【正文】 能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，價(jià)格便宜。單片機(jī)將一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本部件集成在一塊芯片上，減少了各部件間的連線，能大大地提高運(yùn)行速度和抗干擾能力。為了，滿足工業(yè)控制的需要，單片機(jī)有很強(qiáng)的位處理功能。 單片機(jī)系統(tǒng)配置靈活、方便。 單片機(jī)類型多。 單片機(jī)的應(yīng)用： 由于單片機(jī)具有如上所述的特點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等諸多領(lǐng)域，得到了日益廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制，如在工業(yè)生產(chǎn)過程中參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位等）的控制，數(shù)據(jù)處理功能于一體，如轉(zhuǎn)速測(cè)試儀、噪聲測(cè)試儀、振動(dòng)測(cè)試儀及電子秤等。家用電器 ，由于單片機(jī)體積小，控制能力強(qiáng)，且片內(nèi)與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，所以廣泛應(yīng)用于家用設(shè)備中。 本設(shè)計(jì)是單片機(jī)在智能充電方面的應(yīng)用。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，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。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)格也越來越低。為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓，但是過壓充電會(huì)造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。 一部分的充電器不但能在很短時(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。專用的充電芯片具有業(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，通過單片機(jī)對(duì)這些芯片的控制，可以實(shí)現(xiàn)充電過程的智能化，例如，在充電后增加及時(shí)關(guān)段電源、蜂鳴報(bào)警 3 和液晶顯示等功能。 51 系列單片機(jī)也是當(dāng)前使用最為廣泛的 8 位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，使 51 系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來都仍會(huì)有強(qiáng)大的生命力。他的特點(diǎn)是片內(nèi)含有 Flash Memory，F(xiàn)lash Memory 是一種電可摩除和電寫入的閃速存儲(chǔ)器（記為 FPEPROM)，在系列的開發(fā)過程中可以很容易地進(jìn)行程序修改，使開發(fā)調(diào)試更為方便。 為了完成智能充電器的設(shè)計(jì)，我將進(jìn)行以下工作： 析充電的實(shí)現(xiàn)和智能化的實(shí)現(xiàn)方法，選擇合適的充電電池芯片。 ，設(shè)計(jì)程序代碼。 4 第二章 充電技術(shù) 鋰離子電池的特點(diǎn) 鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。放電時(shí)，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合。 化學(xué)反應(yīng)原理雖然很簡(jiǎn)單，然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實(shí)際問題要多得多：正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性，負(fù)極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級(jí)去設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子；填充在正負(fù)級(jí)之間的電解液，除了保持穩(wěn)定，還需要具有良好導(dǎo)電性，減小電池內(nèi)阻。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì)下降，其原因是復(fù)雜多樣的。物理上還會(huì)出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動(dòng)的鋰離子數(shù)目。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。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。 充電控制芯片主要控制電池的充電過程。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會(huì)過充，電流則隨著電池電量的上升逐步 5 減弱到 0，而最終完成充電。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)算出來的電量也就是不準(zhǔn)確的。 而鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比、無記憶效應(yīng)、可重復(fù)充電多次、使用壽命較長(zhǎng)、價(jià)格也越來越低、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)品也越來越多。鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓 充電會(huì)造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。由此可見實(shí)現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸。 智能充電器 在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?，充電器的使用越來越廣泛。充電器為人們的外出旅行和出差辦公提 供了極大的方便。充電器種類繁多，但從嚴(yán)格意義上講，只有單片機(jī)參與處理和控制的充電器才能稱為智能充電器。 本次設(shè)計(jì)將通過一個(gè)典型實(shí)例介紹 5 1單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池充電器方面的應(yīng)用。 6 設(shè)計(jì)的功能模塊 該電壓在送給充電控制模塊之前還需經(jīng)過一個(gè)光耦模塊。 C51 程序：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電池充電芯片實(shí)現(xiàn)充電過程的自動(dòng)化，并根據(jù)充電的狀態(tài)給出有關(guān)的輸出指示。 智能化的實(shí)現(xiàn) 在充電器電路中引入單片機(jī)的控制。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，過度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。 手機(jī)電池的使用壽命和單次使用時(shí)間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池對(duì)于充電器的要求比較苛刻，需要 保護(hù)電路。另外，對(duì)于電壓過低的電池需要進(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)。設(shè)計(jì)比較科學(xué)的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機(jī)控制的方法。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。在選擇具體的電池充電芯片時(shí)，需要參考以下標(biāo)準(zhǔn)。電池類型：不同的電池 (鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等 )需選擇不同的充電芯片。電池?cái)?shù)目：可充電池的數(shù)目。電流值：充電電流的大小決定了充電 時(shí)間。充電方式：是快充、慢充還是可控充電過程。 芯片 MAX1898 的特點(diǎn) MAXl898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶體管可以組成完整的單節(jié)鋰電池充電器。 ％，提高了電池性能并延長(zhǎng)了電池使用壽命。 MAXl898 提供了充電狀態(tài)的輸出指示、輸入 電源是否與充電器連接的輸出指示和充電電流指示。 MAXl898 的關(guān)鍵特性如下。簡(jiǎn)單、安全的線性充電方式。使用低成本的 PNP 或 PMOS 調(diào)整元件。輸入電壓： ～ 12V。內(nèi)置檢流電阻。177。 9 MAXl 898 的充電工作原理 充電芯片 MAXl898 的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控制器。當(dāng)檢測(cè)到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時(shí)，通過降低充電電流從而控制輸入電流。 MAXl898 外接限流型充電電源和 P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，可以對(duì)單節(jié)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充，其最大特點(diǎn)是：在不使用電感的情況下，仍能做到很低的功率耗散，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能，最長(zhǎng)充電時(shí)問的限制可為鋰電池提供二次保護(hù)。 當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達(dá)到快充電流的 1％，或時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。啟動(dòng)快充后打開外接的 P 型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式， P 型場(chǎng)效應(yīng)管打開的時(shí)問會(huì)越來越短。 10 (1)輸入電壓范圍為 ～ 12v。 (2)通過外接的場(chǎng)效應(yīng)管提供鋰電池的充電接口。這里的充電時(shí)間指的是快充時(shí)的最大充電時(shí)間，它和定時(shí)電容 CcT 的關(guān)系如下式所示。 大多數(shù)情況下，快充時(shí)最大充電時(shí)問不超過 3小時(shí)，因此常取 CcT 為 100nF。 當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過程。 MAXl898 能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒有電源時(shí)自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。充電結(jié)束時(shí)， LED 指示燈將會(huì)呈現(xiàn)周期性的閃爍，具體的閃爍含義如表 1 所示。 主要器件 本設(shè)計(jì)的核心器件是 MAXl898。 AXl898 為 10 引腳、超薄型的 MAX封裝，其引腳分布如圖 2 所示 圖 2 MAX1898引腳分布 其引腳功能如下： IN(1 腳 )：傳感輸入，檢測(cè)輸入的電壓或電流； CHG(2 腳 )：充電狀態(tài)指示腳，同時(shí)驅(qū)動(dòng) LED； EN／ OK(3 腳 )：使能輸入腳／輸入電源“好”輸出指示腳。通過串接一個(gè)電阻到地來設(shè)置最大充電電流； CT(5 腳 )：安全充電時(shí)間設(shè)置引腳。當(dāng)此引腳直接接地時(shí)，如果電池電壓掉至基準(zhǔn)電壓閾值以下 200mV，將會(huì)重新開始一輪充電周期。此引腳懸空或者 CT引腳接地 (充電時(shí)間設(shè)置功能禁用 )時(shí)，自動(dòng)重新啟動(dòng)功能 被禁用； BATT(7 腳 )：電池傳感輸入腳，接單個(gè) Li+電池的正極。 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)芯片選用 Atmel 公司的 AT89C52，它完全可以滿足要求。 為了降低電源干擾，保持電路的穩(wěn)定，在 LM7805 完成電壓轉(zhuǎn)換， 將 +5v 充電電源送給 MAXl898 之前，先經(jīng)過一次光耦模塊 6N137 的處理，通過單片機(jī)對(duì)光耦模塊的控制，可以及時(shí)關(guān)斷充電電源。 圖 3 6N137引腳分布圖 其引腳功能如下 NC(1 腳、 4腳 )：懸空； +(2 腳 )、 (3 腳 )：發(fā)光二極管的正、負(fù)極； GND(5 腳 )：接地端； OUTPUT(6 腳 )：輸出腳； EN(7 腳 )：使能腳。不使用時(shí)，懸空即可； VCC(8 腳 )：電源輸入腳。單片機(jī)部分的電路原理圖如下圖 4所示。 下圖 5所示的為電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖。 圖 6 所示的為充電控制部分的電路原理圖， 圖 6 充電控制部分的電路原理圖 其核心器件為充電芯片 MAXl898，其充電狀態(tài)輸出引腳／ CHG 經(jīng)過。 LED_R 為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電 源接通； LED— G為綠色發(fā)光二極管，綠燈表示處于充電狀態(tài)。圖中， R4 為設(shè)置充電電流的電阻， 阻值為，設(shè)置最大充電電流為 500mA， C11 為設(shè)置充電 時(shí)間的電容，容值為 100nf，設(shè)置最大充電時(shí)間為 3小時(shí)。 預(yù)充時(shí)間由外接電容 CcT 確定 (100nF 時(shí)為 45分鐘 )，如果在預(yù)充時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到 ，且電池溫度正常，則充電進(jìn)入快充過程；如果超過預(yù)充時(shí)間后，電池電壓仍低于 ，則認(rèn)為電池不可充電，充電器顯示電池故障， LED 指示燈閃爍?？斐? 快充過程也稱為恒流充電，此時(shí)充電器以恒定電流對(duì)電池充電。 頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長(zhǎng)電池 5％～ 10％的使用時(shí)間。斷電 當(dāng)電池充滿后， MAXl898 芯片的 2號(hào)管腳發(fā)送的脈沖電平會(huì)由低變高，這將會(huì)被單片機(jī)檢測(cè)到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中，如果判斷出充 電完畢，則單片機(jī)將通過 口控制光耦 6N137，切斷 LM7805 向 MAXl898 的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時(shí)也減小功耗。報(bào)警 當(dāng)電池充滿后， MAXl898 芯片本身會(huì)熄滅外接的 LED 綠燈。當(dāng)充電出錯(cuò)時(shí)， MAXl898 芯片本身會(huì)控制 LED 綠燈以 1． 5Hz左右的頻率閃爍，此時(shí)不要切斷芯片的供電，要讓用戶一直看到此提示。本課題的軟件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，其主要功能如下。／ CHG輸出為高存在 3種情況：一是電池不在位或無充電輸入，二是充電完畢，三是充電出錯(cuò) (此時(shí)，實(shí)際上／ CHG會(huì)以 1． 5Hz頻率反復(fù)跳變 )。因此，在此中斷中，如果判斷出不是充電出錯(cuò)，則控制 腳切斷電源，控 制 腳啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。 TRO=1： ／／啟動(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器 O 計(jì)數(shù) t_count=0； ／／產(chǎn)生定時(shí)器 0中斷的計(jì)數(shù)器清零 ) intO— count++； ) ／ *初始化 *／ void init() ( EA =1。 ／／模式 1， TO為 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 ETO =1。 ／／外部中斷 O 設(shè)為邊沿觸發(fā) EXO =l。 ／／光耦正常輸出電壓 Bp =1。／ *無限循環(huán) *／ while(1)； ) 20 第 六 章 調(diào)試及檢測(cè) 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查印制電路板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后，可通電檢查 LED 顯示器的點(diǎn)亮狀況。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試相互密切聯(lián)系，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的，但是一般還是盡可能地先排除硬件故障后，再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。通過目測(cè)和使用萬用表，檢查樣機(jī)連線的正確性，注意各電路 板之間的連線完好。檢查所有的元器件是否有插錯(cuò)或損壞現(xiàn)象。將樣機(jī)中所有芯片都從插座上拔下，給樣機(jī)加電。一切正常時(shí)，斷電，插上一個(gè)芯片，重復(fù)檢查電壓，并試摸該芯片是否發(fā)熱。當(dāng)插上某個(gè)芯片后對(duì)電源系統(tǒng)沒有影響。將所有能進(jìn)行硬件單獨(dú)調(diào)試的外圍電路如 檢測(cè)信號(hào)放大電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等都調(diào)試好。 聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是軟硬件結(jié)合調(diào)試，即利用簡(jiǎn)單的調(diào)試程序來調(diào)試硬件系統(tǒng)。用開發(fā)裝置將一批數(shù)據(jù)寫入樣機(jī)的擴(kuò)展 RAM中，然后再將其讀出校驗(yàn)?？赡墚a(chǎn)生 RAM 讀寫故障的原因有：工作電源未 21 接通：地址 線、數(shù)據(jù)線開路、