 BSC。 它 將 JTAG 電 路 與 內(nèi) 核 邏 輯 電 路 聯(lián) 系 起 來 ， 同 時(shí) 隔 離 內(nèi) 核 邏 輯 電 路 和 芯 片 引 腳 。 由 集 成 電 路 的所 有 邊 界 掃 描 單 元 構(gòu) 成 邊 界 掃 描 寄 存 器 BSR。 邊 界 掃 描 寄 存 器 電 路 僅 在 進(jìn) 行 JTAG 測 試 時(shí) 有 效 ， 在 集 成 電 路 正 常 工 作 時(shí) 無 效 ， 不 影 響 集 成 電 路 的 功 能 。 JTAG接 口 電路 如 圖 示 ：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） JTAG接口電路圖 鋰離子電池的充電過程電池的特性唯一地決定其安全性能和充電的效率，電池的最佳充電方法是由電池的化學(xué)成分決定的。本設(shè)計(jì)鋰電池的充電方案都包含下面的三個(gè)階段：1. 低電流調(diào)節(jié)階段2. 恒流階段3. 恒壓階段/充電終止所有電池都是通過向自身傳輸電能的方法進(jìn)行充電的，一節(jié)電池的最大充電電流取決于電池的額定容量（C）。例如一節(jié)容量為1000mAh的電池在充電電流為1000mA時(shí)，可以充電1C(電池容量的1倍)。也可以用 1/50C(20m A)或更低的電流給電池充電。盡管如此，這只是一個(gè)普通的低電流充電方式，不適用于要求短充電時(shí)間的快速充電方內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）案?，F(xiàn)在使用的大多數(shù)充電器在給電池充電時(shí)都是既使用低電流充電方式又使用額定充電電流的方法（即所謂的容積充電）。低充電電流通常使用在充電的初始階段，在這一階段，需要將會(huì)導(dǎo)致充電過程終止的芯片初期的自熱效應(yīng)減小到最低程度。容積充電通常用在充電的中級(jí)階段，電池的大部分能量都是在這一階段存儲(chǔ)的。在電池充電的最后階段（通常充電時(shí)間的絕大部分都是消耗在這一階段），可以通過監(jiān)測電流、電壓或兩者的值來決定何時(shí)結(jié)束充電。同樣，結(jié)束方案依賴于電池的化學(xué)特性。例如，大多數(shù)鋰離子電池充電器都是將電池電壓保持在恒定值，同時(shí)檢測最低電流。鎳鎘（NiCd）電池用電壓或溫度的變化率來決定充電的結(jié)束時(shí)間。充電時(shí)，部分電能被轉(zhuǎn)換成熱能，直至電池充滿。而充滿后，所有的電能將全部被轉(zhuǎn)換成熱能。如果此時(shí)不終止充電，電池就會(huì)被損壞或燒毀?？焖俪潆娖鳎姵赝耆錆M的時(shí)間小于兩小時(shí)的充電器）則可以解決這個(gè)問題。因?yàn)檫@些充電器是使用高充電電流來縮短充電時(shí)間的。因此，對(duì)于鋰離子電池來說，監(jiān)測它的溫度是至關(guān)重要的。因?yàn)殡姵卦谶^充電時(shí)會(huì)發(fā)生爆裂。在所有的充電階段都應(yīng)該隨時(shí)監(jiān)測溫度的變化，并且在溫度超過最大設(shè)定值時(shí)，立即停止充電。鋰電池充電時(shí)電流和電壓變化曲線圖： 鋰電池充電過程中電流和電壓變化圖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 充電過程參數(shù)控制 （1） 溫度本設(shè)計(jì)的算法使用片上溫度傳感器監(jiān)測溫度，溫度傳感器是沒有經(jīng)過校正的，但仍然可以提供充分精度的溫度測量。如果需要獲得更高精度的溫度測量，可以通過一點(diǎn)或兩點(diǎn)溫度校正方案來實(shí)現(xiàn)。電池的在充電過程中隨時(shí)監(jiān)測電池的溫度，當(dāng)溫度超過上限時(shí)，立即停止充電。（2） 電流電池的充電電流是通過采集一個(gè)小的但精確的敏感電阻的差分電壓的值來進(jìn)行監(jiān)控的，本設(shè)計(jì)次敏感電阻值為1歐。經(jīng)片上的PGA將電流放大后，采用片上8位ADC使用過采樣的和均值的方法來獲得16位的分辨率，再通過斜率和偏置校正系數(shù)計(jì)算出相應(yīng)地電流值。（3） 電壓電池的電壓是通過外部的電阻進(jìn)行衰減和監(jiān)測的，本設(shè)計(jì)是用電源電壓作為ADC的參考電壓。為了更精確地檢測，必須將檢測到的高于參考電壓的電壓值衰減。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第三章 PCB 板布線PCB（Printed Circuit Board）印刷電路板的制作直接影響著硬件設(shè)計(jì)的成敗，設(shè)計(jì)良好的 PCB 板能較好的防止器件之間干擾并且完全的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)，首先要確定原理圖必須設(shè)計(jì)正確，然后PCB印刷電路板圖一定要合理布線，努力將系統(tǒng)中各元器件之間，電路之間可能產(chǎn)生的不利影響限制在最低程度。當(dāng)原理圖被正確繪制之后，應(yīng)當(dāng)首先檢查每個(gè)器件的封裝，在Protel2022 [8]中采用了原理圖符號(hào)和PCB封裝集成在一起的集成庫，可以在原理圖中方便地修改每個(gè)器件的封裝；然后用戶不必手動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)表來將原理圖載入PCB圖，只要使用設(shè)計(jì)選項(xiàng)中的Update命令就可以將封裝和連接直接傳遞到同一個(gè)項(xiàng)目中的PCB中。當(dāng)將原理圖成功傳遞到 PCB 圖里后，這時(shí)候 PCB 中器件之間的連線都處于飛線狀態(tài)，必須先把元器件按要求布局，再通過布線將其一一連接起來。在所有器件和連線網(wǎng)絡(luò)都傳遞到 PCB 圖之后，要仔細(xì)檢查 PCB 圖上的封裝和飛線連接，確定正確以后根據(jù) PCB 板的實(shí)際應(yīng)用情況確定板的大小和元器件擺放位置。元件的布局和布線直接影響著電路板的性能，由于布線設(shè)計(jì)的影響因素很多，不同的電路又有其自身的特殊性，無固定的方法可循，一般情況下按設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和理解進(jìn)行設(shè)計(jì)。但從抗干擾角度考慮，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面的問題：在 PCB 的布局方面：? 合理選擇 PCB 的尺寸大小，尺寸太大布線較長增加阻抗且成本增加，尺寸太小影響散熱而且鄰近線容易發(fā)生干擾。? 對(duì)于可調(diào)元器件應(yīng)放在 PCB 靠近邊緣易于調(diào)節(jié)的部分。? 應(yīng)當(dāng)在 PCB 上留出定位孔以及支架等所占的位置，孔的位置與板緣應(yīng)有一定的距離以保證電路板的機(jī)械強(qiáng)度。? 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局，元件排列應(yīng)當(dāng)均勻、整齊、緊湊。位于電路板邊緣的元器件離電路板邊緣要大于 2mm。在 PCB 的布線方面：? 印制的導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線和絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過的電流值決定。導(dǎo)線寬度一般遵循信號(hào)線＜電源線＜地線的原則。當(dāng)然可以根據(jù)實(shí)際布線的限制，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）在各線寬的允許范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)寬度。接地線應(yīng)盡量加寬以減少接地電阻，并解決好接地點(diǎn)問題；同時(shí)應(yīng)當(dāng)在 Protel2022 的設(shè)計(jì)選項(xiàng)中的規(guī)則選項(xiàng)中