【正文】 時(shí)的檢測(cè)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的數(shù)值進(jìn)行一系列的處理后輸出到八段碼中，用來告訴用戶充電進(jìn)行到哪個(gè)階段。（2） 單片機(jī)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的處理輸出到硬件上，通過PWM脈沖寬度來調(diào)整充電的階段的電流和電壓，以達(dá)到更好的充電效果。針對(duì)上述功能，它的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示：、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、A D u C 8 2 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖31 智能充電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖其中單片機(jī)采用了由AD公司生產(chǎn)的ADuc824，它內(nèi)含有兩個(gè)獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換通道和一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換通道，并且內(nèi)部還有一個(gè)溫度傳感器，為設(shè)計(jì)外圍電路接口提供了方便。電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路分別采用將檢測(cè)到的電壓和電流通過放大器和光電藕隔離器進(jìn)行轉(zhuǎn)換使得輸出的電壓和電流能夠滿足單片機(jī)的+5V電壓范圍。 單片機(jī)部分 ADuC824的介紹單片機(jī)選用性價(jià)比較高的AD公司生產(chǎn)的ADuC824. ADuC824是AD公司新推出的高性能單片機(jī)，它在內(nèi)部集成了高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，是目前片內(nèi)資源最豐富的單片機(jī)之一。（1） ADuC824的性能特點(diǎn) ADuC824是一個(gè)片內(nèi)資源非常豐富的單片機(jī)，各種片內(nèi)資源都有其獨(dú)自的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下：●高分辨率∑△ADCS有兩個(gè)獨(dú)立的通道(24位+16位分辨率) ；內(nèi)含可編程增益放大器；在20Hz/20mV 范圍內(nèi)有13 位有效分辨率；在20Hz/ 范圍內(nèi)有18位有效分辨率。●8051內(nèi)核可與8051指令系統(tǒng)兼容()；具有32kHz外部晶振和片內(nèi)PLL；有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；內(nèi)含12個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)?！駜?nèi)含的其它外圍設(shè)備有：片內(nèi)溫度傳感器；12位電壓輸出DAC；雙激勵(lì)恒流源；時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器；2線(I 2C可兼容) 和SPI串行I/O；看門狗定時(shí)監(jiān)視器(WDT)；電源供電監(jiān)視器(PSM)。圖 32 ADuC824 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)① 雙通道∑△型 A/D ADuC824 包括兩個(gè)帶有數(shù)字濾波器的∑△ADC 通道(主通道和輔助通道) 。在緩沖器意味著可處理較高內(nèi)阻的信號(hào)源，而且可在輸入通道前加入模擬 RC 濾波器。20mV，177。 等幾種量程的輸入。 的輸入范圍。其名稱以及在 SFR 中的地址和功能如下：ADSTAT(D8H)：狀態(tài)寄存器，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒、校準(zhǔn)狀態(tài)和一些出錯(cuò)信息 ADMODE(D1H)：模式寄存器，控制主通道和輔助通道的操作模式AD0CON(D2H)：主通道控制寄存器AD1CON(D3H)：輔助通道控制寄存器SF(D4H)：數(shù)字濾波器寄存器，通過調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)來控制主、輔通道數(shù)據(jù)的更新速率ICON(D5H)：恒流源控制寄存器，用于控制片內(nèi)恒流源(片內(nèi)有兩個(gè) 200μA恒漢源，可緞帶外接變送器提供激勵(lì)電流) AD0L/M/H(D9/DA/DBH)：三字節(jié)，用于存放主通道 24 位轉(zhuǎn)換結(jié)果AD1L/H(DC/DDH)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道 16 位轉(zhuǎn)換結(jié)果OF0L/M/H(E1/E2/E3H)：三字節(jié)，用于存放主通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)OF1L/H(E4/E5H)：兩字節(jié)，用于存入輔助通道偏移校準(zhǔn)系數(shù)GN0L/M/H(E9/EA/EBH)：三字節(jié)，用于存放主通道增益校準(zhǔn)系數(shù)GN1LH(EC/EDH)：兩字節(jié)，用于存放輔助通道增益校準(zhǔn)系數(shù)② ADuC824 的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) ADuC824 的片內(nèi)存儲(chǔ)器包括 8K 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE程序存儲(chǔ)器、640 字節(jié)片內(nèi) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 256 字節(jié)片內(nèi) RAM。如用戶在 EA 置 0 時(shí)上電或復(fù)位，則芯片執(zhí)行外部程序空間的指令而不能執(zhí)行內(nèi)部 8KFlash/EE 程序存儲(chǔ)器空間的指令。附加的640 字節(jié) Flash/EE 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是通過專用寄存器塊 (SFR)中的一組控制寄存器來間接訪問的。另外，ADuC824 還可通過標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。當(dāng)設(shè)備連接正確時(shí)源代碼將自動(dòng)載入到程序存儲(chǔ)器，并可通過這種方式進(jìn)行在線編程。它有一個(gè)軌對(duì)軌的電壓輸出緩沖，可驅(qū)動(dòng) 10kΩ/100pF 的負(fù)載。DAC 有一個(gè)控制存儲(chǔ)器 DACCON 和兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 DACL/H。ADuC824使用一個(gè) 的外部晶振同時(shí)為 AD 和 CPU 提供時(shí)鐘信號(hào)。CPU 核心可以用這個(gè)頻率工作，也可以以該頻率分頻后的頻率工作，以降低功耗，減少干擾。以上的頻率選擇保證了 AD 調(diào)制器和 CPU 核心的時(shí)鐘同步。c. 時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器(TIC )時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器可用于計(jì)量較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，而標(biāo)準(zhǔn) 8051 的定時(shí)/計(jì)數(shù)器卻不能。HOUR、MIN、SEC 、 HTHSEC 分別是時(shí)、分、秒、1/128 秒的寄存器。 單片機(jī)電路部分本次設(shè)計(jì)采用 ADuC824，其連接電路圖如圖 34。為了與平時(shí)學(xué)的 80C51 的 12MHz 的晶振頻率一致,且易編程，我們可以對(duì)片內(nèi) PLL 的控制寄存器 PLLCON 進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn) 12MHz 的晶振頻率。 充電電路設(shè)計(jì)部分 充電電路電源部分該電路屬于降壓扼流圈電路，輸出電壓比輸入電壓低時(shí)使用，如圖 35 所示的電路中，220 伏市電經(jīng)變壓器降壓后，由整流器整流和大電容 C1 平滑濾波，作為直流充電電源。經(jīng)過 PWM 高電平脈沖持續(xù)時(shí)間后，PWM 信號(hào)變低，MOSFET 截止，電感 L1 中的電流減小，L 1 兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管導(dǎo)通，L 1 中的存儲(chǔ)電流和電 容 C2 存儲(chǔ)電荷向電池充電。電感 L2 的作用是平滑充電電流 [1][7]。TL494 是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的一種電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制控制集成電路，主要應(yīng)用在各種開關(guān)電源中，TL494 價(jià)格低廉，易購(gòu)得，和分立單元系統(tǒng)相比，在一個(gè)芯片內(nèi)，同時(shí)解決了電流和電壓調(diào)節(jié)器，脈寬調(diào)制，最大電路限制。由 TL49單片機(jī)組成的充電控制回路，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖 36 是它的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，其中 1，2 腳是誤差放大器 I 的同相和反相輸入端；3 腳是相位校正和增益控制；4 腳為間歇期調(diào)整，其上加 電壓時(shí)可使截止時(shí)間從 2%線性變化到 100%；5，6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容；7 腳為接地端；8，9 腳和 11，10 腳分別為 TL494 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極；12 腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時(shí)為推挽輸出方式；14 腳為 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電流 10mA；15，16 腳是誤差放大器 II的反相和同相輸入端。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時(shí)，TL494 輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變 MOSFET 的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的，使電池電壓與設(shè)定值保持一致，形成閉環(huán)回路控制。單端輸出時(shí) TL494 的 Q1 和 Q2 并在一起輸出 PWM 波，如圖 37 所示。設(shè)定輸入信號(hào)是由 TL494 的+5V 基準(zhǔn)電壓源經(jīng)一精密多圈電位器分壓，由電位器滑動(dòng)端通過濾波電路接入 TL494 的誤差放大器Ⅰ的 V1一反相輸入端。在這次的設(shè)計(jì)中只用到了 TL494 的誤差放大器Ⅰ，故將誤差放大器Ⅱ的V2+（16 腳）接地、V2 （15 腳）接高電平 [8][9]。1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 5Jun2022 Sheet of File: J:\于 \PREVIO~ Drawn By:RW433KR15 5KC9C10 +V1 1V12+V216V215COMP3DTC4CT5RT6C18C211OC13VREF14E19E210U2TL494 C111u+5GNDGNDGNDGNDGNDDACURRENT/AIN1GNDPWM圖 38 TL494 控制回路電路 檢測(cè)電路檢測(cè)電路包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路，由于ADuc824 自帶內(nèi)部溫度傳感器，本節(jié)著重介紹電壓和電流檢測(cè)電路。本設(shè)計(jì)采用精密電阻進(jìn)行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉(zhuǎn)化為 AD 轉(zhuǎn)換器的量程范圍，然后經(jīng) RC 濾波，再送給 AD 轉(zhuǎn)換器測(cè)量。電壓采樣電路的工作原理如圖 49 所示：1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 2Jun2022 Sheet of File: H:\于\BACKUP~ Drawn By:R9100KR1010KU4BOPTOISO1U4AOPTOISO1RW210KR12R11R14270R133KD34007+ +12+5+12+12U2ALM324Vo+VoVin1Vi V3V4 I4 I5I6 V6VOLTAGE/AIN3圖 39 電壓檢測(cè)電路輸入電壓：（）10inbatVU???經(jīng)分壓衰減變成 （）109i batR忽略運(yùn)放的電流，根據(jù)虛地原理，有 所以第一路光藕的輸出34iV? （）512IR由于光藕 和 的原邊電流相同，且 2 個(gè)光藕制造工藝相同，所以可近似地4AUB認(rèn)為它們的電流放大倍數(shù)是相同的。（2） 電流檢測(cè)在檢測(cè)電流時(shí)，電流的取樣通過電阻法取樣，取樣電流由一個(gè) 100 /2W?的金屬膜電阻完成。 這 類電 阻 器 一 般 采 用 真 空 蒸 發(fā) 工 藝 制 得 ， 即 在 真 空 中 加 熱 合 金 ， 合 金 蒸 發(fā) ， 使 瓷棒 表 面 形 成 一 層 導(dǎo) 電 金 屬 膜 。 它 的 耐熱 性 、 噪 聲 電 勢(shì) 、 溫 度 系 數(shù) 、 電 壓 系 數(shù) 等 電 性 能 比 碳 膜 電 阻 器 優(yōu) 良 。 這 種電 阻 和 碳 膜 電 阻 相 比 ， 體 積 小 、 噪 聲 低 、 穩(wěn) 定 性 好 ， 但 成 本 較 高 ， 常 常 作 為精 密 和 高 穩(wěn) 定 性 的 電 阻 器 而 廣 泛 應(yīng) 用 ， 同 時(shí) 也 通 用 于 各 種 無 線 電 電 子 設(shè) 備 中 。電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是檢流電阻會(huì)分壓而影響被檢測(cè)原電路，但本充電電路的被檢測(cè)電流是直流電流，數(shù)值大到數(shù)個(gè)安培。所以， = 。即兩路光藕的輸入輸出電流之比為 （）321I?因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 （）2153121266inVRWVIRW??把 、 的阻值代入得1RW6 （）??150sV??即： （）1/ 0CURENTAIsW?調(diào)節(jié) 使得電壓在 05V 之間，便于采樣。4 智能充電器的軟件設(shè)計(jì)充電控制技術(shù)是智能充電器系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的核心部分。為實(shí)現(xiàn)大電流充電，又要保護(hù)電池，蓄電池采用圖 41 所示的充電方式，充電階段可以分成 4 個(gè)階段。單片機(jī)開始先進(jìn)行一定的初始化，將其各個(gè)接口和一些 A/D 轉(zhuǎn)換的使用的寄存器進(jìn)行初始化。進(jìn)入恒流階段與涓流充電的過程一樣，只是恒流充電的電流較大，PWM的脈寬較寬。該主程序流程圖如圖 42 所示。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 2P W M 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、P W M 、 、 、 、 、 、YNNYYNNYYN、 、 、 、 、圖 42 主程序流程圖 子程序軟件設(shè)計(jì) 電壓和電流的采樣子程序是通過單片機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，將電壓和電流檢測(cè)電路的檢測(cè)到的數(shù)值經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行判斷進(jìn)入何種階段充電，首先先啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，將 A/D 轉(zhuǎn)換的兩個(gè)獨(dú)立的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，然后開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，延時(shí)一段時(shí)間，判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，若轉(zhuǎn)換結(jié)束則讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)延時(shí)。該智能充電器在充電結(jié)束時(shí)能夠進(jìn)行自動(dòng)終止充電，并且蜂鳴器報(bào)警提醒用戶充電電池已充滿，充電結(jié)束。5 結(jié)論本文是對(duì)鉛酸蓄電池的智能型充電器的研究，針對(duì)以往的充電器的一直持續(xù)采用大電流充電和沒有過充電的保護(hù)措施，極易使電池產(chǎn)生極化現(xiàn)象，從而造成電池的充電效率下降，電池的使用壽命縮短。并且不斷檢測(cè)電池是否已充滿，防止電池的過充現(xiàn)象對(duì)電池造成的損害。在本次的設(shè)計(jì)中限于時(shí)間、能力和開發(fā)環(huán)境等一些原因的影響，還有一些關(guān)于智能型充電器的其他的一些功能沒能設(shè)計(jì)出來，只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹說明。致 謝大學(xué)四年的最后一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)生活已經(jīng)緩緩拉下來帷幕，在這一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)制作和學(xué)習(xí)的過程中，我應(yīng)該說是付出了許多，同時(shí)也體驗(yàn)了許多，收獲了許多。首先我要特別感謝我的導(dǎo)師陳志武老師，在這一個(gè)學(xué)期里他對(duì)我孜孜不倦的指導(dǎo)和教誨，使我在設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)的道路上受益匪淺