毕业设计-用单片机控制的干电池充电器[附程序+中英文翻译]

用单片机控制的干电池充电器摘要本文介绍了一种用单片机控制的干电池充电器的设计过程。该充电器基于MICROCHIP公司的PIC12F683单片机为控制核心，将PIC12F683特有的模拟电路模块、高精度A/D转换、以及高速PWM等功能运用到充电控制中，详细讲述了其硬件和软件的设计过程关键词碱性干电池充电器A/D转换器单片机PIC12F683PWM控制USESINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLLINGTHEDRYBATTERYCHARGERABSTRACTTHISTEXTINTRODUCEDTHEDESIGNPROCESSOFADRYBATTERYCHARGERFORWITHMACHINEOFSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLLINGTHATCHARGERSCOREISBASEONMICROCHIPCOMPANYSSINGLECHIPMICROCOMPUTEROFPIC12F683,SPECIALEMULATIONELECTRICCIRCUITMOLDOFPIC12F683PIECE,HIGHACCURACYA/DCONVERSION,ANDSUPERSPEEDPWMETCFUNCTIONMAKEUSEOFINGREFRESHINGINTHECONTROL,DETAILEDLYRELATINGITSHARDWAREWITHSOFTWAREOFSINGLESLICEKEYWORDSALKALINEDRYBATTERYTHECHARGERTHEA/DCONVERTSSINGLECHIPMICROCOMPUTEROFPIC12F683PWMCONTROL前言3第1章绪论411PIC单片机4111PIC系列单片机的优点5112所用的PIC12F683单片机6113PIC12F683的一些主要功能模块712所用PIC12F683的合理性与必要性1113充电技术概述11第2章MPLAB集成开发环境软件包1221MPLAB软件介绍1322MPLABICD在线调试工具套件及其应用1423MPLABICD套件中包含以下几种部件15第3章对充电器的具体设计1531关于干电池的充电器15311碱性干电池的特点16312可再充干电池的条件1632硬件电路设计16321设计思想16322硬件电路分析17323充电过程分析2133软件设计23331单片机输入/输出口作用23332程序功能及实现方法2334软件流程图（见附录四）2435软件编程（见附录五）24第4章其它方面2541该产品特点2542使用方法2543应用前景26第5章结束语2651实验结果及结论2652所得体会26致谢27参考书目28附录一开题报告29附录二中期报告31附录三英文资料33附录四英文翻译50附录五软件流程图61附录六程序62前言随着便携式设备不断小型化、轻量化和高性能化，作为其电源的二次电池的使用率日益提高。如今，废旧电池的处理已日益成为环境保护部门的一项重要工作，众所周知，废电池会对我们的自然环境造成很大的污染，而可对碱性干电池充电的充电器的使用，会大大减少废旧电池的产生量，因为普通电池如果质量合格，可以用该充电器进行反复充电，且充电时间少节省耗电量。经过上个世纪的发展，电池及其保护电路技术日趋成熟，如今应用在很多应用领域，采用干电池作为电源的产品越来越多，这一方面要归功于干电池的优良特性，另一方面也是由于采用单片机控制的干电池可以降低系统复杂度和综合成本。本文所用的单片机为美国MICROCHIP所生产的PIC系列的8位单片机。它是业内首先采用RISC结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度，低电压工作，低功耗，强大驱动能力，低价OTP技术，体积小巧等都体现了单片机工业的新趋势。PIC单片机从覆盖市场的角度出发，发展出三个层次系列多种型号的产品来满足不同的产品设计需求。PIC单片机总线结构采取数据总线和指令线分离独立的哈佛（HARVARD）结构，具有很高的流水处理速度。它的精简指令集结构RISC基本上使它所有得知另都是单字节，因此其程序空间的效率比一般单片机高很多。PIC单片机已经是世界上最具有影响力的嵌入式微控制器之一。第1章绪论11PIC单片机提到单片机，有人这样说，“凡是能想到到的地方，单片机都可以用得上”这并不夸张。全世界单片机的年产量已亿计，应用范围很广，花样也很多。如应用于电信，家用电器，计算机外围设备，办公自动化，工业控制，商用电子，玩具，仪器仪表，汽车电子，军用电子等一些典型的应用领域或场合。单片机应用的意义不仅仅限于它的广阔范围以及所带来的经济效益，更重要的还在于它从根本上改变了传统的控制设计思想和设计方法。从前，必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件编程的方法实现。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称之为微控制技术。微控制技术标志着一种全新的概念，随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展和日趋完善，而单片机的应用则必将更加深入，更加广泛。111PIC系列单片机的优点PIC系列单片机是美国MICROCHIP公司所生产的单片机，他的硬件系统设计简洁，指令系统设计精练。PIC它的主要优点为1哈佛总线结构即在芯片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度。这样做的好处是便于实现指令提取的“流水作业”，也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作便于实现全部指令的单子节化，单周期化，从而有利于提高CPU执行指令的速度。在一般的单片机中，指令总线和数据总线是共用的（即分时复用）。2指令单字节化因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器ROM和数据存储器RAM的寻址空间是互相独立的，而且两种存储器宽度也不同。这样设计不仅可以确保数据的安全性，还能提高运行速度和实现全部指令的单字节化。3精减指令集技术PIC系列单片机的指令系统只有35条指令。不仅全部指令均为单字节指令，而且绝大多数指令为单周期指令，以利于提高执行速度。4寻址方式简单寻址方式就是寻找操作数的方法。PIC系列单片机只有中寻找方式即寄存器间接寻址，立即数寻址，间接寻址和位寻址。此外，PIC单片机还有许多优点如代码压缩率高，运行速度快，功耗低，驱动能力强，外接电路简洁等。112所用的PIC12F683单片机PIC12F683单片机是8位单片机，仅有8个引脚,其内部结构的功能框图如下图所示该产品是PIC基本级之一，其特点是低功耗、多功能、高性能、体积小和售价低廉。因该产品体积小，所以它们可以嵌入几乎任何一种电子产品中，特别是便携式电子产品，如各种IC卡、电子身份牌、照相机、充电器、计时器、智能传感器、灯光调节器、儿童玩具等等，都已得到了广泛的应用。特别适于批量的电子产品使用。主要功能高性能RISC结构CPU；精简指令集仅33条单字节指令，易学易用；执行速度快；八级深度的硬件堆栈；直接/间接/相对三种寻址方式。带有预分频器；驱动力强，I/O口可直接驱动数码管LED显示；内置上电复位电路POR以保证复位正常；内置自振式看门狗，防止程序死锁；程序保密位；防止程序代码非法拷贝；低功耗睡眠功能；内置RC型振荡器。电源的温度特性工作电压20V55V；低功耗睡眠SLEEP模式；时钟频率低，功耗小。PIC12F683引脚全功能图如下图所示113PIC12F683的一些主要功能模块（1）TIMER0模块TIMER0模块定时/计数器有以下特征8位定时器/计数器；可读可写；8位软件编程预分频器；内/外部时钟选择；FFH00H溢出时断；外部时钟沿选择；TIMER0运行TIMER工作模式由TOCS位（OPTION5）决定，在这种方式下，每通过一指令周期，TOMR0加1（不用预分频器条件下）。在写TMR0时，递增会延迟2个指令周期发生，这个问题可通过调整TMR0的写入值来解决。计数器方式可通过置“1”TOSC位来选定，在这种方式下，TMR0在每个GP2/TOCK1的上生/下降沿递增。上升/下降沿选择由TOSE位（OPTION4）来确定。TOSE位为“0”则选择上升沿，“1”则选择下降沿。TIMER0中断当TIMER0从FFH到00H溢出时将产生中断。这是相应的中断请求标志位TOIF（INTCON2）被置“1”。清零TOIF位（INTCON5）可屏蔽这一中断，在重新允许中断之前，TOIF位必须由TMR0中断服务子程序用软件清零。由于在睡眠状态下TMR0不工作，所以TMR0中断不能将芯片从睡眠状态唤醒。（2）外部时钟用于TIMER0当外部时钟用于TMR0时，它要与内部时钟同步，所以，外部时钟须符合一定要求。计数脉冲在预分频器后实现同步。在每个指令周期，预分频器的输出被自动采样两次Q2和Q4周期以检测上升或下降沿。当不用预分频器时，预分频器的输出与TMR0时钟输入一样，要求加在TOCK1端的脉冲信号的高，低电平持续时间都必须大于2TOSC。（3）预分频器预分频器是一个分频比率可编程的8位计数器，或作为看门狗定时器的后分频器，预分频器是通过控制PSA位进行软件控制。PSA位清零将使预分频器作用于TIMER0，预分频器的选择位PS2PS0预处理器不可读写。（4）带有门控制的TIMER1模式PIC12F683是一个16位定时器，TIMER1的特征如下16位定时器/计数器；可直接读写；内外部时钟选择；从FFFFH到0000H溢出时中断；唤醒溢出；选择外部使能端输入；选择LP振荡器TIMER1控制寄存器，如图61所示，常用做使能/非使能的TIMER1和选择不同特征的TIMER1模式。TIMER1模式的运行TIMER1能在下面三个模式之一下运行带有预分频器的16位定时器；16位同步记数方式；16位异步记数方式；在定时器方式下，TIMER1在每个指令周期递增加1，在计数器方式下，TIMER1在每个外时钟输入的上升沿增加1。此外，计数器模式时钟对于微系统控制能够进行同步或异步计数方式。在计数和定时模式下，TIMER1的门能够打开计数器/定时器时钟的门，他能够选择用TIG/管脚还是比较输出。如果需要外部时钟振荡器，TIMER1能够使用LP振荡器作为一个时钟源。TIMER1中断TIMER1寄存器（TMR1HTMRIL）从0000H递增到FFFFH然后在转回到0000H。当相应的中断被使能时，可以产生溢出中断。溢出中断标志位为TMR1IF（PIR10），相应的中断使能位为TMR1IE（PIE10）。TIMER1预分聘器TIMER1在时钟输入时可产生四个分频1，2，4，8。TICKPS位TICON控制着预分频计数器。预分频计数器不可直接读写，然后，预分频计数器在写到TMR1H或TMR1L时被清零。TIMER1在异步计数器模式下操作如果位TISYNCTICON置“1”，TIMER1在异步计数器方式下工作。外部时钟输入不同步并异步递增。自睡眠期间，定时器仍可继续运行，在溢出时产生中断，这个中断能够环形处理器，在异步方式下，读写定时器时需要特别注意。（5）TIMER2模块TIMER2模块定时器具有如下特征8位定时器；8位周期寄存器（PR2）；可读写两个寄存器；软件编程预分频器（11,14,116）；软件编程后分频器（11116）TMR2带有8位周期寄存器的中断TIMER2是带有预分频器和后分频器的8位定时器，它能用作CCP模块的PWM模式下PWM的时基。TMR2寄存器是可读写的，任何复位都将其清零。TMR2的匹配输出通过一个4位后分频器产生一个TMR2中断，中断标志位为TMR2IFPIR1。相应的中断使能位是TMR2IEPIE（6）捕捉器/比较器/PWM模块（CCP模块）每个捕捉器/比较器/PWM模块都包含一个16位的寄存器，这个寄存器可以作为16位捕捉寄存器；16位比较寄存器；PWM主从运行周期寄存器捕捉器/比较器/PWM寄存器CCPR1是由两个位寄存器组成，即CCPR1L（低位字节）和CCPR1H高位字节。CCP1控制寄存器CCP1CON控制CCP1的运行。比较相等时，将产生特别触发事件并对TIMER1复位。捕捉器模式在捕捉器模式时，当下述事件之一发生在引脚CCP1上时，CCPR1HCCPR1L将会捕捉16位TMR1寄存器的值。通过控制位COP1CON来选择下列事件每个下降沿；每个上升沿；每4个上升沿；每16个上升沿当发生捕捉事件时，中断请求标志位CCPIFPIR1被置“1”，中断标志位必须用软件清零。如果寄存器CCPR1里的值被读之前发生了另外一个捕捉事件，那末就的捕捉值将会丢失。在捕捉方式时，要对相应的TRIS位置“1”将CCP1引脚设置为输入。如果CCP1引脚被设为输出，任一个写端口的操作将导致捕捉误发生。在捕捉器方式中，TIMER1必须工作在定时器方式或者同步计数器方式下，在异步计数器方式下，捕捉器不工作。在运行中改变捕捉方式时，将有可能产生一个错误的捕捉中断，为避免这一点，应将CCP1IEPIE1为清零，同样在运行中，任何这样的变化之后也应该对标志位CCP1IF清零。比较器模块在比较器模式中，16位CCPR1寄存器的指不断的和TME1寄存器的值相比较，当两者出现相等时，CCP1引脚将变为高；变位低；保持不变在这个引脚上的动作是由控制位CCP1M的值来决定的。同时，中断标志位CCP1IF被置“1”。比较器可产生特殊事件触发。CCP1的特殊触发能复位TMR1,这样可把CCPR1变成TIMER1的一个可编程的16位周期寄存器；CCP2的特殊触发除复位还能启动A/D转换。PWM方式在脉宽调置方式中，CCPX引脚可产生一个16位分辨率的PWM输出。相应的TRIS位必须清零以使CCP1引脚成为输出。对CCP1CON寄存器清零将会强迫CCP1PWM输出锁存器为低电平，而不是端口输入/输出数据锁存器得值。PWM输出有一个时间基准（周期）和一个输出高电平阶段的时间，PWM的频率是周期的倒数。12所用PIC12F683的合理性与必要性必要性PIC12F683单片机是8位单片机，仅有8个引脚。该产品是PIC基本级之一，其特点是低功耗、多功能、高性能、体积小和售价低廉。因该产品体积小，所以它们可以嵌入几乎任何一种电子产品中，特别是便携式电子产品，如各种IC卡、电子身份牌、照相机、充电器、计时器、智能传感器、灯光调节器、儿童玩具等等，都已得到了广泛的应用。特别适于批量的电子产品使用。合理性在使用时，PIC12F683带有内部的A/D转换器，PWM输出，I/O口可直接驱动发光二极管LED显示。外接电路简单，可大大提高工作效率。而且它的价格便宜，为一般人都能接受。13充电技术概述在可充化学电池或物理电池的运用过程中，充电器是其成功运用的重要装置，所以可充电池一出世，充电器便是个关键问题，因为充电器的好坏直接影响到电池的两个重要技术指标1）可充电池的使用容量；2）可充电池的循环使用次数，即使用寿命。然而直到六十年代以前充电器技术并没有得到长足发展，普遍采用的方法主要是恒流或恒压充电方法，并且其充电效果是不得不承认的现实。这种状况直到六十年代MASCC博士基于最低出气率可充曲线恒流充电时其起始充电电流总是低于电池的可接受能力，造成充电效率低，充电时间长；而在充电后期，最终的充电电流又总是高于电池可接受的程度，因而电池内部气体析出率不断增加，到充电结束时，所有充电电流全部供给气体析出，电池内部电压迅速增加，电池温度也随之迅速上升，造成每次充电电极上都有活性物质脱落，从而大大降低了电池的寿命。限压充电则是在充电初期，电池电压与充电电压相差太大致使充电电流过大，而随时间并不按指数规律下降（常偏离制定曲线）。后来，根据MASCC曲线，又提出了所谓的两段式，三段式或更多段式充电。所谓两段式充电指首先对电池进行恒流或恒压充电，当电池电压达到一定程度，然后对电池进行涓流充电；所谓三段式一般是首先对电池进行恒流充电，待电池电压达到电压阀值后转化为第二阶段，即所谓限压充电阶段，当充电电流小到某种程度后转化为第三阶段，即涓流充电。综上所述尽管已经有了多种充电方法，而且也有一定的效果，然而大多忽略了一个重要事实，即充电电池并不是工作于理想状态，每个电池都有自己独特的个性，确切地说每个充电电池都有自己有别于其它甚至是同类电池的充放电曲线，该曲线甚至在充电过程中还是动态变化的，这就意味着好的充电控制模式应该是变化的，而且应该与电池的充放电曲线变化一致才是最佳的。事实上，每个电池在充电的任意时刻总存在一个最佳的充电电流和充电模式的。在判别电池是否充足电方面，目前有两种标准算法，通常称为“负电压法”（V）和“温度法”（T）。要使用这两种算法，充电电流必须不小于02C，这样才能够让电池产生显著的温升或者电压降，从而判别充电效果。第2章MPLAB集成开发环境软件包MICROCHIP公司为PIC系列单片机配备了功能强大的的软件集成开发环境MPLAB,可以通过网上下载和光盘发行两种方式为用户免费提供。使能在自己的微机系统上对PIC系列单片机进行程序的创建，录入，编辑以及汇编，甚至还能实现程序的模拟运行和动态调试之类的虚拟实战演练，并且调试的方式可以采用连续运行，单步运行，自动单步运行，设置断点运行等多种运行方式。MPLAB的功能非常丰富。21MPLAB软件介绍MPLAB是一个集成了多种单片机应用开发工具软件与一体的，功能完备的软件包。其中的5种工具软件简要介绍如下（1）PROJECTMANAGER（工程项目管理器）工程项目管理器是MPLAB的核心部分，用于创建和管理工程项目，为开发人员提供自动化程度高，操作简便的符号化（屏幕上的指令，指令地址，常数，变量，寄存器等均用表义性和可读性很强的符号代表和表识）调试工作平台。（2）MPLABEDITOR（源程序编辑器）源程序编辑器是一个全屏幕文本编辑器，用于创建和修改汇编语言源程序文件。源程序文件以纯文本格式保存，其文件扩展名为“ASM”。（3）MPASMASSEMBLER汇编器用于将汇编语言源程序文件（ASM）汇编成机器语言目标程序文件（HEX）,并负责查找语法错误和格式错误等一些浅层次简单错误。（4）MPLABSIMSOFTWARESIMULATOR软件模拟器软件模拟器是一种代替价格较贵的HARDWAREEMULSTOR（硬件仿真器）的调试工具，也是一种非实时，非在线的纯软件的调试工具。借助这个在微机系统上运行的工具软件，我们可以不需要任何额外的附加硬件，仅用软件的手段，来模方PIC系列单片机的指令的执行和信号的输入/输出，从而实现对用户自编单片机源程序的模拟运行，功能条适合深层次逻辑错误检查。因此可以说，MICROCHIP公司为学习和应用PIC系列单片机的人们提供了一种虚拟的实战环境。对于单片机初学者来说，不用花钱也可实现边学边练的梦想；对于单片机开发者来说，可以缩短开发周期和降低开发成本。总之，它是一种许多其它型号系列单片机很少配备的，性能价格比极高的程序调试工具。不过他也存在一定的局限性一它不能模拟PIC16F87X片内少数的功能图书的外围模块；它是不能帮我们查找目标板上的电路错误；三是他执行速度慢而只能适合调试那些实时性要求不高的程序。（5）MPLABICDDEBUGGER在线调试工具ICD的支持程序这是一种专门与ICD配合使用的支持程序。ICD是MICROCHIP公司专门为PIC16F87X摄制的一种廉价在线调试工具套件。另外，还包含一些其它软件。例如程序模块连接器，库程序管理器，C语言编译器，硬件在线仿真器的支持程序，目标程序烧录器的支持程序，运行于DOS操作系统下的汇编器等等。22MPLABICD在线调试工具套件及其应用MPLABICD是MICROCHIP公司针对其PIC系列单片机中，近期推出的具有片内FLASH程序存储器的PIC16F87X字系列单片机，所研制的一套廉价的学习和开发工具套件。MPLABICD可以用于试验阶段的评估和辅助调试。它既是一个编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。用它可以代替在单片机应用项目的开发过程中常用的两件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。他利用了PIC16F87X片内集成的再现调试能力和MICROCHIP公司的再线串行编程技术。MPLABICD工作于MPLAB集成开发环境软件包之下，其仿真头直接连接到目标电路板上，如同将一片PIC16F78X插入到目标板内一样去运行用户编制的程序。MPLABICD的功能特点（1）能以实时或单步方式运行用户程序；（2）断点设置功能（3）在线编程功能；（4）工作电压范围为3055伏（5）可以从目标板上获取工作电源（6）工作频率范围为32KHZ20MHZ（7）可对源程序直接进行代码的调试；（8）可以工作于MPLAB集成开发环境下；（9）以RS232串行接口方式与微机系统相连。借助于MPLABICD工具套件，用户可以实现在自己设计的PIC16F87X的应用电路中实行运行和调试自己的源程序软件调试；用自己编制的程序来调试和检验自制目标板上的电路硬件调试；利用在线串行编程技术将自己设计的目标程序烧写到插在目标板上的PIC16F87X单片机（又称目标单片机）中，程序固化。23MPLABICD套件中包含以下几种部件（1）MPLABICD仿真头；（2）MPLABICD模块；（3）MPLABICD演示板；（4）RS232串行通信电缆；（5）连接插针2条14脚插针和2条20脚插针；（6）20CM长的6芯电缆；（7）包含所有MPLAB软件包和文档资料的光盘；（8）MPLABICD用户指南的中文翻译版本；（9）直流电源适配器第3章对充电器的具体设计31关于干电池的充电器我们平常所用的可进行充电的电池大多都为镍铬充电电池，一般认为干电池是不可充的。但是只要我们根据干电池的特点对它进行必要的控制，干电池也是可重复进行充电的，不仅节约了资源，也对环境的保护起到一定的作用。311碱性干电池的特点在日常生活中，我们最常用的电池为碱性干电池。在使用过程中，电池电压会逐渐下降，在降低到一定程度后，即使电池容量还有剩余，电池也无法继续使用。因此在电量不足时，干电池便无法使用。312可再充干电池的条件从理论上讲，干电池是不可以充电的。但多年的实验证明，只要掌握以下几点要素，干电池的充电再循环使用是完全可行的。（1）、电池不要太亏电端电压不低于13V，短路电流不低于300MA，太亏电会使内阻增加，产生热。（2）、充电电流控制在一定的范围之内。（3）、选择正规厂家做工好的电池，效果会更好。32硬件电路设计它的特点是以硬件实体来体现毕业设计的成果。如课题要求用单片机来控制干电池充电器，这个充电器就是毕业设计的成果。321设计思想干电池的充电器非常简单，那些用于镍基电池的充电控制电路、充电算法、电流调节电路和计时器都不再需要。干电池充电器，不论是线性工作方式还是脉冲工作方式，这个电路只需要很少的程序代码，并且可以用简单的模拟电路实现。一个优良的干电池充电器应该是安全的，也就是说，充电电源供给充电控制电路的最大电压不能超出干电池的安全电压范围。譬如说，某个厂商的干电池可以承受的最大连续过充电电压为475V，那么一个优质的充电电源就会将最大输出电压限定在475V电池另外一个优良的特性是对充电电流的大小没有固定限制。本硬件主要由PIC12F683单片机和可调节电流的外接电路，电源电路等几部分外围电路组成。它充电过程的系统框图如图（1）所示外接电源被充电池A/D部分PWM控制电路充电结束322硬件电路分析下面所要介绍的这个充电器可对碱性干电池进行反复充电，它一次可对一至三节的五号或七号电池同时进行充电。它的系统硬件框图如下所示外接电源变压整流滤波三端固定正输出集成稳压器PWMPIC12F683A/D可调节电流的外接电路电池外接显示（1）、变压整流滤波交流220V经整流滤波电路变换成7V12V交变低电压，整流后以脉动电流对电池充电；整流以后在经过一个三端固定正输出集成稳压器W7805给单片机PIC12F683提供一个正5V的电源，此时发光二极管D1处于一直发光状态，而发光二极管D2的状态显示了充电器的状态，当电池没充好时，D2处于一亮一灭不断闪烁的状态；当电池充好时，D2灭。（2），可调节电流的外接电路外接电路的Q1，Q2，Q3，Q4，及LC构成了电路的主要外围设备，它相当于一个电流调节器，可调节给定电压UA的大小。LC滤波电路可让定频段的信号比较顺利的通过，而对其它频段的信号起衰减作用。Q2，Q3是一个跟随器它使得输出能够跟随输入的变化而变化。P沟道的功率MOS管的输入电压能够控制输出电压。R4相当于一个电流检测装置，控制电流的大小。（3）软件编程部分充电器充电速度的大小和快慢是由软件编程来控制的，当电池的给定电压和端电压不符和要求时，经过单片机的内部A/D转换后，通过改变PWM的参数来调节。充电器品质的高低取决于电压A/D转换的精度和可靠性。A/D转换器模拟/数字转换模块（A/D）具有10位A/D通道输。PIC12F683具有4个模拟输入。所有模拟输入通道共用一个采样和保持电路。输出采样和保持与输入转换器相连。转换器经由一系列类似产生一个成双的效果并将结果供给一个10位寄存器。可用软件选择单片机的正电压VDD或VREF引脚上的电压。A/D模块可利用两个寄存器去控制A/D模式的功能ADCONOANSELANS3ANS0位（ANSEL）和TRISIO位控制着A/D口的管脚的运行。TRISIO位和输出管脚驱动位的复位一致，同样，ANSEL位和数字输入的缓冲器复位一样。PIC12F683有4个模拟通道，AN1到AN3通道的CHS2CHS0位控制与采样保持电路相连。在A/D转换中，对于电压参考有两个选择器使用VDD或提供给VREF的模拟电压，VCFG位控制着电压参考选择，如果VCFG置位，那末，电压VREF引脚就作为参考电压，否则，VDD时参考电压。A/D转换的TAD周期A/D的转换输出A/D转换有两种格式左移与右移。ADFM控制着输出。下图显示了输出格式。A/D的十位转换结果格式PWM方式在脉宽调置方式中，CCP1引脚可产生一个16位分辨率的PWM输出。相应的TRIS位必须清零以使CCP1引脚成为输出。下图是一个简单CCP模式下的PWM输出格式。对CCP1CON寄存器清零将会强迫CCP1PWM输出锁存器为低电平，而不是端口输入/输出数据锁存器得值。PWM输出有一个时间基准（周期）和一个输出高电平阶段的时间，PWM的频率是周期的倒数。PWM输出在充电过程中不断检测，不断改变PWM的参数进行调节，直到电池充好。电路设计简单，成本低、体积小、携带方便。323充电过程分析电池充电状态一般是由充电电流进行识别的，一般认为当充电电流减小到最大充电电流（恒流）的10时可认为电池充满。如原理图所示在使用充电器时，先要判断是否有电池放入充电器。如果要看是否有电池放入，须测量给定电压UA。当P7口的输入电压等于零时，即没有电流通过R4，就可判断出没有被充电池放入充电器反之，当P7口的输入电压不为零时，即有电流通过R4，可只有电池被放入充电器。当电池在被充电的过程中，主要是通过用PIC单片机的软件编程来对它进行控制。如图所示，A点为一个给定电压，B点为被充电池的端电压。在电池的充电过程中，须反复对干电池的端电压进行测量，以使它达到所要充到的电压值。在充电时，只要有外接电源，D1总处于发光状态，而D2在未充满时总处于一亮一灭的状态，当电池充好时，D2处于一直熄灭状态。电池充电状态是由充电电流进行识别的，一般认为当充电电流减小到最大充电电流（恒流）的10时可认为电池充满。为了检测充电电流，在电流回路中窜入一电阻R3，使流经R3的电流变化转换成电压变化。电压A/D转换数值的变化就是电阻R3两端电压的变化，从而反映充电电流的变化。充电器品质的高低取决于电压A/D转换的精度和可靠性。PIC12F683单片机仅有8引脚，外部结构比较简单。它的A/D转换器的分辨率为10位，所以，它的数字量的最低有效位对应于模拟电压为18MV。即在反复进行检测时的电压差为18MV。在充电过程中，势必存在一个充电时的最佳电流I电流太小，电池不易充满，所须时间太长；电流太大时，容易损坏电池。所以须反复测量A点的给定电压大小，来控制输入电流。要使给定的电压为零时只需使PWM的输出足购小，趋近于零及可。PWM的分析PWM的输出应该为高低电平PWM为高，T1的B1E1导通，VC1为低，T3通，T2止。G的输入为低，当G的UIVGSVGSTH时，MOS管工作在恒流区，电路工作在放大状态，随着G的输入UI继续上升，MOS管的导通内阻变得很小，输出端低电平VOL，DS相当于闭合开关。在充电过程当中，先使给定电压UA0（可通过改变PWM的参数来改变它的大小），经过一小段时间（）后，再给给定电压一个较小的输入值，此时有一定的电流通过被充电池，测量出电池的端电压U1，然后继续对电池充电，再经过一小段时间（），再次测量电池两段的电压，然后求出U与U的电压差，如果电压差比18MV大，则再次使给定电压的输入为零。经过一段时间后，给他一个比第一次更小的输入电压，测出电池两端的电压，此后，在经过一段时间后，再次测出电池两端的端电压U，可得出U与U的电压差；反之，如果电压差比18MV小，过程同，只是当给定电压时，给定电压应比前一次的给定电压要大一些。如此反复检测，反复冲，直到达到所要求的18MV。之后，再经过稍长一点的时间，再次对电池进行检测充电检测充电这一过程（充电过程与检测如下图3），直到检测到的电池端电压为165MV（干电池一般的最大电压为18V，在充电过程中电能不可能全部转化为化学能），充电结束。在判别电池是否充足电方面，目前有两种标准算法，通常称为“负电压法”（V）和“温度法”（T）。要使用这两种算法，充电电流必须不小于02C，这样才能够让电池产生显著的温升或者电压降，从而判别充电效果。充电过程与检测图（3）UU1U2T0T1T2T3T4T5T6T充电器实际电流与理论值比较如下图18V165V33软件设计软件设计就是利用单片机PIC12F683的A/D转换器模块实现模数转换，A/D转换器的AN0,AN1通道输入模拟信号可调，A/D转换的结果控制发光二极管，当某端口为输出二进制数1，对应二极管发光；否则，不发光。然后通过改变PWM参数来调节给定电压的输入值，是电池能够处于不断检测充电检测充电的过程，直到电池充满，结束充电。331单片机输入/输出口作用P1给单片机提供基准电压5V，P3输出驱动LED作充电器状态显示；P5为PWM输出，通过改变PWM的参数值可改变输出电流的大小，R3起到限流作用；P6为电池端电压输入，P7为给定电压参考电压检测（P6，P7为单片机A/D转换部分）。332程序功能及实现方法A/D转换，PWM脉宽调制，电池充电方式控制（1）A/D转换将模拟电压转换为数字量，通过数字滤波处理提高抗干扰能力和可靠性。它是识别电池充电状态的基础。本充电器所用单片机的A/D转换器具有四个模拟输入通道，分辨率为十位。所以本充电器电压A/D转换的精度和可靠性都很高，而且测量电压的范围也很宽。可以说，高性能低价位的电压A/D转换是充电器品质的根本保证。A/D的模拟输入模式（2）PWM脉宽调制在脉宽调置方式中，CCP1引脚可产生一个10位分辨率的PWM输出。相应的TRIS位必须清零以使CCP1引脚成为输出。对CCP1CON寄存器清零将会强迫CCP1PWM输出锁存器为低电平，而不是端口输入/输出数据锁存器得值。本设计主要通过改变PWM的内部参数达到改变给定电压大小的变化。给定电压的大小取决于脉冲的宽度，要使给定电压为零时，则PWM的输出脉冲就须趋近于零。（3）电池充电方式控制电池充电状态是由充电电流进行识别的，一般认为当充电电流减小到最大充电电流（恒流）的10时可认为电池充满。为了检测充电电流，在电流回路中窜入一电阻R3，使流经R3的电流变化转换成电压变化，所以电压A/D转换数值的变化就是电阻R3两端电压的变化，从而反映充电电流的变化。34软件流程图（见附录四）35软件编程（见附录五）第4章其它方面41该产品特点1电池不用时可直接放入充电器充电，用时即取，无须管理。2适用于5号AA、7号AAA碱性普通干电池充电。3红色充电指示灯，红灯接近熄灭或完全熄灭时电即充足。全新的碱性普通干电池可循环充放电数十次至上百次，经济、高效、环保、节能。特别适用于BP机、商务通、随身听、复读机、儿童玩具、收音机等中小电器的用户使用。42使用方法（1）为了优化电池的使用性能，全新电池或久置不用的电池应完全充满并放电2次。（2）充电时电池发热属正常现象，当电池完全充足时将会冷却下来。（3）只限于室内使用，不能将充电机暴露于雨中、雪中或直接放到太阳下暴晒。43应用前景如今，废旧电池的处理已日益成为环境保护部门的一项重要工作，众所周知，废电池会对我们的自然环境造成很大的污染，而该充电器的使用，会大大减少废旧电池的产生量，因为普通电池如果质量合格，可以用该充电器进行反复充电，且充电时间少节省耗电量。上述充电器可对碱性干电池（普通电池）进行充电。因此从节省能源和环境保护的角度来讲，该充电器具有广阔的市场前景。第5章结束语51实验结果及结论充电器品质的高低取决于电压A/D转换的精度和可靠性。利用单片机控制的干电池充电器不仅设计时外围电路设计简单，成本低、体积小、携带方便；而且从节省能源和环境保护的角度来讲，该充电器具有广阔的市场前景。52所得体会在本次毕业设计中我从选题，搜集材料，开始对电路的外围设备进行设计直到后来的软件编程，比较系统的接触了工程设计的许多具体环节，也对编程的思想方法有了进一步的加深，受益匪浅。通过本次设计我不但对PIC单片机这门以前没学过的新型单片机有了一定的理解，而且可进行些简单的编程；对于电路的硬件外围的设计，不但学习了新的知识，也对以前学过的知识有了复习和控固的机会。致谢这次毕业设计在路青起老师的指导下，在学校的规定时间内较好的完成了硬件和软件的实现，基本达到了设计初的技术指标。能够在大学最后一次学习中，跟随路老师作毕业设计是我的幸运。一个学期的学习，通过跟路老师的沟通，使我学习到许多书本中无法学习到的东西。路老师严谨的学术作风、渊博的知识、分析问题敏锐的洞察力以及精辟独到的见解，令我受益匪浅，终身难忘。论文从选题阶段到最终得出结果，整个过程，无不渗透着路老师的心血。路老师不是仅限于知识的熏陶，更多的是从解决实际问题方法入手，培养了我实际动手解决问题的能力，启迪思维,开拓思路这在今后的工作和学习中将无时无刻的鞭策着我,使我走向更加辉煌的明天。在此，向路老师致以崇高的敬意和深深的感谢在我的学习道路上，父母对我的支持是很大的，他们不仅是我的坚强后盾，更是我强大的精神支柱。在我遇到困难和挫折时，父母总是在默默的支持着我在此，我也想对父母说一声谢谢你们并把此文献给他们。最后，对所有帮助过我的老师、同学等表示衷心的感谢参考书目1PIC全系列单片机原理与开发中国科学技术大学出版社蔡纯洁杨维坚伍先达钱玮主编2PIC单片机实用教程基础篇北京航空航天大学出版社李学海主编3PIC单片机实用教程提高篇北京航空航天大学出版社李学海主编4PIC单片机原理与应用机械工业出版社彭树生应志洪赵5PIC16/17单片机原理与应用中国科学技术大学出版社蔡纯洁邢式主编6数字电子技术基础清华大学电子教研组编阎石主编7模拟电子技术基础清华大学电子教研组编童诗白主编8MICROCHIPPIC16F87XDATASHEET,19999MICROCHIPMPLABICDUSERGUIDE,199910电路原理图与电路板设计教程PROTEL99SE北京希望电子出版社夏路易石宗义主编10HTTP/WWWMICROCHIPCOM11HTTP/WWWMICROCHIPCOMCN附录一开题报告题目单片机控制的干电池充电器背景再十多年前，微处理器（单片机）开始进入电子产品设计。由于单片机的诞生，使得电子技术应用进入智能划时代。由美国MICROCHIP公司推出的PIC单片机系列，他是业内首先采用RISC结构的高性价比嵌入式控制器，其高速度，低电压工作，低功率，强大驱动能力，低价OTP技术，体积小巧等都体现了现代单片微控器发展的一种新趋势，目前深受用户欢迎，正在逐渐成为单片机的世界新潮流。PIC单片机具有其独特的RISC结构及独立的数据总线和指令总线的哈佛总线结构，使指令具有单字节的特性，且允许指令码的位数可多于8位得数据位数。这与传统的采用RISC结构和冯诺依曼的8位单片机相比，可以达到21的代码压缩和41的速度提高。因此，PIC单片机具有很高的流水处理速度，程序空间的效率比一般单片机高很多。内容本次毕业设计主要的研究方向是用PIC单片机控制干电池的充电问题。在日常生活中，一般最常用的电池为碱性干电池。碱性干电池在使用过程中电池电压会逐渐下降，在降低到一定程度后，即使电池容量还有剩余，电池也无法继续使用。因此，在电量不足时，干电池变无法使用。此次研究的主要问题是当给干电池一个外加输入量时，通过A/D转换器，经过PIC单片机的软件编程，在经过一个PWM信号发生器，得到所要求的输出信号。其中，A/D转换器把模拟量转换成数字量，以便进行数字处理。实验流程图外接电源被充电池A/D部分PWM控制电路充电结束时间安排第一周第五周写开题报告。了解设计时所用的语言，以及用PIC单片机控制电池充电的一些基本思想。第五周第十三周了解设计的基本原理，并对其进行分析设计，编程。第十四周第十七周将所编程序进行进一步整理，调试，写论文。第十八周第二十周准备论文答辩。参考书籍PIC系列单片机的开发应用技术武锋著PIC单片机实用教程李学海著PIC单片机实验教程彭树生庄志洪著PIC全系列单片机原理与开发钱玮著2004年3月日附录二中期报告一，题目单片机控制的干电池充电器二，工作回顾及过程自从二月份开学以来，本人先是对自己要作的课题进行了一些必要的了解，查阅了大量的资料，使之对课题的理解程度更进一步加深。因为我所要做的这个课题是用单片机控制的干电池充电器，它是一个软硬件相结合的课题，所以必须先对它的硬件电路设计进行合适的选材。我在此处应用了MICROCHIP公司所生产的PIC系列的单片机，用它来对充电器的充电过程进行合理的控制。在进入工作的第二阶段，我就开始设计电路的外围设备，并着手画软件流程图。与此同时，还找了一些电路设计中所要用的PIC12F683单片机的相关英文资料，开始翻译。在翻译的过程中，对于不懂的地方通过查资料，查字典，或向别的同学请教，不仅对所用的片子的印象有了进一步得清晰，明了化，而且对于以前学过得知识也得到了一个很好的复习，补充过程，并且能够将之应用于实践。三，后期计划将未编好的程序补充完整，进行调试，进一步完善。并开始写论文，做好论文答辩的准备。参考书目PIC全系列单片机原理与开发作者蔡纯洁杨维坚伍先达钱玮中国科学技术大学出版社PIC单片机实用教程基础篇作者李学海北京航空航天大学出社PIC单片机原理与应用作者彭树生应志洪赵惠昌机械工业出版社PIC16/17单片机原理与应用作者蔡纯洁邢式中国科学技术大学出版社主程序YESNONOYESNOYESNOYES开始设置AN0,AN1端口为输入，CCP1端口为输出测量R4两端的电压UR40有电池放入无电池放入测给定电压UA0电池两端电压UUNUN1是否为（N1）18MV电池端电压16V延时2充电结束延时子程序1改变PWM的参数调节UA附录三英文资料PIC12F683HIGHPERFORMANCERISCCPUONLY35INSTRUCTIONSTOLEARNALLSINGLECYCLEINSTRUCTIONSEXCEPTBRANCHESOPERATINGSPEEDDC20MHZOSCILLATOR/CLOCKINPUTDC200NSINSTRUCTIONCYCLEINTERRUPTCAPABILITY8LEVELDEEPHARDWARESTACKDIRECT,INDIRECTANDRELATIVEADDRESSINGMODESSPECIALMICROCONTROLLERFEATURESPRECISIONINTERNALOSCILLATORFACTORYCALIBRATEDTO1SOFTWARESELECTABLEFREQUENCYRANGEOF8MHZTO31KHZTWOSPEEDSTARTUPMODECRYSTALFAILDETECTFORCRITICALAPPLICATIONSCLOCKMODESWITCHINGDURINGOPERATIONFORPOWERSAVINGSPOWERSAVINGSLEEPMODEWIDEOPERATINGVOLTAGERANGE20V55VINDUSTRIALANDEXTENDEDTEMPERATURERANGEPOWERONRESETPORPOWERUPTIMERPWRTANDOSCILLATORSTARTUPTIMEROSTBROWNOUTDETECTBODWITHSOFTWARECONTROLOPTIONENHANCEDLOWCURRENTWATCHDOGTIMERWDTWITHONCHIPOSCILLATORSOFTWARESELECTABLENOMINAL268SECONDSWITHFULLPRESCALERWITHSOFTWAREENABLEMULTIPLEXEDMASTERCLEARWITHPULLUP/INPUTPINPROGRAMMABLECODEPROTECTIONHIGHENDURANCEFLASH/EEPROMCELL100,000WRITEFLASHENDURANCE1,000,000WRITEEEPROMENDURANCEFLASH/DATAEEPROMRETENTION40YEARSLOWPOWERFEATURESSTANDBYCURRENT1NA20V,TYPICALOPERATINGCURRENT85A32KHZ,20V,TYPICAL100A1MHZ,20V,TYPICALWATCHDOGTIMERCURRENT1A20V,TYPICALPERIPHERALFEATURES6I/OPINSWITHINDIVIDUALDIRECTIONCONTROLHIGHCURRENTSOURCE/SINKFORDIRECTLEDDRIVEINTERRUPTONCHANGEPININDIVIDUALLYPROGRAMMABLEWEAKPULLUPSULTRALOWPOWERWAKEUPANALOGCOMPARATORMODULEWITHONEANALOGCOMPARATORPROGRAMMABLEONCHIPVOLTAGEREFERENCECVREFMODULEOFVDDCOMPARATORINPUTSANDOUTPUTEXTERNALLYACCESSIBLEA/DCONVERTER10BITRESOLUTIONAND4CHANNELSTIMER08BITTIMER/COUNTERWITH8BITPROGRAMMABLEPRESCALERENHANCEDTIMER116BITTIMER/COUNTERWITHPRESCALEREXTERNALGATEINPUTMODEOPTIONTOUSEOSC1ANDOSC