智能手機充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、編號 班號加學(xué)號 南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目手機充電器的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生姓名呂威學(xué) 號2010032309系 部自動化系專 業(yè)電氣工程與自動化班 級20100313指導(dǎo)教師吳玲 講師二一四年五月南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：。 ）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名： 年 月 日 （學(xué)號）：填寫完整。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙手機充電器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅

2、猛發(fā)展，手機漸漸地進入了人們的日常生活，成為人們不可或缺的一部分，智能手機充電器也就變得越來越重要了?，F(xiàn)在的手機充電器，一方面缺乏智能化，只能完成充電功能，而不具有報警和必要的顯示功能；另一方面這種充電器對電池沒有相應(yīng)的保護措施，也使得手機電池的壽命銳減。 本設(shè)計針對這種情況提出以STC89C51單片機為控制核心，實現(xiàn)對充電芯片MAX1898的控制，并通過74HC595芯片實現(xiàn)在數(shù)碼管上顯示充電時間。此外，STC89C51單片機芯片還可以實現(xiàn)對充電狀態(tài)的控制，并通過LED燈顯示出來，紅燈點亮表明正在充電，綠燈點亮表明充電完成。硬件電路包括單片機模塊、電源電路、充電電路模塊以及顯示電路模塊等。單

3、片機程序采用C語言編程，完成對單片機的控制，進而完成一系列的充電過程，實現(xiàn)了手機充電的智能化，并延長了電池的使用壽命。試驗結(jié)果表明。關(guān)鍵詞：智能充電器，單片機，C語言 Design and implementation of mobile phone charger Abstract With the rapid development of science and technology today , the phone gradually moves into people 's daily lives and becomes an integral part. So the in

4、telligent phone charger will become increasingly important. Now the mobile phone charger , on the one hand lacking of intelligent charging function, can only accomplish charging without necessary alarm and display ; On the other hand this charger does not have corresponding measures to protect the b

5、attery .It makes the cell phone batterys life sharp less.This design uses TC89C51 MCU to address this situation and control the MAX1898 chip , showing charging time on the digital tube by 74HC595 chip. In addition , STC89C51 MCU chip can also achieve the state of charge , and display through the LED

6、 .The red light indicates charging , the green light indicates charging is complete. Hardware circuit module includes a MCU , a power circuit , a charging circuit module and a display circuit module . We use C language programming as SCM program , completing the control of MCU , and then completing

7、a series of charging process , to achieve the intelligent mobile phone charger and extend battery life.Key Words: Intelligent Battery Charger, MCU, C Programming Language第一章 緒論1.1課題研究的背景及意義1.1.1手機充電器研究的背景隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度超乎我們的想象身邊，手機也漸漸地成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧?手機充電器作為手機的一個不可缺少組件，它的性能的好壞，將會直接影響到我們手機的正常使

8、用，所以手機充電器的作用超乎我們的想象?，F(xiàn)在的手機充電器，一方面缺乏智能化，只能完成充電功能，而不具有報警和必要的顯示功能；另一方面這種充電器對電池沒有相應(yīng)的保護措施，也使得手機電池的壽命銳減。為了解決這一系列的問題，我們需要一種智能的手機充電器。 現(xiàn)在市場上的有些充電器的產(chǎn)品質(zhì)量不能滿足人們的要求，質(zhì)量不能保證，而且還存在安全隱患。充電器的質(zhì)量問題、安全問題等一系列問題直接影響手機的正常使用，這還使手機電池的壽命大大降低，最終導(dǎo)致手機的待機時間變得越來越短。特別是安全問題尤為重要，手機在充電過程中爆炸的報道不計其數(shù)，著很大程度上和手機充電器有關(guān)，這類問題的解決刻不容緩，一旦出現(xiàn)意外，就會給我

9、們造成難以想象的危害?，F(xiàn)在的手機充電器大都采用兩種充電方法，第一就是恒流快速充電法，而另一種就是電壓比較法充電法。實際上兩種充電方法還是比較成熟的充電方法，但是它們都會在不同的程度上影響到手機電池的壽命。隨著單片機的出現(xiàn)和單片機技術(shù)的發(fā)展，這也使得手機充電器有了新的發(fā)展方向，也就是朝著智能化方向發(fā)展。1.1.2手機充電器研究的意義信息技術(shù)的迅速發(fā)展，便攜式電子設(shè)備和充電電池得到了廣泛應(yīng)用。各種充電器的使用也漸漸地普及，如萬能充電器、車載手機充電器、平板電腦、移動電源等，特別是移動設(shè)備需要大量地重復(fù)使用電池，這樣可充電電池的壽命就顯得非常重要了。在各種可充電電池中，鋰離子電池相比于其他普通電池具

10、有明顯的優(yōu)越性，鋰電池不僅體積小、重量輕，而且自放電率低、無記憶效應(yīng)。由于多種優(yōu)點，使得鋰電池被廣泛使用在各種新型移動設(shè)備當(dāng)中。 現(xiàn)在市場上的手機充電器大多采用的充電方法是大電流的快速充電法,這種充電方法最大的壞處就是當(dāng)電池充滿后，如果不及時地停止充電會使得電池發(fā)燙,，這樣很容易損壞電池。當(dāng)然也有成本比較低的充電器，它們采用充電方法是電壓比較法,，這種充電方法能夠防止過充，當(dāng)電池充電到95%滿的時候，就會停止大電流快充,，轉(zhuǎn)而采用小電流涓流補充充電。通常為了讓電池充滿電,，很容易造成過度充電。具體表現(xiàn)為：一些充電器在電池充滿時會持續(xù)發(fā)燙。電池經(jīng)常性的出現(xiàn)過充或欠充時，會嚴重影響人們的使用，具體

11、表現(xiàn)為：手機待機時間變得越來越短。研究表明鋰電池的使用壽命、單次使用時間和充電維護過程與使用情況有著密切聯(lián)系。衡量一個充電器的好壞的標準就是看該充電器能不能在短時間內(nèi)將電池充滿,而且能夠?qū)﹄姵仄鸬较鄳?yīng)的保護作用,，并且修復(fù)由于電池不當(dāng)使用而造成的記憶效應(yīng)。傳統(tǒng)的充電器不具備這種保護和修復(fù)功能。智能充電器就是為滿足用戶的需求而設(shè)計的。智能充電器能夠?qū)Τ潆娺M程進行控制,，不僅能在充電過程中能對電池進行保護，而且可以防止過電壓和控制充電溫度。這種智能充電器以單片機為控制核心，它能檢測到在電池充電飽和時的電壓信號變化,，然后精確地結(jié)束充電過程。除了單片機，這種智能充電器還有一個重要的部件：充電芯片，這

12、種充電器芯片可以實現(xiàn)對充電過程的控制，,再加上單片機控制功能,，比如時間控制、蜂鳴報警、電源關(guān)斷、溫度控制和液晶顯示控制等,，就能夠?qū)崿F(xiàn)智能化充電。電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,，使得芯片體積越來越小，電路的集成化,，這使得智能充電器大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。智能充電器擁有無法超越的優(yōu)越性，如可靠性高、操作簡單，而且更具安全性和通用性, 代表著未來充電器發(fā)展方向。由此可見，充電器在智能化的研究方向上具有非常廣闊的發(fā)展前景和無可比擬的現(xiàn)實意義。1.2基于單片機的智能手機充電器的應(yīng)用前景1.2.1智能手機充電器的發(fā)展前景基于單片機的智能手機充電器的設(shè)計與研究，對于當(dāng)今手機及手機充電器發(fā)展和市場前景提供了很好的

13、研究方向?，F(xiàn)在的手機充電器，一方面缺乏智能化，只能完成充電功能，而不具有報警和必要的顯示功能；另一方面這種充電器對電池沒有相應(yīng)的保護措施，也使得手機電池的壽命銳減。不僅如此，其充電效率很低，充電時間長，滿足不了快節(jié)奏城市生活人們的需求。由此可見，新型的、智能的手機充電器急需發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域中也就成為了一件非常緊迫的任務(wù)。AT89C51單片機功能齊全，價格適中，是一款性價比很高的芯片，所以AT89C51單片機作為智能手機充電器的控制核心具有突出的優(yōu)越性；。智能充電器擁有無法超越的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在可靠性高、操作簡單，而且更具安全性和通用性, 代表著未來充電器發(fā)展方向。由此可見，充電器在智能

14、化的研究方向上具有非常廣闊的發(fā)展前景和無可比擬的現(xiàn)實意義。1.2.2手機充電器的發(fā)展方向隨著單片機技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，這也使得手機充電器有了新的發(fā)展方向，朝著智能化方向發(fā)展。電池充電的智能化，不僅滿足了人們的要求，而且可以延長電池的使用時間。電力電子技術(shù)使得芯片的體積越來越小、集成度越來越高、造價低廉和電路簡潔的優(yōu)點，為智能手機充電器的發(fā)展奠定了廣闊的發(fā)展平臺。信息技術(shù)必將使得智能化在充電器發(fā)展領(lǐng)域成為可能，必將取代傳統(tǒng)充電器，相信基于單片機的智能手機充電器在將來一定會得到普及和迅猛發(fā)展。1.3本論文完成的工作及內(nèi)容編排1.3.1論文需完成的工作經(jīng)過研究和考慮，在原有模塊資料的基礎(chǔ)上

15、，經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)和后期的設(shè)計、實驗等工作過程，論文完成的預(yù)期工作如下：在持續(xù)供電的情況下，首先將家用的220V交流電經(jīng)過一個變壓器（變比220:12）將其變成為12V的交流電，然后經(jīng)過全橋整流，將交流變成直流，這時要經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7805，輸出電壓為直流5V,這個電壓就能給充電芯片做輸入，也給單片機做電源，單片機就進行相應(yīng)的分析和處理，檢測充電狀態(tài)，不充電時綠燈亮，數(shù)碼管顯示時間為零，充電時紅燈亮，數(shù)碼管開始計時，充滿綠燈亮，數(shù)碼管鎖定充電時間，蜂鳴器滴滴提示充滿電。通過使用模塊化、簡單化、集成化，最終達到智能充電的效果。1.3.2論文的組織論文按如下的方式來組織：第一章 緒論。第二章 電池

16、的充電方法及充電控制技術(shù)。綜述基于單片機的智能手機充電器的基本概念、原理和方法。第三章 手機充電器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)。闡述了智能手機充電器硬件的設(shè)計和實現(xiàn)的方法。從原理圖設(shè)計、電路圖的設(shè)計一直到最后涉及的技術(shù)問題等一一進行了說明和解釋。第四章 手機充電器的軟件設(shè)計與仿真。詳細了應(yīng)用Protel軟件和Proteus軟件的總體設(shè)計、關(guān)鍵流程的設(shè)計和程序的設(shè)計思路。第五章 系統(tǒng)調(diào)試及運行結(jié)果。詳細介紹了系統(tǒng)的調(diào)戲和運行結(jié)果的分析。第六章 總結(jié)與展望。總結(jié)了本文的重點解決的問題以及對后期工作的展望，提出了本系統(tǒng)的有待改進之處和本系統(tǒng)今后應(yīng)該的研究方向。第二章 電池的充電方法及充電控制技術(shù)2.1充電器與電

17、池的充電方法2.1.1充電器的介紹 充電器也就是為一些設(shè)備充電的裝置，它的主要功能主要是將家庭用電220V交流電轉(zhuǎn)化成5V的直流電，從而可以給一些移動設(shè)備充電。安全性、快速性和使用方便性是人們對于充電器的基本要求。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于充電器的功能有了新的需求，比如報警和必要的顯示功能。另外，充電器的充電安全性也一直是人們所討論的話題。電池電壓檢測功能是一個功能齊全的充電器所必有的功能。當(dāng)終止放電電壓小于充電電池的電壓，為了防止電池記憶效應(yīng)的產(chǎn)生，此時電池應(yīng)當(dāng)放電知道終止放電電壓，隨后完成自動充電。電池的一般充電過程為預(yù)充電、快速充電、涓流充電，在各個充電過程都應(yīng)該有LED燈的顯示。

18、充電率的設(shè)定、定時器時間設(shè)定以及充電前電池狀態(tài)測定同樣是一個功能齊全的充電器所必有的功能。當(dāng)充電的電流較小時，充電器可選擇線性電源；在充電電流較大時，便可以使用開關(guān)電源，這樣不僅省電，而且也解決了充電器發(fā)熱的問題。 功能比較齊全的充電器的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1充電器結(jié)構(gòu)圖2.1.2電池的充電方法這里有很多語言前后已經(jīng)重復(fù)講述多遍了？ 手機充電器大多采用的充電方法是大電流的快速充電法,，這種充電方法最大的壞處就是當(dāng)電池充滿后，如果不及時地停止充電會使得電池發(fā)燙,，這樣很容易損壞電池。當(dāng)然也有成本比較低的充電器，它們采用充電方法是電壓比較法,，這種充電方法能夠防止過充，當(dāng)電池充電到大約95

19、%滿的時候，就會停止大電流快充,轉(zhuǎn)而采用小電流涓流補充充電。以專用的充電芯片，并以單片機為控制核心的智能手機充電器是比較先進的。充電芯片能夠檢測到手機電池在充電飽和時所發(fā)出的電壓信號變化，根據(jù)所檢測的電壓信號就可以非常準確地關(guān)閉充電。使用單片機就可以對充電芯片進就行有效的控制，這樣的充電過程就會顯得比較智能化、系統(tǒng)化。這種智能化主要表現(xiàn)在充電完成后及時關(guān)斷電源、并伴隨著蜂鳴報警和LED顯示等功能。為了縮短手機充電的充電時間，保護電池并延長電池的使用壽命，充電器朝著智能化發(fā)展已成必然趨勢。隨著技術(shù)的發(fā)展，專門用于充電的芯片很多，這些芯片可以直接使用，既方便，效果又好。這次的畢業(yè)設(shè)計，我選擇MAX

20、1898芯片作為充電管理芯片，由于充電器實現(xiàn)的方式不盡相同，從而導(dǎo)致充電效果也就不同了。大電流的快速充電法最大的弊處就是在電池充滿電之后，如果不及時地停止充電，就會使電池發(fā)燙，進而縮短電池的使用壽命。所以使用單片機作為控制核心，采用專門的充電芯片，就可實現(xiàn)在充電完成后，進行電壓檢測，完成自動斷電，并完成相應(yīng)的保護。2.2充電控制技術(shù)2.2.1快速充電器介紹 采用大電流充電是快速充電器的一大特點。充電電流正常要大于500mA。其基本原理框圖如圖2.2所示：圖2.2快速充電器原理框圖框圖中的主控電路一般有兩種類型：（1）定時型如果對電池采取定時充電，其主控電路一般選用定時電路，而充電電流決定了充電

21、時間。為了控制不同的小時率電流，定時主控電路一般會設(shè)置不同的時間，對充電電池進行分段充電。定時器在快速充電器中應(yīng)用比較廣泛。（2）電壓峰值增量V型端電壓隨著充電時間的增長而上升是可充電電池的一大特點，但是在電池充滿電后，端電壓便會降低。對主控電路進行設(shè)計時，根據(jù)這種特性來監(jiān)測電池的電壓，當(dāng)峰值出現(xiàn)微量的下降時，便會以控制充電結(jié)束，從而實現(xiàn)自動充電的目的。這種方法就稱為V法。因為這種控制電路很復(fù)雜，電壓變化也不太穩(wěn)定，加之很多數(shù)據(jù)不好把握和測量，所以這種類型的主控電路不適宜自己制作。2.2.2充電控制技術(shù)充電控制技術(shù)在充電器系統(tǒng)軟件設(shè)計中處于核心部分。根據(jù)充電電池充電的基本原理，可以將鋰電池的電

22、壓曲線分為下圖的A、B、C三段，具體充電特性如圖2.3所示:圖2.3 鋰電池的充電特性 上圖中的A、B、C三段分別采用不同的控制方式主要是因為鋰電池在充電過程沒法用單一量來實現(xiàn)。各段的充電過程為:在進入BC段之前，電池電量已經(jīng)基本用完了，這個時候采用的是恒定的小電流充電；當(dāng)充電進入BC段時，如果繼續(xù)使用恒流充電，大電流就會會損壞電池，但是電流如果太小就會延長充電時間。恒流充電過程中，對電池端電壓進行不斷檢測，在電池的電壓達到飽和狀態(tài)時，恒流充電停止，之后便會自動進入恒壓充電狀態(tài)；在恒壓充電時，充電電壓保持不變。電池內(nèi)阻不斷變大的過程中會導(dǎo)致充電電流不斷減小，當(dāng)充電電流減小到恒流狀態(tài)下充電電流的

23、1/8時，就會終止恒壓充電，便會進入維護充電階段。在電池在充滿電之后，若不及時地終止充電，電池的溫度便會持續(xù)上升。溫度的升高會直接加速電池中板柵的腐蝕速度和電池中電解液的分解，導(dǎo)致電池壽命銳減、電池容量下降。所以可以采用電壓控制、定時控制以及溫度控制等多種停止充電的方法來保證電池充足電又不過充電。 停止充電的控制方法：（1）定時控制定時控制法一般比較適用于恒流充電。在恒流充電法時，可以根據(jù)電池的容量和充電電流的大小，準確的確定充電時間。在充電的過程中，定時器在系統(tǒng)達到預(yù)定的充電時間后發(fā)出信號，使充電器立刻停止充電或?qū)⒊潆婋娏鳒p少到浮充維護充電電流左右，這樣就可以有效的避免大電流長時間地對電池過

24、充電。這種控制方法的優(yōu)點就是比較較簡單，但其也有缺點：在充電之前，沒法準確得知電池的容量，加之一些元器件及電池的發(fā)熱會造成充電電能的損失，因此很難判斷實際的充電時間。由于這種方法充電時間是已經(jīng)固定好了的，無法根據(jù)電池充電前的狀態(tài)而調(diào)整充電時間，這將直接導(dǎo)致有的電池可能已經(jīng)過充電，有的電池卻還沒有充足電。（2）電池電壓控制電壓控制法中，電池的最高電壓是最容易檢測的。三種電壓控制法：最高電壓控制法：從充電特性曲線上容易得到，當(dāng)電池電壓達到峰值時，電池也就充滿電。在充電過程當(dāng)中，電池電壓達到規(guī)定值后，就會立即終止快速充電。這種控制方法明顯的不足就是：電池充滿電時的峰值電壓會隨著充電速率和環(huán)境溫度的改

25、變而變，所以這種方法無法非常精確地判斷電池是否已經(jīng)充滿電。電壓負增量控制法：電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓沒有關(guān)系，所以可以比較準確地判斷電池是否已經(jīng)充滿電。這種控制方法也存在缺點：在鎳鎘電池在充滿電以后，電池電壓要經(jīng)過很長時間，才會負增量，這個時候過充電很嚴重，電池的溫度也比較高，對電池有一定的損害。電壓零增量控制法： 這種控制法有比較好的控制效果，現(xiàn)在許多鋰電池充電器都采用這種高靈敏電壓零增量檢測，當(dāng)電池電壓略有降低時，立即停止快速充電，保護電池，防止電池過沖，延長電池使用壽命。 （3）電池溫度控制在電池溫度升高到規(guī)定數(shù)值之后，必須停止快速充電，這樣可以避免損壞電池，對電池起到保護作用

26、。經(jīng)常用的溫度控制方法有：最高溫度(TMAX)：在充電過程中，為了避免損壞電池，所以當(dāng)充電電池的溫度達到42以上時，系統(tǒng)應(yīng)該立即終止快速充電 。在電池邊裝有一個熱敏電阻，這個熱敏電阻可以用來檢測電池的溫度，這種方法可以檢測到準確的溫度，但是由于熱敏電阻響應(yīng)的時間比較長，所以電池溫度的檢測有一定滯后性。溫度變化率：充電電池的溫度在充電的過程中會發(fā)生相應(yīng)變化。在電池溫度每分鐘升高0.8時，這時候就應(yīng)該立即停止快速充電。溫度控制法有明顯的不足，即熱敏電阻響應(yīng)時間長，又受到周圍環(huán)境溫度的影響，所以不能準確的檢測電池的溫度。（4）綜合控制法上述介紹的各種控制方法各有利弊：因為電池個體的差異以及個別特殊的

27、電池，所以如果只選用一種充電方法，就會很難確保電池充分的充電。針對這種問題，就可以采用具有溫度控制、電壓控制和計時控制功能于一體的綜合控制法。鋰電池主要采用零增量檢測的檢測方式，以溫度、時間和電壓檢測為輔的方式。判斷電池是否充滿的正常標準是系統(tǒng)在充電過程檢測有無零增量(V)出現(xiàn)，與此同時，對電池溫度、充電時間以及端電壓做出判斷，檢測其是否已超過預(yù)先設(shè)定的保護值。當(dāng)電池電壓超過檢測的最大值時，系統(tǒng)就會檢測零增量是否出現(xiàn)，零增量如果出現(xiàn)，系統(tǒng)就會認為電池已經(jīng)正常充滿，之后系統(tǒng)便會對電池進行維護；充電過程中，系統(tǒng)會對電池溫度、充電時間以及端電壓進行一直判斷，檢測它們是否到達或超過了充電保護的條件。其

28、中任何一個條件得到滿足，系統(tǒng)便立即會終止現(xiàn)有的充電方式，進入浮充維護狀態(tài)。2.2.3本次設(shè)計充電芯片的選型電源模塊提供基本的充電電壓和對充電過程的控制是完成充電所必須的兩部分。（1）充電控制芯片的選擇 各種微控制芯片在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的帶動下應(yīng)運而生，這些微控制芯片體積小、集成度高、功能強大。單片機技術(shù)的發(fā)展使其迅速成為計算機領(lǐng)域的一個重要分支，在應(yīng)用方面非常廣闊。如今單片機的芯片已經(jīng)有上千個機種。而體積小、容量大、耗能低、高度集成化以及價格低是單片機發(fā)展的必然趨勢。由于單片機集成度的不斷提高，使得各種外圍功能器件集成在單片機芯片內(nèi)部成為可能。CPU（中央控制器）、定時器、計數(shù)器、ROM、RA

29、M等是單片機內(nèi)部所必有的功能部分，而液晶顯示驅(qū)動器、DMA控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器等功能模塊也漸漸地廣泛集成于單片機內(nèi)部，使得單片機的功能日趨成熟，這些功能的高度集成化為控制電路單元化奠定基礎(chǔ)。以半導(dǎo)體工藝作為內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式的單片機，具有顯著的優(yōu)越性，所以在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。單片機主要有如下特點： 有優(yōu)異的性能價格比。 集成度高，體積小，有很高的可靠性。 控制功能強大。 單片機類型多，選擇性高。 單片機的系統(tǒng)擴展和系統(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)。以專用的充電芯片，并以單片機為控制核心的智能手機充電器是比較先進的。充電芯片能夠檢測到手機電池

30、在充電飽和時所發(fā)出的電壓信號變化，根據(jù)所檢測的電壓信號就可以非常準確地關(guān)閉充電。使用單片機就可以對充電芯片就行有效的控制，這樣的充電過程就會顯得比較智能化、系統(tǒng)化。這種智能化主要表現(xiàn)在充電完成后及時關(guān)斷電源、并伴隨著蜂鳴報警和LED顯示等功能。為了縮短手機充電的充電時間，保護電池并延長電池的使用壽命，充電器朝著智能化發(fā)展已成必然趨勢。C51單片機具有比較低的研發(fā)成本、豐富的開發(fā)資源、完善的功能系統(tǒng)，被稱為是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的8位單片機。這也使得51系列的單片機無論是現(xiàn)在，還是將來具有強大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谖覈鴳?yīng)用最為廣泛的單片機機種是由美國Atmel公司研發(fā)生產(chǎn)的AT89系列單片機，AT89系列單

31、片機內(nèi)部最大的特點就是內(nèi)部有一種電可摩除和電寫入的閃速存儲器，即Flash Memory（FPEPROM)。在開發(fā)的過程中可以很容易地對程序進行修改，也使得編程和調(diào)試變得更為容易?；趩纹瑱C上述的優(yōu)越性，所以在這次設(shè)計中，系統(tǒng)的控制芯片我選擇AT89C51芯片作為智能手機充電器的控制核心。（2）電池充電芯片的選擇方案本次設(shè)計要求是完成快速充電的同時系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的電池保護能力。如今的充電芯片種類繁多，價格也不盡相同，控制電路更是錯綜復(fù)雜。經(jīng)過翻閱資料，我了解到主要常見的的智能充電芯片有：SMC401、MAX1758、MAX1898等，由于對這些芯片一點都不熟悉，所以我就通過一些期刊、書籍以及

32、互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，最后通過學(xué)習(xí)了解了各個芯片的工作原理和工作特性。對這三種充電芯片作出以下綜合分析之后，我選擇了MAX1898芯片作為本次設(shè)計的充電芯片。 （1）SMC401SMC401充電控制芯片大多應(yīng)用于手機鋰電池的充電器，當(dāng)然也可用于其他的鋰離子或鋰聚合物電池的充電。在SMC401內(nèi)部嵌有8位單片機，在SMC401的三個充電過程中（預(yù)充、恒流充電、恒壓充電），可以為充電系統(tǒng)提供智能控制和智能檢測。此外，SMC401還可以根據(jù)鋰電池充電在不同階段的特點，作出精確地恒流或恒壓充電，在充電過程中還可以為系統(tǒng)提供智能過流保護和溫度檢測及保護，并通過三色LED狀態(tài)完成顯示。SMC401充電芯片的

33、功能非常強大，集單片機于一體，是一款特別高級的集成芯片，是目前最具智能化的充電芯片。它的優(yōu)越性具體表現(xiàn)在：根據(jù)鋰電池的充電特點完成精確恒流或恒壓充電；對鋰電池進行電氣性能修護，延長電池使用壽命；縮短充電時間。 （2）MAX1758Max1758充電芯片也可以完成智能化充電，Max1758能夠為鋰電池提供了更加安全，更加高效的設(shè)計方法通過自動檢測調(diào)節(jié)電壓，電流和溫度等參數(shù)。它和MAX1898充電芯片差不多，具有低功耗、產(chǎn)熱小、功能穩(wěn)定。由于其外圍電路很復(fù)雜，所以不適合本次設(shè)計。 （3）MAX1898 MAX1898充電芯片也可以精確的提供恒壓/恒流充電。是一款10引腳、超薄型的芯片，可以對多種鋰

34、電池進行充電。充電電流可以自己設(shè)定，并采用內(nèi)部檢流，不再需要檢流電阻,而且外部電路非常簡單。MAX1898充電芯片對充電電池的電壓調(diào)節(jié)精度很高，約±0.60%，這樣不僅縮短了充電時間，而且還延長了電池的使用壽命。MAX1898的電氣特性如下： 4.5V-12V輸入電壓范圍； 內(nèi)置檢流電阻； ±0.75%電壓精度； 可編程充電電流； 輸入電源自動檢測； LED充電狀態(tài)指示； 檢流監(jiān)視輸出。MAX1898管腳圖如圖2.4所示：圖2.4 MAX1898管腳圖 MAX1898各管腳特性如下： IN：傳感器輸入，檢測輸入電壓和電流。 CHG：LED驅(qū)動電路。 EN/OK：使能輸入/電

35、源輸入“OK”。 ISET：電流調(diào)節(jié)。 CT：安全的充電時間設(shè)置。 RSTRT：復(fù)位引腳。 BATT：接電池正極。 GND：地。 DRV：外接電阻驅(qū)動器。 CS：電流傳感器輸入。MAX1898的外部電路原理圖主要包括：電壓檢測器、輸入電流調(diào)節(jié)器、溫度檢測器、定時器、充電電流檢測器以及主控制器，具體電路如圖2.5所示：輸入電流調(diào)節(jié)電路的主要功能是限制電源總輸入電流，電源總輸入電流包括負載電流與充電電流。系統(tǒng)檢測到輸入電流超過所設(shè)定的限流門限時，就會減小充電電流，以此實現(xiàn)控制輸入電流。如果在充電器中沒有輸入電流檢測功能，則在系統(tǒng)在充電時，由于電源電流的變化比較大，所以要求電源可以產(chǎn)生最大充電電流與

36、最大負載電流之和的電流。然而這樣勢必會造成電源的生產(chǎn)成本升高、電源體積變大，所以采用輸入限流功能就可以降低充電器對電源的要求，輸入電源的設(shè)計也得到了簡化。如下圖2.5所示，MAX1898芯片外接P溝道場效應(yīng)管和限流型充電電源，可以實現(xiàn)安全有效的快充。該電路不僅可以做到功效耗散低，而且可以實現(xiàn)完成預(yù)充電，在充電過程中有過壓保護和溫度保護功能。圖2.5 MAX1898外部電路原理圖第三章 手機充電器的硬件設(shè)計及實現(xiàn)3.1單片機電路設(shè)計3.1.1單片機AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的高性能CMOS、低電壓的8位微處理器，通常叫做單片機。AT89C51為許多

37、嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種低廉的設(shè)計方案，靈活性和實用性特別高。AT89C2051是在AT89C51基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一款比較精簡版本，它具有AT89C51絕大部分的功能，體積更加小巧，特別受到電子設(shè)計者的青睞。AT89C51和AT89C2051管腳圖如圖3.1所示： 圖3.1AT89C51和AT89C2051管腳圖51單片機中包含中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)、中斷系統(tǒng)、串行接口、并行接口和計數(shù)/定時器等幾大單元。單片機中用三大總線，即控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，將各個單元連接在一起，成為一個整體，共同完成控制過程。 單片機主要功能特性： （1）與MCS-51

38、 兼容。 （2）三級程序存儲器鎖定。 （3）32可編程I/O線。 （4）兩個16位定時器/計數(shù)器。 （5）5個中斷源。 （6）可編程串行通道。 （7）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 單片機的管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口是一個8位雙向I/O口。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口是一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。 P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙

39、向I/O口。 P3口還可以作為AT89C51的一些特殊功能口。具體功能如下表3.2所表題呢？三線表？不要跨頁示： 口管腳備選功能P3.0/RXD（串行輸入口）P3.1/ TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表3.2 P3口的特殊功能 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有

40、效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2單片機最小系統(tǒng)原理圖單片機最小系統(tǒng)有兩部分電路組成：振蕩電路和復(fù)位電路。具體原理圖如圖3.2所示： 圖3.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖3.2電源電路設(shè)計本次設(shè)計中電源模塊的功能主要是將家用的220V交流電轉(zhuǎn)換+5V的直流電壓，這就需要一個穩(wěn)壓芯片來實現(xiàn)。3.2.1穩(wěn)壓芯片LM7805介紹LM78系列是常見三端穩(wěn)壓集成電路，輸出正電壓；而LM79系列輸出的是負電壓。LM78或LM79后面的數(shù)字表示該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓的大小

41、。例如：LM7806表示輸出+6V電壓；LM7909表示輸出-9V電壓； LM7805是最常見的穩(wěn)壓芯片，輸出+5V的電壓。其內(nèi)部有過載和過流保護電路，功能齊全，穩(wěn)壓效果好，所以被廣泛使用。 LM7805主要特點如下： 輸出電流可達 1A 輸出電壓有：5V 過熱保護 短路保護 3.2.2電源模塊主要工作原理 如圖3.3所示電路原理圖的輸出電流1.5A、輸出電壓為+5V的穩(wěn)壓電源。該電源模塊由變壓器T1（變比為220:12）、橋式整流電路BR1、防止自激電容C2、C4、濾波電容C1、C3和穩(wěn)壓芯片LM7805組成。在本次設(shè)計中電源模塊的主要作用是將輸入的220V交流電壓變壓器變壓為12V交流，然

42、后經(jīng)過整流橋，再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓后最終得到的5V直流電壓，這個5V電壓可以為AT89C51單片機和MAX1898充電芯片進行供電，還可以為其它電路供電。圖3.3電源模塊電路原理圖圖片的網(wǎng)格去掉，變成白色背景的。3.3充電控制電路設(shè)計3.3.1充電芯片MAX1898介紹 MAX1898充電芯片也可以精確的提供恒壓/恒流充電。 MAX1898是一款10引腳、超薄型的芯片，可以對多種鋰電池進行充電。充電電流可以自己設(shè)定，并采用內(nèi)部檢流，不再需要檢流電阻,而且外部電路非常簡單。 MAX1898芯片的實物圖和引腳圖如圖3.4所示：圖3.4 MAX1898實物圖和引腳圖3.3.2 MAX189

43、8的充電原理 MAX1898充電芯片也可以精確的提供恒壓/恒流充電。是一款10引腳、超薄型的芯片，可以對多種鋰電池進行充電。充電電流可以自己設(shè)定，并采用內(nèi)部檢流，不再需要檢流電阻,而且外部電路非常簡單。MAX1898充電芯片對充電電池的電壓調(diào)節(jié)精度很高，約±0.60%，這樣不僅縮短了充電時間，而且還延長了電池的使用壽命。MAX1898的外部電路原理圖主要包括：電壓檢測器、輸入電流調(diào)節(jié)器、溫度檢測器、定時器、充電電流檢測器以及主控制器。輸入電流調(diào)節(jié)電路的主要功能是限制電源總輸入電流，電源總輸入電流包括負載電流與充電電流。系統(tǒng)檢測到輸入電流超過所設(shè)定的限流門限時，就會減小充電電流，以此實

44、現(xiàn)控制輸入電流。如果在充電器中沒有輸入電流檢測功能，則在系統(tǒng)在充電時，由于電源電流的變化比較大，所以要求電源可以產(chǎn)生最大充電電流與最大負載電流之和的電流。然而這樣勢必會造成電源的生產(chǎn)成本升高、電源體積變大，所以采用輸入限流功能就可以降低充電器對電源的要求，輸入電源的設(shè)計也得到了簡化。MAX1898芯片外接P溝道場效應(yīng)管和限流型充電電源，可以實現(xiàn)安全有效的快充。該電路不僅可以做到功效耗散低，而且可以實現(xiàn)完成預(yù)充電，在充電過程中有過壓保護和溫度保護功能。3.3.3充電控制電路部分原理圖MAX1898芯片作為充電控制部分的核心器件，充電狀態(tài)引出腳/CHG與74LS04取反后和單片機外部中斷/INT0

45、相連。圖3.5為充電控制部分的電路原理圖： 圖3.5 充電控制部分3.4顯示部分電路設(shè)計3.4.1移位寄存器74HC595芯片介紹74HC595芯片具有三態(tài)輸出功能，擁有8位移位寄存器和一個存儲器。數(shù)據(jù)由SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進入的存儲器。若將兩個時鐘連在一起，那么移位寄存器比存儲寄存器早一個脈沖。 移位寄存器有一個DS串行輸出Q7、一個串行移位輸入、一個異步的低電平復(fù)位。存儲器有一個三態(tài)的總線輸出，是并行8位的。當(dāng)使能信號端OE出現(xiàn)低電平，存儲器便會將數(shù)據(jù)輸出到總線上。74HC595芯片的功能管腳圖如圖3.6所示：圖3.6 74HC595芯片的功能管腳圖3.4.2顯示部

46、分電路原理圖電路原理圖中的三極管為共陽極數(shù)碼管提供驅(qū)動電壓。當(dāng)三極管導(dǎo)通時，5V電壓就送到數(shù)碼管共陽極，這樣就能驅(qū)動數(shù)碼管點亮。三極管在這個模塊中還是開關(guān)作用。74HC595芯片將51單片機傳輸過來的8位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。DS為串行數(shù)據(jù)輸入口；SH_CP為串行時鐘輸入口。SH_CP在每次上升沿來臨時，芯片內(nèi)部的移位寄存器就會將數(shù)據(jù)左移一位，DS決定最低位，而最高位數(shù)據(jù)移出丟失，次高位便成為最高位；ST_CP在每次上升沿來臨時，移位寄存器中的數(shù)據(jù)輸出到存儲器,存儲器直接和引腳Q0-Q7相連，存儲器中的數(shù)據(jù)會在OE為低電平時輸出到Q0-Q7上，這樣就完成了串行轉(zhuǎn)并行的功能

47、；OE是使能輸出，低電平時，Q0-Q7輸出存儲器的值；高電平時，Q0-Q7呈高阻態(tài)；MR低電平有效，當(dāng)出現(xiàn)低電平時移位寄存器被清零。顯示部分電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4顯示部分電路原理圖第四章 手機充電器的軟件設(shè)計及仿真4.1軟件設(shè)計概括及程序流程圖4.1.1軟件設(shè)計概括 軟件設(shè)計主要是應(yīng)用一些軟件完成虛擬設(shè)計，以達到對硬件仿真的效果，在本次設(shè)計中主要用到的軟件有protel、proteus和keil軟件。其中protel軟件用于繪制硬件的電路原理圖，在繪制完成后，進而可以繪制PCB圖，這樣便可完成印刷電路板；proteus軟件一方面可以繪制電路原理圖，另一方面可以向51單片機中加載程序

48、（hex文件），從而實現(xiàn)仿真。Keil軟件的主要功能就是完成程序的編譯和調(diào)試，在本次設(shè)計中，軟件方面的程序編寫，我選用的是C語言。C語言是一種非常實用的計算機的程序語言，它的編寫相對而言比較容易， 比匯編語言簡單并且具有匯編語言的優(yōu)點，因此在軟件設(shè)計中被廣泛的應(yīng)用。4.1.2系統(tǒng)程序流程圖4.2 Protel軟件繪制電路原理圖和PCB圖4.2.1Protel軟件介紹與電路圖繪制Protel軟件是一款非常實用的軟件，它是由Protel Technology公司研制開發(fā)的電子電路設(shè)計軟件，它擁有全方位的電路設(shè)計系統(tǒng)。這些設(shè)計系統(tǒng)主要包括六大組件：原理圖設(shè)計系統(tǒng)、印制電路板設(shè)計系統(tǒng)、自動布線系統(tǒng)、可

49、編程邏輯器件設(shè)計系統(tǒng)、電路仿真系統(tǒng)及PCB信號完整性分析。它采用設(shè)計庫管理模式，具有Client/Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，可以進行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，同時還兼容其他一些設(shè)計軟件的文件格式。 電路原理圖設(shè)計就是使用電氣圖形符號來代表電子元器件，并把電路原理圖中的元器件連接所需的導(dǎo)線、總線等用繪圖工具來描述，以此來表示電路系統(tǒng)中各元器件的連接關(guān)系，這樣既方便又形象的描述了電路系統(tǒng)。由此可見，我們用的是一種形象化、圖形化的語言便可清楚的表示一個電路系統(tǒng)，給我們分析電路提供了方便。Protel軟件繪制電路原理圖的基本步驟：（1） 啟動Protel軟件，執(zhí)行File/New菜單命令，建立設(shè)計數(shù)據(jù)庫文

50、件。（2） 再次執(zhí)行File/New菜單命令，點擊New Document對話框中Schematic Document圖標，建立電路原理圖文件。（3） 從元器件庫中查找元器件，進行電路原理圖繪制。4.2.2 PCB圖的生成PCB的英文全稱是Print Circuit Board，即印制電路板。PCB制作的一般步驟是：（1） 啟動Protel軟件，新建PCB文件。（2） 對電路板進行定義（Design/Option）。（3）加載PCB元器件庫，以備元器件選擇。（4）在工作區(qū)域放置元器件，做好元器件的布局。（5）對PCB板進行布線。（6）PCB的3D效果預(yù)覽根據(jù)以上步驟，完成了手機充電器的PCB圖

51、的設(shè)計，具體如圖4.1所示：圖4.1 PCB原理圖 4.3 Proteus設(shè)計與仿真的開發(fā)過程Proteus仿真軟件是一款非常實用的軟件，Proteus軟件通常和Keil軟件搭配使用，給我們d的電子電路設(shè)計提供了很大的幫助。特別是Proteus軟件的仿真功能，可以實現(xiàn)實物電路的模擬效果，而且不缺飯真實性。仿真過程不僅方便，而且很快捷，可以檢測出實物設(shè)計過程中一些不必要的錯誤，是電路設(shè)計過程中不可缺少的一步。Proteus仿真過程大致如下：第一步，根據(jù)程序流程圖，在Keil軟件中編寫電路設(shè)計所需要的源程序，編譯完成后，找到Keil軟件自動生成的hex目標文件；第二步，在Proteus軟件的元器件

52、庫里找到所需要用到的元器件，畫出仿真電路原理圖；第三步，將在第一步中生成的hex目標文件下載到單片機系統(tǒng)中（雙擊單片機加載hex文件），點擊開始，即可看到仿真效果。這樣就可以將單片機系統(tǒng)中現(xiàn)實的工作狀態(tài)完整而有效的顯示出來，為后面實物的設(shè)計提供參考和反饋。Proteus軟件的功能強大，方便使用，學(xué)習(xí)起來也十分方便，是電子電路設(shè)計者必須要掌握的電子設(shè)計軟件。它和我們之前學(xué)習(xí)的軟件基本上差不多，只要認認真真的學(xué)習(xí)再加上實際的動手操作，很快就可以熟練使用。Proteus軟件具體的操作過程如下：首先，運行Proteus軟件，進入到軟件界面后，在左側(cè)的工具欄中有一個英文字母P，點擊P，就可以在其對應(yīng)窗口

53、的左側(cè)輸入所需芯片的關(guān)鍵字，這樣就可以找到我們所需要的元器件；選中元器件并擺放在畫圖窗口，進而可以對元器件的參數(shù)進行修改設(shè)置；元器件選擇完畢就可以進行下一步了，就是連接電路原圖。4.4智能充電器的仿真本次設(shè)計的智能手機充電器的仿真我采用的是檢測充電電池端口的電壓的方法，來模擬充電過程，檢測電壓用的是ADC0804AD轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)充電開始時，充電電池電壓低于4.15V時，單片機計時充電，數(shù)碼管顯示充電的時間。隨著充電的繼續(xù)，充電電池電壓慢慢升高。當(dāng)電壓升到4.15V時，充電完成，紅燈熄滅，綠燈點亮，數(shù)碼管顯示時間即為充電所用的時間，完成充電時間鎖存。當(dāng)充電完成后，蜂鳴器也會響起，以提醒用戶充電完

54、成。！用調(diào)節(jié)電位器的方法作為電壓改變的手段，隨著電位器電阻的變化，ADC0804采集的電壓信號也就隨之改變，以此來模仿充電過程。仿真效果如圖4.2所示：圖4.2仿真圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試及運行結(jié)果5.1電源模塊調(diào)試電源模塊調(diào)試的主要目標是將家用的220V交流電轉(zhuǎn)化成5V的直流電，完成給單片機、各芯片和手機充電。將焊接好的電源模塊，做一個整體的檢查，首先把每一個元器件檢查一遍，看看是否出現(xiàn)漏焊和虛焊，看看元器件的值是否正確。之后，用萬用變檢查焊接線路的通斷。下面一步比較危險，就是將電路上電，之所以說這一步比較危險，是因為如果元器件焊接錯誤，或電路出現(xiàn)短路，會直接導(dǎo)致電容的爆炸，所以前期的檢查是必不可

55、少的，也是非常關(guān)鍵的。電源模塊主要作用是將輸入的220V/50HZ的交流電壓通過變壓、整流、LM7805芯片穩(wěn)壓后得到的5V直流電壓為AT89C51單片機和MAX1898鋰離子電池充電芯片進行供電，同時也為其它電路提供合適的電壓。所以這一步檢查的是電源模塊輸出端的電壓是否為5V，這將直接決定整個電路設(shè)計的成功與否。經(jīng)過上電以后測量，發(fā)現(xiàn)電壓在5.2V，因為手機充電的電壓一般為5V，所以差別不大，應(yīng)該不會有多大影響。就這樣電源模塊調(diào)試完畢5.2顯示模塊調(diào)試這一部分的調(diào)試主要還是檢查線路的焊接情況，看看是否出現(xiàn)漏焊和虛焊，看看元器件的值是否正確及各個管腳對應(yīng)的是否正確。最容易出錯的地方，主要是電路

56、中三極管的焊接，因為三極管的管腳比較難分辨，所以焊接時容易出錯。本設(shè)計中的數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，三極管是提供驅(qū)動電壓的。當(dāng)三極管導(dǎo)通時，5V電壓就送到數(shù)碼管共陽極，這樣就能驅(qū)動數(shù)碼管點亮。三極管在這個模塊中還是開關(guān)作用。5.3系統(tǒng)整體調(diào)試及運行結(jié)果將各個模塊調(diào)試完畢后，最重要的事就是將各個模塊連接在一起，使其能夠構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，之后再進行最后的、總的調(diào)試。將編好的程序加載在51單片機中，然后將單片機安裝在電路板中的插槽上，之后便可以就行系統(tǒng)調(diào)試。接通電源，電源指示燈變亮，說明電源部分沒有問題，但是藍燈不亮，藍燈是沒有連接手機時，也就是沒有充電時的只是燈，P1.0口接的是藍燈，斷電之后檢查發(fā)現(xiàn)由于自己的粗心大意將發(fā)