畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于MAX1898智能充電器的設(shè)計(jì) (2).doc

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）系（院）物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程論文題目 基于max1898智能充電器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 （副教授）班 級(jí) 2007級(jí)電信2班 學(xué) 號(hào) 完成日期：2011 年 4月 樂(lè)山師范學(xué)院2007級(jí)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于max1898智能充電器的設(shè)計(jì)xxx物理與電子工程學(xué)院 電子信息工程 摘要 本設(shè)計(jì)是at89s51單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池充電器方面的應(yīng)用，結(jié)合max1898鋰離子電池充電芯片，配合外部pnp或pmos晶體管可以組成完整的單節(jié)電鋰離子(li+)電池智能充電器。max1898提供精確的恒流/恒壓充電。電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75%，提高了電池性能并延長(zhǎng)了使用壽命。at89s51單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充、快充、滿充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成自動(dòng)報(bào)警提示功能。關(guān)鍵詞 單片機(jī)at89s51 max1898芯片 智能充電器abstract the design is to achieve at89s51 in the application of mobile phone battery charger, rechargeable lithium-ion battery combined with max1898 chip, with external pnp or pmos transistors may form a complete single-power-saving lithium-ion (li+) battery smart charger. max1898 provides accurate constant current/constant voltage charging. battery voltage regulation accuracy of 0.75%, improved performance and extended battery life. at89s51 mcu to achieve battery pre-charge, fast charge, over charge, charging protection, auto power off, and charge completion automatic alarm function.key words mcu at89s51 max1898 chip intelligent charger1 前 言 隨著越來(lái)越多的手持式手機(jī)充電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來(lái)越大。市場(chǎng)上的手機(jī)充電器存在諸多弊端，大多數(shù)外觀相似，但內(nèi)部線路卻大不一樣，其性能也大不同。雖然都能實(shí)現(xiàn)充滿自停，但其實(shí)現(xiàn)的方式卻大不相同，直接導(dǎo)致充電效果不同，由于采用大電流快速充電，所以電池充滿后也不能及時(shí)停止，使電池過(guò)充發(fā)熱嚴(yán)重，過(guò)度過(guò)充會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。低成本的手機(jī)電池充電器（萬(wàn)能充）采用電壓比較法，為防止過(guò)充一般只充到電池電量的90%就停止大電流充電，采用小電流涓流補(bǔ)充充電，此時(shí)充電器指示燈不再閃爍，用戶此時(shí)拔下電池，無(wú)疑只充電90%左右，再加上電壓比較具有離散性，所謂的90%也只是個(gè)理論值，很難精確。手機(jī)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也產(chǎn)生了更大容量的手機(jī)電池，因此要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電。一部好的手機(jī)充電器不僅能在短時(shí)間內(nèi)將電量充足，而且能對(duì)電池起到一定的維護(hù)作用，可以修復(fù)由于電池的記憶效應(yīng)引起的電池活性衰退現(xiàn)象，同時(shí)避免由于電池發(fā)熱引起的不安全因素。因此大部分商家極力推薦手機(jī)直充，但是這其中存在許多不方便的因素，比如手機(jī)直充的攜帶，以及手機(jī)直充體積較大。本文提出一種結(jié)合智能充電芯片max1898和單片機(jī)at89c51的充電器軟硬件設(shè)計(jì)方案。max1898功能十分強(qiáng)大，內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控器。它與單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能配合使用，使得手機(jī)電池充電器更加智能化，通過(guò)改良外圍電路可以大大減小手機(jī)電池充電器的體積，使之?dāng)y帶更加方便。因此該設(shè)計(jì)方法將在高端手機(jī)充電器技術(shù)領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地，并且引導(dǎo)現(xiàn)有手機(jī)充電器的發(fā)展趨勢(shì)。2 方案設(shè)計(jì)和論證2.1 設(shè)計(jì)思路 概述要實(shí)現(xiàn)智能化充電器，需要從以下兩方面著手：1. 智能化的實(shí)現(xiàn)。在充電過(guò)程中引入51單片機(jī)的控制。2. 充電的實(shí)現(xiàn)。包括兩部分：一是充電過(guò)程的控制；二是需要提供基本的充 電電壓。2.2 方案設(shè)計(jì)與論證2.2.1 充電控制芯片的選擇隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了大量的微控制芯片。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的cpu、rom、ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、dma控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時(shí)器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。這些實(shí)現(xiàn)了數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)： 有優(yōu)異的性能價(jià)格比； 集成度高、體積小、有很高的可靠性； 控制功能強(qiáng)； 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； 外部總線增加了ic（inter-integrated circuit）及spi（serial peripheral interface）等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)； 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。所以本設(shè)計(jì)選用美國(guó)intel公司推出的mcs-51系列單片微控制處理器（簡(jiǎn)稱51單片機(jī)）作為控制芯片。其中at89s51具有很強(qiáng)的代表性。2.2.2 電池充電芯片的選擇方案目前市場(chǎng)上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于充電器的設(shè)計(jì)。在選擇具體的充電芯片時(shí)，有以下參考標(biāo)準(zhǔn)： 電池類型：不同的電池（鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池）需選擇不同的充電芯片； 電池?cái)?shù)目：可充電池的數(shù)目； 電流值：充電電流的大小決定了充電時(shí)間； 充電方式：是快充、慢充還是可控充電過(guò)程。本設(shè)計(jì)主要利用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)手機(jī)單節(jié)鋰離子（li+）電池智能充電器，要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護(hù)能力。通過(guò)查閱相關(guān)資料，目前市場(chǎng)上常見的智能充電主要包括：max1898、max1758、smc401。不同的芯片在控制充電過(guò)程中能力各不相同，其價(jià)格也迥異，控制電路更是錯(cuò)蹤復(fù)雜，所以進(jìn)行了以下對(duì)比論證。1. 智能鋰電池充電控制芯片 smc401sm401主要用于手機(jī)鋰電池的充電器，也可以用于其他鋰離子或鋰聚合物電池的充電控制場(chǎng)合。內(nèi)嵌8位mcu，提供全程的智能檢測(cè)和智能控制，根據(jù)鋰電池充電曲線在不同階段進(jìn)行精確恒流或恒壓充電，具有電池放置檢測(cè)、智能過(guò)流保護(hù)、過(guò)放電涓流預(yù)充、溫度檢測(cè)及保護(hù)、三色led 狀態(tài)指示等功能。采用本芯片設(shè)計(jì)的充電器能夠充分貼合鋰電池的充電曲線在不同階段進(jìn)行精確恒流或恒壓充電，并能對(duì)過(guò)放電的鋰電池進(jìn)行補(bǔ)償充電和電氣性能修護(hù)，從而提高鋰電池的充電飽和度，延長(zhǎng)鋰電池使用壽命。此外，芯片還能通過(guò)補(bǔ)償鋰電池內(nèi)阻的方式縮短充電時(shí)間。smc401 的充電分為三個(gè)階段：預(yù)充、恒流充電及恒壓充電。（1）預(yù)充階段。在安裝好電池并加上電源后，smc401 首先檢查電池溫度是否在設(shè)定范圍，若不正常則進(jìn)入溫度故障模式，否則檢測(cè)電池電壓vbat，當(dāng)電池電壓vbat 低于低壓門限vlow 時(shí)，smc401 以恒流10的電流對(duì)電池預(yù)充電。（2）恒流充電階段。在完成對(duì)電池預(yù)充或電池電壓vbat 高于vlow 并低于vmax 時(shí)，smc401 進(jìn)入恒流充電狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)外部的感測(cè)電阻上的壓降監(jiān)控充電電流。（3）恒壓充電階段。當(dāng)電池電壓vbat 達(dá)到vmax 時(shí)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。在整個(gè)工作溫度和工作電壓范圍內(nèi)，恒壓精度高于1%。當(dāng)充電電流達(dá)到終止門限ilow 時(shí)停止充電，當(dāng)電池電壓低于重新充電門限電壓vmax 時(shí)自動(dòng)開始重新恒壓充電。2. 智能鋰電池充電控制芯片 max1898max1898的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控器，輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流，但檢測(cè)到輸入電路大于設(shè)定的門限電流時(shí)，通過(guò)降低充電電流從而控制輸入電流，max1898外接限流型充電電源和pnp功率三級(jí)管，可對(duì)單節(jié)鋰電進(jìn)行有效的快充，它通過(guò)外接電容設(shè)定充電時(shí)間，通過(guò)外接電阻設(shè)置最大充電電流。max1898 umax封裝和典型應(yīng)用電路：圖 2.2.1 max1898 umax封裝圖 2.2.2 max1898典型應(yīng)用電路定時(shí)電容c和充電時(shí)間tchg的關(guān)系式滿足：c=34.33tchg 最大充電電流imax和限流電阻rset的關(guān)系式滿足：imax1400/rset 輸入電壓范圍為4.5v-12v。鋰電池要求充電方式是恒流恒 壓方式，電源的輸入需要采用恒流恒壓源，一般采用直流電源 外加變壓器。(1) 通過(guò)外接的場(chǎng)效應(yīng)管提供鋰電池的充電接口。(2) 通過(guò)外接電容ct設(shè)置快充時(shí)最大的充電時(shí)間tchg,它和定時(shí)電容ct的關(guān)系：ct=34.33*tchg式中：tchg 單位為小時(shí)，ct單位為nf，一般情況下快充時(shí)間不超過(guò)3小時(shí)，因此ct一般為100nf。(3) 在限制電流的模式下，通過(guò)外接電阻rset來(lái)設(shè)置最大充電電流ifst,關(guān)系如下所示：ifst =1400 / rset式中：rset 單位為歐姆，ifst單位為安培。2. 智能鋰電池充電控制芯片 max1758max1758同max1898一樣也是maxim公司生產(chǎn)的鋰離子電池充電芯片，可實(shí)現(xiàn)智能充電，自動(dòng)檢測(cè)調(diào)節(jié)電流、電壓、溫度等參數(shù)，為鋰電池提供了一種新的安全、高效的設(shè)計(jì)方案。其性能和max1898如出一則，只是max1758常用于筆記本和一些高檔儀器的電源管理芯片，外圍電路比較復(fù)雜。max1758封裝圖：圖 2.2.3 max1578封裝smc401是一款更高級(jí)的充電控制芯片，它集成了8位mcu控制芯片，使用更加方便簡(jiǎn)潔，外設(shè)電路簡(jiǎn)單，是商家比較推崇的充電控制芯片，但基于此次設(shè)計(jì)需要用到單片機(jī)作為控制芯片，所以此種方案不作考慮，但其制作原理值得借鑒。maxim公司生產(chǎn)的鋰離子電池充電芯片max1898和max1758都可以作為智能充電器的充電芯片，但max1898的外圍電路也更加簡(jiǎn)單，易于焊接，也更適合初學(xué)者的學(xué)習(xí)研究。綜上所述，選擇max1898作為充電芯片，at89s51作為充電控制芯片，共同完成鋰電池智能充電器的研究。系統(tǒng)流程圖如下：圖2.2.3 系統(tǒng)方框圖加載電源，max1898自動(dòng)檢測(cè)電池電壓，判斷電池是否為“滿”狀態(tài)，如果“是”則將此狀態(tài)傳遞給單片機(jī)，觸發(fā)信號(hào)拉低，tlp5621發(fā)出低電平信號(hào)，max1898“en”腳電平被拉低，充電停止，蜂鳴器報(bào)警。充電過(guò)程中，若電池充滿，max1898發(fā)出“滿”信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)同樣拉低觸發(fā)信號(hào)，tlp5621發(fā)出低電平信號(hào)，max1898“en”拉低，充電停止，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3 主要芯片介紹3.1 mcs-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介3.1.1 mcs-51系列單片機(jī)功能概述at89s51和at89s52是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，at89s51片內(nèi)包含有4kb（at89s52為8kb）可在系統(tǒng)編輯的flash存儲(chǔ)器（rom）。mcs-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)及引腳兼容，功能強(qiáng)大，適合于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合。at89s51的主要性能參數(shù)： 與標(biāo)準(zhǔn)mcs-51系列產(chǎn)品兼容； 4kb（at89s52為8kb）可在系統(tǒng)編輯的flash存儲(chǔ)器（rom）； 工作電壓范圍：4.0-5.5v； 全靜態(tài)工作：0-33mhz； 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 128b（at89s52為256b）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）； 32根可編程輸入/輸出（i/o）口線； 2個(gè)（at89s52為3個(gè)）16位定時(shí)計(jì)數(shù)器； 5個(gè)（at89s52為6個(gè)）中斷源； 可編程串行uart通道； 低功耗和掉電模式； 看門狗定時(shí)器（wdt）；3.1.2 mcs-51系列單片機(jī)引腳功能說(shuō)明mcs-51系列單片機(jī)中的各種型號(hào)是相互兼容，但引腳的個(gè)數(shù)和功能是有差異的。at89s51有3種封裝：40腳的雙列直插式dip、44腳的方形plcc及tqfp。dip封裝如圖3.1.2所示。圖3.1.2 mcs-51單片機(jī)dip封裝圖3.1.3 at89s51單片機(jī)引腳說(shuō)明與介紹(1)主電源引腳vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源gnd(pin20)：接地線(2)外接晶振引腳xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端(3)控制引腳rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。(5)可編程輸入/輸出引腳at89s51單片機(jī)有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。po口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.73.2 max1898簡(jiǎn)介3.2.1 max1898特性介紹max1898配合外部pnp或pmos晶體管可以組成完整的單節(jié)電鋰離子(li+)電池充電器。max1898提供精確的恒流/恒壓充電。電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75%，提高了電池性能并延長(zhǎng)了使用壽命。充電電流由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流，無(wú)需外部檢流電阻。max1898提供用于監(jiān)視充電狀態(tài)的輸出、輸入電源是否與充電器連接的輸出指示和充電電流指示。其他功能包括關(guān)斷控制、可選的充電周期重啟無(wú)需重新上電、可選的充電終止安全定時(shí)器和過(guò)放電電池的低電流預(yù)充而且將提高產(chǎn)品或設(shè)備的性能，縮小產(chǎn)品體積，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值。max1898的關(guān)鍵特性如下： 簡(jiǎn)單，安全的線性充電方式； 使用低成本的pnp或pmos調(diào)整元件； 輸入電壓：4.512v； 內(nèi)置檢流電阻； 0.75%電壓精度； 可變成充電電流； 輸入電源自動(dòng)檢測(cè)； 檢測(cè)電流輸出； 可變成安全定時(shí)器； led充電狀態(tài)指示； 可選/可調(diào)節(jié)自動(dòng)重啟； 小尺寸umax封裝；3.2.2 max1898芯片介紹充電芯片max1898內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控制器。輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流。當(dāng)檢測(cè)到輸入電流大于設(shè)定的門限電流是，通過(guò)降低充電電流從而控制輸入電流。因?yàn)橄到y(tǒng)工作是電流變化范圍較大，所有需要對(duì)電流進(jìn)行智能檢測(cè)。max1898外接限流型充電電源和p溝道場(chǎng)效應(yīng)管或pnp三極管，可以對(duì)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充，器最大的特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能保持很低的功率耗散，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能以及為鋰電池提供二次保護(hù)。3.2.3 max1898芯片引腳說(shuō)明max1898可以對(duì)所有的化學(xué)型的li+電池進(jìn)行安全充電，它具有高集成度，集成了大量的基本應(yīng)用電路，只需要少數(shù)外部元件。max1898為10引腳、超薄型umax封裝，器引腳分布如圖。引腳功能如下：in：傳感輸入，檢測(cè)輸入的電壓或電流chg：充電狀態(tài)指示腳en/ok：使能輸入腳/輸入電源輸出指示叫iset：充電電流調(diào)節(jié)引腳，通過(guò)串接電阻來(lái)設(shè)置最大充電電流ct：安全充電時(shí)間設(shè)置引腳，接一個(gè)時(shí)間電容來(lái)設(shè)置充電時(shí)間rstrt：自動(dòng)重新啟動(dòng)控制引腳，直接接地如果電池電壓掉至基準(zhǔn)電壓閥值以下200mv，將會(huì)重新開啟一輪充電周期。batt：電池傳感輸入腳，接單個(gè)li+電池的+。需旁接一個(gè)大的電解電容到地gnd：地drv：外部晶體管驅(qū)動(dòng)器，接晶體管的基極cs：電流傳感輸入腳，接晶體管的發(fā)射極4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試4.1 單元電路設(shè)計(jì)智能充電器設(shè)計(jì)的功能模塊如下： 單片機(jī)模塊：實(shí)現(xiàn)充電器的智能化控制，比如自動(dòng)斷電、充電完成報(bào)警提示等； 充電過(guò)程控制模塊：采用專用的電池充電芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的控制； 充電電壓提供模塊：自制5v恒壓電源模塊提供電壓，為實(shí)現(xiàn)電氣電路的安全隔離，在送給充電模塊前加入了光耦隔離器；4.1.1 單片機(jī)模塊電路和報(bào)警電路設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊電路主要是由是以at89s51為核心的最小系統(tǒng)電路，因?yàn)槠渚哂袕V泛的兼容性和強(qiáng)大的及時(shí)控制功能，特別適合于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場(chǎng)合。蜂鳴器為系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提示，電路如圖4.1.1.圖 4.1.1 單片機(jī)控制電路4.1.2 電源電路和光耦隔離部分電路設(shè)計(jì)由于max1898輸入電壓范圍為4.5v-12v。鋰電池要求充電方式是恒流恒壓方式，電源的輸入需要采用恒流恒壓源，一般采用直流電源外加穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)，這里使用三端穩(wěn)壓7805，因?yàn)槠渫鈬娐泛?jiǎn)單且輸出功率穩(wěn)定。另外，要實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)對(duì)max1898的智能控制，因此加入光耦tlp2422進(jìn)行電器隔離，方便設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。圖 4.1.2 電源電路和光耦隔離部分電路4.1.3 充電器電路充電控制電路設(shè)計(jì)max1898外接限流型充電電源和p溝道場(chǎng)效應(yīng)管或pnp三極管，可以對(duì)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充，其最大的特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能保持很低的功率耗散，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能以及為鋰電池提供二次保護(hù)。電路如圖4.1.3.圖 4.1.3 充電器電路充電控制電路4.2 總電路設(shè)計(jì)基于max1898智能充電芯片，加上51系列單片機(jī)的強(qiáng)大功能使得智能電池充電器的設(shè)計(jì)更加模塊化，也使得是電池充電器更加智能化。如：電池預(yù)充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成報(bào)警提示功能。其各模塊電路如下圖4.2.1所示.圖 4.2.1 智能充電器總電路5系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.1 程序設(shè)計(jì)概述充電器的充電過(guò)程主要由max1898和單片機(jī)at89s51控制，而單片機(jī)主要是對(duì)電池充電器控制作用。主要功能介紹如下：當(dāng)max1898完成充電時(shí)，其/chg引腳會(huì)產(chǎn)生由低電平到高電平的跳變，該跳變引起單片機(jī)int0中斷。/ghg輸出為高電平時(shí)有以下3種情況： 電池不在位或者無(wú)充電輸入； 充電完畢； 充電出錯(cuò)（此時(shí)實(shí)際上/chg會(huì)以1.5hz的頻率反復(fù)跳變）；顯然前面2種情況都可以直接通過(guò)控制光耦切斷充電電源，所以程序上著重于第三種情況的判斷。5.2 程序流程圖 圖5.2.1單片機(jī)初始化流程圖單片機(jī)控制智能充電器的控制流程如圖5.2.2，其中包括外部中斷服務(wù)子程序和定時(shí)器服務(wù)子程序。圖5.2.2 單片機(jī)控制智能充電器的控制流程系統(tǒng)源程序見附錄。6 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試 6.1 電路圖設(shè)計(jì)介紹智能充電器的整體電路設(shè)計(jì)包括以下模塊：電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、max1898智能充電模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、tlp2422光電隔離模塊。運(yùn)用protel99se畫出軟件電路圖，如圖4.2.1，標(biāo)注完整pcb封裝，將完成的sch原理圖導(dǎo)入pcb工作域，在完成pcb圖繪制后打印輸出pcb工程圖，再轉(zhuǎn)印到腐蝕板上，腐蝕鉆孔，最后焊接硬件加調(diào)試。（1）pcb原理圖和打印圖紙如下：圖 6.1.1 pcb原理圖（2）3d仿真實(shí)物圖和工業(yè)制板圖：圖6.1.2 板面覆銅走線圖 6.1.3 元件分布圖6.2 硬件電路制作由于設(shè)備條件制約，因此用萬(wàn)通板代替腐蝕覆銅板制作作品。硬件部分與上述仿真模塊完全符合，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、電源電路、智能充電電路、蜂鳴器報(bào)警電路。其中智能功能充電模塊單獨(dú)制作，因?yàn)閙ax1898為umax封裝，體積很小，加上萬(wàn)通板的局限性，所以采用自制腐蝕覆銅板。本設(shè)計(jì)整體實(shí)物圖如圖6.2.1和圖6.2.2。圖6.2.1 設(shè)計(jì)實(shí)物正面圖 6.2.2 設(shè)計(jì)實(shí)物反面6.3 系統(tǒng)電路軟、硬件連調(diào)（1）軟件測(cè)試方法 采用先分別調(diào)試各單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試的方法，以提高調(diào)試效率。首先測(cè)試在帶有單片機(jī)的電路板上編程調(diào)試芯片，利用仿真機(jī)調(diào)試成功后通過(guò)編程器將程序?qū)懭胄酒校^察ale口電平變化，確定單片機(jī)最小系統(tǒng)正常運(yùn)行。（2）智能關(guān)斷、蜂鳴器報(bào)警和智能充電模塊聯(lián)調(diào)。測(cè)試完成單片機(jī)最小系統(tǒng)后，接上電池觀察充電指示燈狀態(tài)，max1898芯片本身會(huì)熄滅外接的led燈，但是為了安全起見，單片機(jī)在檢測(cè)到電池脈沖后，不僅會(huì)切斷max1898的供電，還會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶及時(shí)取出電池。當(dāng)充電出錯(cuò)時(shí)，max1898芯片本身會(huì)控制led以1.5hz左右的頻率閃爍，此時(shí)不要切斷芯片的供電，提示用戶充電錯(cuò)誤。表6.3.1 max1898典型充電電路的led指示燈狀態(tài)說(shuō)明充電狀態(tài) led指示燈 電池或充電器沒(méi)有安裝 滅 預(yù)充或快充 亮 充電結(jié)束 滅 充電出錯(cuò) 閃爍系統(tǒng)聯(lián)調(diào)效果圖：圖 6.3.1 充電過(guò)程圖示圖 6.3.2 充電結(jié)束7 結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)以max1898為核心，利用單片機(jī)為控制元件實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)。通過(guò)以上智能充電器的設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步熟悉了max1898的工作原理和使用方法，更深入的了解了at89s51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)的應(yīng)用，熟悉了單片機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。本設(shè)計(jì)使得課上所學(xué)得到充分的應(yīng)用，加強(qiáng)了自身攝取新知識(shí)的能力，也為不斷完善自己奠定了基礎(chǔ)。理論來(lái)源于實(shí)踐而高于實(shí)踐，沒(méi)有親力親為是不能領(lǐng)會(huì)其魅力的。這次設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了自己的動(dòng)手制作能力，也使得編程能力得到鍛煉，取得不小的收獲，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自身所存在的不足。在調(diào)試智能充電器的過(guò)程中，出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案：(1)方案論證與選定。由于是第一次做這樣的選題，所以存在許多不足之處，先期選題方案論證過(guò)于單一，結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密。通過(guò)查閱資料和進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，最終選定max1898作為智能充電芯片。(2)硬件制作。因?yàn)樵谠骷貋?lái)之前就已經(jīng)完成了電路板的制作，對(duì)umax封裝沒(méi)有一個(gè)明確的概念，直接導(dǎo)致板上電路與芯片不能完全匹配。改進(jìn)方法：利用protel99se繪制pcb板，然后腐蝕覆銅板完成制作。但由于條件限制，所以智能手工繪制pcb完成制作，效果一樣很好。(3)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。硬件測(cè)試時(shí)，單片機(jī)最下系統(tǒng)不工作，max1898模塊和tlp2422模塊也不工作。通過(guò)不斷測(cè)試發(fā)現(xiàn)是復(fù)位電路的問(wèn)題，修改電路后最小系統(tǒng)正常工作。max1898是因?yàn)榈谌_懸空，接地后能夠正常工作。在此設(shè)計(jì)中，需要著重把握以下幾點(diǎn)； 預(yù)充、快充、滿充等充電方式的工作原理； max1898的充電狀態(tài)指示輸出信號(hào)/chg在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用； max1898外圍電路的設(shè)計(jì)，其中包括設(shè)置充電電流的電阻和充電時(shí)間的電容的數(shù)值的選取； 如何在單片機(jī)程序中判斷出充電完成還是充電出錯(cuò)，并作出相應(yīng)的處理。此次設(shè)計(jì)的有成功也有失敗，失敗之處在于選題之后沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體評(píng)估，對(duì)元件的各方面特點(diǎn)，比如封裝、引腳功能更深入的了解，所以在后期過(guò)程中會(huì)有許多問(wèn)題出現(xiàn)。方案的選擇與論證也沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的辯證，對(duì)市場(chǎng)信息也不夠了解。成功之處在于完成了一個(gè)之前沒(méi)有接觸過(guò)的東西，從方案的選定與論證、軟件調(diào)試制作、硬件焊接到軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，遇到了許多困難，通過(guò)不斷的查閱資料和修改硬件，完成了課題的制作?？偨Y(jié)整個(gè)過(guò)程充滿艱辛和痛苦，但還是挺過(guò)來(lái)了，收獲的是喜悅，是知識(shí)。對(duì)于本次設(shè)計(jì)制作，還有很多可以提高的地方，比如利用adc0809對(duì)電池電壓進(jìn)行采集，再通過(guò)lcd1602顯示出來(lái)，達(dá)到可視化的控制，這樣的市場(chǎng)前景也更加廣闊，也可以使用smc401代替max1898，因?yàn)閟mc401的功能更加強(qiáng)大，一般用于筆記本電池充電控制芯片，單從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看max1898更加符合大眾消費(fèi)。 【參考文獻(xiàn)】1 max1898.data sheet.2 max1758.data sheet.3 smc401.data sheet.4 smc401(1).data.sheet.5 max1898