基于ATmega16单片机多功能充电器的硬件开发

学号： 10034020431 毕业设计说明书基于ATmega16单片机多功能充电器的硬件开发The hardware development of the multifunctionl charger based on ATmega16 MCU学院 计算机与电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气11-4 学生 吴 华 指导教师（职称） 熊建斌 （副教授） 论文时间 2015 年 01 月 01 日至 2015 年 06月 7日III广东石油化工学院本科毕业设计（论文）诚信承诺保证书本人郑重承诺：基于ATmega16单片机多功能充电器的硬件开发毕业设计（论文）的内容真实、可靠，是本人在熊建斌老师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日III专业负责人批准日期 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 计算机与电子信息学院 专业 电气工程及其自动化 班 级： 电气11-4班 学生： 吴 华 学号： 11034020431 一、毕业设计课题 基于ATmega16单片机多功能充电器的硬件开发 二、毕业设计工作自 2015 年 01月 01日起至 2015 年 06 月 07 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院 四、毕业设计的内容要求 主要内容：（1）系统设计思路；（2）硬件设计；（3）软件设计实现；具体实现：充电器接入电池后，MCU对电池电压进行检测，如果电池电压小于4.2V，则接通光电耦合器，并把电压显示LCD上对电池进行充电，整个充电过程都需要不断检测电池电压。当电压达到饱和，即电压达到4.2V，MCU断开光电耦合器，停止充电，并且报警。指导教师 熊建斌 (副教授) 接受毕业设计任务开始执行日期 2015 年 1 月 1 日学生签名 摘 要摘 要蓄电池的使用已长达一百多年，电池性能的好坏对电子产品的使用效果有着及其重要的作用，而且充电器的功能又直接影响到电池的使用。充电器用途广泛，在很多领域都有涉及，尤其是手机、相机、玩具、便携设备等领域使用最广泛。普通充电器针对性强，但是功能单一。因为充电电池有很多类型，而且每一种电池一般只能配备一种充电器，这就使得用户必须购置较多类型的充电器，这样就造成了资源浪费，并且一般的充电器因为不具备完善的功能而影响充电电池，质量差点的电池甚至有可能会爆炸，造成安全事故，而且废旧电池对环境会造成很大污染。本文设计了一款基于ATmega16单片机的低功耗、安全可靠和高性能的充电器，硬件电路简单、高效，软件稳定、可靠。本文设计的充电器硬件组成包括单片机电路、LM7805稳压芯片、LM2576充电芯片、电压采样和LCD 1602液晶显示电路等。软件采样高级C语言开发，进行了详细的设计和编码。本文设计的充电器加入了过充保护和反接保护功能，这样使用起来安全可靠，并且充电液态显示，使得充电过程清晰明了，是一个具有智能判别，智能控制，智能充电的充电器。关键词：智能充电；单片机；蓄电池；LM2576；LCD 1602IIIAbstractAbstractBattery is up to more than one hundred years, effect of battery performance is good or bad for electronic products with its important role and function of the charger has a direct impact on the battery use.Charger has a wide range of uses, in many fields are involved, especially mobile phones, cameras, toys, portable equipment, etc. the most widely used.The common chargeris targeted,butsingle function.Because rechargeable batteries have many types, and each kind of battery can be equipped with a charger, which makes the user more types of charger must be purchased, thus causing the waste of resources, and a general charger because they do not have the perfect function and effect of charging the battery, the battery quality almost even may explode, caused by accidents and used batteries on the environment will cause a lot of pollution.In this paper, we design a based on ATmega16 of low power consumption, safe and reliable and high performance of the charger, hardware circuit is simple and efficient, the software is stable and reliable.In this paper, the design of the charger hardware including MCU circuit, lm7805 voltage stabilizing chip, lm2576 charging chip, voltage sampling and LCD 12864 LCD display circuit.SeniorSoftwaresamplingC language development,thedetaileddesign and coding.In this paper, the design of the charger joined the overcharge protection and reverse connection protection function, so the use of safe and reliable and charging liquid display, the charging process is clearly understood, is a with intelligent identification, intelligent control, intelligent charging charger.Keywords: Smart Charger; SCM; Lithium battery; LM2576; LCD 1602I目录目 录第一章 绪论11.1 目的和意义11.2 充电器的国内外现状111.3 本设计主要工作2第二章 充电技术42.1 锂电池的特性242.2 锂电池的充电方法42.2.1 恒流充电42.2.2 恒压充电52.2.3 浮充方式52.2.4 涓流充电62.2.5 分阶段充电方式62.2.6 快速充电7第三章 充电器硬件设计93.1 ATmega16单片机电路93.1.1 ATmega16引脚说明93.1.2 ATmega16主要特性103.1.3 ATmega16单片机最小系统外围电路113.2 LM7805供电电路123.3 LM2576供电电路133.3.1 LM2576主要特性133.3.2 LM2576引脚功能143.3.3 LM2576外围组件选择143.4 电池电压检测153.4.1 AVR的数模转换器ADC具有下列特点163.4.2 ADC应用设计要点173.4.3 电池电压检测电路图183.5 LCD 1602液晶显示193.5.1 LCD 1602基本参数及引脚功能193.5.2 LCD 1602指令说明及时序203.5.3 LCD 1602程序编写流程213.5.4 LCD 1602原理图22第四章 软件设计234.1 主程序流程图234.2 液晶显示模块流程图244.3 ADC、光耦和蜂鸣器模块程序流程图24第五章 调试275.1 开发工具WINAVR275.2 仿真软件 AVR Studio 427总 结29参考文献30致 谢32附录A：原理图和PCB图33附录B：源程序35IIIII第一章 绪论I第二章 充电技术第一章 绪论1.1 目的和意义锂电池目前来说是使用较为广泛的蓄电池，因为它可以多次重复充电，使用寿命也较长，价格也越来越便宜，符合广大消费者的需求。由于锂电池的广泛使用，而且种类繁多，传统的充电器一般只能对一种电池进行充电，这就促使了多功能充电器的开发。锂电池是恒压充电的电池，对控制精度有非常高的要求。要想最大效率使用电池的容量，我们必须将电池充到最大电压，但是过压充电又会对电池造成损坏。所以说，锂电池对充电器的要求以及保护电路的要求都比较高。除此之外，对电压过低的电池进行预充时，当充电达到末期后就会转为涓流充电，从而使电池的电量达到饱和。电池电量饱和后，充电过程需要终止，在检测电压之外，还需采用蜂鸣器报警这样的辅助方法来作为防止过充的后备措施，为电池提供附加保护等。为了保证电池的安全充电，锂电池充电器必须保证在额定电流和额定电压下才能安全工作。给充电器增加一些其它的如：电池电压检测、输入电流限制、充电完成后自动关断充电器并报警等充电辅助功能可以延长其电池寿命，从而进一步简化充电器的操作。目前来说，大部分手机充电器其实都是由一个稳定电源以及必要的恒流限压控制电路构成。由于锂电池种类很多，各种锂电池内部芯片是有差别的。有时候在给手机电池进行充电的时候，你会发现已经显示充满电了，可实际上却没有达到真正的充电饱和。我们通常所使用的充电器是没有提供恒流限压充电限制这一功能，这样的充电器使用起来就会受到限制，不然或多或少地对电池造成损坏。鉴于种种情况表面，本文特意综合各种充电器的优缺点而对多功能充电器进行硬件开发。1.2 充电器的国内外现状1电池的化学成分和设计水平共同决定了电池的电流。要是没有限制性能的实际因素，电池将会产生无穷大的电流。电池的性能受到电池本身的化学成分反应率以及电池的设计和发生反应的区域的影响。有一些些电池能够产生大电流。一般而言，电池是无法做到真正充满电的，实际上它们很可能几乎被放电。因此，要熟悉制造商所提供的相关化学成分信息，才能对电池或电池组进行充电。近年来，便携式电子产品的快速发展促进了电池技术的更新换代。而锂离子电池因其具备多种优点而成为市场的主流。据统计，在笔记本和手机领域，锂离子电池的市场占有率分别为百分之八十和百分之六十。充电器，通常指的是一种为蓄电装置提供能量的设备。它是采样电力电子半导体器件，是能够将交流电转换为直流电的一种装置。充电器在生活领域使用广泛，特别是在手机和照相机方面。充电器的种类有很多，如锂离子型电池充电器、镉-镍型电池充电器、镍-氢型电池充电器、铅酸型蓄电池充电器、电动车蓄电池充电器、车充等。由于最近几年来，手机、笔记本电脑、数码相机等数码产品在我国市场上的热销，我国充电器行业得到了飞速的发展。在整个充电器市场中，各种类型的充电器占据不一样的份额。对中国来说，在整个充电器市场中，手机充电器所占份额稳居第一位，在充电器市场占据了绝大部分的份额；笔记本电脑充电器所占的份额排第二位；数码相机充电器所占份额排在第三；电动自行车充电器份额排第四。现代消费类电器主要使用以下四种电池：锂电池（Li-Ion）、镍氢电池（NiMH）、密封铅酸电池（SLA）、镍镉电池（NiCd）。锂电池（Li-Ion） 锂电池具有最高的能量/重量比和能量/体积比。锂电池以恒定电压充电，同时要有电流限制以避免充电的初期电池过热。当充电电流下降到生产商规定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。镍氢电池（NiMH） 在轻重量的手持设备如手机、手持摄像机等等，镍氢电池是使用最广的。和NiCd电池一样，极性反转会损坏电池，而且NiMH电池的充电方式也是以恒定电流进行充电。密封铅酸电池（SLA） SLA电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。SLA电池以恒定电压进行充电，辅以限流以避免在充电的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定，SLA电池可以无限次的充电。镍镉电池（NiCd） NiCd电池目前使用很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd电池可以充电1000次。失效机理主要是极性反转，在电池包里第一个被完全充电的单元会发生反转。为了损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V就必须停机。NiCd电池以恒定电流的方式进行充电。1.3 本设计主要工作本文在研究锂离子电池的特性和充电方法的基础上，进行硬件电路和程序的编写。 具体结构如下:第一章 绪论。这章主要介绍多功能充电器的设计背景以及充电器在国内外的发展情况。第二章 电池的充电技术。主要介绍了锂电池的特性和充电方法。第三章 多功能充电器电路设计。对电路的充电控制芯片进行选择、介绍与分析。第四章 通过C语言软件编程设计出锂电池快速充电器电路，来实现对锂电池的自动化控制充电。第五章 软件和硬件的结合调试。39第二章 充电技术2.1 锂电池的特性2以下是锂电池的特性：（1）工作电压高（2）体积小、重量轻、比能量高（3）寿命长（4）安全快速充电（5）允许温度范围宽其缺点如下：（1）与干电池无互换性。（2）无法急速充电。（3）内部阻抗高。（4）工作电压变化较大。综合以上，锂电池的优点多于缺点，而且在现代高科技产品中，这些缺点很容易被弥补。因此，锂电池由于性价比高而被广泛使用。这也是本次多功能充电器硬件开发的动力。2.2 锂电池的充电方法32.2.1 恒流充电（1)恒流充电由于交流电源电源经常会波动，所以充电时需要采用直流恒流电源。恒流充电，可提高充电效率，同时可以依据充电时间来决定充电是否终止。恒流电源充电电路如图2.14所示。图2.1 恒流电源充电电路第三章 充电器硬件设计 (2)准恒流充电相对恒流充电电路，准恒流充电电路具备可调性。由于在直流电源和电池之间串联了一个电位器，所有充电末期可以调整电流，使电流不会超过电池的允许值。由于结构简单、成本低廉，此种充电电路被广泛应用于充电器中。准恒流充电电路如图2.24所示。图2.2 准恒流充电电路2.2.2 恒压充电恒压充电是指每节单体电池均以某一恒定电压进行充电。这种充电方式在充电的初期电流较大，末期电流较小。在充电末期电源达到峰值后会下降，这时充电电流将变大，导致电池温度升高，最后将造成电池的热失控，损坏电池性能。恒压充电电路如图2.34所示。图2.3 恒压充电电路2.2.3 浮充方式浮充方式是指电池以很小的电流进行充电，以使电池保持在满充状态。这种充电方式被广泛应用于备用电源或应急电源当中。典型浮充方式充电电路如图2.44所示。图2.4 浮充方式充电电路第二章 充电技术2.2.4 涓流充电当电池经过快速充电后，充电系统会显示电量已达到100%，但实际上电池并未真正达到饱和状态。此时需要涓流充电，即慢充电，把电量慢慢地“压”进电池，这样做能让电池尽量达到满充状态。涓流方式的简单示意图如图2.54所示。 图2.5 涓流方式的简单示意图2.2.5 分阶段充电方式分阶段充电方式，是指在电池充电的初始阶段充电电流较大，当电池电压达到准饱和时，电池转为涓流充电。分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是充电电路复杂和成本较高。分阶段充电方式的简单示意图如图2.64所示。图2.6 分阶段充电的简单示意图2.2.6 快速充电快速充电是用大电流短时间对电池充电，整个充电过程都需要电池电压检测和温度检测。(1)电池电压检测在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。(2)V检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的，V控制系统框图如图2.74所示。采用V控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若V检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。图2.7 V控制系统框图(3)电池温度检测5电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断。电池温度检测电路如图2.84所示。图2.8 电池温度检测简图本章小结锂离子电池之所以能在电池市场上占据不可动摇的地位，除了它拥有突出的性能外，还因它的充电方式多样、方便。锂电池的充电方式主要有恒流充电方式、恒压充电方式、浮充方式、涓流充电方式、分阶段充电方式、快速充电方式等。第三章 充电器硬件设计第三章 充电器硬件设计3.1 ATmega16单片机电路3.1.1 ATmega16引脚说明6图3.1 ATmega16引脚图ATmega16有4个8位的双向I/O端口PA、PB、PC、PD，他们对外对应32个I/O引脚，每一位都可以独立地用于逻辑信号的输入和输出。在5V工作电压下，输出高电平时，每个引脚可输出达20mA的驱动电流；而输出低电平时，每个引脚可吸收最大为40mA的电流，可以直接驱动发光二极管（一般的发光二极管的驱动电流为10mA）和小型继电器等小功率器件。AVR大部分的I/O端口都具备双重功能（有的还有第三功能）。其中第一功能是作为数字通用I/O接口使用，而复用的功能可分别与片内的各种不同功能的外围接口电路组合成一些可以完成特殊功能的I/O口，如定时器、计数器、串行接口、模拟比较器、捕捉器、USART、SPI等。表3.1 各引脚名称及功能引脚名称引脚功能说明VCC电源正GND电源地端口A(PA7.PA0)端口A做 为A/D转换器的模拟输入端。端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。端口B(PB7.PB0)端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B处于高阻状态。如果ISP接口使能，引脚PB5至PB7输入输出功能失效。端口C(PC7.PC0)端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，引脚PC5(TDI)、PC3(TMS) 、PC2(TCK) 与PC3(TDO)做调试使用，输入输出功能失效。端口D(PD7.PD0)端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D处于高阻状态。端口D也可以用做其他不同的特殊功能RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。XTAL1反向振荡放大器与片内时钟信号电路的输入端。XTAL2反向振荡放大器与片内时钟信号电路的输出端。AVCCAVCC是A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC连接。AREFA/D 的基准电压输入引脚3.1.2 ATmega16主要特性（1）基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器（2）数据吞吐率高达1MIPS/MHz（3）具有丰富的指令集（4）32个通用工作寄存器（5）16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW）（6）512字节EEPROM（7）1K字节SRAM（8）32个通用I/O口线（9）32个通用工作寄存器（10）用于边界扫描的JTAG接口（11）支持片内调试与编程（12）三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）（13）片内/外中断（14）可编程串行USART（15）有起始条件检测器的通用串行接口（16）8路10位具有可选差分输入级可编程增益ADC（17）具有片内振荡器的可编程看门狗定时器（18）一个SPI串行端口（19）六个可以通过软件进行选择的省电模式工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。3.1.3 ATmega16单片机最小系统外围电路图3.2 ATmega16单片机最小系统外围电路该单片机最小系统包括： （1）电源（+5V）； （2）复位电路：启动后让单片机从初始状态执行程序； （3）振荡电路： ATmega16内部有RC震荡电路，但相比外部的晶体震荡电路还是不够准确，所有需要接上两个22PF的电容和一个7.3728M的晶振即可正常工作。3.2 LM7805供电电路7供电电路所用器件是三端稳压集成电路LM7805。LM78/LM79系列三端稳压IC组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，所有使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表三端集成稳压电路的输出电压，如LM7806表示输出电压为正6V，LM7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。最大输出电流1.5A，LM78XX系列输出电压分别为5V;6V;8V;9V;10V;12V;15V;18V;24V。LM7805芯片的电气特性如表3.2所示。表3.2 LM7805电气特性参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=254.85.05.2V5.0mA< 1o< 1.0A, Po< 15WVi=7.5v to 20v4.755.005.25V线性调整率VoTj=25, Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV负载调整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV静态电流IQTj=255.08mA静态电流变化率IQlo=5mA to 1.0A0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA输出电压温漂Vo/Tlo=5mA0.8mV/输出噪音电压VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=252V输出阻抗Rof=1KHz15m短路电流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值电流1PKTj=252.2A如下图3.3所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器T1，整流桥堆Bridege1，滤波电容C2、C4，防止自激电容C1、C3和一只固定式三端稳压器LM7805极为简捷方便地搭成的。220V交流市电通过变压器变换成交流低压12V，再经过整流桥堆Bridege1和滤波电容C4的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压经过LM7805的稳压和C2的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器。图3.3 LM7805组成的供电电路3.3 LM2576供电电路83.3.1 LM2576主要特性 (1)有3.3V、5V、12V、15V和可调电压输出多种系列; (2)最大输入电流：3A; (3)振动频率：52kHz; (4)转换效率：75%88%(不同电压输出时的效率不同); (5)控制方式：PWM; (6)工作温度范围：-40 +125; (7)工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制; (8)工作模式控制：TTL电平兼容; (9)所需外部元件：仅四个(不可调)或六个(可调); (10)器件保护：热关断及电流限制;3.3.2 LM2576引脚功能（1）VIN输入电压端，为减小输入瞬间电压和给调节器提供开关电流，此接 脚应接旁路电容CIN；（2）OUTPUT稳压输出端，输出高电压为（VINVSAT），输出低电压为-0.5V。（3）GND电路地；（4）FEEDBACK反馈端；（5）ON/OFF控制端，高电平有效，待机静态电流仅为75A。LM2576原理图如图3.4所示。 图3.4 LM2576原理图3.3.3 LM2576外围组件选择（1）输入电容CIN：要选择低ESR的铝或钽电容作为旁路电容，防止在输入端出现大的瞬间电压。还有，当你的输入电压波动较大，输出电流有较高，容量一定要选用大些，470F-10000F都是可行的选择；电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2；基于安全考虑，电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。不能选用陶瓷电容，会造成严重的噪音干扰。（2）二极管：首选肖特基二极管，因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短，不能选用1N4000/1N5400之类的普通整流二极管。（3）储能电感：可以看datasheet中的电感选择曲线，要求有高的通流量和对应的电感值，也就是说，电感的直流通流量直接影响输出电流。这是因为LM2576既可工作于连续型也可非连续型，流过电感的电流若是连续的为连续型，电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。（4）输出端电容COUT：最好使用1F-470F之间的低ESR的钽电容。若电容值太大，反而会在某些情况（负载开路、输入端断开）对器件造成损害。COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小，就有可能使反馈环路不稳定，导致输出端振荡6。由LM2576组成的充电电路如图3.5所示。图3.5 LM2576组成的充电电路LM2576应用注意事项： （1）反馈线要远离电感，电路中输入/输出电容、肖特基二极管、接地端、控制端的联机要尽可能短而粗，最好用地线屏蔽。 （2）由于器件较高的转换效率，几乎不用考虑散热问题。3.4 电池电压检测为了更好地监控电池充电过程，需要对电池电压进行实时AD采样，并通过LCD显示出来，达到人机互换的效果。由于Atmega16内部集成有一个10位逐次比较（successive approximation）ADC电路。因此使用AVR可以非常方便的处理输入的模拟信号量。Atmega16的ADC与一个8通道的模拟多路选择器连接，能够对以PORTA作为ADC输入引脚的8路单端模拟输入电压进行采样，单端电压输入以0V（GND）为参考。另外还支持16种差分电压输入组合，其中2种差分输入方式（ADC1，ADC0和ACD3，ADC2）带有可编程增益放大器，能在A/D转换前对差分输入电压进行0dB（1），20dB（10）或46dB（200）的放大。还有七种差分输入方式的模拟输入通道共用一个负极（ADC1），此时其它任意一个ADC引脚都可作为相应的正极。若增益为1或10，则可获得8位的精度。如果增益为200，那么转换精度为7位。3.4.1 AVR的数模转换器ADC具有下列特点 （1）10 位精度； （2）0.5LSB积分非线形误差； （3）2LSB的绝对精度； （4） 13s260s的转换时间； （5）在最大精度下可达到每秒15kSPS的采样速率；（6）8路可选的单端输入通道；（7）7路差分输入通道；（8）2路差分输入通道带有可选的10和200增益；（9）ADC转换结果的读取可设置为左端对齐（LEFT ADJUSTMENT）；（10）ADC的电压输入范围0Vcc；（11）可选择的内部2.56V的ADC参考电压源；（12）自由连续转换模式和单次转换模式；（13）ADC自动转换触发模式选择；（14）ADC转换完成中断；（15）休眠模式下的噪声抑制器（NOISE CANCELER）。AVR的ADC功能单元由独立的专用模拟电源引脚AVcc供电。AVcc和Vcc的电压差别不能大于0.3V。ADC转换的参考电源可选用芯片内部的2.56V参考电源，或者选用AVcc，也可选用外部参考电源。使用内部电压参考源时，为了提高ADC的抗噪性能，可以在AREF引脚外部并接一个电容来。使用外部参考电源时，外部参考电源由引脚ARFE接入。ADC经过逐次比较，使输入端的模拟电压转换成10位的数字量。最大值为AREF 引脚上的电压值减1个LSB，最小值代表地。经过ADMUX寄存器中REFSn位的设置，A/D转换的参考电压选用引脚AREF接入芯片内部参考电源（2.56V）或AVcc。这时，内部电压参考源可以通过外接于AREF引脚的电容来稳定，以提高ADC抗噪特性。模拟输入通道和差分增益的选择是通过ADMUX寄存器中的MUX位设定的。任何一个ADC的输入引脚，包括地（GND）以及内部的恒定能隙（fixed bandgap）电压参考源，都可以被选择用来作为ADC的单端输入信号。而ADC的某些输入引脚则可选择作为差分增益放大器的正、负极输入端。当选定了差分输入通道后，差分增益放大器将两输入通道上的电压差按选定增益系数放大，然后输入到ADC 中。若选定使用单端输入通道，则增益放大器无效。通过设置ADCSRA寄存器中的ADC使能位ADEN来使能ADC。在ADEN没有置“1”前，参考电压源和输入通道的选定将不起作用。当ADEN位清“0”后，ADC将不消耗能量，因此建议在进入节电休眠模式前将ADC关掉。ADC将10位的转换结果放在ADC数据寄存器中（ADCH和ADCL）。默认情况下，转换结果为右端对齐（RIGHT ADJUSTED）的。但可以通过设置ADMUX寄存器中ADLAR位，调整为左端对齐（LEFT ADJUSTED）。如果转换结果是左端对齐，并且只需要8位的精度，那么只需读取ADCH寄存器的数据作为转换结果就达到要求了。否则，必须先读取ADCL寄存器，然后再读取ADCH寄存器，以保证数据寄存器中的内容是同一次转换的结果。因为一旦ADCL 寄存器被读取，就阻断了ADC对ADC数据寄存器的操作。这就意味着，一旦指令读取了ADCL，那么必须紧接着读取一次ADCH；如果在读取ADCL和读取ADCH的过程中正好有一次ADC转换完成，ADC的2个数据寄存器的内容是不会被更新的，该次转换的结果将丢失。只有当ADCH寄存器被读取后，ADC才可以继续对ADCL和ADCH寄存器操作更新。ADC有自己的中断，当转换完成时中断将被触发。尽管在顺序读取ADCL和ADCH 寄存器过程中，ADC对ADC数据寄存器的更新被禁止，转换的结果丢失，但仍会触发ADC中断2。3.4.2 ADC应用设计要点1预分频与转换时间在通常情况下，ADC的逐次比较转换电路要达到最大精度时，需要50kHz200kHz 之间的采样时钟。在要求转换精度低于10位的情况下，ADC的采样时钟可以高于200kHz，以获得更高的采样率。2ADC输入通道和参考电源的选择在ADC转换开始前，通道和参考电源可以不断被更新，一旦转换开始，通道和参考电源将被锁定，并保持足够时间，以确保ADC 转换的正常进行。 当要改变ADC输入通道时，应该遵守以下方式，以保证能够选择到正确的通道：1）在单次转换模式下，总是在开始转换前改变通道设置。2）在连续转换模式下，总是在启动ADC开始第一次转换前改变通道设置。ADC电压参考源ADC的参考电压（VREF）决定了A/D转换的范围。如果单端通道的输入电压超过VREF，将导致转换结果接近于0x3FF。ADC的参考电压VREF可以选择为AVCC或芯片内部的2.56V参考源，或者为外接在AREF引脚上的参考电压源。如果将一个外部固定的电压源连接到AREF引脚，那就不能使用任何的内部参考电源，否则就会使外部电压源短路。外部参考电源的范围应在2.0V到AVCC-0.2V之间。参考电源改变后的第一次ADC转换结果可能不太准确，建议抛弃该次转换结果。3ADC转换结果A/D转换结束后（ADIF = 1），在ADC数据寄存器（ADCL和ADCH）中可以取得转换的结果。对于单端输入的A/D转换，其转换结果为： ADC =（VIN 1024）/ VREF其中VIN表示选定的输入引脚上的电压，VREF表示选定的参考电源的电压。0x000 表示输入引脚的电压为模拟地，0x3FF表示输入引脚的电压为参考电压值减去一个LSB。对于差分转换，其结果为： ADC = (VPOS -VNEG) GAIN 512 / VREF3.4.3 电池电压检测电路图电池电压检测电路如图3.6所示：图3.6 电池电压检测电路PA6（ADC6）口作为模拟电压测量的输入口（ADC输入）。系统电源经过L3、C2滤波后到AVcc，提高了AVcc的稳定性。ADC的参考电压源采用AVcc（+5V），电容C11并接在AREF和地之间也进一步的提高参考电压的稳定性。PA6单端入方式，利用ATmega16内部的ADC进行转换，转换后的结果换算成测量的电压值在LCD上显示。3.5 LCD 1602液晶显示9 3.5.1 LCD 1602基本参数及引脚功能字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用的LCD模块有161个字符,162个字符，202个字符和402个字符等。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）LCD 1602主要技术参数：1）显示容量：162个字符2）芯片工作电压：4.5V5.5V3）工作电流：2.0mA4）模块最佳工作电压：5.0V5）字符尺寸：2.95mm4.35mm(WH)引脚功能说明：LCD 1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.3所示8。表3.3 LCD 1602引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1GND电源地9D2双向数据2VCC电源正极10D3双向数据3V0液晶显示偏压11D4双向数据4RS数据/命令选择12D5双向数据5R/W读/写选择13D6双向数据6E使能信号14D7双向数据7D0双向数据15BLA背光源正极8D1双向数据16BLK背光源负极第1脚：GND为地电源。第2脚：VCC接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，读取信息，负跳变时执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.5.2 LCD 1602指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表3.4所示。表3.4 LCD 1602 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012归位000000001*3显示开关控制0000001DCB4进入模式设置00000001I/DS5光标或显示移位000001S/CR/L*6功能设定00001DLNF*7设置CGRAM地址0001字符发生存贮器地址8设置DDRAM地址001显示数据存贮