基于单片机的锂电池充电器设计

1、基于单片机的锂电池充电器设计基于单片机的锂电池充电器设计电子技术的快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锲镉锲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课题设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器在设计上选择了简洁高效的硬件设计稳定可靠的软件详细说明了系统的硬件组成包括单片机电路充电控制电路电压转换及光耦隔离电路并对本充电器的核心器件1898充电芯片AT89C205惮片

2、机进行了较详细的介绍阐述了系统的软硬件设计以C语言为开发工具进行了详细设计和编码实现了系统的可靠性稳定性安全性和经济性该智能充电器具有检测锂离子电池的状态自动切换充电模式以满足充电电池的充电需要充电器短路保护功能充电状态显示的功能在生活中更好的维护了充电电池延长了它的使用寿命关键词充电器单片机锂电池1898LithiumBatteryChargerDesignBasedOnSingleChipAbstractElectronictechnologysfastdevelopmentcausesvariouselectronicproductsdevelopstowardportableandth

3、esmalllightweightdirectionItalsocausesthemoreelectrificationproductstousebasedonbatteryspowersupplysystemAtpresentthemanyusesbatterieshavethenickelcadmiumthenickelhydrogentheleadaccumulatorandthelithiumbatteryTheirrespectivecharacteristichaddecidedtheywillcoexistinalongtimedevelopBecausethedifferent

4、typebatteryschargecharacteristicisdifferentusuallytodifferenttypeevendifferentvoltagecapacityrankbatteryusedifferentbatterychargerbutthishasmanyinconveniencesintheactualuseThistopicdesignisonekindlithiumionbatterychargerwhichisbasedonSingleChipinthedesignithaschosensuccinctlythehighlyeffectivehardwa

5、rethedesignstablereliablesoftwareexplainedindetailsystemshardwarecompositionincludingthemonolithicintegratedcircuitelectriccircuitthechargecontrolelectriccircuitthevoltagetransformationandthelightpairisolatingcircuitandtothisbatterychargerscorecomponent-1898chargechipat89C2051monolithicintegratedcir

6、cuithascarriedonthedetailedintroductionElaboratedsystemssoftwareandhardwaredesignTaketheClanguageasthedevelopmentkithascarriedonthedetaileddesignandthecodeHasrealizedsystemsreliabilitythestabilitythesecurityandtheefficiencyTheintelligencebatterychargerhastheexaminationlithiumionmeetswhenbatteryscond

7、itionTheautomaticcutoverchargepatternrechargeablebatteryschargeneedsBatterychargerhasshortcircuitprotectionfunctionThechargeconditiondemonstrationsfunctionThebatterychargerhasmadethebettermaintenancerechargeablebatteryinthelifeandlengthenedtherechargeablebatterysservicelifeKeywordsChargerSCMLithiumb

8、attery1898目录引言1第1章绪论211课题研究的背景212课题研究的主要工作3第2章电池的充电方法与充电控制技术521电池的充电方法和充电器5com电池的充电方法5com充电器的要求和结构9com单片机控制的充电器的优点1022充电控制技术10com快速充电器介绍10com快速充电终止控制方法11第3章锂电池充电器硬件设计1431单片机电路1432电压转换及光耦隔离电路1733电源电路1834充电控制电路20com1898充电芯片20com充电控制电路的实现24第4章锂电池充电器软件设计2641程序功能2642主要变量说明2643程序流程图26结论与展望29致谢30参考文献31附录A电

9、路原理图32附录B外文文献及其译文33附录C主要参考文献的题录及摘要40附录D主要源程序42插图清单图2-1恒流电源充电电路5图2-2准恒流充电电路5图2-3恒压充电电路6图2-4浮充方式充电电路6图2-5涓流方式的简单示意图6图2-6分阶段充电的简单示意图7图2-74V控制系统框图7图2-8充电电池电池电压和充电时间的关系8图2-9电池温度检测简图8图2-10电池温度和充电时间的关系9图2-11充电器结构框图10图2-12锂电池的充电特性11图2-13快速充电器原理框图12图3-16N137光耦合器18图3-2lm7805样品18图3-3LM7805内部结构框图19图3-4LM7805功能框

10、图20图3-51898的引脚21图3-61898的典型充电电路22图3-7基于1989的智能充电器的原理图23图3-8锂离子电池充电电路25图4-1a等待外部信号输入27图4-1b外部中断程序27图4-1c定时器程序28图4-1智能充电器的程序流程图28表格清单表1-1铅酸锲镉锲氢和锂离子电池的性能比较2表4-1P3口15表4-2LED指示灯状态说明22表5-1变量及说明26引言社会信息化进程的加快对电力信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求在人们的生产生活中各种电气电子设备的应用也越来越广泛与人们的工作生活的关系日益密切越来越多的工业生产控制信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和存储而各种

11、用电设备都离不开可靠的电源如果在工作中间电源中断人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失对于由交流供电的用电设备为了避免出现上述不利情况必须设计一种电源系统它能不间断地为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源为此以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用充电电池这样即使电力网停电也可利用由充电电池构成的安全和操作备用电源从容地采用其他应急手段避免重大损失的发生而对于采用充电电池供电的用电设备从生产信息供电安全角度来说充电电池在系统中处于及其重要的地位同时具体到生活方面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

12、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论文从锂电池技术特性充电技术充电器电路结构充电器典型电路和电池保护等方面多角度地阐述了充电技术发展和应用第1章绪论11课题研究的背景电池是一种化学电源是通过能量转换而获得电能的器件二次电池是可多次反复使用的电池它又称为可充电池或蓄电池当对二次电池充电时电能转变为化学能实现向负荷供电伴随吸热过程对于二次电池其性能参数很多主要有以下4个指标工作电

13、压电池放电曲线上的平台电压电池容量常用单位为安时Ah和毫安时mAh工作温区电池正常放电的温度范围电池正常工作的充放电次数二次电池的性能可由电池特性曲线表示这些特性曲线包括充电曲线放电曲线充放电循环曲线温度曲线等二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估二次电池能够反复使用符合经济使用原则对于市场上二次电池的种类大致分为铅酸LA电池锲镉NiCd电池锲氢NiMH电池和锂离子Li-ion电池1二次电池的性能比较铅酸锲镉锲氢和锂离子电池的性能比较见表1-1表1-1铅酸锲镉锲氢和锂离子电池的性能比较电池类型工作电压V重量比能量Whkg体积比能量WhL循环次数记忆效应自放电率月铅酸电池20400600

14、3锲镉电池1250150400500有15301260802535361201402521重量方面以每一个单元电池的电压来看锲氢电池与锲镉电池都是12V而锂离子电池为36V锂离子电池的电压是锲氢锲镉电池的3倍并且同型电池的重量锂离子电池与镉锲电池几乎相等而锲氢电池却比较重但锂离子电池因端电压为36V在输出同电池的情况下单个电池组合时数目可减少23从而使成型后的电池组重量和体积都减小2记忆效应锲氢电池与锲镉电池不同它没有记忆效应对于锲镉电池来说定期的放电管理是必需的这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理甚至是在锲镉电池荷电量不确切的情况下进行放电每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂的不同有

15、所差异这种烦琐的放电管理在使用锲镉电池时是无法避免的相对而言锂离子电池没有记忆效应在使用时非常方便完全不用考虑二次电池残余电压的多少可直接进行充电充电时间自然可以缩短记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的它可以使电池早衰使电池无法进行有效的充电出现一充就满一放就完的现象防止电池出现记忆效应的方法是严格遵循充足放光的原则即在充电前最好将电池内残余的电量放光充电时要一次充足通常锲镉电池容易出现记忆效应所以充电时要特别注意锲氢电池理论上没有记忆效应但使用中最好也遵循充足放光的原则这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因对于由于记忆效应而引起容量下降的电池可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次大

16、部分电池都可以得到修复3自放电率锲镉电池电方式锂离子电池已易受到过充电深放电以及短路的损害单体锂离子电池的充电电压必须严格限制充电速率蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示C为蓄电池的额定容量例如用2A的电流对1Ah电池充电充电速率就是2c同样地用2A电流对500mAh电池充电充电速率就是4C通常不超过1C最低放电电压为2730V如再继续放电则会损害电池锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电采用1C充电速率充电至41V时充电器应立即转入恒压充电充电电流逐渐减小当电池充足电后进入涓流充电过程为避免过充电或过放电锂离子电池不仅在内部设有安全机构充电器也必须采取安全保护措施以监测

17、锂离子电池的充放电状态3课题研究的意义1能进行充电前处理包括电池充电状态鉴定预处理2解决充电时间长充电效率低的问题3改善充电控制不合理而造成过充欠充等问题提高电池的使用性能和使用寿命4通过加强单片机的控制简化外围电路的复杂性同时增加自动化管理设置减轻充电过程的劳动强度和劳动时间从而使充电器具有更高的可靠性更大的灵活性且成本低1充分研究锂离子电池的充放电特性寻找有效的充电及电池管理途径2使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能3实现充电器具备强大的功能扩展性以便为该充电器的后续功能升级提供平台12课题研究的主要工作本文主要研究锂电池的充电方法在此基础上进行系统设计和电路设计并通过实验结果对充

18、电控制方法测试验证具体结构如下第一章绪论首先介绍了课题研究的背景再介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及课题研究的意义和主要工作这是该论文的设计基础第二章电池的充电方法与充电控制技术主要介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止控制方法确保在充电控制过程中不过充不损坏电池第三章锂电池充电器电路设计选择控制芯片进行介绍和比较在此基础之上对该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2章电池的充电方法与充电控制技术21电池的充电方法和充电器com电池的充电方法1恒流充电1恒流充电充电器的交流电源电压通常会波动充电时需

19、采用一个直流恒流电源充电器当采用恒流充电时可使电池具有较高的充电效率可方便地根据充电时间来决定充电是否终止也可改变电池的数目恒流电源充电电路如图2-1所示图2-1恒流电源充电电路2准恒流充电准恒流充电电路如图2-2所示在此种电路中通过直流电源和电池之间串联上一个电位器以增加电路内阻来产生恒定电流电阻值根据充电末期的电流进行调整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充电器中图2-2准恒流充电电路2恒压充电恒压充电电路如图2-3所示恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电当对电池进行这一充电时电池两端的电压决定了充电电流这种充电方式的充电初期电流较大末期电流较

20、小充电电流会随着电压的波动而变化因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时以免时电池过充电另外这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降电池的充电电流将变大会导致电池温度升高随着电池温度升高电压下降将造成电池的热失控损害电池的性能图2-3恒压充电电路3浮充方式在浮充方式中电池以很小的电流C30C20-4所示图2-4浮充方式充电电路4涓充方式电池与负载并联同时电池与电源充电器相连正常情况下直流电源作为负载的工作电源并以涓充方式为电池充电只有当负载变得很大直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后电池才对负载放电在这种方式下充电电流由使用模式决定它通常使用在紧急电源备用电源或电子表等不允许

21、断电的场合下图2-5为涓充方式的简单示意图图2-5涓流方式的简单示意图5分阶段充电方式在分阶段充电方式中在电池充电的初始阶段充电电流较大当电池电压达到控制点时电池转为以涓流方式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另外需增设控制点的电池电压的监测电路分阶段充电方式的简单示意图如图2-6所示图2-6分阶段充电的简单示意图6快速充电在用大电流短时间对电流充电时需用电池电压检测和控制电路该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度并且根据检测参数控制充电过程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

22、为了保证电池充电容量控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低24V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4V控制系统框图如图2-7所示采用一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电池的充电电流电池电压和充电时间的关系如图2-8所示图2-7V控制系统框图图2-8充电电池电池电压和充电时间的关系3电池温度检测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

23、断下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图图2-9电池温度检测简图图2-10电池温度和充电时间的关系com充电器的要求和结构1充电器的要求对充电器的要求是安全快速省电功能全使用方便价格便宜快速充电器1C4CLED指示功能较齐全的充电器还应具有充电率的设定选择充电电池数的设定涓流电流大小设定定时器时间设定充电前电池状态测定判断电池好坏及安装是否良好等功能并可根据电池的温度来选择充电参数电池温度过低时不宜快充当充电电流较小时可采用线性电源充电电流较大时常采用开关电源它既省电又解决发热问题并有可能由市电直接整流经AC/DC2充电器的结构框图早期的充电器是没有处理器的它主要由充电器集成

24、电路及电源部分组成其内部结构较复杂引脚也较多一般的功能较完善的充电器结构框图如图2-11AA线右边所示图2-11充电器结构框图com单片机控制的充电器的优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

25、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一AV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这些芯片往往具备了充电过程控制加上单片机对充电后的功能如图2-11所示还可加入关断电源蜂鸣报警和液晶显示等就可以完成一个比较实用的充电器22充电控制技术com快速充电器介绍快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电常用的充电电流值为032CAhth规定的其中C代表电池额定容量t代表时间例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电根据05Ah/1h=500mA500mA勺充电电流一般慢速充电选用10小时率电流性能完善的快速充电器具原理图如图2-12所示图2-1

26、2快速充电器原理框图其中的主控电路有多种类型1定时型对电池进行定时充电主控电路采用定时电路定时时间可由充电电流决定定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电使用很方便由于定时器制作容易所以常用它自制定时快速充电器自制时为了充电安全最好选大于5小时率的电流充电2电压峰值增量V型有的可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升但充足电后端电压开始下降设计主控电路时利用该特性监测电池电压出现峰值之后的微量下降以控制充电结束达到自动充电的目的这也称为一V法由于这种控制电路比较复杂故不适于自制3其他主控电路主控电路除上述两种以外还有温度监测和脉宽调制PWM控制电路温度监测常

27、用热敏电阻监测电池温度当电池温度高于设定值时立即停止快速充电即使电池温度下降后充电器也不会启动工作只有它复位人工或自动后才能启动再次转人快速充电com快速充电终止控制方法充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分根据充电电池的原理将锂电池的电压曲线分为三段具体见图2-13图2-13锂电池的充电特性由于锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现在这三段应分别采用不同的控制方式具体为进入BC段之前电池电量己基本用完此时采用恒定的小电流充电当进入BC段时若采用恒流充电电流过大会损坏电池电流过小使充电时间过长根据电压变化情况控制充电电流使电池充电已满若此时停止充电电池会自放电为防止自放电现象发生采用浮充维

28、护充电方式用小电流进行涓流充电在恒流充电状态下不断检测电池端电压当电池电压达到饱和电压时恒流充电状态终止自动进入恒压充电状态恒压充电时保持充电电压不变由于电池内阻不断变大导致充电电流不断下降当充电电流下降到恒流状态下充电电流的110时终止恒压充电进入浮充维护充电阶段电池在充满电后如果不及时停止充电电池的温度将迅速上升温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解从而缩短电池寿命容量下降为了保证电池充足电又不过充电可以采用定时控制电压控制和温度控制等多种终止充电的方法1定时控制该方法适用于恒流充电采用恒流充电法时根据电池的容量和充电电流可以很容易的确定所需的充电时间充电的过程中达到预定的充电时间后定

29、时器发出信号使充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速将至浮充维护充电电流这样可以避免电池长时间大电流过充电这种控制方法较简单但有其缺点充电前电池的容量无法准确知道而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失实际的充电时间很难确定而该方法充电时间是固定的不能根据电池充电前的状态而自动调整结果使有的电池可能充不足电有的电池可能过充电因此只有充电速率小于03C时才采用这种方法2电池电压控制在电压控制法中最容易检测的是电池的最高电压常用的电压控制法有最高电压V从充电特性曲线可以看出电池电压达到最大值时电池即充足电充电过程中当电池电压达到规定值后应立即停止快速充电这种控制方法的缺点是电池充足电的最高电

30、压随环境温度充电速率而变而且电池组中各单体电池的最高充电电压也有差别因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池己足充电电压负增量一V由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关而且不受环境温度和充电速率等因素影响因此可以比较准确地判断电池己充足电这种控制方法的缺点是从多次快速充电实验中发现电池充足电之前也有可能出现局部电压下降的情况使电池在未充足电时由于检测到了负增量而停止快充锲镉电池充足电后电池电压要经过较长时间才出现负增量此时过充电较严重此时电池的温度较高对电池有所损害因此这种控制方法主要适用于锲镉电池电压零增量4V锂电池充电器中为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池通常采用04V控制

31、法这种方法的缺点是未充足电以前电池电压在某一段时间内可能变化很小若此时误认为04V出现而停止充电会造成误操作为此目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏04V检测当电池电压略有降低时立即停止快速充电3电池温度控制为了避免损坏电池电池温度上升到规定数值后必须立即停止快速充电常用的温度控制方法有最高温度T充电过程中通常当电池温度达到40c时应立即停止快速充电否则会损害电池电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长温度检测有一定滞后温度变化率4TAt充电电池在充电的过程中温度都会发生变化在充足电后电池温度迅速上升而且上升速率TAt基本相同当电池温度每分钟上升1

32、C时应当立即终止快速充电应当说明由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的因此为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响采用温度控制法时由于热敏电阻响应时间较长再加上环境温度的影响因此不能准确的检测电池的充足电状态4综合控制法以上各种控制方法各有其优缺点由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池若只采用一种方法则会很难保证电池较好的充电为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态可采用具有定时控制温度控制和电池电压控制功能的综合控制法鉴于定时控制温度控制最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法锂电池是以零增量检测为主时间温度和电压检测为辅的方式系统

33、在充电过程检测有无零增量4V出现作为判断电池已充满的正常标准同时判断充电时间电池温度及端电压是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段当电池电压超过检测门限时系统会检测有无零增量出现若出现V则认为电池正常充满进入浮充维护状态在充电过程中系统会一直判断充电时间电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条件若其中有一个条件满足系统会终止现有充电方式进入浮充维护状态第3章锂电池充电器硬件设计31单片机电路部分AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低电压高性能CMOS脑微处

34、理器俗称单片机AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次该器件采用ATMEL5密度非易失存储器制造技术制造与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由于将多功能8位CPUF口闪烁存储器组合在单个芯片中ATME的AT89C5促一种高效微控制器AT89C205促它的一种精简版本AT89O片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案1主要特性 与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命1000写擦循环 数据保留时间10年 全静态工作0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程IO线

35、两个16位定时器计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路管脚说明VCC供电电压GNDft地P0口P0口为一个8位漏级开路双向IO口每脚可吸收8TTL门电流当P1口的管脚第一次写1时被定义为高阻输入P0能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据地址的第八位在FIASH编程时P0口作为原码输入口当FIASH进行校验时P0输出原码此时P0外部必须被拉高P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO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编程和校验时P1作为

36、第八位地址接收P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口P2口缓冲器可接收输出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口的管脚被外部拉低将输出电流这是由于内部上拉的缘故P2口当用于外部程序存储器或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对外部八位地址数据存储器进行读写时P2输出其特殊功能寄存器的内容P2在FLASHS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IO口可接收输出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

37、低电平P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故P3也可作为AT89C51的一些特殊功能口如下表-1所示表-1P3口口管脚备选功能P30RXD用行输入口P31TXD用行输出口P32INT0外部中断0P33INT1外部中断1P34T0记时器0外部输入P35T1记时器1外部输入P36WR外部数据存储器写选通P37RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RSTg位输入当振荡器复位器件时要保持RST却两个机器周期的高电平时间ALEPROGi访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节在FLASH®程期间此引脚用于输入编程脉冲在平时ALE以不变的频率

38、周期输出正脉冲信号此频率为振荡器频率的16因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的然而要注意的是每当用作外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲如想禁止ALE的输出可在SFR8E刖址上置0止匕时ALE只有在执行MOVXMO怖令是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ALER止置位无效PSEM卜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PSENW效但在访问外部数据存储器时这两次有效的PSENB号将不出现EAVPPfEA保持低电平时则在此期间外部程序存储器0000H-FFFFH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!EA端保持高电

39、平时此间内部程序存储器在FLASH编程期间此引脚也用于施加12V编程电源VPPXTAL仅向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2来自反向振荡器的输出振荡器特性XTAL侪口XTAL汾别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片内振荡器石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件XTAL2应不接有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度芯片擦除整个PERO研列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成在芯片擦操作中代码阵列全被写1且在任何非空存储字节被重复编程以前

40、该操作必须被执行此外AT89C51设有稳态逻辑可以在低到零频率的条件下静态逻辑支持两种软件可选的掉电模式在闲置模式下CP阴止工作但RAMt时器计数器用口和中断系统仍在工作在掉电模式下保存RAM的内容并且冻结振荡器禁止所用其他芯片功能直到下一个硬件复位为止AT89C2051AT89C205惮片机是51系列单片机的一个成员是8051单片机的简化版内部自带2K字节可编程FLASH#储器的低电压高性能COMSI位微处理器与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容由于将多功能八位CPUW闪速存储器结合在单个芯片中因此AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单造价最低廉效率最高的微控

41、制系统省去了外部的RAMROM接口器件减少了硬件开销节省了成本提高了系统的性价比AT89C2051是一个有20个引脚的芯片引脚配置如图3所示与8051相比AT89C2051减少了两个对外端口即P0P2口使它最大可能地减少了对外引脚下因而芯片尺寸有所减小AT89C2051s片的20个引脚功能为VCC电源电压GND接地RS复位输入当RS位为高电平并保持2个机器周期时所有IO引脚复位至1XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2来自反向振荡放大器的输出P1口8位双向IO口引脚P12P17提供内部上拉当作为输入并被外部下拉为低电平时它们将输出电流这是因内部上拉的缘故com部上拉可

42、用作片内精确模拟比较器的正向输入AIN0和反向输入AIN1P1口输出缓冲器能接收20mA电流并能直接驱动LED显示器P1口引脚写入1后可用作输入在闪速编程与编程校验期间P1口也可接收编码数据P3口引脚P30com带内部上拉的双向I0引脚P36在内部已与片内比较器输出相连不能作为通用IO引脚访问P3口的输出缓冲器能接收20mAi勺灌电流P3口写入1后内部上拉可用输入P3口也可用作特殊功能口其功能见表1P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号耦合器opticalcoupler英文缩写为OC亦称光电隔离器简称光耦是开关电源电路中常用的器件耦合器以光为媒介传输电信号它对输入输出电信号有良好

43、的隔离作用所以转换速率高达10MBits摆率高达10kVus扇出系数为8逻辑电平输出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08V最大允许高电平电压Vcc最大电源电压输出55V扇出TTL负载8个最多工作温度范围-40°Cto850C典型应用高速数字开关马达控制系统和AD转换等6N137光耦合器的内部结构管脚如图所示6N137光耦合器的真值表输入使能输出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH图3-16N137光耦合器6N137光耦合器的真值表电子产品中常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78XX系列和图3-2lm7805

44、样品负电压输出的lm79XX系列顾名思义三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出分别是输入端接地端和输出端它的样子象是普通的三极管TO-220的标准封装也有lm9013样子的TO-92封装用lm781m79系列三端稳压IC来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后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压如lm7806表示输出电压为正6Vlm7909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-3所示图3-3LM7805内部结构框图功能框匿图3-4LM7805

45、功能框图34充电控制电路部分com1898充电芯片1如何选择电池充电芯片选择电池充电芯片时需要结合实际的应用具体的选择标准有以下几点封装即芯片的大小对于体积有要求的场合需要选择合适的封装电流大小充电的电流大小决定充电时间充电方式即是快充慢充还是可以控制充电过程使用的电池类型不同的电池需要不同的充电器2.18981如何使用18981898是本次设计充电器中的一个关键的器件首先需要了解1898的一些基本的特性和功能1898配合外部PNP或PMOSj体管可以组成完成的单节锂电池充电器1898提供精确的恒流恒压充电电池电压调节精度为土075提高了电池性能并延长了使用寿命充电电流由用户设定采用内部检流无

46、需外部检流电阻1898提供了用于监视充电状态的输出输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电路指示1898可对所有化学类型的锂离子电池进行安全充电电池调节电压为42V采用10引脚超薄型小封装在更小的尺寸内集成了更多的功能只需少数外部元件1898的基本特点如下45V12V俞入电压范围内置检流电阻±075电压精度可编程充电电流输入电源自动检测LED充电状态指示检流监视输出1898的引脚如图3-5所示图3-51898的引脚1898的引脚功能如下IN传感器输入检测输入电压和电流CHGLED动电路ENO超辑电平输入允许电源输入好ISET电流调节CT安全的充电时间设置RSTRT!动重新启动控制引

47、脚BATTg单个Li的正极GND!DRW卜接电阻驱动器CS电流传感器输入1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管可以对单节锂离子电池进行安全有效的快充其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功效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限制为锂离子电池提供二次保护1898的典型充电电路如图3-6所示图3-6中的1898内部电路包括输入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电路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限流门限时通过降低电池充电电流可达到控制输入电流的目的因为系统工作时电源电流的变化范围较大如果

48、充电器没有输入电流检测功能则输入电源墙上适配器或其他直流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设计图3-61898的典型充电电路I电源输入锂离子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的可以采用直流电源加上变压器提供II输出1898通过外接的场效应管提供理电池的充电接口m充电时间的选择1898充电时间的选择是通过外接的电容大小决定的标准的充电时间为15小时最大不要超过3小时根据这个标准可以计算得到外接的电容的容值如下所示定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足CnF

49、3433xTchghoursIV设置充电电流1898充电电流在限制电流的模式下可以通过选择外接的电阻阻值大小决定最大充电电流I和限流电阻Rset的关系式满足I=1400Rset当充电电源和电池充电电流达到快充电流的1或者是充电时间超出片上预置的充电时间1898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型场效应管当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式P沟道场效应管打开时间会越来越短充电结束时LED旨示灯将会呈现出周期性的闪烁具体的闪烁含义如下表3-2所示表3-2LED指示灯状态说明充电状态LED旨示状态电池或充电器没有安装关闭快充或脉冲浮充亮快充结束或

50、初始化LED以2Hz频率闪烁充电结束LED闪烁周期为4s2如何在单片机系统中使用1898锂离子电池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离子电池的这些特点使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多然而锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻需要保护电路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针对这些应用特点本设计提出了一种基于单片机AT89C205侪口1898的智能充电器其基本的原理和功能如图3-7所示图3-7基于1989的智能充电器的原理图该充电器有如下的功能具有预充电功能具有充电保护功能具有自动断电功能具有充电完成报警指示功能在1898内置的充电状态控制和外围的单片机控制下充电过程分为预充快充满充和报警5个部分以下分别介绍预充在安装好电池之后接通输入直流电源当充电其检