基于单机片的电子充电器设计毕业论文.doc

基于单机片的电子充电器设计毕业论文目 录1 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3设计所需工作22系统总体设计32.1总体设计思路32.2蓄电池的种类和特点32.3蓄电池充电方法62.4硬件元件62.4.1芯片62.4.2 1602液晶显示器72.4.3分立元件103硬件设计113.1铅酸电池充电电路设计113.2 锂电池充电电路设计153.3单片机控制电路设计203.4 A/D转换电路设计244软件设计275硬件调试426 总结与展望44致谢45参考文献46附录A 电路原理图47附录B 程序4848 1 绪论1.1研究背景及意义随着现代电子科技的发展微型电子产品应用广泛，MP3、MP4、手机、数码相机极大丰富了我们的生活，同时为电池的使用提供了广阔的前景，电池的广泛使用是的充电器也得到极大运用，充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景如铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路充电器、电动车蓄电池充电器、车充等。本设计为与普通充电器不同，通过单片机控制切换充电模块，并显示充电电压，本设计在于解决我们生活中充电器种类多造成的不便，该充电器具有以下功能：（1）能够给锂电池充电：手机、数码相机等电池为锂电池，人们使用手机频繁，锂电池容量有限，需要定期充电。（2）能够给铅酸电池充电：随着汽车行业飞速发展，铅酸电池也得到很大运用，电动车的出现，作为动力的电瓶使得充电器得到极大使用。（3）能够给镍电池充电：电动控制玩具多使用镍电池，随着生活水平的提高，儿童拥有更多玩具，相应的充电器也得到发展。1.2国内外研究现状目前，常用的充电电源主要有以下三种:相控电源、线性电源、开关电源。相控电源是比较传统的电源，它是将市电直接经过整流滤波后输出直流，再通过改变晶闸管的导通相位角，来控制整流器的输出电压。相控电源所用的变压器是工频电源变压器，它的体积比较庞大，由此造成相控电源本身的体积庞大、效率低下，并且该类电源动态响应差、可靠性能低。目前相控电源己经有逐步被淘汰的趋势。线性电源是另一种常见的电源，它是通过串联调整管可以进行连续控制的线性稳压电源。线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。由于调整管上损耗功率比较大，所以需要采用大功率调整管并且需要装配体积很大的散热器。随着技术进一步发展，数码产品走进千家万户，数码产品厂商根据不同的电池推出各式各样的充电器，生产商千方百计的吸引消费者购买他们的产品，他们提出配套产品，我们在购买手机时送电池送充电器，我们再买数码相机时也是这样。无论国外国内的电子产品生产商都有充电器研制部门，为他们特定产品制作特定的充电器。不仅有苹果手机特有充电器、诺基亚手机充电器还有电动车充电器，尤其最近几年移动电源更是火爆。今后相当长的时间内充电器与移动电源并存，共同发展。1.3设计所需工作本设计有两部分组成：硬件部分、软件部分。（1）硬件部分本设计以充电控制芯片为核心构成充电控制电路，需要对电池性能结构等有所了解，同时需要对所需元件做到熟悉其基本构造功能，整体核心为单片机，所以要熟悉单片机各个功能。（2）软件部分本设计需要用程序显示充电过程，通过1602显示，在编程时要熟悉所需软件。 2系统总体设计2.1总体设计思路该充电器集成锂电池、铅酸电池、镍电池充电模块为一体，通过单片机控制切换模块以达到给不同电池充电。图2-1 系统流程图该充电器目的在于给不同电池充电，需要对电池性能进行了解，同时还要熟悉各种元件。2.2蓄电池的种类和特点电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能量直接转化为电能的装置。在化学电池中，根据能否用充电方式恢复储存电能的特性，可分为一次电池，二次电池两大类。蓄电池属于二次电池。蓄电池由许多电池单元组成，通常这些电池单元以串联方式连接，单个电池单元基本上是一个化学反应装置，通常有两个金属电极和导电通道组成。导电通道可以是液体的、也可以是固体的，取决于所用的化学物质。电池单元的关键之处在于根据电流流进流出的不同流向，能够产生可逆的化学反应。当两个金属电极上外接电源进行充电时，产生的化学反应使一些物质的化学结构发生变化，对蓄电池是充电储能状态，当电极上接负载时，产生一个可逆化学反应，是这些物质有回到原来状态，并向外释放电能。蓄电池的性能与工作频率有很大关系，在变换器典型的开关频率，即20kHZ或者更高的时候，蓄电池似乎是开路的，因为蓄电池输出端、内部以及电极上存在等效电感，而且在化学反应上需要一定的时间来完成，蓄电池输出电流与端电压之间关系还与温度、剩余电量有关。电池在开始使用的一段时间内，电池容量增加大约5%至10%。接下来的一段时间，电池的容量大约不变，然后开始慢慢减少，即开始了电池的老化过程。当电池的老化达到一定程度时，这个电池就报废了。一般经验来讲，当电池的容量达到额定容量的80%时，就可以认为电池的寿命基本结束了。循环寿命(Cycle Life)循环寿命是指在其实际容量降低至某一规定值之前所经历的充放电循环的次数，通常用来定义蓄电池的使用寿命。根据我们前面所讲的放电深度的概念中可以看出，放电深度不同，电池的循环寿命是不同的。自放电现象(self-Discharge)当电池处于闲置不用(非工作状态)时，虽然没有电流流过蓄电池，但电池内的活性物质与电解液间自发的反应却一直在进行，这造成了电池内的化学能量无益的损耗，使电池的容量下降，通常将这种现象称为电池的自放电。自放电通常与环境温度有密切关系。当环境温度较高时，电池的自放电现象比较明显。所以电池应在适宜的温度和湿度下保存。自放电一般不会损伤电池，只要重新充足电量，还可以照常使用。铅酸蓄电池的自放电相对镍福蓄电池来讲比较严重，经验表明铅酸蓄电池在闲置一个月后，自放电达30%左右。考虑到这一点，在设计蓄电池智能充电系统时，应在电池长时间不用的情况下对电池进行补充充电。电池的记忆效应首先申明一点，电池的记忆效应并不是所有的蓄电池都具有的现象，它是烧结式蓄电池特有的现象，像我们所说的镍镉电池就具有记忆效应，而铅酸蓄电池就不具有记忆效应。在电池的正常使用过程中(电池放电完全)，电池极板上的晶体尺寸保持较小，如果电池放电不完全，NiOOH未完全转化为Ni(OH)2，NiOOH将凝结在一起，形成较大的晶体结构即枝状物，极板上的晶体尺寸改变!.当再次充电时这些集结了的晶体结构不再参加反应，使得电池无法充电至电池的额定容量，这时便称电池具有了记忆效应。一有记忆效应的电池表现为即使己充满电，电池也无法释放出额定的容量。记忆效应是一种暂时的现象，一也常被称为电池的可逆故障，只要将电池充满后再做深度放电，如此反复几次，便可以将电池再次激活，恢复其原有的容量。(1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池是蓄电池的一种，其主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和海绵铅分别作为电池的正极和负极的酸性蓄电池。铅酸电池的优点是应用范围广、原材料丰富。但随着科技的进步其缺点也日益突出，对环境污染严重，损害人生健康，使用寿命较短，容易放电，不便于在高温高寒等恶劣环境工作。铅蓄电池的应用目前主要集中于四大领域：一是汽车启动电池；二是电动自行车的动力电池；三是后备与储能电池，如交通、通讯设备的不间断电源系统UPS等，四是新能源汽车中弱混合动力汽车的电池，合计需求超过铅酸电池总需求的90%。此外，在太阳能、风能储能方面的铅酸电池需求也刚刚启动，发展空间广阔，得益于下游汽车、电动自行车和通信等行业的快速发展，铅蓄电池的保持了旺盛的需求，总产量从2000年的2756万KVAh增长到2010年的14000KVAh，达到全球铅酸电池产量的1/3左右，年复合增长率达到17.6%。(2)锂离子电池锂离子电池是最理想的蓄碱性电池，其质量密度和容积密度分别可达105至127Wh/kg、260至310Wh/L，自放电率仅为-（3至8）%。锂离子电池主要优点是无记忆效应、无需放电即可进行充电、比能量高、工作电压高、体积小、重量轻、使用寿命长、工作温度范围宽。优质锂电池寿命可达1200次以上远高于其他电池。锂离子电池是最具发展前景的一种高效碱性蓄电池目前已被广泛用于移动通信、摄像机、笔记本电脑中，并逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。据统计目前锂离子电池的全球销量已超过13亿只，并随着应用领域的不断扩大而迅速增加。铅酸蓄电池的安全性高、价格低廉及再生利用率高，渗透到交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济的多个重要领域(3)镍镉电池镍镉电池属于碱性蓄电池，其主要优点是体积小，容量大，密封好，输出电压平稳，使用温度范围宽，坚固耐用可多次充电，与干电池的互换性好。镍镉电池的缺点是存在记忆效应，、并且容易污染环境。该类电池多用于电动玩具。2.3蓄电池充电方法蓄电池充电方法有三种：标准充电法、快速充电法、涓流充电法。标准充电法：就是在规定环境温度下，用额定倍率的电流对蓄电池进行较长时间的充电，使之达到额定容量。额定容量是蓄电池的一个重要参数，其单位是Ah（安时）。快速充电法：在应急情况下可用大电流进行快速充电。以镍镉电池为例，进行快速充电要在0.8到1.2倍率的大电流充电1.2h到0.8h，即可获得70%到90%的额定容量。在快速充电前应将的电量全部放掉。涓流充电法：涓流是涓涓细流的意思。当镍镉电池处于备用状态时，为补偿其自行放电而造成的容量损失，平时可对其进行涓流充电，充电电流一般选0.01到0.05C5A，最大不得超过0.1C5A。涓流充电能延长镍镉电池使用寿命。在正常工作条件下，GNYG系列产品可充电800次以上。使用涓流充电的电池寿命可延长4至6年。2.4硬件元件本设计有大量元件组成，需要对各个元件有所了解，元件主要有控制芯片、单片机、显示屏A/D转换，分立元件。2.4.1芯片本设计采用LTC4011镍电池充电控制芯片，CN3717铅酸蓄电池充电控制芯片，不同的芯片采用不同的封装有着自己的特点。目前，市场上有大量的电池管理芯片，针对充电器开发的电池充电管理芯片业很多，可以直接使用这些芯片进行充电器的设计。但是，充电器实现的方式不同导致其充电效果不同。由于采用大电流的快速充电法，所以在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的过充会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般的，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电器在充电终了时电池经常发烫，电池在充电后期明显发烫一般说明电池已过充。设计比较科学的充电器采用专业充电控制芯片，具备业界公认较好的V检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作。2.4.2 1602液晶显示器液晶屏：液晶显示器（LCD）具有工作电压低、微功耗、显示信息量大和接口方便等优点，现在已被广泛应用于计算机和数字式仪表等领域，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果，其应用越来越广泛。LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。图2-2 1602液晶显示屏管脚介绍：管脚1：VSS 地电源。管脚2：VDD接+5V电源。管脚3：VO接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。管脚4：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。管脚5：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。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。管脚6：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。管脚7到14：D0D7为8位双向数据线。管脚15：背光源正极。管脚16：背光源负极。表2-1 1602控制指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01请显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮地址001显示数据存贮器地址 9读忙标志或地址 01计数器地址 10写数到CGRAM或DDRAM 10要写的数据内容 11从CGRAM或DDRAM读数 11读出的数据内容 1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明1为高电平，0为低电平）。 指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置 。指令2：光标复位，光标返回到地址00H 。指令3：光标和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。 指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标 。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的显示字符。 指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。2.4.3分立元件肖特基二极管：是一种导通电压降较低、允许高速切换的二极管，是利用肖特基势垒特性而产生的电子元件，其在整流其中非常理想，正向导通电压小，没有反向恢复时间，其正极和负极存在很大的电容，肖特基二极管两端电压每次改变时电容会被充电放电，流入该电容的电流与普通整流器的反向恢复电流完全相同。热敏电阻：热敏电阻是一种电阻值随其电阻体的温度变化呈显著变化的热敏感电阻。它多由金属氧化物半导体材料制成。也有由单晶半导体、玻璃和塑料制成的。由于热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量和控制等优点，所以广泛应用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。热敏电阻分为负温度系数（NTC）热敏电阻、正温度系数（PTC）热敏电阻和开关型热敏电阻，前两者电阻率随温度的变化一般是指数规律。MOSFET场效应管：即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015）。它也分N沟道管和P沟道管，符号如图1所示。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。3硬件设计3.1铅酸电池充电电路设计CN3717充电控制电路用器件有50WQ03FN肖特基二极管两个，P沟道MOS管SI4435，电感8uh，热敏电阻10K的mf52，用于显示充电状态的红色LED以及绿色LED，以及若干电阻电容，所需阻值的电阻与实际购买电阻有所偏差，精度会受到影响。CN3717芯片芯片特点：宽输入电压范围：7.5V到28V对铅酸电池进行完整的充电管理，过充电和浮充电电压由外部电阻分压网络设置，充电电流达5APWM开关频率300KHz恒流充电电流由外部电阻设置，对深度放电的电池进行涓流充电，过充点结束电流由外部电阻设置电池温度监测功能，自动再充电功能，双状态指示，软启动功能，电池端过压保护，工作环境温度：40到85，采用16管脚TSSOP封装。应用领域：铅酸电池充电，不间断电源备用电池应用，便携式工业和医疗仪器独立电池充电器。图3-1 铅酸电池充电控制芯片图表3-1 芯片管脚介绍管脚序号名称说明1VC内部电压调制器输出。为内部驱动电路提供电源。在VG管脚和VCC管脚之间接一个100nF的电容。2PGND功率地。3GND模拟地。4CHRG 漏极开路输出端。在涓流充电，恒流充电和过充电状态，内部晶体管将此管脚拉到低电平；否则，此管脚为高阻状态。5DONE 漏极开路输出端。在浮充电状态，内部晶体管将此管脚拉到低电平；否则，此管脚为高阻状态。6TEMP 电池温度监测输入端。在此管脚到地之间连接一个负温度系数的热敏电阻。7EOC 过充电结束电流设置端。将此管脚直接接到地或者通过一个电阻接到地，用来设置过充电结束电流。8COM1 回路补偿输入端1。在此管脚到地之间接一个470pF的电容。9COM2回路补偿输入端2。在此管脚到地之间串联连接一个120的电阻和一个220nF的电容。10FB电池电压反馈端。外接电阻分压网络以设置过充电电压和浮充电电压。11COM3回路补偿输入端3。在此管脚到地之间接一个100nF的电容。12NC没有连接。13CSP充电电流检测正输入端。此管脚和BAT管脚测量充电电流检测电阻RCS两端的电压，并将此电压信号反馈给芯片进行电流调制。14BAT充电电流检测负输入端。此管脚和CSP管脚测量充电电流检测电阻RCS两端的电压，并将此电压信号反馈给芯片进行电流调制。15VCC外部电源输入端。VCC 也是内部电路的电源。此管脚到地之间需要接一个滤波电容。16DRV驱动片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极。CN3717是PWM降压型铅酸电池充电管理芯片，具有涓流，恒流，过充电和浮充电模式。恒流充电电流由连接于CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻RCS设置，在过充电和浮充电模式，充电电压由外部电阻分压网络设置。当VCC管脚电压大于低压锁存阈值，并且大于电池电压时，充电器正常工作，对电池充电。如果电池电压低于所设置的过充电电压的81.8%时，充电器自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的13%。当电池电压大于所设置的过充电电压的81.8%时，充电器进入恒流充电模式，此时充电电流由内部的175mV基准电压和一个外部电阻RCS设置，即充电电流为175mV/RCS。当电池电压继续上升接近过充电电压时，充电器进入过充电模式，充电电流逐渐减小。当充电电流减小到EOC管脚电阻设置的过充电结束电流时，CN3717进入浮充电模式，此时BAT管脚电压被调制在浮充电电压，此时漏极开路输出管脚内部的晶体管关断，输出为高阻态；另一个漏极开路输出管脚内部的晶体管接通，输出低电平，以指示浮充电状态。在浮充电状态，如果断开输入电源，再重新接入，将开始一个新的充电周期；如果电池电压下降到再充电阈值(过充电电压的81.8%)，那么也将自动开始新的充电周期。当输入电压掉电时，CN3717自动进入睡眠模式，内部电路被关断，这样可以减少电池的电流消耗，延长待机时间。CN3717内部还有一个过压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时，如果BAT管脚电压上升到过充电电压的1.08倍时，过压比较器动作，关断片外的P沟道MOS场效应晶体管，充电器暂时停止，直到BAT管脚电压回复到恒压充电电压以下。在某些情况下，比如在电池没有连接到充电器上，或者电池突然断开，BAT管脚的电压可能会达到过压保护阈值。具体应用信息：低电压锁存：芯片内部的低电压锁存电路监测输入电压，当输入电压低于6V(典型值)时，内部电路被关断，充电器不工作。涓流充电:在充电状态，如果电池电压低于所设置的过充电电压的81.8%，充电器进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的13%。浮充电模式：过充电状态结束以后CN3717进入浮充电状态，在浮充电状态，BAT管脚的电压被调制在过充电电压(VOC)的93.1%。浮充电模式的存在可以弥补由于电池自放电或者负载所导致的电池能量损失。自动再充电：在浮充电状态，如果输入电源和电池仍然连接在充电器上，由于电池自放电或者负载的原因，电池电压逐渐下降，当电池电压降低到所设置的过充电电压的81.8%时，将开始新的充电周期。铅酸电池充电电路能够通过单片机控制，通过A/D转换，将所采集到的电压送与1602显示，其原理图如3-2图3-2 铅酸电池充电电路图设计要点：1.选择充电电流设定：充电电流设置：由于采用充电方式不同电阻设定方式不同仅以恒流充电方式为例：I=175mv/RCS,RCS用于连接CSP管脚和BAT管脚之间的充电电流检测电阻，2.电池温度监测：为了监测电池温度，MF52需要紧贴电池，由于MF52为负温度特性，当电池温度升高时，MF52的阻值相应减小，其分压即被检测电压也同时降低，当低于2.5V时，这时即认为电池温度达到最高控制温度。温度超过可以接受的范围时，充电将被暂时终止，直到电池回复到正常范围。此热敏电阻应当接在TEMP和地之间。3.充电状态指示：在漏极开路输出端分别接入颜色不同的LED，在CHRG端接入LED用于涓流、恒流和过充状态，此LED在管脚为低电平时亮，在DONE端接入LED用于浮充电状态，此LED灯在高阻态时亮。3.2 锂电池充电电路设计锂电池充电CN3052A锂电池充电器输入电压为4.35v稳流电压，能给一般手机电池充电，所需器件比较简单，一个热敏电阻，两个用于显示充电状态的发光二极管，若干电阻电容。CN3052A芯片特点：电路简单、外围元器件少、印制板面积小，有可能将充电器做在产品中；成本低；组成单独的充电器体积小、重量轻，便于携带；终止充电电压精度1%，满足电池的要求；恒流充电的电流可由一外设电阻RISET设定，最大恒流充电电流可达1A；内部有检测充电电池温度的电路，若充电电池温度过低（45）时，充电器有故障信号输出（LED亮），并暂停充电；充电器有充电状态指示，正常充电时LED亮，充电结束时LED灭；充电器内部有检测充电电池的电压及电流的电路，按充电模式自动进行转换，安全可靠；内部有功率管理电路，当芯片的结温超过115时，会自动降低充电电流，防止过热，用户可不用担心芯片过热而损坏；内部有输入电源过低检测电路，当电源电压低于4.03V阈值电压时，实现低压锁存，充电器关断，充电被禁止；在充电过程中，若电源掉电或低于低电压阈值电压，充电器进入睡眠模式，电池耗电小于3A；在充电结束后，若电池电压低于4.1V时，充电器会自动再充电；芯片有使能端（CE），高电平有效，若此端加低电平，则充工作温度范围-4085；无铅封装应用领域：移动电话、数码相机、MP4播放器、蓝牙应用、电子词典便携式设备各种充电器。图3-3 锂电池充电控制芯片图管脚介绍：PIN1：电池温度监测输入端。将TEMP管脚接到电池的NTC传感器的输出端。如果TEMP管脚的电压小于输入电压的45%或者大于输入电压的80%超过0.15秒，意味着电池温度过低或过高，则充电将被暂停，管脚被拉到低电平，表示进入电池故障状态。如果TEMP在输入电压的45%和80%之间超过0.15秒，则电池故障状态将被清除，管脚为高阻态，充电将继续。PIN2：恒流充电电流设置和充电电流监测端。从ISET管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。PIN3：电源地。PIN4：输入电压正输入端。此管脚的电压为内部电路的工作电源。PIN5：电池连接端。PIN6：漏极开路输出的电池故障指示端。PIN7：漏极开路输出的充电状态指示端。PIN8：芯片使能端。芯片参数：CN3052A的主要参数：管脚电压范围为-0.3v6V；静态工作电流：CE接VIN时为650A，CE接GND时为4A；电源低电压阈值为4.03V；预充电电流为10%恒流电电流；预充电阈值电压3.0V；在恒压充电模式时，充电电流降到10%恒流充电时终止充电；当VIN-VBAT40mV时为睡眠模式，而在VIN-VBAT90mV时睡眠模式解除，在睡眠模式时IBAT3A；使能端（CE）的高电平2V，低电平0.75V。芯片具体使用：CN3052A是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达500mA，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。CN3052A包含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充电状态指示端和电池故障状态指示输出端。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过115时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。这样，用户在设计充电电流时，可以不用考虑最坏情况，而只是根据典型情况进行设计就可以了，因为在最坏情况下，CN3052A会自动减小充电电流。当输入电压大于电源低电压检测阈值和芯片使能输入端接高电平时，CN3052A开始对电池充电，管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻RISET.确定。当电池电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3052A进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束，端输出高阻态，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了，或者将CE管脚的电压暂时拉到0V，再恢复到高电平。当电池电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的精度在1%以内，满足了锂离子电池和锂聚合物电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。如果将使能输入端CE接低电平，充电器被关断。图3-4 锂电池充电电路图 设计要点： 1.选择充电电流设定：在恒流模式下充电电流设定电流为I=1800V/RISETRISET表示管脚到底的电阻。2.电池温度监测为了防止温度过高或者过低对电池造成的损害，CN3052内部集成有电池温度监测电路。电池温度监测是通过测量TEMP管脚的电压实现的，TEMP管脚的电压是由电池内的NTC热敏电阻和一个电阻分压网络实现的。CN3052将TEMP管脚的电压同芯片内部的两个阈值VLOW和VHIGH相比较，以确认电池的温度是否超出正常范围。在CN3056内部，VLOW被固定在45%VIN，VHIGH被固定在80%VIN。如果TEMP管脚的电压VTEMPVHIGH超过0.15秒，则表示电池的温度太高或者太低，充电过程将被暂停；如果TEMP管脚的电压VTEMP在VLOW和VHIGH之间超过0.15秒，充电周期则继续。如果将TEMP管脚接到地，电池温度监测功能将被禁止。由于充电器电路实现比较特殊，芯片是否正常工作不好确定，且该设计有一部分不能仿真，只能根据资料仔细研究分析各芯片的引脚功能及特征，综合考虑、检测。一般的测试方法是：（1）先用万用表欧姆档逐步测量线路，确保线路都连接正确。（2）然后，编写一段测试程序进行调试，即看各端口的工作状态是否和预设的一致来检测芯片是否工作，这个主要是测单片机是否正常工作，从而诊断出电路板是哪一部分出了问题然后再进行调试。（3）根据充电芯片特性，预设芯片某个输入脚的状态，检测芯片输出是否和预想的一样，来检测芯片是否能正常工作。CN3052A芯片控制充电电路由若干电阻，电容、电感发光二极管，热敏电阻等构成。由CN3052A组成的充电电路能够给锂电池充电，所需输入电压为4.356.0v，图3-5 锂电池充电器所采用芯片过小实际操作异常困难，在焊接过程中芯片被焊坏，影响制作速度，但整体制作出来，其精度会受到影响。由于锂电池的高效性，其对充电要求比较高：.精密的充电电路保护充电的安全，终止充电电压的差为1%，对4.2V锂电池终止电压为0.05%，过充电压将会对锂电池造成永久性损坏。3.3单片机控制电路设计单片机最小系统主控芯片采用STC89C52，用1602液晶屏显示充电电压。最小系统模块如图3-6图3-6 单片机最小系统设计要点：利用单片机最小系统，通过各个管脚相连，使得单片机与1602构成一个系统，在程序控制下驱动显示屏工作。STC89C52：ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机片内含8K byTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 byTES 。的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。图3-7 STC89C52芯片图89C52单片机个引脚的原理与功能：VCC：供电电压。GND：接地。P0：P0为一个位漏极开路双向I/口，没脚可吸收8TLL门电路，当P1口的电路第一次写时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部数据存储器，它被定义数据/地址的第八位在flash编程时，P0口作为原码输入口，当flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0口外部必须拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故，在flash在编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内不上拉的8双向I/O口，P2缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上啦的缘故。P2口当用于外部程序存储或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89c52的一些特殊功能口，管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(计时器0外部输入)P3.5 T1(计时器1外部输入)P3.6 WR(外部数据存储器写通道)P3.7 RD(外部数据存储器读通道)REST:复位输入，当振荡器复位器件时，要保持REST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平哟公寓锁存地址的低位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE断以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为震荡频率的1/6.因此他可以用作外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：没到那个用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果想禁制ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用，另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效，但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA、VPP；当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程区间，此引脚也用于施加12V变成电源（VPP）。内部结构：中断寄存器：AT89C52有6个中断源，2个中断优先级，lE寄存器控制各中断位，lP寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级。数据存储器：AT89C52有256个字节的内部RAM , 80HFFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字竹的RAM和殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。间接寻址指令访问高128字节RAM。定时器：AT89C52的定时器O和定时器1的工作方式与AT89C51相同，定时器2是一个16位定时计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/l2。在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至O的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0,则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加l。由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。 时钟振荡器：AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷诺振器一起构成自激振荡器，外接石英晶体（或陶瓷诺振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器不作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。图3-8 时钟电路图3.4 A/D转换电路设计充电模块在进行充电时对外显示充电电压，使我们能够发现电池充电是否正常，如图3-9A/D转换电路：图3-9 A/D转换电路图A/D采用PCF8591芯片PCF8591 为单一电源供电（2.5 6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路；1路8位D/A 输出，内含有 DAC的数据寄存器 A/D 、D/A 的最大转换速率约为11 kHz，但是转换的基准电源需由外部提供。片内可编程功能设置：在 PCF8591 内部的可编程功能控制字有两个，一个为地址选择字，另一个为转换控制字 PCF8591 采用典型的I2C总线接口的器件寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 Philips （飞利浦）公司规定 A/D器件高四位地址为 1001，低三位地址为引脚地址A0A1A2，由硬件电路决定，地址选择字格式具体描述如图2-7所示 因此 I2C 系统中最多可接 23=8 个具有总线接口的 A/D 器件 地址的最后一位为方向位 R/W，当主控器对 A/D 器件进行读操作时为 1，进行写操作时为 0 总线。操作时，由器件地址 引脚地址和方向位组成的从地址为主控器发送的第一字节。表3-2 地址选择字描述D7D6D5D4D3D2D1D0D0：读写控制位，对转换器件进行读操作时为1 ，进行写操作时为0。D1,D2,D3：引脚硬件地址设置位，由硬件电路设定该PCF8591的物理地址。D7,D6,D5,D4：器件地址位固定为1001.PCF8591的转换控制字存放在控制寄存器中，用于实现器件的各种功能 总线操作时为主控器发送的第二字节 转换控制字的格式功能具体描述如表3-3所示。表3-3 转换控制字格式描述D7D6D5D4D3D2D1D01001A2A1A0R/WD0，D1：通道选择位。00 ：通道 0； 01：通道1 ； 10：通道2； 11：通道3。D2：自动增量允许位，为 1时，每对一个通道转换后自动切换到下一通道进行转换，为0 时不自动进行通道转换，可通过软件修改进行通道转换D3：特征位，固定位0。D4，D5：模拟量输入方式选择位。00：输入方式0，四路单端输入；01：输入方式1，三路差分输入；10：输入方式2，二路单端输入，一路差分输入；11：输入方式3，两路差分输入。D6：模拟输出允许位，A/D 转换时设置为 （地址选择字D0位此时设置为1），D/A 转换时设置为1（地址选择字 位此时设置为 ）。D7：特征位，固定为0。A/D转换PCF8591的A/D 转换为逐次比较型，在A/D转换周期中借用 DAC及高增益比较器对PCF8591进行写读操作后便立即启动A/D转换，并读出A/D 转换结果 在每个应答信号的后沿触发 转换周期，采样模拟电压并读出前一次转换后的结果。A/D转换中，一旦A/D采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样，保持电路中，并转换成8位二进制码（单端输入）或二进制补码（差分输入）存放在ADC数据寄存器中等待器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置 1，则一次A/D 转换完毕后自动选择下一通道 。读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果上电。复位后读出的第一字节为80H。PCF8591的A/D 转换亦使用的是I2C 总线的读方式操作完成的 。其数据操作格式如图3-4所示。表3-4 A/D转换数据操作格式SSLAWAdata 0Adata 1Adata 2Adata nAP其中data0datan 为 A/D的转换结果，分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。A/D 转换结束后，先发送一个非应答信号位A 再发送结束信号位P。 灰底位由主机发出，白底位是由PCF8591产生。 上电复位后控制字节状态为00H ，在A/D转换时须设置控制字，即须在读操作之前进行控制字节的写入操作。4软件设计软件部分采用KEIL编程方法。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。Keil