【正文】 智能型充電器控制電路的設(shè)計 致 謝 當(dāng)畢業(yè)設(shè)計寫到這里的時候，為期一學(xué)期四個月的畢業(yè)設(shè)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(dǎo)下，自己可謂有了一個全新的提高 ,畢業(yè)設(shè)計也較順利圓滿地完成了。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(jìn)一步的了解，鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識。接下來便是查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，關(guān)于軟件部分，匯編語言由于當(dāng)時學(xué)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(xué)習(xí)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(shí)際編程打下了基礎(chǔ)。設(shè)計內(nèi)容包括充電器硬件電 路的設(shè)計，充電器軟件設(shè)計和應(yīng)用實(shí)驗。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在內(nèi)存單元中，測量數(shù)據(jù)在顯示時轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制存放在內(nèi)存單元中。程序流程圖如圖 49所示。 A/D 轉(zhuǎn)換流程如圖 48 所示。 4bit， 合計電壓 。 中斷 讀取電池參數(shù) 其它 V V= V 或 I1C V3v 小電流充電 大電流充電 恒壓充電 關(guān)斷電路 重新啟動 I1/20C? 充電完畢 完畢 N N N N N Y Y Y Y Y Y N 智能型充電器控制電路的設(shè)計 圖 47 充電策略 3程序流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 AD574 為 177。設(shè)置的預(yù)充電流為 C/10，四分鐘預(yù)充結(jié)束后轉(zhuǎn)入充 電電流為 C/2 的快充階段，電池充滿后轉(zhuǎn)入涓充，整個過程設(shè)為 2 小時，時間到后結(jié)束充電。充電控制流程如圖 46 所示。快充階段軟件流程如圖 45所示。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(zhuǎn)入涓流充電。 預(yù)充階段流程圖如圖 44 所示。預(yù)充的每個階段，電流相對不變，必須調(diào)節(jié)電流的 PI調(diào)節(jié)程序 。每一分鐘的充電電流都不同，軟件須分辨出預(yù)充的各個階段。預(yù)充是為了提高電池的溫度，第一分鐘以 的電流充電，第二分鐘以 的電流充電，第三分鐘以 的電流充電，第四分鐘以 的電流充電，從第五分鐘進(jìn)入快充階段。充電策略 1的程序流程圖如圖 43所示。程序流程如圖 42 所示。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 41 所示。代入公式 T=（ 216 X） 12 1/fosc ，可得 T0應(yīng)裝入的時間常數(shù) X=3CB0H，可分別裝入 TH0 和 TL0。本系統(tǒng)的采樣周期為 5s，采用兩個定時器串聯(lián)，即設(shè) T0 為定時方式，設(shè) T1為計數(shù)方式。 。驅(qū)動電路有多種，常用的是 TTL 或 MOS 集成電路驅(qū)動器，在本設(shè)計中采用了 74LS244 芯片增大總線驅(qū)動負(fù)載的能力驅(qū)動數(shù)碼管和 74LS07 對四個數(shù)碼管進(jìn)行位選。 數(shù)碼管的管腳如圖 312 所示。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫或點(diǎn)就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。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(diǎn)形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點(diǎn)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視 15 覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，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。 b. 動態(tài)顯示驅(qū)動 動態(tài)驅(qū)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(dú)立的 I/O 線 控制，當(dāng)單片機(jī)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(jī)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。 a. 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用 諸 如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。 本設(shè)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(jìn)行實(shí)時顯示。當(dāng) A 口工作在方式 2時， B口可以在方式 0 或方式 1 工作。 2—— 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(jù)線，用 C口的 5 位進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。 1—— 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(jù)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(luò)信號。 b. 面向 I/O 設(shè)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 0—— 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(dú)立地設(shè)置為輸入口和輸出口。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(fù)位，并且屏蔽中斷請智能型充電器控制電路的設(shè)計 求 ； 24 條面向外設(shè)的信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。 WR ：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(jù)寫入 8255A。兩位地址 ,可形成片內(nèi)四個 端口地址。 A1， A0：芯片內(nèi)部端口地址信號線 ， 與系統(tǒng)地址總線低位相連 。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(jìn)行讀寫操作。 CPU 通過它向 8255A 發(fā)送命令 、 數(shù)據(jù) ； 8255A 通過它向CPU 回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。 B. 8255A 芯片的 引腳功能說明 13 圖 311 8255A芯片 引腳 圖 8255A 芯片的 引腳 如圖 311所示。 c. A 組和 B 組的控制電路。 A. 8255A 芯片結(jié)構(gòu) 8255A 芯片 由 4 部分組成： a. 數(shù)據(jù)總線緩沖器。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。 顯示電路用來對充電過程中電池的各項參數(shù)進(jìn)行顯示，它也可以改變參數(shù)以適應(yīng)各種不同電池的充電。當(dāng)不充電時，三個 按鈕處于斷開狀態(tài)， 單片機(jī) 的三個端口為低電平；當(dāng)充電時，依照電池類型按下對應(yīng)的按鈕， 單片機(jī) 的三個端口為高電平。 D0～ D11：輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)線。 AGND：模擬信號公共端，微機(jī)使用時，可作為模擬地。 20VIN：單極性輸入 0～ 20V 輸入端，雙極性輸入177。 10VIN：單極性輸入 0～ 10V 輸入端，雙極性輸入177。 智能型充電器控制電路的設(shè)計 REF OUT：＋ 10V 參考電壓輸出，具有 的帶負(fù)載能力。 VCC：正電源，其范圍為 ～ 。 CE：芯片允許信號，用來控制轉(zhuǎn)換或讀操作，它為高電平并且 CS ＝ 0 時， R /C信 號的控制才起作用，也就是說， CE、 CS 、 R /C 信號共同控制操作。 R /C：讀或轉(zhuǎn)換選擇。 AD574 芯片引腳如圖 310 所示。 C. AD574 的引腳功能 AD574 是一種逐次副近型 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，也可以用作 8位 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 15～ 35μ s。 d. 轉(zhuǎn)換時間 11 A/D 轉(zhuǎn)換時間指的是從發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換命令到轉(zhuǎn)換結(jié)束獲得整個數(shù)字信號為止所需的時間間隔。在手冊中，將這種附加誤差的總和，稱為總不可調(diào)誤差，實(shí)際上就是 A/D 調(diào)整到最精確情況下還存在的附加誤差。這個誤差是量化過程不可避免的。 b. 量化誤差 A/D 轉(zhuǎn)換是將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。 A/D 轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著將模擬信號變換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制代碼的任務(wù)。15V 雙電源供電 ,12位輸出 ,最大誤差為 177。通過 89C51 的 、 、 和 這四個端對 AD574 的轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行控制，摸數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后由 AD574 的 12 位數(shù)據(jù)輸出端按雙八位形式通過 89C51 的 P1 口輸出到單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行處理。上電復(fù)位電路如圖 39 所示。在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下，該電路優(yōu)點(diǎn)在于降低復(fù)位引腳的對地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)一般有倆種：一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制；另 一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平，控制單片機(jī)的復(fù)位。單片機(jī) 89C51 的 時鐘電路如圖 38所示。本設(shè)計采用 22pF 的電容。在本設(shè)計中 89C51 單片機(jī) 采用 的晶振 。 9 EA/Vp: 片選使能，當(dāng)保持 TTL 高電平時 ,執(zhí)行內(nèi)部 ROM 指令；當(dāng)使 TTL 為低電平時，從外部程序存儲器取出所有指令。 PSEN: 程序選通有效信號，低電平時，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。 RXD: 串行輸入口。 INT0: 外部中斷 0輸入口。 T0: 定時器 /計數(shù)器 0外部事件脈沖輸入端。 WR : 外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖。 X1: 內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個輸入端。 ～ : 8 位擬雙向通道。 Vcc: 電源電壓。89C51 單片機(jī) 引腳如圖 37所示。 單片機(jī)的任務(wù)是通過采樣電路實(shí)時采集電池的充電狀態(tài) ,通過計算決定下一階段的充電電流 ， 然后發(fā)送命令給控制器控制電流的大小。 7 圖 36 單片機(jī)控制電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 單片 機(jī) 89C51 芯片 89C51 單片機(jī)內(nèi)部有兩個定時器 、 兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的I/O 口 ,采用 的晶振 。 單片機(jī)控制電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)控制電路如圖 36所示。當(dāng) SHND 為高電平時， SIGN 不為高阻抗，如果不需要 SIGN，可將其懸空。 SIGN：集電極開路邏輯輸出端。 RS+：內(nèi)部電流檢測電阻電池（或電源端）。正常運(yùn)用時連接到地。 智能型充電器控制電路的設(shè)計 B. MAX471 的引腳功能說明 圖 35 MAX471 芯片引腳圖 MAX471 引腳排列如圖 35 所示。 h. 電壓范圍為 3～ 36V。 f. 最大電源電流為 100μ A。 d. 具有雙向檢測指示，可監(jiān)控充電和放電狀態(tài)。 b. 內(nèi)含精密的內(nèi)部檢測電阻。當(dāng) ABC 的值為 110 時， Y6 通道的電流采樣電壓信號選通；當(dāng) ABC的值為 111 時， Y7通道的電池端電壓信號選 通。當(dāng) INH=0 時，其中一個通道接通。 本設(shè)計中采用 CD4051 作為 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)。電流采樣的電壓值和池組的端電壓值兩者經(jīng)過模擬開關(guān) CD4051,再經(jīng)過電壓跟隨器輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574分別 進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,其結(jié)果由單片機(jī)讀取 ,并進(jìn)行存儲和處理。 圖 33 電源變換電路 5 采樣 電路的設(shè)計 圖 34 采樣電路 采樣電路連接如圖 34 所示。將輸入為 220V、 50HZ的交流電壓經(jīng)過交流變壓器變換為合適的交流電壓后，由單相橋式整流電路整流后輸出給開關(guān)電源的直流電壓，然后經(jīng)過電容濾波后作為開關(guān)電源的電源輸入。 本設(shè)計中 PWM 信號通過光電隔離驅(qū)動主回路上的 MOSFET，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用是對開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量經(jīng)過 I/O 口輸出，而 I/O 的驅(qū)動能力有限，一般不足以驅(qū)動一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動接口電路，為避免微機(jī)受影響，須采取隔離措施。近年來線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。 當(dāng)輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)“電 — 光 — 電”轉(zhuǎn)換。它是以光為媒介來傳輸電信號的元件。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進(jìn)行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上電源變換電路 PWM 控制器 單片機(jī)控制器 顯示 電路 采樣電路 電池組 智能型充電器控制電路的設(shè)計 去的。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 PWM 控制電路如圖 32所示。單片機(jī) 的一個端口 輸出一個合適的高電平信號 后，高電平 信號 驅(qū)動 光電 耦合器后對 主回路上的 MOSFET 進(jìn)行 驅(qū)動。 圖 31 智能充電器 原理框圖 PWM 控制電路 控制器采用脈寬調(diào)制方式控制供 電電流的大小。主要包括電源變換電路、采樣電路、 單片機(jī)控制電路 、脈寬調(diào)制控 制器 、顯示器和電池組 等 ,形成一個閉環(huán)系統(tǒng)。設(shè)計的充電器可以通過電流傳感器 MAX471 和多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān) CD4051 實(shí)時采集電池的電壓、電流，并將采集