【文章內(nèi)容簡介】 池組中各單體電池的最高充電電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準確地判斷電池己足充電。 電壓負增量 (－ △ V)：由于電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓無關(guān)，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準確地判斷電池己充足電。這種控制方法的缺點是： ① 從多次快速充電實驗中發(fā)現(xiàn)，電池充足電之前，也有可能出現(xiàn)局部電壓下降的情況，使電池在未充足電時，由于檢測到了負增量而停止快充； ② 鎳鎘電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時間，才出現(xiàn)負增量，此時過充電較嚴重，此時電池的溫度較高，對電池有所損害。因此，這種控制方法主要適用于鎳鎘電池。 電壓零增量 (△ V)：鋰電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負增量的時間過久而損壞電池，通常采用 0△ V控制法。這種方法的缺點是：未充足電以前，電池電 壓在某一段時間內(nèi)可能變化很小，若此時誤認為 0△ V出現(xiàn)而停止充電，會造成誤操作。為此，目前大多數(shù)鋰電池快速充電器都采用高靈敏 0△ V檢測，當電池電壓略有降低時，立即停止快速充電。 (3)電池溫度控制 為了避免損壞電池，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止快速充電。常用的溫度控制方法有： 最高溫度 (TMAX)：充電過程中，通常當電池溫度達到 40℃ 時，應(yīng)立即停止快速充電，否則會損害電池。電池的溫度可通過與電池裝在一起的熱敏電阻來檢測。這種方法的缺點是熱敏電阻的響應(yīng)時間較長，溫度檢測有一定滯后。 溫度變化率 (△ T/△ t)：充電電池在充電的過程中溫度都會發(fā)生變化，在充足電后， 12 電池溫度迅速上升，而且上升速率 △ T/△ t基本相同，當電池溫度每分鐘上升 1℃ 時，應(yīng)當立即終止快速充電。應(yīng)當說明，由于熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系是非線性的，因此，為了提高檢測精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。 采用溫度控制法時，由于熱敏電阻響應(yīng)時間較長，再加上環(huán)境溫度的影響，因此，不能準確的檢測電池的充足電狀態(tài)。 (4)綜合控制法 以上各種控制方法各有其優(yōu)缺點：由于存在電池個體的差異和個別的特殊電池，若只采用一種方法，則會很難保證電池較好的充電。為了保 證在任何情況下均能可靠的檢測電池的充足電狀態(tài)，可采用具有定時控制、溫度控制和電池電壓控制功能的綜合控制法。 鑒于定時控制、溫度控制、最高電壓控制等單獨作為終止條件使用的局限性，有的系統(tǒng)中鋰電池的充電終止也采用綜合控制法。鋰電池是以零增量檢測為主，時間、溫度和電壓檢測為輔的方式。系統(tǒng)在充電過程檢測有無零增量 (△ V)出現(xiàn)，作為判斷電池已充滿的正常標準，同時判斷充電時間、電池溫度及端電壓，是否已超過預(yù)先設(shè)定的保護值作為輔助檢測手段。當電池電壓超過檢測門限時，系統(tǒng)會檢測有無零增量出現(xiàn)，若出現(xiàn) △ V，則認為電池正常充滿 ，進入浮充維護狀態(tài)；在充電過程中，系統(tǒng)會一直判斷充電時間、電池溫度及端電壓是否己到達或超過了充電保護條件。若其中有一個條件滿足，系統(tǒng)會終止現(xiàn)有充電方式，進入浮充維護狀態(tài)。 4 鋰電池充電器硬件設(shè)計 單片機電路部分 1． AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀 存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 系列 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖 14 13 圖 14 存儲器 (1)主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 (2)管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼 輸入口，當FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 14 并因此作為輸入時， P2 口 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 ―1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 （ ILL） 這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 2 所示： 表 口管腳 備選功能 （串行輸入口） （串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0 （記時器 0 外部輸入） T1 （記時器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器 復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 （ 0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 （ VPP） 。 15 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 (3)振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 (4)芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 2． AT89C2051 AT89C2051 單片機是 51 系列單片機的一個成員，是 8051 單片機的簡化版。內(nèi)部自帶 2K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器的低電壓、高性能 COMS 八位微處理器，與 Intel MCS51 系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位 CPU 和閃速存儲器結(jié)合在單個芯片中，因此， AT89C2051 構(gòu)成的單片機系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的 RAM、 ROM 和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。 AT89C2051 是一個有 20 個引腳的芯片，引腳配置與 8051 相比， AT89C2051 減少了兩個對外端口（即 P0、 P2 口），使它最大可能地減少了對外引腳下，因而芯片尺寸有所減小 。 AT89C2051 芯片的 20 個引腳功能為： VCC 電源電壓。 GND 接地。 RST 復(fù)位輸入。當 RST 變?yōu)楦唠娖讲⒈３?2 個機器周期時，所有 I/O 引腳復(fù)位至 “ 1” 。 XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2 來自反向振蕩放大器的輸出。 P1 口 8 位雙向 I/O 口。引腳 ～ 提供內(nèi)部上拉，當作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。 和 需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入 （ AIN0） 和反向輸入 （ AIN1） ， P1 口 輸 16 出緩沖器能接收 20mA 電流，并能直接驅(qū)動 LED 顯示器； P1 口引腳寫入 “ 1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間， P1 口也可接收編碼數(shù)據(jù)。 P3 口 引腳 ～ 與 為 7 個帶內(nèi)部上拉的雙向 I/0 引腳。 在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用 I/O 引腳訪問。 P3 口的輸出緩沖器能接收 20mA的灌電流； P3 口寫入 “ 1” 后，內(nèi)部上拉，可用輸入。 P3 口也可用作特殊功能口，其功能見表 1。 P3 口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路部分 耦合器（ optical coupler，英文縮寫為 OC）亦稱 光電隔離器 ，簡稱光耦，是開關(guān)電源電路中常用的器件。 耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn) 生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電 —光 —電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 本次設(shè)計選擇了 6N137 光耦合器 ： 6N137 光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個 850 nm 波長AlGaAs LED 和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。 特性： ①轉(zhuǎn)換速率高達 10MBit/s。 ②擺率高達 10kV/us。 ③扇出系數(shù)為 8。 ④邏輯電平輸出 。 ⑤集電極開路輸出 。 工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平： 250uA 最大輸入電流，高電平： 15mA 最大允許低電平電壓 (輸出高 )： 最大允許 高電平電壓： Vcc 最大電源電壓、輸出： 扇出 (TTL 負載 )： 8 個 (最多 ) 工作溫度范圍： 40176。 C to +85176。 C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達控制系統(tǒng)