【文章內容簡介】 10VIN：單極性輸入0～10V輸入端，雙極性輸入177。5V輸入端。20VIN：單極性輸入0～20V輸入端，雙極性輸入177。10V輸入端。AGND：模擬信號公共端，微機使用時，可作為模擬地。STS：狀態(tài)輸出信號，轉換時為高電平，轉換結束時為低電平。D0～D11：輸出轉換結果的數(shù)據線。 鍵盤輸入電路、S2和S3按鈕接到一個的電源上，讀入這三個端口的狀態(tài)來選擇合適的充電方式，三個端口分別對應了鎳鎘電池、鋰離子電池和鎳氫電池的充電方式的選擇。當不充電時，三個按鈕處于斷開狀態(tài)，單片機的三個端口為低電平；當充電時，依照電池類型按下對應的按鈕，單片機的三個端口為高電平。 顯示接口電路本設計中采用8255A芯片作為單片機89C51的I/O擴展芯片，74LS244芯片驅動數(shù)碼管和74LS07芯片對數(shù)碼管進行位選。顯示電路用來對充電過程中電池的各項參數(shù)進行顯示，它也可以改變參數(shù)以適應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，使用靈活，通過它CPU可直接與外設相連接。A. 8255A芯片結構8255A芯片由4部分組成：a. 數(shù)據總線緩沖器。b. 讀/寫控制邏輯 。c. A組和B組的控制電路。d. 三個8位端口PA、PB和PC，其中PC口可分為兩個4位端口，可分別同端口A和端口B配合使用，可以用作控制信號輸出等。B. 8255A芯片的引腳功能說明圖311 8255A芯片引腳圖8255A芯片的引腳如圖311所示。a. 面向系統(tǒng)總線的信號線有：D0～D7：雙向數(shù)據線。CPU通過它向8255A發(fā)送命令、數(shù)據；8255A通過它向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據。：選片信號線，該信號低電平有效，由系統(tǒng)地址總線I/O地址譯碼器產生。CPU通過發(fā)高位端口地址信號使它變成低電平時，才能對8255A進行讀寫操作。當CS為高電平時，切斷CPU與芯片的聯(lián)系。A1，A0：芯片內部端口地址信號線，與系統(tǒng)地址總線低位相連。該信號用來尋址8255A內部寄存器。兩位地址,可形成片內四個端口地址。：讀信號線，該信號低電平有效CPU通過執(zhí)行IN指令，發(fā)讀信號將數(shù)據或狀態(tài)信號從8255A讀至CPU。：寫信號線，該信號低電平有效，CPU通過執(zhí)行OUT指令，發(fā)寫信號，將命令代碼或數(shù)據寫入8255A。RESET：復位信號線，該信號高電平有效。它清除控制寄存器并將8255A的A、B、C三個端口均置為輸入方式；輸出寄存器和狀態(tài)寄存器被復位，并且屏蔽中斷請求；24條面向外設的信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。這種勢態(tài)一直維持，直到用方式命令才能改變，使其進入用戶所需的工作方式。b. 面向I/O設備的信號線有：PA0～PA7：端口A的輸入輸出線PB0～PB7：端口B的輸入輸出線PC0～PC7：端口C的輸入輸出線C. 8255A的工作方式8255A有三種工作方式：方式0、方式1和方式2 ——基本輸入/輸出在此工作方式下， 每個口都作為基本的輸入輸出口，C口的高4位和低4位以及A口和B口都可獨立地設置為輸入口和輸出口。在此工作方式下：輸出的數(shù)據被鎖存，而輸入的數(shù)據不被鎖存。 ——選通輸入/輸出在此工作方式下，三個端口分為A、B兩組，A、B兩個口仍用作數(shù)據輸入輸出口，而C口分成兩部分，分別作為A口和B口的聯(lián)絡信號。在8255A中，聯(lián)絡信號是3位，兩個數(shù)據口，共用去C口的6位，剩余的兩位仍可作為數(shù)據位使用。 ——雙向選通輸入/輸出 只限于A組使用，它用A口的8位數(shù)據線，用C口的5位進行聯(lián)絡。工作時輸入輸出都能被鎖存。當A口工作在方式2時，B口可以在方式0或方式1工作。 數(shù)碼管數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。本設計采用的是4位八段數(shù)碼管作為顯示器，對電池的各項參數(shù)進行實時顯示。A. 數(shù)碼管的驅動方式根據數(shù)碼管的驅動方式不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩大類。a. 靜態(tài)顯示驅動靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用諸如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。b. 動態(tài)顯示驅動動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟哪個數(shù)碼管顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設計中采用的是8段LED數(shù)碼管來顯示電壓值。它由8個發(fā)光二極管組成，其中7個按‘8’字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點。把8個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法。當發(fā)光二極管導通時，相應的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段分別命名為a、b、c、d、e、f、g、dp。數(shù)碼管的管腳如圖312所示。圖312 數(shù)碼管的管腳圖 LED驅動電路一般I/O接口芯片的驅動能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅動電流一般是不夠的尤其是設計中需要用到多位LED，此時就需要增加LED驅動電路。驅動電路有多種，常用的是TTL或MOS集成電路驅動器，在本設計中采用了74LS244芯片增大總線驅動負載的能力驅動數(shù)碼管和74LS07對四個數(shù)碼管進行位選。4系統(tǒng)軟件功能 系統(tǒng)軟件功能,S2和S3按鈕開關的開關狀態(tài)，讀入PP2和P3三個輸入輸出端口的高低電平，從而選擇合適的充電程序。 系統(tǒng)主程序主程序主要進行初始化，分配內存單元及設置定時器參數(shù)，以便系統(tǒng)正常工作。本系統(tǒng)的采樣周期為5s，采用兩個定時器串聯(lián)，即設T0為定時方式，設T1為計數(shù)方式。設T0為定時方式1，時間間隔為50ms，時鐘頻率為12MHZ。代入公式T=（2X）121/f，可得T0應裝入的時間常數(shù)X=3CB0H，可分別裝入TH0和TL0。設T1為計數(shù)方式2，計數(shù)值為100（即64H）。系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示。開始清數(shù)據區(qū)AT89S52初始化置采樣周期計數(shù)值8255A初始化置中斷字開中斷等待中斷圖41 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)主要子程序當充電器開始充電前，首先由單片機讀入開關按鈕SS2和S3對應的輸入輸出口的對應狀態(tài)，選擇合適的充電策略。程序流程如圖42所示。N中斷?N??NYYY充電策略3充電策略2充電策略1圖42 充電策略選擇程序流程圖 充電策略1當對鎳鎘電池進行充電時，按下對應的開關按鈕，對應的輸入輸出口為高電平，該狀態(tài)由單片機讀入轉入充電策略1的控制程序。充電策略1的程序流程圖如圖43所示。開始初始化4分鐘預充1C電流快充電流充足NY轉入涓流N2小時到Y停止圖43 策略1的程序流程圖，本系統(tǒng)充電初有4分鐘預充。預充是為了提高電池的溫度，，，從第五分鐘進入快充階段。要完成的工作如下：。每一分鐘的充電電流都不同，軟件須分辨出預充的各個階段。預充的每個階段，電流相對不變，必須調節(jié)電流的PI調節(jié)程序。預充階段流程圖如圖44所示。充電策略N是否慢充?YY4分鐘到?NY3分鐘到?YN2分鐘到?YN1分鐘到?快充程序N圖44 預充階段的流程圖4分鐘預充結束后，進入快充階段。軟件除控制充電電流外，就是判斷電池何時充足電，以便及時轉入涓流充電。軟件還要控制充電開關管交替開通和關斷從而形成快速充電要的脈沖充電波形。快充階段軟件流程如圖45所示。開充電管，延時500ms采樣充電電流并校正N987ms到？Y開充電管，延時2ms采樣電池電壓Y充足N轉涓流延時10ms圖45 快充階段流程圖 充電策略2對于鋰離子電池，采用恒流恒壓充電方式，充電過程包括小電流預充、大電流充電、恒壓充電等幾個部分。充電控制流程如圖46所示。中斷讀取電池參數(shù)YNV3v小電流充電YNNV大電流充電YNV=恒壓充電I1/20C?Y充電完畢V或I1CYN關斷電路完畢YN重新啟動其它圖46 充電策略2程序流程圖 充電策略3本系統(tǒng)設置了4分鐘的充電預設，來四月在低溫條件下對鎳氫電池充電。設置的預充電流為C/10，四分鐘預充結束后轉入充電電流為C/2的快充階段，電池充滿后轉入涓充，整個過程設為2小時，時間到后結束充電。程序流程如圖47所示。開始初始化四分鐘C/10電流預充N四分鐘到？YC/2電流快充N電流充滿？YC/20電流涓充N二小時到？Y停止圖47 充電策略3程序流程圖 A/D轉換子程序AD574為177。15V雙電源供電，12位輸出，最大誤差為177。4bit。A/D轉換器是數(shù)據采集系統(tǒng)的核心，擔負著將模擬信號變換成適合于數(shù)字處二進制代碼的任務。A/D轉換流程如圖48所示。置采樣次數(shù)10A/D置位采樣NYT0=1?A/D置為保持讀轉換結果采完10次否NY返回圖48 A/D轉換流程圖 采樣子程序采樣部分由電流傳感器、電壓跟隨器和多路轉換器組成。程序流程圖如圖49所示。送采樣地址和采樣次數(shù)設通道值送出通道號延時，使S/H穩(wěn)定啟動A/D轉換延時，讀A/D數(shù)據修改通道號和地址號各通道采樣一次？采樣次數(shù)到？啟動T0重裝定時器0返回修改地址NN采樣程序圖49 采樣子程序程序 顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。轉換數(shù)據放在內存單元中，測量數(shù)據在顯示時轉換成十進制存放在內存單元中。5 結束語 此次我的畢業(yè)設計課題是“單片機控制數(shù)字化充電器的設計”。設計內容包括充電器硬件電路的設計，充電器軟件設計和應用實驗。在畢業(yè)設計的開始階段，老師為我指出了此課題的大概方向和需要查閱的相關書籍以及在后面會遇到的主要問題，當時可謂受益頗多。接下來便是查閱相關的文獻資料，關于軟件部分，匯編語言由于當時學的不是很精通，所以我用了兩周左右的時間對匯編語言重新學習了一遍，雖然過程很辛苦，參考了很多資料，查看了很多書籍，但收獲很多，這也為后面的實際編程打下了基礎。在這次的設計，繪圖部分也很重要，雖然以前學習過電子繪圖，但由于這次的原理圖中有很多芯片，而且需要自己繪制后導入，所以需要了解許多新的繪圖知識，經過自己的努力和同學老師的幫助，最終順利完成圖形的繪制。我也了熟練掌握了電子繪圖軟件的使用，對繪制電路圖有了進一步的了解，鞏固了以前所學習的知識。隨著生活節(jié)奏的日益加快，一般的專用充電電池已經不能夠滿足人們對于高速和智能的需要，單片機控制數(shù)字化充電器必將越來越受到人們的歡迎。致 謝 當畢業(yè)設計寫到這里的時候，為期一學期四個月的畢業(yè)設計基本要畫上句號了，四個月的時間可以說長也可以說短，但這一百多天的時間里，在楊漢華老師的耐心指導下，自己可謂有了一個全新的提高,畢業(yè)設計也較順利圓滿地完成了。在查閱了相當多的資料后，我便開始了實際的設計部分，在這個過程中確實也遇到了相當多的問題和困難，比如控制電路的設計和電路原理圖繪制等方面，在老師和同學的熱心幫助下，最終順利的解決了這些問題。在此我也要感謝老師和同學在此過程中給與的耐心指導。 實踐是檢驗真理的唯一標準，經過幾年的理論學習而這次在即將走向工作崗位的時候能將理論與實踐相結合的機會來鍛煉自己可謂是難得的一次提高，在此感謝學校為我們安排的這個教學環(huán)節(jié)，也感謝在此次設計過程中給與我極大幫助的楊漢華老師以及同學們。在老師的指導以及自己的努力下，本次畢業(yè)設計完成！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!20110525參考文獻 [1] 南建輝,熊鳴，軍茹. MCS51單片機原理及應用實例[M].北京：清華大學出版社，2003. [2] [M].北京：高等教育出版社,2003.