毕业设计（论文）-基于单片机控制的锂电池充电模块.doc

目目 录录 Abstract.II 引 言.1 1 概述.2 1.1 课题研究的背景.2 1.2 锂电池充电特性.2 2 理论计算.3 2.1 方案论证与比较.3 2.1.1 BUCK 降压电路选择.3 2.1.2 电流控制.3 2.1.3 总体方案设计.4 2.2 理论分析与计算.5 2.2.1 输出电流分析与计算.5 2.2.2 BUCK 电路元件参数分析与计算.6 2.2.3 BUCK 电路输出效率分析计算.8 2.2.4 NTC 负温度系数电阻计算.9 3 电路工作原理.12 3.1 系统供电部分.12 3.2 BUCK 降压电路.12 3.3 恒流控制.14 3.4 输出电压、电流采集显示.17 3.5 过压、过温保护.20 3.6 PI 控制原理 .22 4 系统设计.26 4.1 供电电源设计.26 4.2 BUCK 降压电路设计.27 4.3 控制显示电路设计.28 4.4 输出电压、电流检测电路设计.29 4.5 输出恒定电流电路设计.29 4.6 过温、过压保护电路设计.30 5 软件设计.32 5.1 软件设计原理及设计所用工具.32 5.2 软件设计结构图.32 6 系统测试.33 6.1 主要测试仪器、仪表.33 6.2 系统测试.33 6.2.1 测试方法.33 6.2.2 测试参数记录表及测试数据.33 6.3 测试结果分析.34 7 结论.35 总结与体会.36 谢 辞.36 参考文献.37 附录.38 程序源代码如下.38 电路原理图.48 PCB 设计图 .49 实物图.49 I 摘摘 要要 电子技术的飞速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的 方向发展，也使得更多的电子产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的 电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池，它们的各自特点决定了它们将在相当长 的时期内共存与发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚 至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有许多不便。 本设计以单片机 STC89C52 为控制核心，系统由指示灯电路、液晶显示电路、 保护电路、精确基准电压产生电路、环境温度采样电路和开关控制电路组成。实 现了电池充电、LED 指示、液晶显示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基 本功能。本文对锂离子电池的参数特性、充电原理与充电方法进行了详尽的描述， 并提出了充电模块的设计思想和系统结构。该电路具有安全快速充电功能，可以 广泛应用于室内外锂离子电池的充电，如手机、数码产品电池等。 关键词：锂电池 STC89C52 指示灯电路 液晶显示电路 保护电路 精确基准电压产生电路 环境温度采样电路 II Abstract Electronic technologys fast development causes that various electronic products towards portable type and the small lightweight direction. It also causes the more electrification products to use power supply system which is based on battery. At present, a lot of used batteries contain the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristics have decided that they will coexist in a long time development. Due to different types of batteries charge characteristic differently. In general, to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery chargers, but it leads some inconveniences in the actual use. The control core of the design is the single chip STC89C52 .The system is composed of the indicator light circuit, liquid crystal display circuit, protection circuit, precision reference voltage generating circuit, ambient temperature sampling circuit and a switch control circuit. The basic function of achieving the battery charging, LED indicator, liquid crystal display, protection mechanism and exception handling charger is realized. In this paper, the charging parameter characteristics of lithium ion battery principle and charging method is not only described in detail but also putting forward the design idea and system structure of the charging module. The circuit provides safe and fast charging function, which can be widely used in indoor and outdoor lithium ion batteries, such as mobile phone, digital products and so on. Key words: Lithium-ion battery; STC89C52; The indicator light circuit; The liquid crystal display circuit; Protection circuit; The precision reference voltage generating circuit; Environmental temperature sampling circuit; 1 引引 言言 随着社会的快速发展，电子产品小型化、便携化也使得充电电池越来越重要， 锂离子电池有较高的比能量，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，具有良 好的充放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应，不含镉、铅、汞等有害 物质，对环境无污染，被称为绿色电池。基于这些特性，所以锂电池得到了迅速 的发展和广泛的应用。锂电池充电器是为锂离子充电电池补充能源的静止变流装 置，其性能的优劣直接关系到整个用电系统的安全性和可靠性指标。 本文在综合考虑电池安全充电及成本的基础上，设计了一种基于 STC89C52 单片机 PWM 控制的单片开关电源式锂电池充电模块，有效地克服了一般充电器过 充电、充电不足、效率低等缺点，实现了对锂电池组的智能充电，达到了预期效 果。该方案设计灵活，可满足多种型号的锂电池充电需求。 2 1 概述概述 1.1 课题研究的背景课题研究的背景 充电器是为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最 优化，即容量、寿命和安全性。正是锂离子电池在各个领域越来越广泛的应用， 推动了对锂离子电池充电器的研究。 目前一些大的厂家生产的充电器都具有以下特点：具备限流保护，电流短 路与反充保护线路设计，自动、快速充电、充满电后自动关断等等。有的还具 有 LED 充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。由于锂离子的 特点使得其对充电器的要求比较苛刻。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为 有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电 池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于 1） 。 另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充、充电终止检测、电压检测 外，还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、 限制充电时间，为电池提供附加保护，由此可见实现安全高效的充电控制已成 为锂离子电池推广应用的目标。 1.2 锂电池充电特性锂电池充电特性 锂电池充电需要控制它的充电电压，限制其充电电流。锂电池通常都采用 三段充电法，即预充电、恒流充电和恒压充电。锂电池的充电电流通常应限制 在 1C(C 为锂电池的容量)以下，单体充电电压一般为 42V，否则可能由于电 压过高造成锂电池永久性损坏。 预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复，若电池电压低于 3V，则必须 进行预充电，否则可省略该阶段，这也是最普遍的情况。在恒流阶段，充电器 先给电池提供大的恒定电流，同时电池电压上升，当电池电压达到饱和电压时， 则转入恒压充电，充电电压波动应控制在 50mv 以内，同时充电电流降低，当 电流逐渐减小到规定的值时，可结束充电过程。电池的大部分电能在恒流及恒 压阶段从充电器流入电池。由此可知，充电器实际上是一个精密电源，其电流 电压都被限制在所要求的范围之内。 3 2 理论计算理论计算 2.1 方案论证与比较方案论证与比较 基于单片机控制的锂电池充电模块，选择 LM2576-ADJ 集成电源芯片基于 BUCK 降压电路原理构成 BUCK 降压电路，系统输入电压为 9V20V，输出电 流为 2A。微处理器选择 STC8952 单片机；电流检测由 INA168 集成电流检测芯 片完成，并将检测结果送到微处理器 IO 口，通过 PI 算法程序控制反馈电路使 得输出电路电流维持在 2A， LCD1602 液晶显示电路电流大小；输出电压检测 经过分压电阻送到 STC8952 单片机自带的 10 位 AD 转换 IO 口，经 AD 转换将 数据送到 P0 口，并在液晶上显示电压大小。电路过温、过流保护均由 LM339 比较器完成。过压保护是在锂电池电量充满，电池两端电压超过额定电压时控 制电源芯片 0N/0FF 引脚使电源停止工作，进而实现停止充电；过温保护由 NTC（负温度系数）温度传感器执行，电池温度超过 60 时停止充。 2.1.1 BUCK 降压电路选择降压电路选择 方案一：采用 LM2576-ADJ 集成电源芯片构成 BUCK 电路的恒流源控制系 统。LM2576-ADJ 输入电压在 7 V40 V，FeedBack 引脚电压恒定 1.23 V，输 出电压稳定可调，电路设计和控制简单。 方案二：选用 MOSFET 场效应管构成 BUCK 降压电路，处理器产生 PWM，调节 PWM 占空比控制电源输出电流大小。 方案比较：方案一 LM2576-ADJ 集成电源芯片，可直接构成 BUCK 电路， 电路设计简单，输出电流容易控制，工作稳定，可实现普通 BUCK 电路参数。 方案二 MOSFET 构成的 BUCK 电路对场效应管选择范围广，不同场管由于性 能不同外围辅助电路要求也不一样。大多数场效应管需要外加驱动电路，PWM 输入要求有稳定的占空比，最终设计参数的实现对电路各个反面设计都有一定 的要求。结合以上分析，系统 BUCK 降压电路设计最终选择方案一。 2.1.2 电流控制电流控制 方案一：用 STC12C5A60S2 两路 AD 转换器采集采样电阻两端电压值，最 终得到采样电阻两端电压，利用公式 I=U/R 计算得到电路中电流大小，通过计 算测得的电流值与设定电流值大小比较，判断比较结果由程序控制完成对电路 4 电流控制参数补偿使电流输出恒定为 2A。 方案二：使用集成电流检测芯片 INA168 检测流过采样电阻的电流大小， 输出端由 STC12C5A60S2 单片机转换器完成转换，测得的电流值通过 PI 控制 算法程序调节电流控制电路实现电流输出 1.5 A。 方案比较：方案一，采样电阻两端电压太小，AD 采样最终得到的检测电 流不理想，普通的补偿控制达不到系统设计要求。方案二 INA168 为电流检测 专用芯片，检测精确度高，能准确检测电路中电流的大小，使用 PI 控制算法 控制电流，使得系统响应速度和质量都得到了提高，是一种比较常用且择优的 控制选择方法。因此系统中电流控制选择方 案二。 2.1.3 总体方案设计总体方案设计 由上述方案论证及方案选择可知，其总体方案框架如图 1-1、1-2 所示： 是 由场效应管构成 BUCK 降压电路 微处理器 STC89C52 过充保护 LCD1602 液晶显示 AD 装换器对电 压采样，完成 AD 转换 24V36V 直流电 源 5 V 电源 图 1-1 方案一总体方案框架图 5 是 否 由 LM2576-ADJ 集成元件 构成 BUCK 降压电路 微处理器 STC8952 过压检测 LCD1602 液晶显示 输出电压电流检测 0 V36V 直流电源 5 V 电源 开启保护电路断开保护电路 结合方案比较综合考虑最终选选择方案二。 2.2 理论分析与计算理论分析与计算 2.2.1 输出电流分析与计算输出电流分析与计算 LM2576-ADJ 能构成易于调节和控制的 BUCK 电路。LM2576-ADJ 引脚 4 为 FeedBack，该引脚感知调整输出电压进行反馈回路。由该引脚和运算放大器 构成的反馈回路能通过编程实现电路恒定电流输出。同相放大器同相端输入电 压大小为采样电阻上的分压大小，即 V+=IsRs，根据同相放大器（图 2-1）原 理可列出计算式： 图 1-2 方案二总体方案框架图 6 （公式 1） Rav VVbf V V 由设计电路关系计算可得 Is*Rs=1.23/Rav，设计中 Rs 大小为 0.1 欧姆（精 度 1）的采样电阻，因此可得 Is=12.3/Rav，在公式（1）中电阻单位为 K，通 过调节 Rav 的值可实现对输出电流的控制。系统要求输出电流大小为 1.5 A，计 算可得 Rav 的取值为 8.2 K，选择合适的编程求出电阻 R1 和 R2 的值。 输出电压为：Vout=Vref（1.0+R2/R1） Verf=1.23V 2.2.2 BUCK 电路元件参数分析与计算电路元件参数分析与计算 经典 BUCK 电路如图 2-2 所示，电路主要组成部分有：场效应管（开关元 件） 、电感（储能元件） 、电容、续流二极管。通过开关管的开通和断开，在储 能元件的作用下实现降压。控制开关时间的比例可实现对输出电压和电流的控 制，电路设计中开关元件的通断控制通常以 PWM 控制为主要选择方法，微处理 器可产生占空比可调的 PWM 波形。 图 2-2 7 在系统设计中 BUCK 降压电路由集成芯片 LM2576-ADJ、电感、电容构成。 电路结构如图 2-3 所示。 输入电容 C5 分析、计算与选择 1 防止电压瞬变在输入中影响转换器稳定运行，铝或钽电解电容之间需要输 入引脚+ VIN 和接地引脚 GND，该电容应位于靠近 IC 且使用短引线。电路设 计中考虑输入电压大小为 10 V25 V 之间，结合安全裕量最后选择 1000 uF/50 V 的点检电容。 续流二极管 D3 的分析、计算与选择 2 由于二极管的最大峰值电流超过最大负荷调节电流，钳位二极管电流等级 必须为至少 1.2 倍的最大负载电流。一个强大的二极管设计，应该有一个额定 电流相等的最大电流限制，LM2576 能够经受连续输出短路。.二极管的反向电 压等级应至少 1.25 倍的最大输入电压。系统设计负载输出电流为 1.5A，最大输 出电压为 8.4 V，因此设计中续流二极管选择 INA5822。 电感 L1 的分析、计算与选择 3 由以下公式可计算电感 （公式 2） E X T=（Vin -Vout）Vout/Vin x 106 / FHz 计算出的 E X T 值与相应的匹配对电感值的选择垂直轴数如图 2-4 所示。 这个 E X T 常数是一个能量处理能力和测量电感都取决于类型的核心、核心区、 匝数和占空比。 图 2-3 VinOUT GND FB ON/OFF LM 2576 U2 + 1000uF C5 + 1000uF C6D3 1N5822 150uH L1 GND Vin FB c co on ns st ta an nt t c cu ur rr re en nt t p po ow we er r ON/OFF 470 R13 3.3K R14 Q0 8050 8 下一步是确定区域分割的电感 E X T 值和对负载电流最大值。从电感的电 感值的代码及识别。然后从表 1 中选择一个合适的电感。电感的选择必须额定 的开关 52 kHz 和 1.15 倍负载电流的额定电流。电感电流额定值可计算电感的 峰值电流： （公式 3） Ip（max）=ILode（max）+(Vin-Vout)ton/2L Ton 为电源开关时间： （公式 4） Ton= Vout/ Vin1/fosc Inductor Code Inductor Value The 39Shott CorpPulse EngRenco L4747 uH77 212671 26980PE-53112RL2442 L6868 uH77 262671 26990PE-92114RL2443 L100100 uH77 312671 27000PE-92108RL2444 L150150 uH77 360671 27010PE-53113RL1954 L220220 uH77 408671 27020PE-52626RL1953 最后分析计算电路中取 150 uH 的工字形电感。 2.2.3 BUCK 电路输出效率分析计算电路输出效率分析计算 输出电流 1.5 A，电压为 8.4 V，输出功率 P = IU = 1.58.4 = 11.6 W 。 电路中有电感、续流二极管、电容和 LM2576-ADJ 造成以发热的形式为主的功 率损耗。电路设计要求充电电源效率不得低于 70%。 图 2-4 表 1 电感的电感值代码 9 2.2.4 NTC 负温度系数电阻计算负温度系数电阻计算 热敏电阻的电阻温度特性可近似地用公式 5 表示。 (公式5) R=Ro exp B(I/T-I/To) 表 2 热敏电阻的电阻温度特性 但实际上，热敏电阻的 B 值并非是恒定的，其变化大小因材料构成而异， 最大甚至可达 5 K/C。因此在较大的温度范围内应用公式 5 时，将与实测值之 间存在一定误差。此处，若将公式 5 中的 B 值用公式 6 所示的作为温度的函数 计算时，则可降低与实测值之间的误差，可认为近似相等。 (公式 6) BT=CT2+DT+E 上式中，C、D、E 为常数。另外，因生产条件不同造成的 B 值的波动会引 起常数 E 发生变化，但常数 C、D 不变。因此，在探讨 B 值的波动量时，只需 考虑常数 E 即可。 常数 C、D、E 的计算： （公式 7） ToTn RoRnIn Bn 11 )/( （公式 8） )31)(32)(21( )21)(32()32)(21( TTTTTT TTBBTTBB C （公式 9） 21 )21)(21(21 TT TTTTCBB D （公式 10） 1111TCTDTDE 常数 C、D、E 可由图 2-5 的(温度、电阻值)数据 (T0, R0). (T1, R1). (T2, R2) and (T3, R3)，通过式 710 计算。 首先由式 7 根据 T0 和 T1,T2,T3 的电阻值求出 B1,B2,B3,然后代入以下各式。 电阻值计算实例： 试根据电阻温度特性表，求 25C 时的电阻值为 5 (k)，B 值偏差为 R温度 T(K)时的电阻值 Ro温度 T0(K)时的电阻值 B温度 T0(K)时的电阻值 *T(K)= t(C)+273.15 10 50(K)的热敏电阻在 10C30C 的电阻值。 步骤： 根据电阻温度特性表，求常数 C、D、E。 1 To=25+273.15 T1=10+273.15 T2=20+273.15 T3=30+273.15 代入 BT=CT2+DT+E+50，求 BT。 2 将数值代入 R=5exp (BTI/T-I/298.15)，求 R。 3 *T = 10+273.1530+273.15 电阻温度特性图如图 2-5 所示 电阻温度系数： 所谓电阻温度系数()，是指在任意温度下温度变化 1C(K)时的零负载电阻 变化率。电阻温度系数()与 B 值的关系，可将式 11 微分得到。 （公式 11） ）（/%100 2 100 1 T B dT dR R 这里 前的负号()，表示当温度上升时零负载电阻降低。经过时间与热 敏电阻温度变化率的关系如下表所示。 表 3 热敏电阻温度变化率 t 12 1 TT TT t63.2% 2t86.5% 3t95.0% 4t98.2% 5t99.4% 图 2-5 11 目录记录值为下列测定条件下的典型值。 表 4 热敏电阻典型值 另外应注意，散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化。 (1) 静止空气中环境温度从 50 C 至 25 C 变化时，热敏电阻的温度变 化至 34.2 C 所需时间。 (2)轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定。 12 3 电路工作原理电路工作原理 3.1 系统供电部分系统供电部分 系统 BUCK 降压电路输入电压为 10 V25 V，STC12C5A60S2 单片机、 LCD1602 液晶显示等部分使用 5 V 电压供电。5 V 供电电源产生采用 LM7805 稳压芯片，系统中 LM7805 输入电压直接由 BUCK 输入电压端输入。 LM7805 是常用的三端稳压器，一般使用的是 TO-220 封装，能提供 5 V 的 输出电压，内含过流和过载保护电路。带散热芯片时能持续提供 1 A 的电流， 如果使用外围器件，它还能提供不同的电压和电流。 3.2 BUCK 降压电路降压电路 BUCK 电路基本结构如下： 主要组成元件包括开关元件、储能元件、续流二极管。通过控制场效应管 的开通和关断，在开通时输入电源直接对负载供电，关断后储能元件中储存电 能对负载供电。开关导通时等效电路如图 3-2 所示， 开关关断时等效电路如图 3-3 所示。 从电路可以看出，电感 L 和电容 C 组成低通滤波器，使 us(t)的直流分 1 13 2 VV GND INOUT LM 7805 U1 0.1uF C2 D11N4007 GND Vin 5V + +5 5V V P Po ow we er r + 10uF C4 图3-1 13 量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波 ur(t)。 电路工作频率高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波 ur(t) 很小， 2 相对于电容上输出的直流电压 Uo 有：|ur（t）|0 电容上电压可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，可以 看作是恒定直流。 一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周 3 期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延 续直至达到充、放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电 荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电 压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充、放电平衡，最终维持电压不变。 这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平 衡，电容上充、放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。 开关开通时，电感电流增加，电感储能；而当开关关断时，电感电流减 4 小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁 链增量为： =L（t）0 ；此增量将产生一个平均感应电势：u=/t0 此 电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致 一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的 状况也一样。这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量） 为零的现象称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普 遍规律。 系统设计中选用 LM2576-ADJ 集成芯片构成 BUCK 电路。稳压器 LM2576-ADJ 是单片集成电路的理想适合于开关稳压器的简单方便的设计 Buck 变换器。使用 LM2576-ADJ 集成芯片组成 BUCK 电路使整个电路设计更加简单， 输出电流电压易于控制。系统设计中利用 LM2576-ADJ FeedBack 引脚实现对恒 定电流输出的控制。 续流二极管 IN5822 具有正向电流大，反向电压高等特点。 IN5822 14 LM2576-ADJ 引脚图如图 3-4： LM2576 内部结构图如图 3-5: 3.3 恒流控制恒流控制 系统恒定电流输出控制原理：LM2576-ADJ，FeedBack 引脚电压为 1.23V，通过运放组成同相放大器和该引脚构成反馈回路，可实现恒流输出。运 算放大器同相端电压为采样电阻上的分压，反相端反馈电阻采用可编程数字电 位器。 数字电位器选择 TPL0501（封装为 SOT-23） 。TPL0501 是一个单通道、具 有 256 个雨刷器位置的线性电阻分布的数字电位器，可被用作 3-终端电位器或 作为 2-终端可变电阻器。TPL0501 目前提供 100 k 的端电阻。TPL0501 使用 三线 SPI 兼容的串行数据接口。三个输入接口：芯片选择（CS） ，数据时钟 图 3-4 图 3-5 15 （SCLK） ，数据输入（DIN） 。驱动器 CS 为低电平串行接口，时钟数据同步到 SCLK 的上升沿移位寄存器。再将数据加载到移位寄存器，驱动 CS 高存到适当 的电位器控制寄存器和禁用串行接口。把 CS 低在整个串行数据流，以避免数 据损坏。 TPL 阻值与对应数据表 表 5 TPL 阻值与对应数据 100k StepBinary RHW( k)RWL( k) RHW /RWL 000.00100.000.00 110.3999.610.00 2100.7899.220.01 3111.1798.830.01 41001.5698.440.02 51011.9598.050.02 61102.3497.660.02 71112.7397.270.03 810003.1396.880.03 910013.5296.480.04 1010103.9196.090.04 1110114.3095.700.04 1211004.6995.310.05 1311015.0894.920.05 1411105.4794.530.06 1511115.8694.140.06 16100006.2593.750.07 17100016.6493.360.07 18100107.0392.970.08 19100117.4292.580.08 20101007.8192.190.08 21101018.2091.800.09 22101108.5991.400.09 23101118.9891.020.01 24110009.3890.630.10 25110019.7790.230.11 261101010.1889.840.11 271101110.5589.450.12 281110010.9489.060.12 291110111.3388.670.13 301111011.7288.280.13 311111112.1187.890.14 3210000012.5087.500.14 3310000112.8989.110.15 16 3410001013.2886.720.15 3510001113.6788.330.16 3610010014.0685.940.16 3710010114.4585.550.17 3810011014.8484.770.17 3910011115.2384.380.18 4010100015.6383.980.19 4110100116.0283.590.19 4210101016.4183.200.20 4310101116.8082.810.20 4410110017.1982.420.21 4510110117.5682.030.21 4610111017.9781.640.22 4710111118.3681.250.22 4811000018.7580.860.23 4911000119.1480.470.24 5011001019.5380.060.24 5111001119.9279.690.25 5211010020.3179.300.25 5311010120.7078.910.26 5411011021.0978.520.27 5511011121.4678.130.27 5611100021.8677.730.28 5711100122.2777.340.29 5811101022.6676.950.29 5911101123.0576.560.30 6011110023.4476.170.31 6111110123.8375.780.31 6211111024.2275.390.32 6311111124.6175.000.33 64100000025.0074.610.33 65100000125.3974.220.34 66100001025.7673.830.35 67100001126.1773.440.35 68100010026.6672.660.36 69100010126.9572.270.37 70100011027.3471.880.38 . . 17 TPL0501 SPI 时序如图 3-6： 图 3-6 TPL0501 数字电位器引脚如图 3-7： 图 3-7 3.4 输出电压、电流采集显示输出电压、电流采集显示 输出电压经过两个 100K 电阻分压后直接送进 STC12C5A60S2 单片机一路 IO 口完成 AD 转换，AD 转换后将数据送到 P0 口，编程控制 LCD1602 显示出 对应的电压值。输出端与负载串联了一个 0.1（误差 0.1%）采样电阻，输出电 流就是流过采样电阻的电流。设计中选用专门的电流检测芯片 INA168 对电流 完成检测。INA168 将待检测电流转换成电压输出。其关系为 VO = ISRSRL/5k， 将得到的电压 VO送进单片机另一路 IO 口完成 AD 转换，控制 LCD1602 液晶显 2501111101097.662.3441.57 2511111101198.051.9550.20 2521111110098.441.5563.00 2531111110198.631.1784.33 2541111111099.220.78127.00 2551111111199.610.39255.00 18 示对应电流大小。 STC12C5A60S2 单片机的 AD 转换口在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 转换 器，速度可达到 250 KHz。8 路电压型输入 A/D，可做温度检测、电池电压检测、 按键扫描等。上电复位后 P1 口为弱上拉型 IO 口。 STC12C5A60S2 单片机 A/D 转换原理如图 3-8 所示： 图 3-8 STC12C5A602 单片机 ADC 由多路选择器、比较器、逐次逼近寄存器、 10DAC、转换结果寄存器以及 ADC_CONTR 构成。 STC12C5A602 单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC，逐次比较型 ADC 由一 个比较器和 D/A 转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高