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正文內(nèi)容

智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計-展示頁

2025-07-09 03:18本頁面
  

【正文】 可直接訪問8M字節(jié)的程序存儲器和8M字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。AVR單片機(jī)是用一個時鐘周期執(zhí)行一條指令的,它是在8位單片機(jī)中第一個真正的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)。 AVR單片機(jī)運(yùn)用Harvard結(jié)構(gòu),在前一條指令執(zhí)行的時候就取出現(xiàn)行的指令,然后以一個周期執(zhí)行指令。AVR結(jié)構(gòu)單片機(jī)的開發(fā)日的就在于能夠更好地采用高級語言(例如C語言、BASIC語言)來編寫嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)程序,從而能高效地開發(fā)出目標(biāo)代碼。AVR單片機(jī)采用RISC結(jié)構(gòu),具有1MIPS/ MHz的高速運(yùn)行處理能力。ATMEL在這種強(qiáng)大市場壓力下,發(fā)揮Flash存儲器的技術(shù)特長,于1997年研發(fā)并推出了個新配置的、采用精簡指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī),簡稱AVR單片機(jī)。在單片機(jī)微控制器方面,ATMEL公司有AT89, AT90和ARM三個系列單片機(jī)的產(chǎn)品。過充電將造成電池?fù)p壞,甚至爆炸。鋰電池以恒定電壓進(jìn)行充電,同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。和NiCd 電池一樣,NiMH 電池也為恒定電流充電。和NiCd 電池一樣,極性反轉(zhuǎn)時電池也會損壞。這種電池的容量比NiCd 的大。NiCd 電池以恒定電流的方式進(jìn)行充電。為了防止損壞電池包,需要不間斷地監(jiān)控電壓。失效機(jī)理主要是極性反轉(zhuǎn)。它的優(yōu)點是相對便宜,易于使用;缺點是自放電率比較高。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定( ), SLA 電池可以無限制地充電。密封鉛酸電池(SLA) 密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合,如UPS和報警系統(tǒng)的備份電池。因此,在設(shè)計電池充電器時,對溫度進(jìn)行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的。當(dāng)電池充滿后,若繼續(xù)充電,則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學(xué)能。過熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。例如,電池的容量為750 mAh,充電電流為750 mA,則充電電流為1C (1 倍的電池容量)。最大充電電流 最大充電電流與電池容量(C) 有關(guān)。電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器( 即電池可以在小于3 個小時的時間里充滿電,通常是一個小時) 需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進(jìn)行精確地測量,在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。AVR 是目前唯一的針對象 “C”這樣的高級語言而設(shè)計的8 位微處理器。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測量精度,使得充好后的容量更接近其最大容量。Flash 可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程,或是在PCB貼裝之后再通過ISP 進(jìn)行編程,從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。其框圖如下:圖11 智能充電器基本框圖Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全地充電,因此,需要對充電過程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控),以縮短充電時間,達(dá)到最大的電池容量,并防止電池?fù)p壞。設(shè)計充電器時要仔細(xì)了解這些特性以防止過度充電而損壞電。電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(xué)系統(tǒng)里實現(xiàn)的。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù),可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控,以縮短充電時間、達(dá)到最大的電池容量,并防止電池?fù)p壞。第一章 概述第一節(jié) 緒論如今,隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn),對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。AVR 是目前唯一的針對像 “C”這樣的高級語言而設(shè)計的8 位微處理器。10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測量精度,使得充好后的容量更接近其最大容量。Flash 可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程,或是在PCB貼裝之后再通過ISP 進(jìn)行編程,從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控,以縮短充電時間、達(dá)到最大的電池容量,并防止電池?fù)p壞。 前言隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn),對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。AVR 已經(jīng)在競爭中領(lǐng)先了一步,被證明是下一代充電器的完美控制芯片。由于程序存儲器為Flash,因此可以不用象MASK ROM一樣,有幾個軟件版本就庫存幾種型號。EEPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù),如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。而其他方案為了達(dá)到此目的,可能需要外部的ADC,不但占用PCB 空間,也提高了系統(tǒng)成本。C 代碼似的設(shè)計很容易進(jìn)行調(diào)整以適合當(dāng)前和未來的電池,而本次智能型充電器顯示程序的編寫則就是用C語言寫的。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。與此同時,對充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池(NiCd)、鎳氫電池(NiMH)、鋰電池(LiIon)和密封鉛酸電池(SLA)四種類型。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同,電池有自己的特性。目前,市場上賣得最多的是旅行充電器,但是嚴(yán)格從充電電路上分析,只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器,隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn),對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。因此,智能型充電電路通常包括了恒流/恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測電路、電池溫度檢測電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。由于程序存儲器為Flash,因此可以不用象MASK ROM一樣,有幾個軟件版本就庫存幾種型號。EEPROM 可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù),如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。而其他方案為了達(dá)到此目的,可能需要外部的ADC,不但占用PCB 空間,也提高了系統(tǒng)成本。電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(xué)系統(tǒng)里實現(xiàn)的,由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同,電池的特性也不同,其充電的方式也不大一樣。充電方法 SLA 電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流; NiCd 電池和NiMH 電池的充電方法為恒定電流法,且具有幾個不同的停止充電的判斷方法。最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來表示。若涓流充電時電流為C/40,則充電電流即為電池容量除以40。能量以化學(xué)反應(yīng)的方式保存了下來。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能,對電池起了加熱的作用。在快速充電時這將使電池快速升溫,若不及時停止充電就會造成電池的損壞?,F(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)? 鎳鎘電池 (NiCd)? 鎳氫電池(NiMH)? 鋰電池(LiIon)在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。SLA 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程的初期電池過熱。鎳鎘電池(NiCd) NiCd 電池目前使用得很普遍。典型的NiCd 電池可以充電1000 次。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉(zhuǎn)。 就必須停機(jī)。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。由于過充電會造成NiMH 電池的失效,在充電過程中進(jìn)行精確地測量以在合適的時間停止是非常重要的。NiMH 電池的自放電率大概為20%/ 月。鋰電池 (LiIon) 和本文中所述的其他電池相比,鋰電池具有最高的能量/ 重量比和能量/ 體積比。當(dāng)充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時就要停止充電。 主要芯片的選擇 ATMEL公司是世界上有名的生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失性存儲器和各種數(shù)字模擬IC芯片的半導(dǎo)體制造公司。由于8051本身結(jié)構(gòu)的先天性不足和近年來各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的單片機(jī)的不斷涌現(xiàn),現(xiàn)在的單片機(jī)市場是百花齊放。 精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的,綜合了半導(dǎo)體案成技術(shù)和軟例性能的新結(jié)構(gòu)。為了縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場的時間,簡化系統(tǒng)的維護(hù)和支持,對于由單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)來說,用高級語言編程已成為一種標(biāo)準(zhǔn)編程方法。為了對目標(biāo)代碼大小、性能及功耗進(jìn)行優(yōu)化,AYR單片機(jī)的結(jié)構(gòu)中采用了大型快速存取寄存器組和快速的單周期指令系統(tǒng)。在其他的CISC以及類似的RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中,外部振蕩器的時鐘被分頻降低到傳統(tǒng)的內(nèi)部指令執(zhí)行周期,這種分頻最大達(dá)12倍(8051)。 由于AVR單片機(jī)采用了Harvard結(jié)構(gòu),所以它的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分開組織和尋址的。同時,由32個通用工作寄存器所構(gòu)成的寄存器組被雙向映射,因此,可以采用讀寫寄存器和讀寫片內(nèi)快速SRAM存儲器兩種方式來訪問32個通用工作寄存器。本次設(shè)計所用到的Atmega16L芯片便是ATmega系列中的一種,在這里作為充電器的核心部件。其功能特性如下: (1) 8位CPU。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū),通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM,可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。(5) 32個可編程的I/O引線,40引腳PDIP封裝。(7) 片內(nèi)/ 片外中斷源。(9) 工作電壓:-。AVR單片機(jī)的主要特點如下:。AVR的數(shù)據(jù)存儲器還是以8個Bit(位)為一個單元,因此AVR還是屬于8位單片機(jī)。AVR的指令執(zhí)行速度可達(dá)50ns (20MHz)。當(dāng)執(zhí)行某一指令時,下一指令被預(yù)先從程序存儲器中取出,這使得指令可以在每一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行??啥啻尾翆懙腇LASH具有多重密碼保護(hù)鎖死(LOCK)功能,因此可低成本高速度地完成產(chǎn)品商品化,并且可多次更改程序(產(chǎn)品升級)而不必浪費(fèi)1C或電路板,大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量及競爭力。具有32個通用作寄存器(相當(dāng)于8051中的32個累加器),克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶須現(xiàn)象,128~4K字節(jié)SRAM可靈活使用指令計算,并可用功能很強(qiáng)的C語言編程,易學(xué)、易寫、易移植。~,電源抗干擾性能強(qiáng)。(C/T),可作比較器、計數(shù)器、外部中斷和PWM(也可作D/A )用于控制輸出。液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊作為便攜式儀表的通用器件,在單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過程中也可以作為常用的程序和電路模塊進(jìn)行整體設(shè)計。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件有以下優(yōu)點:(1) 顯示質(zhì)量高液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。(3) 體積小,重量輕(4) 功率消耗小液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上,因此耗電量比其它顯示器要小得多。(2) 設(shè)計電源電路。(4) 手工焊接和ICCAVR編譯器的應(yīng)用。在大一時就曾接觸過C語言,由于時間較短,重視程度不夠,后來又一直沒用過,只能對它有一個大概的了解。這次畢業(yè)設(shè)計,就不得不花大量的時間在這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)上。 第3~8周1. 自學(xué)這次課題所涉及的相關(guān)內(nèi)容,包括C語言基礎(chǔ)知識,AVR單片機(jī)(主要是Atmega16L芯片)和ICCAVR編譯器的使用以及液晶顯示的相關(guān)內(nèi)容。2. 熟悉繪圖軟件Protel99的使用。2. 編寫顯示程序。 最后數(shù)周寫畢業(yè)設(shè)計論文,完成全部畢業(yè)設(shè)計。第二章 硬件電路設(shè)計經(jīng)過前面對充電器原理、液晶模塊、ATmega16L等的總體了解和掌握以及對各種元器件和電路圖的分析和比較后,現(xiàn)在就可以開始進(jìn)入硬件電路的設(shè)計了。 第一節(jié) 液晶顯示模塊兩種訪問方式接口電路的選擇單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問方式和為間接控制方式兩種。 (一) 直接訪問方式PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7RDWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7GNDVCCV0E/CSA/CSBR/WD/I10K 數(shù)據(jù)總線 GND +5V電位器 負(fù)電源 1 32 74LS00A11A10A9A8MPU 圖21 直接訪問方式電路圖 LCM接口直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I/O設(shè)備直接掛在單片機(jī)總線上,單片機(jī)以訪問存儲器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。單片機(jī)通過對這些接口的操作,以達(dá)到對液晶顯示模塊的控制。電路圖如圖22所示。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。第二節(jié) 硬件電路主要芯片 ATmega16L主要引腳說明以
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