【正文】 XXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 附錄 AT89S52 單片機(jī) 主要 程序 ： //防止 被重復(fù)引用的 h 文件 ifndef _BATTCHARGER_H define _BATTCHARGER_H include sbit GATE = P3^0。 由于本人的能力有 限，在編程過(guò)程中走了不少?gòu)澛?，而且?時(shí)把一些本來(lái)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題復(fù)雜化了，最終在 查閱大量的參考資料以及 指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下才得以順利 完成了編程。我選擇這個(gè)題目，感覺(jué)有與時(shí)俱進(jìn)的意義。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，讓我熟悉了單片機(jī)的設(shè)計(jì)流程，通 過(guò) 一步步解 決 疑惑 來(lái) 完成我的 設(shè)計(jì) ，同 時(shí) 也大大提升了自己知 識(shí)水平和能力。一開(kāi)始拿到這個(gè)課題確實(shí)也是一頭的霧水，不知道該如何的下手，也就在畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段， XXX 為我指出了此課題的大概方向和需要查閱的相關(guān)書籍以及在后面會(huì)遇到的主要問(wèn)題，當(dāng)時(shí)可謂受益頗多。 （ 5）在 proteus仿真平臺(tái)上建立仿真原理圖，并將程序上載到虛擬芯片上調(diào)試及運(yùn)行。 （ 3）執(zhí)行菜單命令“ Project” “ Options for Target ‘ Target 1’” ,在彈出的對(duì)話框中選擇“ Output”選項(xiàng)卡，選中“ Greate HEX File”。 充電器兩端的電壓顯示部分 （ 1）在 Keil程序里邊新建項(xiàng)目，名稱為“充電 器顯示”，并選擇單片機(jī)型號(hào)為AT89S52。 具體的 AT89S52 單片機(jī)主要控制程序見(jiàn)附 錄 [12]。若有第二次觸發(fā)，則認(rèn)為充電出錯(cuò)并關(guān)閉外部中斷和定時(shí)器中斷。 電池安裝完畢，接通電源后，程序進(jìn)行初始化，進(jìn)入空語(yǔ)句，等待中斷觸發(fā)。 其 主程序流程圖 如圖 51。 程序流程圖 為了 方便程序的設(shè)計(jì)，使自己在設(shè)計(jì)過(guò)程中做到思路清晰 。 C語(yǔ)言 是一種 計(jì)算機(jī)的程序語(yǔ)言，兼具高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的的優(yōu)點(diǎn)。 LS1 是蜂鳴器，可由單片機(jī)的 腳控制發(fā)出報(bào)警聲提示。 單片機(jī)控制部分 單片機(jī)部分的電路原理圖見(jiàn)圖 48[10]。 充電控制電路 充電控制 電路是智能充電器的關(guān)鍵部分 ,圖 47是其 充電控制電路原理圖。 CS5522與單片機(jī)的接口如圖 45所示： 圖 45 CS5522 與單片機(jī)接口圖 利用 AD采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度與電壓采集，從而控制充電器的充電電流大小，判讀充電器是否停止充電。溫度在 一般在 0~100度 之間變化，當(dāng)溫度升高 時(shí)， Pt100的電 阻值 會(huì) 變大，輸入放大電路的差分信號(hào) 也會(huì)隨之 變大，放大電 路的輸出電壓 Av相 應(yīng)的會(huì) 升高。 放大電路使用的元器件是 LM358集成運(yùn)算放大器，并且 放大電路采用兩級(jí)放大， 這樣可以避免 單級(jí)放大倍數(shù)過(guò)高 所引起 的非線性誤差， 提高準(zhǔn)確性。 然后 從電橋獲取的差分信號(hào) 會(huì) 通過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后輸入單片機(jī) 中 。 圖 42 電源電路設(shè)計(jì)原理圖 圖 43 電池溫度檢測(cè)簡(jiǎn)圖 圖 44 傳感器放大電路 傳感器電路包括傳感器測(cè)量電橋和放大電路兩部分，其電路結(jié)構(gòu)如圖 44所示。當(dāng)電池溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電池充電電路被切斷 [9]。 測(cè)溫電路部分 電池在充電末期，負(fù)極發(fā)生氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)生熱量，使電池溫度升高。 電源電路 部分 設(shè)計(jì)中， 要供電給 AT89S52 和 LCD 顯示模塊兩部分，而一個(gè) LM7805 的輸出電流不足，所以 將 AT89S52 和顯示模塊分別供電，因此 實(shí)際電路中用到了兩 片 LM7805。 充電過(guò)程控制模塊 :實(shí)現(xiàn)對(duì)充電 過(guò)程的控制。 4 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路的總體設(shè)計(jì)思路 對(duì)充電器原理、 AT89S52 單片機(jī) 的功能特點(diǎn)有了 了解和掌握，并 對(duì)各種元器件和電 路圖 進(jìn)行分析和比較后，開(kāi)始進(jìn)入硬件電路的設(shè)計(jì) 。另外， 電壓過(guò)低的電池 充電時(shí)還 需要進(jìn)行預(yù)充， 所以充電器要 帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù) 功能 ，為電 池進(jìn)行必要的充電保護(hù) 。 鋰離子電池的缺點(diǎn)是 非常害怕過(guò)充，所以 對(duì)充電器要求比較高 ， 而且 必須 要 有 保護(hù)XXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 電路。而鋰離子電池 在多次使用后，放電曲線是會(huì)改變的，如果芯片一直沒(méi)有機(jī)會(huì)再次讀出完整的一個(gè)放電曲線，其計(jì)算出來(lái)的電量也就是不準(zhǔn)確的。開(kāi)始充電時(shí)，電池的電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓 之后 ，在 控制芯片的控制下轉(zhuǎn)入恒壓充電狀態(tài)，此過(guò)程中電壓變化不大，電流在逐漸減小，當(dāng)充電電流幾乎降到零時(shí)，可認(rèn)為電池電量已滿，停止充電 [8]。 電池的 智能化 充電過(guò)程 就是通過(guò)充電控制芯片的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度 、 ID、 充電狀態(tài)、放電 次數(shù)等數(shù)值。所以鋰離子電池 通常 會(huì) 配有充放電的控制 電路的，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能的充電控制，以減少對(duì)電池的損害，延長(zhǎng)使用壽命。 過(guò)度的充 放電，都會(huì)對(duì)造成電池的損害或降低使用壽命。從物理角度看上，由于充放電過(guò)程中難免會(huì)有一些摩擦，碰撞，這樣會(huì)使外部材料慢 慢流失，甚至脫落。但是，鋰離子電池在多次充放電之后仍會(huì)性能下降，原因是非常復(fù)雜的。 鋰離 子電池的這些特點(diǎn)促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié) 鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來(lái)越多。 （ 5） 快速充電特性 鋰離子電池可接受的最大充電電流可達(dá) 1CmA，而且恒流充電時(shí)間可達(dá) 50分鐘以上。 （ 3） 高負(fù)載特性 基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì) 9 一般鋰電子電池的最大連續(xù)放電電流可達(dá) 2CmA。 鋰離子電池基本參數(shù)特性 [7] 參數(shù)特性如下： （ 1） 高能量密度 鋰電子電池的能量密度可以達(dá)到 360Wh/L,158Wh/Kg,是 NICD 及 NIMH 電池的兩倍以上。 NiMH 電池 的自放電率大概為 20%/月。由于過(guò)充電會(huì)造成 NiMH 電池的失效，在充電過(guò)程 中進(jìn)行精確地測(cè)量以在合適的時(shí)間停止是非常重要的。 鎳氫電池 (NiMH) 在輕重量的手持設(shè)備中如手機(jī)、手持?jǐn)z象機(jī) 等等 ， 鎳氫電池是使用最廣的。一旦單元電壓下降到 就必須停機(jī)。在電池包里第一個(gè)被完全放電的單元會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。典型的 NiCd 電池可以充電 1000 次。 鎳鎘電池 (NiCd) NiCd 電池 目前使用得很普遍。 鋰離子電池可以分成兩大類：不可充電型和可充電型，最大特點(diǎn)是比能量高。當(dāng)充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時(shí)就要停止充電。 鋰電池 (LiIon) 和一般的 電池相比，鋰電池具有最高的能量 / 重量比和能量 / 體積比。電池以恒定電壓進(jìn)行充電，輔以電流限制以避免在充電過(guò)程的初期電池過(guò)熱。 GND VA+ A1N1+ A1N1 BV A0 CPD SD1 CS XIN VREF+ VREF A1N2+ A1N2 A1 SCLK VD+ DGND SD0 XOUT XXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3 幾種常見(jiàn) 電池介紹 及基本參數(shù)特性 幾種常見(jiàn)電池 現(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下四種電池： ? 密封鉛酸電池 (SLA) ? 鋰電池 (LiIon) ? 鎳鎘電池 (NiCd) ? 鎳氫電池 (NiMH) 在正確選擇電池和充電算法時(shí)需要了解這些電池的背景知識(shí)。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為： （ 1） 200℃ ＜ t＜ 0℃ 時(shí)， RPt100=100*[1+At+B*t2+C*t3*(t100)] ； （ 2） 0℃≤t≤850℃ 時(shí)， RPt100=100*[1+At+B*t2] ； 其中， A = ； B = ； C = 。 溫度傳感器 PT100 PT100 溫度傳感器 具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。 CS5522 的主要性能如下 [6]: (1) 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度； 基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì) 7 1234567891 02 01 91 81 71 61 51 41 21 21 1G N DV A +A 1 N 1 +A 1 N 1 B VA 0C P DS D 1C SX I N X O U TS D 0D G N DV D +S C L KA 1A 1 N 2 A 1 N 2 +V R E F V R E F +模 擬 地片 選 信 號(hào)模 擬 電 源 正 端模 擬 信 號(hào)輸 入 正 端模 擬 信 號(hào)輸 入 負(fù) 端反 向 偏 置電 壓 輸 入輸 出 信 號(hào)端負(fù) 極 性 電源 自 舉 端數(shù) 字 信 號(hào)輸 入 端晶 振 輸入 端正 極 性 參考 電 源負(fù) 極 性 參考 電 源模 擬 信 號(hào)輸 入 正 端模 擬 信 號(hào)輸 入 負(fù) 端輸 出 信 號(hào)端時(shí) 鐘 信號(hào) 端數(shù) 字 電源 正 端數(shù) 字 地?cái)?shù) 字 信號(hào) 輸 出端晶 振輸 出端 圖 24 CS5522 引腳排列及說(shuō)明 (2) 低輸入電流 (100pA)，內(nèi)帶一個(gè)斬波放大器； (3) 2個(gè)差分輸入模擬通道，每個(gè)通道都可以進(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)； (4) 單 /雙極性緩沖輸入，量程有 25mv、 55mv、 100mv、 1v、 、 5v 等； (5) 有單片機(jī)通信的三線接口或四線接口； (6) 低功耗： 。 CS5522 內(nèi)含通道選擇寄存器、配置寄存器和增益寄存器。 CS5522 是 Cirrus Logic 公司生產(chǎn)的 24 位高精度串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，其引腳排列如圖 24所示。 轉(zhuǎn)換器的性能好壞，一般取決于準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)， 準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多， 則 表示 其 分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng)， 性能也就越好。而輸入信號(hào)相對(duì)于參考 標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)的大小 ，就是輸出的數(shù)字信號(hào)。通常 意義上 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入 的 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。 （ 11） XTAL2 管腳： 振蕩器反相放大器的輸出端 。在此期間，當(dāng)訪問(wèn) 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 ， PSEN 信號(hào) 被跳過(guò)兩次 。 （ 8） ALE/PROG 管腳： 訪問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器 或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（ 地址鎖 存 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)， 單片機(jī) 執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 （ 6） P3 端口：具有內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 端口。 (4) P1 端口（ ~）：此端口與 P0 端口不同的是具有內(nèi)部上拉電阻。 (2) GND 管腳：接地管腳。 8051是 51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品， 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，其結(jié)構(gòu)圖如圖 21所示 [4]: 圖 21 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 程序存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 定時(shí)計(jì)數(shù) 器 并行 I/O 口 串行通信口 中斷系統(tǒng) 數(shù)據(jù)總線 地址 總線 控制 總線 8051 時(shí)鐘 基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì) 5 AT89S52管腳圖如圖 22 所示： 圖 22 AT89S52管腳圖 圖 23 MCS51 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)框圖 P0 驅(qū)動(dòng)器 P2 驅(qū)動(dòng)器 程序地址寄存器 緩沖器 程序計(jì)數(shù)器 PC DPTR RAM地址 寄存器 RAM B寄存器 ACC TMP2 TMP1 ALU SP 指針 P0 口鎖存器 P2 口鎖存器 中斷、串行口和定時(shí)器 指令寄存器 定時(shí)和控制邏輯 OSC P1 鎖存器 P3 鎖存器 P1 驅(qū)動(dòng)器 P3 驅(qū)動(dòng)器 PSR ROM — — XXXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 23是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 。 不但擁有靈巧的 8 位 CPU ，還具有 系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 可以 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 另外 ， 由于 單片機(jī) 價(jià)格相對(duì)較低且可靠性高、控制功能強(qiáng)大，因此也 非常適合用在充電器的智能充電的控制上 。 單片機(jī)上有并行 I/O 接口和 串聯(lián) I/O接口，可用于通信接口， 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。盡管同一系列的單片機(jī)品種、規(guī)格繁多，但彼此差異卻不大。 （ 6）單片機(jī)芯片往往不是 單一的數(shù)字電路芯片，而是數(shù)字、模擬混合電路系統(tǒng)，即單片機(jī)芯片內(nèi)一般 集成了一定數(shù)量的模擬比較器， A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換電路。 （ 4）單片機(jī)的控制 功能很強(qiáng) 大 。為此，單片機(jī)芯片一般采用 HARVARD 雙總線結(jié)構(gòu)，即指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間相互獨(dú)立，并通過(guò)各自的數(shù)據(jù)總線與 CPU相連，使取指和讀 /寫數(shù)據(jù)能同時(shí)進(jìn)行。