【正文】 ／／否則即是充電出錯(cuò) (GATE =1； BP =1； ) ET0 =0； ／／關(guān)閉 TO 中斷 EX0 =0； ／／關(guān)閉外部中斷 0 int0_count =0； 19 t_count =0； ) else TR0=1； ／／ TO 開(kāi)始計(jì)數(shù) ) ／ *外部中斷 0服務(wù)子程序 +／ void int0()interrupt 0 USing 1 ( if(int0_count==0) ( TH0=一 5000f256； / /5ms 定時(shí) TL0=一 5000％ 256。顯然前兩種情況單片機(jī)都可以直接控制光耦切斷充電電源，所以，程序中只要區(qū)別對(duì)待第 3 種充電出錯(cuò)的情況即可。 當(dāng) MAXl898 完成充電時(shí)，其／ CHG引腳會(huì)產(chǎn)生由低到高的跳變，該跳變引起單片機(jī)的 INTO 中斷。 16 第五章 軟件設(shè)計(jì) 充電器的充電過(guò) 程主要由 MAXl898 控制，而單片機(jī)芯片主要是對(duì)電池起保護(hù)作用。但是，為了安全起見(jiàn)，單片機(jī)在檢測(cè)到充滿狀態(tài)的脈沖后，不僅會(huì)自動(dòng)切斷 MAXl898 芯片的供電，而且會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶及時(shí)取出電池。 由于充電器在檢測(cè)電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)有充電電流通過(guò)電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截止充電過(guò)程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其他串聯(lián)電阻對(duì)電池端電壓的影響，但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對(duì)電池終止電壓的檢測(cè)有影響。滿充 在滿充過(guò)程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或滿充時(shí)間 超時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。恒流充電時(shí)，電池電壓緩慢上升，一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入滿充過(guò)程。 預(yù)充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測(cè)到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過(guò)程，在此期間充電器以快充電流的 10％給電池充電，使電 15 池電壓、溫度恢復(fù) 到正常狀態(tài)。在 MAXl898 和外部單片機(jī)的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了如下的充電過(guò)程。 Q1 為 P 溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，由 MAxl898 提供驅(qū)動(dòng)。 74LS04反相后與單片機(jī) INT0 相連，觸發(fā)外部中斷。 圖 5 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖 14 U3 為輸出 +5V 的電壓轉(zhuǎn)換芯片 M7805，它將 12V 的輸入電壓轉(zhuǎn)換為固定的 5v輸出； u4 為光耦隔離芯片 6N137，其輸入為 LM7805 產(chǎn)生的 5V 電壓，輸出為經(jīng)過(guò)隔離的 5V 電壓， U4 的 2腳和單片機(jī)的 P2． 0相連，由單片機(jī)控制適時(shí)地關(guān)閉充電電源。 圖 4 單片機(jī)部分原理圖 圖中， u1 為單片機(jī) AT89C52，工作在 11． 0592MHz 時(shí)鐘； u2 為蜂鳴器，蜂鳴器由單片機(jī)的 P2． 1 腳控制發(fā)出報(bào)警聲提示；單片機(jī)的 P2． O腳輸出控制光耦器件，在需要的時(shí)候可以及時(shí)關(guān)斷充電電源；單片機(jī)的外部中斷 O由充電芯片MAXl898 的充電狀態(tài)輸出信號(hào)／ CHG經(jīng)過(guò)反相后觸發(fā)。 13 電路原理圖及說(shuō)明 硬件電路由單片機(jī)電 路、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路、充電控制電路 3部分組成。為低時(shí)，無(wú)論有無(wú)輸入，輸出都為高。 6N137 的引腳分布如圖 3所示。 另外，由于充電器外部為 +12V 供電，因此需要通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片將 +12V 電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 電壓，這里選用三端電壓轉(zhuǎn)換芯片 LM7805 來(lái)完成此功能。此引腳需旁接一個(gè)大電解電容到地； 12 GND(8 腳 )：接地端； DRV(9 腳 )：外部晶體管驅(qū)動(dòng)器，接晶體管的基極； CS(10 腳 )：電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。此引腳通過(guò)電阻接地時(shí)，可以降低它的電壓閾值。接一個(gè)時(shí)間電容來(lái)設(shè)置充電時(shí)間，電容為 100nF 時(shí)，幾乎為 3 個(gè)小時(shí)，此引腳直接接地將禁用此功能； RSTRT(6 腳 )：自動(dòng)重新啟動(dòng)控制引腳。 EN 為輸入腳，可以通過(guò)輸入禁止芯片 工作； OK為輸出腳，用于指示輸入電源是否與充電器連接； ISET(4 腳 )：充電電流調(diào)節(jié)引腳。 MAXl898 可對(duì)所有化學(xué)類(lèi)型的 Li+電池進(jìn)行安全充電，它具有高集成度，在小尺寸內(nèi)集成了更多功能，盡可能多地覆蓋了基本應(yīng)用電路，只需要少數(shù)外部元件。 表 1 MAX1898典型充電電路的 LED指示燈狀態(tài)說(shuō)明 充電狀態(tài) LED指示燈 電池或充電器沒(méi)有安裝 滅 預(yù)充或快充 亮 充電結(jié)束 滅 充電出錯(cuò) 以 頻率閃爍 11 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)主要圍繞充電芯片 MAXl898 展開(kāi)，而單片機(jī)控制部分的電路簡(jiǎn)單 。啟動(dòng)快充后，打開(kāi)外接的 P型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門(mén)限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式， P 型場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)的時(shí) JI間會(huì)越來(lái)越短。平均的脈沖充電電流低于設(shè)置的快充電流的 20％，或者充電時(shí)間超出片上預(yù)置的最大充電時(shí)問(wèn)時(shí)，充電周期結(jié)束。 (4)在限制電流的模式下，通過(guò)外接的電阻 RSET 來(lái)設(shè)置最大充電電流IFSTCHG，關(guān)系如下式所示： 1fstchg=1400/Rset 式中， RSEI的單位 為 Q， IFsTCHG的單位為 A。 CcT= tCHG 式中， tCHG 的單位為小時(shí)， CcT 的單位為 nF。 (3)通過(guò)外接的電容 CcT 來(lái)設(shè)置充電時(shí)間 tCHG。鋰電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，電源的輸入需要采用恒流恒壓源，一般可采 用直流電源外加變壓器。充電結(jié)束時(shí)，指示 圖 1 MAX1898的典型充電電路 燈將會(huì)按 12%的周期閃爍， MAX1898 的典型充電電路如右圖 1 所示電路具體說(shuō)明如下。 MAXl898 能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒(méi)有電源時(shí) 自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。 MAX1898 的浮動(dòng)方式能夠使電池容量充至最大。因?yàn)橄到y(tǒng)工作時(shí)電源電流的變化范圍較大，如果充電器沒(méi)有輸入電流檢測(cè)功能，則輸入電源必須能夠提供最大負(fù)載電流與最大充電電流之和，這將使電源的成本增高、體積增大，而利用輸入限流功能則能夠降低充電器對(duì)直流電源的要求，同 時(shí)也簡(jiǎn)化了輸入電源的設(shè)計(jì)。輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流。小尺寸 uMAX 封裝?？蛇x／可調(diào)節(jié)自動(dòng)重啟。檢流監(jiān)視輸出?？删幊贪踩〞r(shí)器。 LED 充電狀態(tài)指示。輸入電源自動(dòng)檢測(cè)?？删幊坛潆婋娏?。 ％電壓精度。 MAXl898 還具有其他一些功能，包括輸入關(guān)斷控制、可選的充電周期重啟 (無(wú)須重新上電 )、可選的充電終止安全定時(shí)器和過(guò)放電電池的低電流預(yù)充。充電電流可由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流，無(wú)須外部檢流電阻。 MAXl898 提供精確的恒流／恒壓充電，電池電壓調(diào)節(jié)精度為177。 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是手機(jī)的單節(jié)鋰離子電池充電器，要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護(hù)能力，據(jù)此選擇 Maxim 公司的 MAXl898 作為電池充電芯片。 8 電池充電芯片的選擇 如何選擇電池充電芯片 目前市場(chǎng)上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì)。專(zhuān)用的充電芯片具備業(yè)界公認(rèn)較好的 △ v 檢測(cè)，可以檢測(cè)出電池充電飽和時(shí)發(fā)出的電壓變化信號(hào)，比較精確地結(jié)束 充電工作，通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些芯片的控制，可以實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化，例如，在充電后增加及時(shí)關(guān)斷電源、蜂鳴報(bào)警和液晶顯示等功能。 一部好的充電器不但能在短時(shí)間內(nèi)將電量充足，而且還可以對(duì)電池起到一定的維護(hù)作用，修復(fù)由于使用不當(dāng)造成的記憶效應(yīng)，即容量下降 (電池活性衰退 )現(xiàn)象。為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓，但是過(guò)壓充電會(huì)造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。鋰電池是手機(jī)最為常用的一種電池，它具有較高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長(zhǎng)，價(jià)格也越來(lái)越低。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過(guò)充，一般充電到 90％就停止大電流快充，而采用小電流涓流補(bǔ)充充電。 它為什么需要實(shí)現(xiàn)充電器的智能化呢？ 充電器實(shí)現(xiàn)的方式不同會(huì)導(dǎo)致充電效果的不同。 7 第三章 設(shè)計(jì)思路分析 充電的實(shí)現(xiàn)，它包括兩部分：一是充電過(guò)程的控制；二是需要提供基本的充電電壓 。 充電電壓提供模塊：采用電壓轉(zhuǎn)換芯片將外部 +1 2V 電壓轉(zhuǎn)換為需要的 +5V電壓。充電過(guò)程控制模塊：采用專(zhuān)用的電池充電芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的控制。單片機(jī)模塊：實(shí)現(xiàn)充電器的智能化控制 ，比如自動(dòng)斷電、充電完成報(bào)警提示等。設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的充電器是一種智能充電器，它在單片機(jī)的控制下，具有預(yù)充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成報(bào)警提示功能。 隨著手機(jī)在世界范圍內(nèi)的普及使用，手機(jī)電池充電器的使用也越來(lái)越廣泛。 單片機(jī)在電池充電器領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，利用它的處理控制能力可以實(shí)現(xiàn)充電器的智能化。從隨身聽(tīng)到數(shù)碼相機(jī)，從手機(jī)到筆記本電腦，幾乎所有用到電池的電器設(shè)備都需要用到充電器。針對(duì)這些應(yīng)用特點(diǎn)， MAX1898，這款充電器具有很高的充電控制特性和較低的成本，性能價(jià)格比較高，是一款理想的單節(jié)鋰離子電池充電器。另外，對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。 鋰離子電池的不足之處在于對(duì)充電器要求比較苛刻，需要保護(hù)電路。所以我們需要深充放來(lái)校準(zhǔn)電池的芯片。 電量統(tǒng)計(jì)芯片通過(guò)記錄放電曲線（電壓、電流、時(shí)間）可以抽樣計(jì)算出電池的電量。鋰離子電池的充電過(guò)程分為兩個(gè)階段，恒流快充階段（電池指示燈呈黃色時(shí)）和恒壓電流遞減階段（電池指示燈呈綠色閃爍。這些數(shù)值在使用中會(huì)逐漸變化。 鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片 。 過(guò)度充電和過(guò)度放電，將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋放出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過(guò)度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。主要是正負(fù)極材料本身的變化，從分子層里來(lái)看，正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸塌 陷，堵塞；從化學(xué)角度來(lái)看，是正負(fù)極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。 雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種反應(yīng)。鋰 離子的移動(dòng)產(chǎn)生了電流。常見(jiàn)的正極材料主要成分為 LiCo02，充電時(shí)，加在電池兩級(jí)的電勢(shì)迫使正極化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。 ，驗(yàn)證整個(gè)設(shè)計(jì)。 ，繪制充電電路原理圖。 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們使用各種家電設(shè)備、儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備也在逐步走向智能化，所以充電器有它的巨大發(fā)展空間，同時(shí)電子產(chǎn)品的不斷更新， 51 單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池充電器方面的應(yīng)用就更有意義。在眾多的 51系列單片機(jī)中， AT89系列單片機(jī)在我國(guó)得到了極其廣泛 的應(yīng)用， AT89系列單片機(jī)是美國(guó) Atmel公司的 8位機(jī)產(chǎn)品。充電器的智能化可以縮短充電的時(shí)間，同時(shí)能夠維護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。設(shè)計(jì)比較科學(xué)的充電器往往采用專(zhuān)用充電控制芯片配合單 片機(jī)控制的方式。另外，對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。鋰電池對(duì)于充電器的要求比較苛刻，需要保護(hù)電路。 手機(jī)電池的使用壽命和單次使用時(shí)間與充電過(guò)程密切相關(guān)。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)充電器功能的意義 由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時(shí)停止會(huì)使電池發(fā)燙，過(guò)度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。如空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐及防盜報(bào)警等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信，單片機(jī)上有并行 I/O 接口角兒串聯(lián) I/0 接口，可用于通信接口，如單片機(jī)控制的自動(dòng)呼叫應(yīng)答系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信系統(tǒng)、遙測(cè)遙控系統(tǒng)等。單從 ROM 類(lèi)型來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的只讀存儲(chǔ)器有 ROM、 EPROM、 2 EEPROM、 Flash Memory 等多種，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇 。由于單片機(jī)帶有一定數(shù)量的接口電路，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。在其他的邏輯控制功能等方面，也都優(yōu)于一般的 8位微處理。 控制功能強(qiáng)。 體積小，集成度高、可靠性高。它在 硬件結(jié)構(gòu)、指令功能等方面均有獨(dú)到之處，其特點(diǎn)如下： 性價(jià)比高。總之，單片機(jī)正在向微型化、低功耗、高速、集成、高集成度、多資源、網(wǎng)絡(luò)化、專(zhuān)用型方向發(fā)展。 目前， 8 位高檔機(jī)和 16 位機(jī)在單片機(jī)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)品眾多，已有幾十個(gè)系列、幾百個(gè)型號(hào)，除了通用單片機(jī)以外，集成更多資源，如 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、“看門(mén)狗”（ Watchdog）電路、 LCD 控制器、網(wǎng)路控制模塊等，將單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和 Inte 連接起來(lái)已是一種趨勢(shì)。單片機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，他的軟、硬件系統(tǒng)及I/O 接口控制能力等方面都有獨(dú)到之處，具有較強(qiáng)而有效的功能。 IV 目錄 第一章 概述 .........................................................................................................................