高能效智能充电器的设计

合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 1 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） (2015(2015 届届) ) 高能效智能充电器的设计高能效智能充电器的设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 华杰 指导教师 刘栋材 讲师 学号：1108441096 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 2 摘摘 要要 本毕业设计主要目的是应用 AT89S51 单片机及 MAX1898 锂离子电池充电芯片结合 利用 PNP 晶体管能够组成电锂离子实现高能效智能电池手机充电器。MAX1898 可以提 供精确度很高的恒压/恒流充电。电池电压能够调节的精度为0.5%，电池的使用时间 和寿命得到增长，性能大大的提高。AT89S51 单片机可以控制实现电池预充、快速充、 满充、慢速充电保护、自行断电和慢充完成自动警示功能。在软件设计方面，能够利 用 C 语言编码为开发工具为系统提供更高的可靠、安全、稳定和经济性。此智能充电 器包括能够自行切换充电模式、检测锂电池充电电池的状态、短路保护充电器功能、 检测充电状态显示的功能同时可以更加的维护电池的性能，使其的使用时间和寿命延 长。 另外，在选择充电芯片时，也查阅了相关的资料，例如 MAX1578、SMC401 都可以 作为充电芯片，但是相比较而言，MAX1898 能更好的与 51 单片机相结合，功能也很强 大，同时，MAX1578、SMC401 更能适用于高档仪器，笔记本电脑，更重要的是 MAX1898 对于做毕业设计而言更经济实惠，性价比更高。 本毕业设计，在一些现实的条件下，尽可能的是实现它快速充电，保护电池，报 警提示，突出它的智能化高效能，即本毕业设计核心就是实现智能充电器的高能效的 特点。 关键词关键词:单片机 AT89S51 MAX1898 芯片 智能充电器 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 3 Abstract This graduation design is to use AT89S51 applications in mobile phone chargers, using MAX1898 lithium ion battery chip, plus the PNP transistor to form a single electric lithium-ion (Li +) intelligent cell phone charger.MAX1898 can provide high precision of constant voltage/constant current charging.The precision of battery voltage to adjust for plus or minus 0.5%, the use of time and life of battery is growing, greatly improve the performance.AT89S51 can control the battery prefi lled, fast charge, filled, slow charging protection, power outages and slow on its own to complete the automatic warning function.In the aspect of software design, be able to use C language code for development tools for the system to provide higher reliability, security, stability and economy.The intelligent charger includes can switch charging mode, inspect the status of lithium battery rechargeable batteries, short circuit protection charger function, detecting the function of the charging status display can be more to maintain the performance of the battery at the same time, the use of the time and life extension. In addition, when choosing the charging chip, also refer to the related data, such as MAX1578, SMC401 chip can be used as a charge, but in comparison, MAX1898 better combined with 51 single chip microcomputer, is also very powerful, at the same time, MAX1578, SMC401 can apply to more high-end equipment, laptop computers, more important is MAX1898 for doing graduation design more economical, more cost-effective. This graduation design, and in some realistic condition, as far as possible is to realize the quick charge it, protect battery and alarm prompt, highlighting its intelligent high efficiency.MAX1898 achieve rapid charging, intelligence of AT89S51, on this basis to realize efficient design of mobile phone chargers. Key words:MCU AT89S51 MAX1898 chip Intelligent Charger 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 4 目目 录录 要要 摘摘.2 ABSTRACTABSTRACT.3 1 1 绪论绪论.6 1.1 研究的背景.6 1.2 研究的主要内容6 1.3 应解决的关键问题.6 2 2 方案设计和论证方案设计和论证.6 2.1 设计思路概述6 2.2 方案设计与论证.7 2.2.1 充电控制芯片的选择.7 2.2.2 电池充电芯片的选择方案7 3 3 主要芯片介绍主要芯片介绍.10 3.1 MCS-51 系列单片机简介.10 3.1.1 MCS-51 系列单片机功能概述.10 3.1.2 MCS-51 系列单片机引脚功能说明11 3.1.3 AT89S51 单片机引脚说明与介绍.12 3.2 MAX1898 简介13 3.2.1 MAX1898 特性介绍13 3.2.2 MAX1898 芯片介绍13 3.2.3 MAX1898 芯片引脚说明.14 4 4 系统软件设计和调试系统软件设计和调试.14 4.1 单元电路设计14 4.1.1 单片机模块电路和报警电路设计14 4.1.2 充电器电路充电控制电路设计.16 4.2 总电路设计16 5 5 系统程序设计系统程序设计.17 5.1 程序设计概述17 5.2 程序流程图17 6 6 系统硬件设计和调试系统硬件设计和调试.18 6.1 电路图设计介绍.18 6.2 硬件电路制作19 6.3 系统电路软件和硬件联合调试.21 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 5 7 7 结束语结束语.22 致谢致谢.24 【参考文献参考文献】.1 附录附录 A A：系统原理图：系统原理图1 附录附录 B B：系统：系统 PCBPCB 图图1 附录附录 C C：系统源程序：系统源程序2 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 6 1 1 绪绪 论论 1.11.1 研究的背景研究的背景 随着科技的发展，各种各样的便携式充电器都遍布市场，同时对充电器在轻重量、 小尺寸及高性能的要求也更高。各种便携式充电器大多外观相似但内部的电路结构却 不一样，性能也不一样，存在不同的弊端和安全隐患。充电器都能实现充满自行停止， 但充电的效果是由不同充电方式决定的，大多的快速充电的结果是充满不能及时停止， 长时间过冲积累导致发热严重，同时会严重损害手机电池的使用时间和寿命。电压比 较的方式是低劣手机充电器常采用的方法，其是为了防止过度充电，一般大电流充电 到电池电量的 90%左右就停止，继而采用涓涓细流来充电而此时指示灯已不再闪烁，给 用户造成假象电量已充满，此时停止充电可能只充到电量的 90%，同时电压比较法具有 很好地离散性，即使充到 90%也不是完全确定的值。 随着现在手机智能化及耗电量的增加，为了提高手机的续航能力就需要更复杂的 电路和算法来实现快速和安全的充电。性能好的手机充电器不仅仅能在较短的时间内 满充而且能够保护电池、修复电池的记忆效应所带来的活性衰退现象、避免长时间充 电过热的不安全的因素。其实直充是最好的充电的方式，快速和安全，但是最重要的 事使用不方便，不利于随时随地的充电，携带也是很不方便的，手机直充的体积也是 很大的。 1.21.2 研究的主要内容研究的主要内容 本毕业设计主要的方向是实现高能效的智能充电器的设计，其核心的部件是智能 的充电芯片 MAX1898 联合 AT89S51 实现充电器设计的智能高效化。方案设计的主旨在 于智能化主要是通过单片机的控制实现的，利用其中断和定时的控制功能；高能效是 通过充电芯片 MAX1898 内部的电流，电压调节及检测器，温度控制及检测器加上主控 制器实现。二者的联合加上对外围电路的改造可以缩小充电器的体积，在日常的生活 中具有快捷方便性，所以我认为这样的充电器的设计方案将会领导手机充电器的发展 趋势并且将会在充电器的领域有一席之地。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 7 1.31.3 应解决的关键问题应解决的关键问题 1、实现智能化的关键问题是利用 51 单片机来控制实现充电器的预充、快充、满 充和充电保护，最后自动断电并且报警提示，都需要 C 语言为工具载体编程实现。 2、实现高能效就需要 MAX1898 与 AT89S51 功能的结合，这也是要解决的问题之一， 利用 51 单片机控制 MAX1898 实现高能效的充电并且保护电池，延长寿命。 2 2 方案设计和论证方案设计和论证 2.12.1 设计思路概述设计思路概述 从两个方面着手实现高能效智能充电器的设计： 1. 智能化的实现：51 单片机控制整个充电的过程。 2. 充电的实现：包括两部分：首先要控制整个充电的过程；其次保证提供基本的 合适的充电电压。 2.22.2 方案设计方案设计与论证与论证 2.2.12.2.1 充电控制芯片的选择充电控制芯片的选择 伴随着 21 世界科技发展的浪潮，各种各样高能效的微处理器得到发展和应用。单 片机作为微型计算机的一种，应用十分广泛且得到社会的广泛地好评，特点是发展快、 应用广；单片机出现发展到现在，种类更是达到了上千种，功能也各不相同。现在的 单片机正朝着更高的性能，多元化的方向发展，其大致趋势是体积越来越小，容量却 越来越大，COMS 化明显，功耗更低，集成化程度更高，价格却越来越便宜。集成化程 度的提高体现在芯片各种外围的电路器件都被囊括在集成片内，故集成化的芯片内包 括除了微处理器、RAM、ROM、定时计数器外还有各种装换器件和控制器件，驱动器和 锁相电路。 、声音发生器监控定时器，单片化的程度高，能效好。这些单片机集成化的 程度也给日常生活中的家电带来福音，在家电中得到广泛的应用，这种逻辑数字控制 的高集成化电路使得家电更加的智能，体积更小，生活更舒适方便。 单片机在各个领域得到了很迅速的发展，它的半导体的工艺形式和自身的结构形式 展现除了很多的优异的便捷的特点，例如： 首先性价比是非常高的； 单片机的可靠性好，小体积化，集成化的程度高； 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 8 其控制的能力很强； 体积小自然便于携带，电压要求低，功耗少； 为了更进一步减小体积，深化结构，外部的结构总线增加了 IC（Inter- Integrated Circuit）及 SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方 式， ； 单片机可以应用于各种不同的应用系统，主要得益于它系统的配置和扩展较典 型，规范。 故结合以上的特点，本毕业设计采用的是 AT89S51 单片机作为控制的芯片，它是 Intel 公司 51 系列单片机中典型的代表，并且很符合本设计的需要。 2.2.22.2.2 电池充电芯片电池充电芯片的选择方案的选择方案 电池充电芯片的选择还是很重要的，市场上也有很多的智能电池充电芯片都可直 接应用于智能充电器的设计但需符合下面的标准： 电池类型：不同的芯片所对应的电池的类型也是不同的，电池有锂电池、镍氢 电池、镍镉电池； 电池数目：可充电池的数目； 电流值：电池充电的时间是由充电的电流的大小所决定的； 充电方式：充电的方式有慢充，快速充和可控制的充电过程。 本设计的理念主要体现在不仅充电要快速而且对电池具有一定的保护的功能，故通 过利用了 51 单片机来实现单节锂离子智能高效的充电器的设计。在市场上常见的手机 智能充电器芯片主要有 MAX1579，SMC401，MAX1898 等，通过查阅资料其性能都是高效 且符合的。由于不同充电芯片在电路的复杂程度上的差异，直接导致其性能和控制功 能不同，价格差异也较大，故进行对比选择还是很有必要的，选择最合适本设计的充 电芯片。 1. SMC401 智能充电控制芯片 SMC401一般被用于智能手机锂电池的充电器，也有被用于其他的场合的，比如锂电 池和其聚合物的充电控制场合。可以根据锂电池的不同的充电的阶段进行恒压或是恒 流充电，SMC401内部嵌入了8位MCU提供全程的智能的检测和监控，其功能包括：过大 的智能电流保护、电池的实时检测、涓流慢充、温度的检测、LED指示灯指示。本芯片 对锂电池的寿命延长具有专门的效果，通过充分的配合锂电池不同的充电阶段的充电 效果进行精确无误的恒压或是恒流充电而且对于过放电的现象能进行电气的维护和充 电的补偿，从提高电池的充电过程的饱和度来提高电池的使用寿命。此芯片还可以补 偿锂电池内部的电阻的方法来实现充电时间的缩短。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 9 SMC401充电三个阶段为：预充电阶段、恒流式充电阶段、恒压式充电阶段。 （1）预充阶段：预充电一般是10%恒流充电，在此之前首先要检查电池的温度是否 在允许的范围之内，如果不在就进入温度故障模式，如果在范围之内就要检测VTAB是 否低于门限电压VLOW再进行预充。 （2）恒流充电阶段。对锂电池的预充结束后就进入了恒流充电的阶段，在此之前 就要检测充电电压VBAT要大于VLOW小于VMAX，充电的电流由外部敏感电阻上的电压降 来监控。 （3）恒压充电阶段：在电压和外部条件合适（包括温度）时，恒压的充电的阶段 精度都是高于1%。当VBAT大于VNAX时即进入了恒压的充电的状态。停止充电的界限 是充电电流达到ILOW，重现启动是电压降至VMAX已下。 2.MAX1898 智能充电控制芯片 MAX1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、 温度检测器和主控器，输入电流调节器的作用是用于调节和限制总输入电流的负载和 充电电流，输入电流的大小可以通过充电电流来控制，一般当输入的电流大于设定的 电流时可以降低充电电流来改变输入电流达到标准，锂电池的快速充电效率是通过外 接电容和外接电阻限制充电的电流、设定充电的时间来实现的，同时这是MAX1898的外 接的限流型电源和PNP三级功率管的组成。 图 2.2.1 MAX1898典型应用电路 充电的时间和电容的关系式为：C=34.33Tchg 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 10 限流的电阻和充电的电流需满足的一定的关系式：Imax1400/Rset 锂离子电池的充电的方式要求是恒压和恒流充电，电源需要采用的是恒压恒流源，大部分 场合采用的是变压器配合直流电源。 (1)锂电池的充电的接口是由外接的场效应管提供的。 (2)最大的充电的时间由外界的电容设置实现,与定时电容 CT 存在的关系式： CT=34.33*Tchg (3)最大充电电流通过外接的电阻在限制电流的模式下实现的关系式为： IFST =1400 / RSET 3.MAX1758 智能充电控制芯片 MAX1758 与 MAX1898 锂电池充电芯片是由同一家公司生产的，通过调节各种参数实 现智能充电，例如，对电压、电流、温度自动检测调节，它是一种很智能，高效，安 全的智能充电芯片。只是其电路相对来讲还是比较的复杂的，所以一般的应用场合是 高级仪器或是笔记本电脑等。 综上所详述的，SMC401 的方案不作为考虑的对象，因为它是一款很高级的智能 充电芯片，由于集成度高，外围电路简单，在应用上很方便，但是这次用到的是单片 机结合控制芯片，而 SMC401 集成的 8 位 MCU 控制的芯片，所以可以多了解在以后 的很多场合还是可以用到的。对于同一家公司的 MAX1898 和 MAX1758，在功能和效 果上差别是不大的，都可以应用于本次的毕业设计，但综合来看，相对于 MAX1758，MAX1898 更显得简单易懂，入手很快，特别的适合现在我们本科的毕业设计 学生，认识和焊接都很快。 故，在选用充电芯片的时候更多的倾向于 MAX1898 智能锂电子充电芯片来完成我的 毕业硬件设计。系统流程图如下： 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 11 AT89S51电源TLP5621 是否充满？ MAX1898 电池 触发信号 充 电使 能 充 电 图2.2.3 系统方框图 MAX1898 通过自行检测电池的电压量来判断电池是否为满电的状态，如果是满电的状态， 则把相应的满电信号传给单片机，单片机触发信号降低，输出低电平信号同时 MAX1898 控制 停止充电，指示灯闪烁。同样当在充电的过程中，电池的电量充满的时候，与以上的判断方法 一样，来控制充电的进程，停止充电。 3 3 主要芯片介绍主要芯片介绍 3.13.1 MCS-51MCS-51 系列单片机系列单片机简介简介 3.1.13.1.1 MCS-51MCS-51 系列单片机功能概述系列单片机功能概述 美国 Atmel 公司生产的具有高性能 COMS8 位及低电压的 AT89S51，AT89S52，AT89S51 拥有 4kB 能在系统编辑的 flash 存储器。MCS-51 单片 机的功能还是非常强大的，能应用于很多的复杂的场合，其指令系统及引脚兼容性都 很强大。 。 AT89S51 性能的主要参数： 兼容其他的标准 MCS-51系列单片机； 可在系统编辑 flash 存储器为4KB； 其电压的工作适宜范围为4.0到5.5伏； 全静态工作于0到33MHZ； 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 12 程序存储器为三级加密； 单片机片内数据存储器128B； 可编程输入/输出（I/O）口线由32根； 2个（AT89S52为3个）16位定时计数器； 5个（AT89S52为6个）中断源； 可编程串行 UART 通道； 掉电模式和低功率消耗； 看门狗定时器（WDT） ； 3.1.23.1.2 MCS-51MCS-51 系列单片机引脚功能说明系列单片机引脚功能说明 MCS-51 系列单片机虽然功能和引脚的数目是不同的，但不同型号的单片机是能相 互兼容的。AT89S51 封装的形式有三种：40 脚的双列直插式 DIP、44 脚的方形 PLCC 和 TQFP。DIP 封装如图 3.1.2 所示。 图3.1.2 MCS-51单片机DIP封装图 3.1.33.1.3 AT89S51AT89S51 单片机引脚说明与介绍单片机引脚说明与介绍 (1)主电源引脚 VCC(Pin40)：接5V 电源电源输入 GND(Pin20)：接地线 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 13 (2)外接晶振引脚 XTAL1(Pin19)：输入端（片内振荡电路） XTAL2(Pin20)：输出端（片内振荡电路） (3)控制引脚 RST/VPP(Pin9)：具有复位功能的引脚（单片机复位的条件是引脚上有两个机械周期的 高电平） 。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：ROM 中内外部选通，高电平是从内部存储器中读指令，低电平是从 外部读指令 3.23.2 MAX1898MAX1898 简介简介 3.2.13.2.1 MAX1898MAX1898 特性介绍特性介绍 单节锂电子智能充电器可以由 MAX1898MAX1898 结合外部的 PNP 或是 PMOS 晶体管构成。 MAX1898MAX1898 能够调节的电池的电压精度为0.75%并能够提供准确的的恒流恒压充电功能， 进而延长其使用的年限和提高性能。检流的方式都是内部检流无需外部的专门检流的 电阻，充电时的电流都是根据实际自行设定的。从其他的提高产品的性能，和附加值 方面看，还有一些显著的功能，有充电终止时的安全定时器，能够选择的每个充电周 期的重新启动的功能，对一些关断的控制，支持过放电电池预充的性能，提高产品的 技术含量，缩小产品的体积等等。 MAX1898 的关键特性如下： 简单，安全的线性充电方式； PNP 或 PMOS 元件的成本相对较低； 输入电压4.5到12V； 内置检流电阻； 0.75%电压精度； 可变成充电电流； 能够自动检测的输入电源； 检测电流输出； 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 14 可变成安全定时器； LED 指示出充电状态； 自动重启功能可选可调节； uMAX 封装为小尺寸； 3.2.23.2.2 MAX1898MAX1898 芯片介绍芯片介绍 在芯片选择时已经对此进行了详细的介绍，这里就略述。MAX1898 输入电流的大小可 以通过充电电流来控制，一般当输入的电流大于设定的电流时可以降低充电电流来改变输 入电流达到标准。因为系统工作是电流变化范围较大，所有需要对电流进行智能检测。 MAX1898 实现对锂电池的安全快速的充电要求的方式是，外接 PNP 三极管结合限流型 的充电电源或是使用场效应管与电源结合，其主要的有电压过度保护，温度过度保护的功 能及对锂电池充电的二次性能的保护，最大的特点就是在不使用其他的元件（电感）的前 提下保持着很低的功率耗散能力。 3.2.33.2.3 MAX1898MAX1898 芯片引脚说明芯片引脚说明 MAX1898 可以利用少数的外部的元件实现它的高集成程度，而且集成了大量的基础应 用电路进而可以对锂离子电池进行安全有效的充电。MAX1898 封装为超薄型 uMAX，有 10 个引脚。 引脚功能如下： IN：传感输入，检测输入的电压或电流 CHG：指示脚（充电进行的状态） OK/EN：电源输出指示脚/使能输入脚 ISET：充电时调节电流大小的引脚，通过串联电阻来设置最大的电流 CT：设置安全充电时间的引脚（通过连接电容来实现） RSTRT：能控制自动重启的引脚（电压掉至一定的下限值将会重启新充电的周期） BATT：充电电池传感输入脚（接单个锂离子电池正极同时接电解电容接地） DRV：用于接晶体管阴极的晶体管驱动器 CS：需接晶体管的发射极的电流传感输入脚 4 4 系统软件设计和调试系统软件设计和调试 4.14.1 单元电路设计单元电路设计 智能充电器功能模块设计： 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 15 单片机模块：实现智能控制充电器（自行的断电，充满报警指示等） ； 控制充电过程的模块：利用高效专门的充电芯片实现充电过程的控制； 充电电压供给模块：加入光耦隔离器实现电气电路的安全隔离同时自制5伏的恒压电源提供 电压 4.1.14.1.1 单片机模块电路和报警电路设计单片机模块电路和报警电路设计 单片机模块可以应用于很多的复杂的控制场合，其具有即时的控制功能和强大的广 泛兼容性能，适应性是非常强的，电路核心是 AT89S51 的最小系统的电路。系统利用 蜂鸣器报警提示，电路如图 4.1.1. 图 4.1.1 单片机控制电路 4.1.24.1.2 充电器电路充电控制电路设计充电器电路充电控制电路设计 MAX1898 实现对锂电池的安全快速的充电要求的方式是，外接 PNP 三极管结合限 流型的充电电源或是使用场效应管与电源结合，其主要的有电压过度保护，温度过度 保护的功能及对锂电池充电的二次性能的保护，最大的特点就是在不使用其他的元件 （电感）的前提下保持着很低的功率耗散能力。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 16 电路如图 4.1.3. 图 4.1.3 充电器电路充电控制电路 4.24.2 总电路设计总电路设计 51 单片机的强大的控制功能加上 MAX1898 智能充电芯片的充电性能，使得智能 充电器的充电性能更加的智能化和更加的模块化，完美的结合更加的体现了高能效智 能充电器的设计理念。智能和模块化体现在电池预充、充电保护、自动断电和充电完 成报警提示功能。其各模块电路如下图 4.2.1 所示. 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 17 图 4.2.1 智能充电器总电路 5 5 系统程序设计系统程序设计 5.15.1 程序设计程序设计概述概述 高能效充电器的充电过程是由 MAX1898 结合 51 单片机共同控制完成的，但是主 要是单片机来控制充电器的充电。其主要的控制功能有如下： MAX1898 充电完成的标志是其/CHG 引脚的跃变由低电平到高电平，跳变所引起 的结果是单片机 INT0 表现为中断。三种情况/GHG 输出高电平： 没有充电或是没有电池； 充电完毕； 充电过程出现错误（实际上/CHG 以1.5HZ 的频率不停的跳变） ； 可以看出前两种情况都是可以通过光耦切断电源的方法实现，所以主要是对待第三 种情况的判断和解决。 5.25.2 程序流程图程序流程图 开始初始化充电信号检测While（1） 图 5.2.1 单片机初始化流程图 包括中断服务子程序和定时服务子程序的单片机控制智能充电器的控制流程如图 5.2.2， INT0初始化 Int0-count=0？ 启动定时器T0 T-count=0 Int0-count+ 返回 定时器0初始化 关闭T0计数 重赋 计数初值 T-count+ T-count600？ Int0-count=1？ 启动T0计数 充电完毕，蜂鸣器报 警， 关闭充电电源 关闭T0计数器和INT0 充电出错 N N 图 5.2.2 高效智能充电器的控制流程图 6 6 系统硬件设计和调试系统硬件设计和调试 6.16.1 电路图设计介绍电路图设计介绍 高能效智能充电器的硬件整体设计的模块有：单片机的最小系统电路，电源供电模 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 18 块，含智能充电芯片的充电模块，蜂鸣器指示报警模块。系统工作的电路图在画图软 件 Protel99se 中画出并且完整的封装 PCB，在 PCB 中导入画好的 SCH 电路原理图并且 在 PCB 中完成电路的绘制打印 PCB 图，同时应刷到腐蚀板，腐蚀后然后打孔焊接硬件 后最后调试。 （1）PCB 原理图及打印的图纸： 图 6.1.1 pcb 原理图 （2）利用 3D 仿真的实物图及工业上的制版： 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 19 图 6.1.3 元件分布图 6.26.2 硬件电路制作硬件电路制作 由于自身及学校的设备的条件的限制，我们需要采用的是一种万通板来替代所 提到的腐蚀板，效果是同样的没有差别，故硬件的实现部分与仿真的实物是无差别完 全一样的，其包括的所有模块上面已经提到，这里就不详述了，但是是有一点是确定 的，单独的充电模块需要独立的制作，我们采用的是自制的腐蚀铜板来焊接由于 MAX1898 为 uMax 封装所带来的体积小的特点。 本设计整体实物图如图 6.2.1 和图 6.2.2。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 20 图 6.2.1 设计实物正面 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 21 图 6.2.2 设计实物反面 6.36.3 系统电路软件和硬件系统电路软件和硬件联合调试联合调试 （1）在软件方面进行调试，为了提高调试的效率，首先要对各个模块分别进行软 件的调试，各个模块调试成功然后对整体进行联机的整调。首先为了确定单片机的最 小系统正常的运行，需要对电路板上单片机的编程调试的芯片正常，在通过编程器把 程序写入对应的芯片之前需仿真调试成功，最后可以通过观察 ALE 端口的电平变化确 定。 （2）联合调试智能化的电池充电模块，智能的关断模块还有报警指示模块。在对以 上的单片机的测试完成后，需安装上电池观察指示灯在充电时的指示状态，有一点值 得注意的是，智能的充电芯片本身可以切断通电熄灭指示灯，但从安全的角度考虑， 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 22 单片机智能的检测到电脉冲之后不仅仅可以切断充电芯片的供电还可以发出报警声提 示用户及时的拔出电池。在充电错误的情况下，为了提醒用户充电芯片会已一定的频 率控制指示灯的闪烁，告诉用户充电错误。 表 6.3.1 MAX1898 典型充电电路的 LED 指示灯状态说明 充电状态 LED 指示灯 电池或充电器没有安装 灭 预充或快充 亮 充电结束 灭 充电出错 闪烁 系统联调效果图： 图 6.3.1 充电过程图示 7 7 结束语结束语 本课题的设计是以充电芯片 MAX1898 为硬件核心并通过单片机的控制能力实现高 能效智能充电器的基本设计。本毕业设计从开始到最后的完成，我也查阅了很多的资 料和书籍，特别是对原来不了解的充电芯片 MAX1898 有了深入的认识包括它的工作的 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 23 方式原理，控制的核心作用及使用的方法，还有就是更实际的体会到 51 单片机在中断 系统，控制功能，定时计数等的应用。对此毕业设计我得到了很多的收获，认识最深 的就是只有理论知识结合到实践中才能最好的发挥理论的真知。培养了我三方面的能 力，首先就是对本科所学的知识不仅温习而且更加的深化了，第二就是，增强了我的 自学和查阅资料并动手实践的能力，第三，就是我的编程能力有了一定阶段性的提高。 高能效智能充电器的设计也深化了我对充电器未来发展的期望，坚定了我往这个方向 深学的信心。 在调试智能充电器的过程中，出现的问题和解决方案： (1)方案论证与选定。对于智能充电器方面的设计，我也是第一次涉及，故还存在 着很多不足，查阅的资料不是很多，由于毕业设计的时间限制我就很快的选择了 MAX1898 作为充电芯片。 (2)硬件制作。在硬件方面遇到的问题是最大的，首先对封装的了解不是很深，电 路板的焊接错误。 （后续完成：首先在软件 Protel99se 上绘制 PCB 板子然后腐蚀铜板 完成制作效果是同样的。 ） (3)系统联调。在硬件的调试中最重要的问题是，整个电路通电，但是单片机、充 电模块就是不工作，不能进行充电，后来发现竟然是复位电路工作不正常，经过修改 最后能指示灯亮，充电正常。 智能充电器的设计有几个重点需要把握： 从预备充电到最后的满充都需要知道其工作的方式及原理: 熟悉 MAX1898充电芯片的充电状态指示输出信号/CHG/CHG 的工作原理及应用； 熟悉 MAX1898充电芯片外接电路中充电电流和电容对充电时间的设置； 会判断单片机对充电完成和充电错误的处理形式及过程。 本毕业设计的失败之处也有很多，其中整体上就是，在毕业设计之初并没有对整 体的智能充电器给出制作的方案，都是局部完成，做完一步算一步，对单片机和充电 芯片的引脚及功能基本不了解，从方案的选择上讲也是局部拼凑，虽然成功了但是没 有准备充分，设计不完美。成功的地方不仅在于取得了设计成功的结果，更重要的是 从对充电器领域的无知到现在的熟知，还有制作的过程，方案最终的选择，软硬件的 调试制作，焊接调试等等，出错修改再出错在修改到最后的成功，毕业设计的成功收 获的是知识，喜悦与汗水。 单从智能手机充电器的角度来看，提高的地方还是有很多的，比如为了达到电压 的可视化，可监测的程度，可以加上电压的检测芯片和 LCD 显示。从市场化的角度看， 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 24 利用 SMC401 智能充电芯片可能更具有广泛的市场前景。 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 25 致致 谢谢 本次毕业设计的整体的制作过程还是挺艰难辛苦的，在这里我表示对指导老师王 老师，还有帮助过我的同学说声谢谢。有了你们的帮助我才能顺利的完成硬件的制作 和论文的完成。包括在硬件上的动手操作的指导，电路的搭建，电路板的焊接到最后 的运行。还有论文思想理论上的指导。 其实本设计还有很多的不足之处的，特别是在运行的方面，虽然达到了预期的效 果。但是这只是一个初步想法的实现，在携带和方便上面还是欠缺的，主要是必须给 单片机供电，所以从成品上看起来并不是很完美，但是在能效和保护方面已经达到了 要求，这都要感谢老师同学的帮助。 毕业设计的完成也表示大学四年就要结束了，在制作毕业设计的过程当中，体会 到了师生情，同学之间的友情，更重要的是学习了很多的知识，专业知识方面也是更 加的扎实。在以后的道路是是受益终身的，我会保持着这种精神一直的走下去，更加 的努力。 作者：华杰 2015 年 4 月 8 日 合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计） 1 【参考文献参考文献】 1MAX1898.Data Sheet. 2MAX1758.Data Sheet. 3SMC401.Data Sheet. 4MAX1898; Linear Charger for Single-Cell Li+Battery; datasheet 5童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.高等教育出版社，2006. 6张毅刚，杨智明.基于 Proteu