基于AT89c51的智能充电器电路设计

1、 毕业设计（论文）题目： 基于at89c51的智能充电器电路设计 系 别 航空与机械工程系专业名称 飞行器制造工程班级学号 078106124学生姓名 王杰指导教师 肖洁二o一一 年 五 月 目录引言21、选题背景32、设计思路分析42.1、锂离子电池手机充电器现状及前景42.2、充电器的设计要求53、 智能充电器设计的基本理论与原理73.1、智能充电器原理73.2、为何需要实现智能化73.3、充电过程84、充电器的硬件设计94.1、充电器充电芯片选择94.1.1、max1898的特性94.1.2、max1898的充电工作原理104.2、单片机选择124.3、其他硬件选择145、原理图设计18

2、5.1、主要元器件185.1.1、电池充电芯片max1898185.1.2、单片机at89c52195.2、电路原理图及工作说明235.2.1、单片机部分原理图设计235.2.2、电压转换及光耦隔离原理图设计245.2.3、max1898的智能控制部分原理图255.2.4、充电过程26结论28参考文献28附录30引言 电子技术的飞速发展使得各种各样的电子产品朝着便携式和小型轻量化方向发展，也使得戈多的电气化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。他们的各自特点决定了他们将在相当长的时期内共同发展。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

3、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诸多不便。 本人介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能，可以防止电流的过充和过放对电池和芯片造成伤害，同时也可以减少功耗，并以发光二极管和蜂鸣器作为外部充电信号，实时保护电路，从而实现智能化充电。1、选题背景 在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅

4、行和出差办公提供了极大的方便。 单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多， 但从严格意义上讲， 只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电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，而采用小电流涓流补充充电。手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低

5、。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂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。因而这就要求设计出比较科学的充电器，较好的方法是采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式。 max1898专用的充电芯片具有业界公认较好的检测，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，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化。而充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。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发展。由于不同类

6、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诸多不便。本文介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能。可防止电池的过充和过放对电池造成。2、设计思路分析 随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。本章将通过一个典型实例介绍 51 单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、 充电

7、保护、自动断电和充电完成报警提示功能。 实例的功能模块如下; 单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、 充电完成报警提示等。 充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。 充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+12v 电压转换为需要的+5v 稳定电压。 光耦隔离模块：当电池充满时切断电源向充电芯片供电。2.1、锂离子电池手机充电器现状及前景 锂离子电池本身的良好特性，使得其在便携式产品中（手机、笔记本电脑、pda等）的应用越来越广泛，用于锂离子电池的充电器在设计和功能上也日趋完善。本文主要介绍了锂离子电池手机充电器的电路设计。 锂离子电池具有较高的能量重量比和能

8、量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命较长，价格也越来越低。它的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。 锂离子电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。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需要进行预充，充电终止检测除电压检测外，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、限定充电时间，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶

9、颈。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关断充电器、电池部分放电后自动启动充电等。所有或者部分这些功能都可以在充电芯片中实现，当然，也可利用asic、分立器件、或在微处理器的基础上用软件实现。2.2、充电器的设计要求 目前，手机充电器可分为单槽形状和双槽型充电器，双槽形充电器除了具有慢速充电、快速充电、放电及镍镉、镍氢电池兼充的标准功能外，还有部分产品带有自动温度控制与电压控制，严防过充的新功能，因而消费者应将倾向于选择双槽型充

10、电器。标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座（端口）的充电器。而且，生产的手机的电源端口将统一为适用于标准充电器的规格。这样，消费者将不必在每次换手机时同时购买新的充电器。由此可见，充电器在从坐式向便携式、双槽式等方向发展的同时，也开始向标准化、通用化的方向发展。手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计过程中的一个重要环节。相比于以前的充电器，今后生产的产品将会在各项功能完善的同时进一步降低本身的待机耗电量。为了达到这一目标，可以设计一个判断ac适配器是否连接负荷（手机）的ic，当未连接负荷时，将ac适配器的直流输出方（2级电路）切换到高阻抗电路上。通过采取这一措施可以大幅减少

11、待机时2级电路的消耗电流（可以达到数十a）。另外，还可以在输入交流100v方（1级电路）中设置切换电路。在未连接负荷时，通过开关切换电路来减少供应给直流输出方（2级电路）的功率从而减少耗电量。 目前一些大的厂家生产的手机充电器都具有以下特点: 宽范围ac输入或多国电压可选；具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计；体积小、重量轻；自动、快速充电，充满电后自动关断等等。另外，有的充电器还有自动识别锂离子、镍氢、镍镉电池组；具有放电功能；led 充电状态显示；低噪声；模拟微电脑控制系统等特点。 电池充电有恒流、恒压两种充电方式，事实上，恒压、恒流源电路也是充电电路的主要组成部分。由于各种电池对充电

12、电压和充电电流的需求不同，因此，实现智能充电必须根据各种电池的自身要求来调整充电电压和充电电流的大小。这里选择max1898充电芯片和单片机at89c52作为主要控制电路，选择lm7805和lm7812共同为电路提供稳定的+5v电压，为电路作为恒压、恒流模块来对电池进行充电。为了保证电池的安全，当电池充满时，lm7805会停止想max1898充电芯片供电。 使用智能控制的充电器模块框图一般如下：充电电压检测充电控制充电电流检测手机充电检测控制（双槽）充电器充电提示异常检测电池温度检测电池id 图 1 充电器模块框图3、 智能充电器设计的基本理论与原理 要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手

13、。 （1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。 （2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。3.1、智能充电器原理 本充电器主要包括单片机控制、max1898主电路控制，电压转换以及光耦隔离四部分组成，单片机由at89c51控制工作在11.0592时钟，外接蜂鸣器。由单片机控制发出警报声单片机的p2.0脚输出控制光耦器件，在在需要时可以及时关断充电电源。单片机玩不中断0由充电芯片max1898的充电状态输出信号/chg经过反相后触发。 max1898是电路的主控制部分，当max1898芯片的2引脚/chg发送的脉冲电平由低变高，这将会被单片机检测到

14、，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过p2.0口控制光耦6n137，切断lm7805向max1898的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。电压由lm7812和lm7805共同提供，采用电压转换芯片将外部220v交流电压转换为电路需要的+5v恒定电压，该电压在送给充电控制模块之前需要经过一个光耦模块，当电池充满时及时切断lm7805向充电芯片供电。3.2、为何需要实现智能化 充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。 由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电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

15、，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。 手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、 能量体积比、 具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。 锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。 为了有效利用电池容量，需将锂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。另外， 对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不

16、当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。 设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。 专用的充电芯片具备业界公认较好的检测，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，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如， 在充电后增加及时关断电源、 蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。3.3、充电过程 在max1898和外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。 （1）预充 （2）快充 （3）满充 （4）断电 （5）报警4、充电器的硬件设计 硬件设计主要是根据电路

17、设计要求选择主要电路控制芯片和单片机以及电路所需的元器件并且简单介绍其作用。 一个智能化程度较高的充电器，应能在电池充电过程中准确的检测电池的状态，并能在控制过程中及时的作出反应，这就需要完善的硬件设施。本章主要对智能充电器的硬件电路进行设计。根据蓄电池快速充电技术的各项指标和设计原则，分析智能充电器硬件电路的工作原理，计算智能充电器所需的主要参数，选择各部分所需的元器件，并对硬件电路的各部分电路进行详细的设计。4.1、充电器充电芯片选择 目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。 （1）电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电

18、池、镍镉电池等）需选择不同的充电芯片。 （2）电池数目：可充电池的数目。 （3）电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 （4） 充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。 本例要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择 maxim 公司的 max1898 作为电池充电芯片。max1898 配合外部 pnp 或 pmos 晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。max1898 提供精确的恒流/恒压充电，电池电压调节精度为0.75% ，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流， 无须外部检流电阻。max1898 提供了充电状态的输

19、出指示、输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充电电流指示。max1898 还具有其他一些功能，包括输入关断控制、 可选的充电周期重启（无须重新上电）、 可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。4.1.1、max1898的特性 max1898 的关键特性如下。 （1）简单、 安全的线性充电方式。 （2）使用低成本的 pnp 或 pmos 调整元件。 （3）输入电压： 4.512v。 （4）内置检流电阻。 （5）0.75%电压精度。 （6）可编程充电电流。 （7）输入电源自动检测。 （8）led充电状态指示。 （9）可编程安全定时器。 （10）检流监视输出。 （11）可选/可调节自动重

20、启。 （12）小尺寸max封装。4.1.2、max1898的充电工作原理 充电芯片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、温度检测器和主控制器。 输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。 因为系统工作时电源电流的变化范围较大， 如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 max1898 外接限流型充电电

21、源和 p 沟道场效应管，可以对单节锂电池进行安全有效的快充，其最大的特点是：在不使用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间的限制可为锂电池提供二次保护。 max1898 的典型充电电路如图2 所示。 图 2 max1898的典型充电电路 电路具体说明如下。 （1）输入电压范围为4.512v。锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般可采用直流电源外加变压器。 （2）通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。 （3）通过外接的电容cct来设置充电时间tchg。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容c

22、ct的关系如下式所示。34.33 式中，tchg的单位为小时，cct的单位为nf。 大多数情况下，快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取cct为100nf。 （4）在限制电流的模式下，通过外接的电阻rset来设置最大充电电流ifstchg，关系如下式所示式中，rset的单位为，ifstchg的单位为nf。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程。平均的脉冲充电电流低于设置的快充电流的20%，或者充电时间超出片上预置的最大充电时间时，充电周期结束。 max1989 能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后，打开外接的p 型场效应管，当检测

23、到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，p 型场效应管打开的时间会越来越短。充电结束时，led 指示灯将会呈现周期性的闪烁，具体的闪烁含义如表1所示。表1 max1898典型充电电路的led指示状态说明充电状态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以1.5hz频率闪烁 max1898的引脚图如下图3所示：图 3 max1898引脚图4.2、单片机选择 单片机选择at89c51，89c51是intel公司mcs-51系列单片机中基本的产品，它采用intel公司可靠的chmos工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的mcs-51的hcmos产品。它结合了hmos的高

24、速和高密度技术及chmos的低功耗特征，它基于标准的mcs-51单片机体系结构和指令系统，属于80c51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。80c51内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器ram、8k片内程序存储器（rom）32个双向输入/输出(i/o)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89c51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结cpu而ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内

25、其它功能。89c51有pdip(40pin)和plcc(44pin)两种封装形式。1、 主要特点 标准mcs-51内核和指令系统 片内8krom(可扩充64kb外部存储器) 32个双向i/o口 256x8bit内部ram(可扩充64kb外部存储器) 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率3.5-12/24/33mhz 向上或向下定时计数器 改进型快速编程脉冲算法 6个中断源 5.0v工作电压 全双工串行通信口 布尔处理器帧错误侦测 4层优先级中断结构自动地址识别 兼容ttl和cmos逻辑电平 空闲和掉电节省模式 pdip(40)和plcc(44)封装形式2、 震荡起特性： 外接石英晶体或者陶瓷

26、谐振器以及电容c1、c2接在放大器的反馈回路（at89c51内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路，xtal1、xtal2分别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电路。为了使装置能够被外部时钟信号激活，xatl1应该有效，而xtal2应该被悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信号，外部信号的工作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大小可以在数据表上观察出来。当正常工作时，外部振荡器可以计算出xtal1上的电容，最大可达到100pf。这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外部信号是标准高电平或者低电平时，电容不会超过20pf.。3、 结构特点： 1、补高

27、性能金属氧化物半导体结构可擦可 2、编程只读存储器/只读存储器/中央处理器 3、三个16位的定时器/计数器 4、编程的时钟输出 5、up/down定时器/计数器 6、三级程序锁定系统 7、256字节片内ram 8、改进的快速脉冲编程算法 9、布尔处理器 10、32根可编程的输入/输出线 11、六个中断源 12、 可编程的串行通道带有：帧错误检测 自动地址识别 13、ttl和cmos兼容逻辑电平 14、mcs51单片机可兼容指令集 15、扩展温度范围（40到85）4.3、其他硬件选择1、6n137选择： 6n137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长algaas

28、led和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，lsttl/ttl兼容，高速(典型为10mbd)，5ma的极小输入电流。特性：1、换速率高达10mbit/s; 2、摆率高达10kv/us; 3、扇出系数为8; 4、逻辑电平输出; 5、集电极开路输出; 工作参数：最大输入电流，低电平：250ua 最大输入电流，高电平：15ma 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：vcc 最大电源电压、输出：5.5v 扇出(ttl负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40c to

29、+85c 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和a/d转换等 6n137光耦合器的真值如表2所示：6n137光耦合器的真值表输入使能输出hhllhhhlhllhhncllnch表 2 6n137光耦隔离器的真值表 需要注意的是，在6n137光耦合器的电源管脚旁应有个0.1uf的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6n137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。 6n137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6n137光耦合器的第6脚vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6n137光

30、耦合器的第2脚和第3脚之间是一个led，必须串接一个限流电阻 6n137的内部结构原理如下图所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏 置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离 器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。6n137引脚图如下图4所示：图 4 6n137引脚图 原理如上图所示，若以脚2为输入，脚3接地，则真值表如附表所列，这相当于非门的传输，若希望在

31、传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平。简单的原理如下图5所示，若以脚2为输入，脚3接地，则真值表如附表所列，这相当于非门的传输，若希望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平。 图 5 6n137光耦隔离器引脚图 2、 lm7805选择; lm7805是常用的三端稳压器，一般使用的是to-220封装，能提供dc 5v的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1a的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流。 7805是常用的三端稳压器件，顾名思义05就是输出电压为5v，还可以微调，7805输出波纹很小。(1) 集成三端稳压器根据稳

32、定电压的正、负极性分为7815，7905系列。图下图6和图7给出了正、负稳压的典型电路。图 6 正稳压图 图 7 负稳压图实际应用：在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出1.5a以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为n个1.5a，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 5、原理图设计 原理图是表明智能充电器的各设备电

33、气的工作原理及各电气元件的作用，相互之间的关系的一种表示方式。该原理图主要由max1898主电路控制、单片机控制、电压转换以及光耦隔离几个纷纷组成的。5.1、主要元器件硬件电路设计主要围绕充电芯片max1898和单片机at89c51，而电压转换和光耦隔离所用的元件6n137和lm7805的电路比较简单。5.1.1、电池充电芯片max1898 本例的核心器件是max1989。max1989可对所有化学类型的li+电池进行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路， 只需要少数外部元件。 max1989为10引脚、超薄型的max封装，其引脚分布如图8所示。图

34、8 max1898引脚分布图 其引脚功能如下： in（1 脚）：传感输入，检测输入的电压或电流。 （2 脚）：充电状态指示脚，同时驱动led。 en/ok（3 脚）：使能输入脚/输入电源“好”输出指示脚。en为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；ok为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接。 iset（4 脚）：充电电流调节引脚。通过串接一个电阻到地来设置最大充电电流。 ct（5 脚）：安全充电时间设置引脚。接一个时间电容来设置充电时间，电容为100mf时，几乎为3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能。rstrt( 6 脚）：自动重新启动控制引脚。当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阈值

35、以下200mv，将会重新开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，可以降低它的电压阈值。此引脚悬空或者ct 引脚接地（充电时间设置功能禁用）时，自动重新启动功能被禁用。batt（7 脚）：电池传感输入脚，接单个li+ 电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地。gnd（8 脚）：接地端。drv（9 脚）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。cs（10 脚）：电流传感输入，接晶体管的发射极。5.1.2、单片机at89c51 本例的单片机芯片选用atmel公司的at89c51，它完全可以满足要求。at89c51的引脚图如下图9所示。 at89s51引脚功能: at89s51单片机兼容mcs-51指令系

36、统、4k可反复擦写(1000次）isp flash rom、32个双向i/o口、4.5-5.5v工作电压、2个16位可编程定时/计数器、时钟频率0-33mhz、全双工uart串行中断口线、128x8bit内部ram、2个外部中断源、低功耗空闲和省电模式、中断唤醒省电模式、3级加密位、看门狗（wdt）电路、软件设置空闲和省电功能、灵活的isp字节和分页编程、双数据寄存器指针。at89s51引脚图如下图所示。图 9 at89c51引脚图 各个引脚功能： vcc：电源 gnd：接地 p0口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用

37、作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0具有内部上拉电阻。在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 p1口：p1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和时器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex），具体如下表

38、所示。在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能： p1.0 t2（定时器/计数器t2的外部计数输入），时钟输出 p1.1 t2ex（定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制） p1.5 mosi（在系统编程用） p1.6 miso（在系统编程用） p1.7 sck（在系统编程用）p2口：p2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据

39、存储器（例如执行movxdptr）时，p2口送出高八位地址。在这种应用中，p2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出 p2锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 p3口：p3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。p3口亦作为at89s51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，p3口也

40、接收一些控制信号。p3引脚号第二功能： p3.0 rxd（串行输入） p3.1 txd（串行输出） p3.2 int0(外部中断0) p3.3 int0(外部中断0) p3.4 t0（定时器0外部输入） p3.5 t1（定时器1外部输入） p3.6 wr(外部数据存储器写选通) p3.7 rd(外部数据存储器写选通) rst：复位输入。晶振工作时，rst脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下，复位高电平有效。 ale/prog：地址锁存控制信号

41、（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作将无效。这一位置“1”，ale 仅在执行movx 或movc指令时有效。否则，ale 将被微弱拉高。这个ale使能标志位（地址为8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 psen：外部程序存储器选通信号（psen）是外部程序存储器选通信号。

42、当at89s51从外部程序存储器执行外部代码时，psen在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，psen将不被激活。 ea/vpp：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000h 到ffffh的外部程序存储器读取指令，ea必须接gnd。为了执行内部程序指令，ea应该接vcc。在flash编程期间，ea也接收12伏vpp电压。 xtal1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。时钟电路设计： 时钟是单片机的心脏，各部分都以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性

43、。对于mcs-51系列的单片机，常用的时钟电路设计方式有内部时钟和外部时钟两种。内部时钟电路设计如下：利用at89s51单片机内部一个高增益的反相放大器，把一个晶振体和两个电容器组成自激励振荡电路，接于xtal1和xtal2之间。这样振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路，如图9所示。图9 at89c52内部时钟电路图5.2、电路原理图及工作说明路有单片机电路、电压转换、光耦隔离电路、充电控制电路4部分组成。单片机部分的电路原理图如图4所示。5.2.1、单片机部分原理图设计单片机部分原理图主要由at89c51单片机蜂鸣器以及多个电容电阻等组成的，其原理图9所示：图 10 基于max1898智能充

44、电器电路单片机部分工作原理图 在图10中，u1为单片机at89c51，工作在11.0592mhz时钟；u2为蜂鸣器，蜂鸣器有单片机的p2.1肛却控制发出报警声提示；单片机的p2.0脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源；单片机的外部中断0由充电芯片max1898的充电状态输出信号/chg经过反相后触发。5.2.2、电压转换及光耦隔离原理图设计图11为电压转换器，他的作用是采用电压转换芯片将外部+12v电压转换为需要的+5v电压；图12为光耦隔离原理图，他的作用是当电池充满是及时关闭电源。图 11 基于max1898的智能充电器电路电压转换原理图 电压转换部分电路主要由lm7812

45、和lm7805zu组成 ，lm7812把外接220v交流电压转换为+12v电压，然后通过电压转换芯片将+12v电压转换为+5v稳定电压，这里选用三端电压转换芯片lm7805来完成此功能。为了降低电源干扰，保持电路的稳定，在lm7805完成电压转换，将+5v充电电源送给max1898之前，先经过一次光耦模块6n137处理，通过单片机对光 耦模块的控制，可以及时关断充电电源。光耦隔离原理图如图12所示；图 12基于max1898的智能充电器的电耦隔离部分原理图 u3为输出+5v的电压转换芯片lm7805，它将12v的输入电压转换为固定的5v 输出，u4为光耦隔离芯片6n137 ，其输入为lm780

46、5 产生的 5v 电压，输出为经过隔离的5v电压，u4的2脚和单片机的p2.0相连，由单片机控制适时地关闭电电源。图13所示的为充电控制部分的电路原理图，其核心器件为充电芯片max1898，其充电状态输出引脚/chg经过74ls04反相后与单片机int0相连，触发外部中断，led-r 为红色发光二极管，红灯表示电源接通；ledg为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。q 1 为 p 沟道的场效应管，由max1898提供驱动。图 6 中，r4为设置充电电流的电阻，阻值为2.8k,设置最大充电电流为 500ma； c11为设置充电时间的电容， 容值为100nf设置最大充电时间为3小时。5.2.3、

47、max1898的智能控制部分原理图max1898是充电器的充电芯片，在电路中是主要的控制部分，该电路由max1898芯片和74ls04以及过个电容电阻组成。其原理图如图13所示：图13 基于max1898的智能充电器电路充电控制部分原理图 图 13所示的为充电控制部分的电路原理图，其核心器件为充电max1898，其充电状态输出引脚/chg经过74ls04反相后与单片机int0相连，触发外部中断，led-r 为红色发光二极管，红灯表示电源接通；ledg为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。q 1 为 p 沟道的场效应管，由max1898提供驱动。图 6 中，r4为设置充电电流的电阻，阻值为2.

48、8k,设置最大充电电流为 500ma； c11为设置充电时间的电容， 容值为100nf设置最大充电时间为3小时。5.2.4、充电过程 在max1898和外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。 预充 在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的 10%给电池充电， 使电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容cct确定（100nf时为45分钟）， 如果在预充时间内电池电压达到2.5v，且电池温度正常，则充电进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压仍低于2.5v，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，led指示

49、灯闪烁。 充过程也称为恒流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。恒流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电流电流达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满冲过程。 充满 在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下，或满充时间超过，转入顶端截止充电。顶端截止充电时， 充电器以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻， 尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降， 减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的影响， 但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。 一般情况下， 满充和顶端截止充电可以延长电池5%10%的使用时间。 断电 当电池充满后，max1898芯片的2引脚/chg发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过p2.0口控制光耦6n137，切断lm7805向max1898的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。 报警 当电池充满后，max1898