移動電源 畢業(yè)設(shè)計論文

1、XXXX學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文) 題目 移動電源的設(shè)計與研究 系部 專業(yè) 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 年 月 日 摘 要截止2012年3月，中國智能手機用戶數(shù)已達(dá)到2.52億人。這充分表明了智能手機已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓ぞ?。我們撥打電話，聽歌、上網(wǎng)、看電影、導(dǎo)航、記事等等都需要用到它，尤其在目前3G和wifi等暢通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，智能手機儼然已經(jīng)成為了生活中的“萬能俠”。不過就是這樣的“萬能俠”也有著致命的弱點：就是“電量不足”，這也是智能手機高速發(fā)展至今的一個技術(shù)瓶頸，而移動電源的出現(xiàn)恰恰成智能手機的最佳后盾。目前不少智能手機的用戶，都會配備一個移動電源，以備不時之需。本文主要完成對

2、移動電源進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計。硬件部分，本設(shè)計的控制器采用意法半導(dǎo)體的ARM（STM32F103）；用BQ24010對移動電源充電和對充電進(jìn)行過充和過放保護；用LM3478將移動電源電壓升為5V，然后給手機等便持設(shè)備供電，且其有輸出過電流保護功能；電量顯示用五個發(fā)光LED來表示。本設(shè)計的軟件用KEIL編譯軟件，并用ST-LINK仿真器對系統(tǒng)進(jìn)行在線仿真和下載程序。關(guān)鍵詞：移動電源、STM32F103、BQ24010、LM3478ABSTRACTAs of March 2012, the number of smart phone users in China has reached 252 mi

3、llion . This fully shows that the smart phone has become an indispensable tool in our daily lives. Call, listening to music, Internet, watching movies, navigation, Notepad, etc. need to use it, especially in 3G and wifi open network environment, the smartphone seems to have become a life Getter Robo

4、. But is this Mazinger has a fatal weakness: low battery , which is the smartphone rapid development of a technical bottleneck since precisely the emergence of mobile power into the best smartphone backing. At present many smartphone users, will be equipped with a mobile power, to prepare for contin

5、gencies.This thesis completed the hardware and software design of mobile power. Hardware part of the design of the controller STMicroelectronics ARM (STM32F103); BQ24010 mobile power charge and the charge, overcharge and over-discharge protection; promoted to 5V with LM3478 mobile power supply volta

6、ge, and then to the phone they the holding equipment supply, and output overcurrent protection; power five light-emitting LED. The design of the software the KEIL compiler software, and the ST-LINK emulator system to Online Simulation and download the program.Keywords: mobile power supply, the STM32

7、F103, BQ24010, the LM3478I目錄摘要.ABSTRACT.第一章 緒論.1 1.1 概述.1 1.2 課題分析.2 1.3 設(shè)計思路.2 1.4 制作過程.3第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計.3 2.1 系統(tǒng)需求分析.3 2.2 原理分析.4 2.3 系統(tǒng)硬件方案選擇.4第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.7 3.1 控制器電路.8 3.2 市電到5V降壓電路.9 3.3 移動電源充電及過充、過放保護電路.9 3.4 電池電量檢測電路.10 3.5 電源電量顯示電路.10 3.6 系統(tǒng)供電管理電路.11 3.7 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路.12 3.8 輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路.

8、12 3.9 硬件電路元件清單.13第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.15 4.1程序結(jié)構(gòu)分析.15 4.2主程序設(shè)計.15 4.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序段.16 4.4定時器程序段.17 4.5電量LED顯示程序段.17第五章 系統(tǒng)結(jié)果分析.18第六章 系統(tǒng)改進(jìn).19結(jié)束語.19致謝.20參考文獻(xiàn).21附錄.22第一章 緒論1.1概述一、 課題背景：隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，隨身攜帶式的電子產(chǎn)品也越來越多，如筆記本電腦、平板電腦、手機、數(shù)碼相機、攝像機、便攜式DVD、PDA、MP3、MP4、GPS、保暖設(shè)備、醫(yī)療保健設(shè)備等。它們都要用到電池，但這些設(shè)備的原配電池都會因為電池容量低而不

9、能滿足設(shè)備的正常使用時間。當(dāng)出差或旅游時又是這些設(shè)備的工作高峰期，經(jīng)常在關(guān)鍵時刻電池沒有電了，特別是在手機正在打電話時，數(shù)碼相機正在拍照時，PSP游戲機玩的正起勁時，PDA正在工作時等等，讓您感覺很無奈和無助。而您也不可能把每種設(shè)備都配一個備用電池，不但成本高而且也不方便。基于此，為了解決人們的這種煩惱問題，移動電源應(yīng)運而生。移動電源最早出現(xiàn)在2001年的CES展覽上，那時只是在CES沙攤館的一地攤似的展覽位上，是一個留學(xué)生用幾節(jié)AA電池再帶一個控制電路而拼湊起來的。當(dāng)時這個不起眼的東西，因它能在任何地方給數(shù)碼產(chǎn)品充電而引起許多參展商的關(guān)注。被探子們發(fā)現(xiàn)后，許多人士跟風(fēng)而上，大有要把盞這個新產(chǎn)

10、品-移動電源大炒一把之勢。移動電源概念是隨著2012年數(shù)碼產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的，其定義就是方便易攜帶的大容量隨身電源。從2012年起數(shù)碼產(chǎn)品功能日益多樣化，使用也更加頻繁，如何提高數(shù)碼產(chǎn)品使用時間,發(fā)揮其最大功用的問題就凸顯重要了。移動電源，就是針對并解決這一問題的最佳方案。擁有一塊電源,就可以在移動狀態(tài)中隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品提供電能(供電或充電)。移動電源一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器，可以給手機等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電或待機供電。一般由鋰電芯或者干電池作為儲電單元。區(qū)別于產(chǎn)品內(nèi)部配置的電池，也叫外掛電池。一般配備多種電源轉(zhuǎn)接頭， 通常具有大容量、多用途、體積小、壽命長

11、和安全可靠等特點，是可隨時隨地為手機、數(shù)碼相機、MP3 、 MP4 、PDA 、掌上電腦、掌上游戲機等多種數(shù)碼產(chǎn)品供電或待機充電的功能產(chǎn)品。移動電源的安全性也是一直以來受到人們重視的問題，然而在市場雜亂無章的情況下移動電源的不安全因素也是越來越多的。移動電源一定要具備：短路、過充、過放、恒流、恒壓等保護措施，還應(yīng)有高性能電源管理技術(shù)。二、課題研究意義有了移動電源可以解決眾多移動設(shè)備的電源供給問題，從而徹底解決缺電之苦，使工作和旅游無憂無慮。市面上有的產(chǎn)品容量高，單機容量可達(dá)14000mAh到20000mAh，智能電量指示，一般采用聚合物鋰離子電芯，廣泛用于5V的設(shè)備。1.2課題分析一、課題研究

12、內(nèi)容鋰離子電池是一種應(yīng)用廣泛的可充電電池，它具有單體工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度高、循環(huán)使用壽命長，可在較短時間內(nèi)快速充足電以及允許放電溫度范圍寬等優(yōu)點。此外，鋰離子電池還有自放電電流小、無記憶效應(yīng)和無環(huán)境污染等優(yōu)點。但是，鋰電池也是極其脆弱的，對鋰電池過充、過放、過電流及短路都會對其造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此，我們需要對其充放電過程進(jìn)行全面的保護。二、本文主要完成了以下幾項任務(wù)：移動電源的設(shè)計具體要求：A.內(nèi)部電池使用18650鋰電池;B.充電電路使用降壓方式，放電電路可使用升壓方式;C.該裝置帶有電量指示;D.該裝置對電池有防止過充、過放及輸出斷路等保護；E.該裝置適用于手機便攜充電

13、，成本低、實用性較強、體積小和續(xù)航能力強等特點。1.3 設(shè)計思路（1）主要任務(wù)：查閱相關(guān)資料，完成系統(tǒng)整體電路設(shè)計，并完成軟件調(diào)試。（2）預(yù)期成果： 在預(yù)期的時間內(nèi)，滿足系統(tǒng)的要求。 (3)論文的結(jié)構(gòu)安排如下：第一部分，介紹本設(shè)計的背景，分析移動電源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及實用意義，同時闡明本文的機構(gòu)安排。第二部分，分析移動電源系統(tǒng)的原理，并完成系統(tǒng)的方案選擇。第三部分，完成整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，并對所用控制器芯片進(jìn)行介紹。第四部分，完成本設(shè)計的系統(tǒng)調(diào)試，并分析解決調(diào)試中遇到的問題。最后，對文章進(jìn)行了總結(jié)與展望。1.4制作過程看懂移動電源電路原理圖，并購買電路圖上所需要的元器件，準(zhǔn)備好電烙鐵，焊錫

14、絲及必要工具。先將所有元器件插在印刷版對應(yīng)的位置上，然后進(jìn)行焊接，焊接前應(yīng)熟悉各芯片的引腳，焊接時參照電路圖，仔細(xì)地連接引腳。按照以下原則進(jìn)行焊接：（1）先焊接各芯片的電源線和地線，這樣確保各芯片有正確的工作電壓；（2）同類的芯片應(yīng)順序焊接，在一片焊接并檢查好之后，其他的同類芯片便可以參照第一片進(jìn)行焊接。這樣便可大大節(jié)省時間，也可降低出錯率。最后接入220V單相交流電，對其進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完畢后，制作機箱, 并將整個裝置電路安裝在機箱中。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)需求分析本設(shè)計是基于控制器的移動電源系統(tǒng)的設(shè)計，在熟練掌握控制器的基礎(chǔ)知識之外，要求完成以下任務(wù)：A.內(nèi)部電池使用18650鋰電

15、池;B.充電電路使用降壓方式，放電電路可使用升壓方式;C.該裝置帶有電量指示;D.該裝置對電池有防止過充、過放及輸出斷路等保護；E.該裝置適用于手機便攜充電，成本低、實用性較強、體積小和續(xù)航能力強等特點。2.2 原理分析 圖移動電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖1所示為移動電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要包括市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充、過放保護電路、移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路、系統(tǒng)供電管理電路、輸出斷路保護電路、電池電量檢測電路、控制器電路、輸出電壓檢測電路和電源電量顯示電路。其中，市電到5V輸出降壓電路中，輸入為220V交流市電，經(jīng)過此電路，轉(zhuǎn)化為5V直流電輸出。移

16、動電源充電及過充、過放保護電路主要是在對移動電源進(jìn)行充電電過程中，對移動電源進(jìn)行保護，防止因過充或過放對電源電池造成損傷。系統(tǒng)供電管理電路，是對移動電源電池電壓進(jìn)行管理，然后，給控制器供電。通過電池電量檢測電路，控制器可以得到移動電源電池電壓，根據(jù)電池電壓對應(yīng)電量的算法，將電池電量計算出來，然后在電源電量顯示電路中進(jìn)行顯示。當(dāng)控制器通過輸出電壓檢測電路，檢測到5輸出口的電壓為0時，控制器給輸出斷路保護電路保持關(guān)閉，移動電源沒有電壓輸出；當(dāng)控制器通過輸出電壓檢測電路，檢測到5V輸出口接有需要充電的手機等便攜設(shè)備時，控制器給輸出斷路保護電路一個開啟信號，這樣，移動電源就可以完成對便攜設(shè)備進(jìn)行充電的

17、目的。2.3 系統(tǒng)硬件方案選擇2.3.1 控制器電路方案選擇 控制器模塊選擇，可以用PLC、工控機和單片機，但本設(shè)計中，前兩種器件明顯是不需要考慮，價格極其昂貴，且不適合用于手持設(shè)備，一款單片機就完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求。在這里選用意法半導(dǎo)體的ARM內(nèi)核的STM32F103，此款A(yù)RM價格低廉，資源非常豐富，且功耗低，易于功能擴展。2.3.2 市電到5V降壓電路選擇選擇 基于任務(wù)需求，市電到5降壓電路方案選擇分析如下： 因為需要將市電變?yōu)?直流電，直接將市電整流，然后經(jīng)過buck電路，顯示不合理，因為那樣占空比太小，不宜對脈寬進(jìn)行控制。所以，采用先用工頻變壓器將市電進(jìn)行降壓，整流后，變壓到12V

18、直流電，然后，經(jīng)過buck降壓電路，變?yōu)?V直流電?？梢杂幸韵聨追N方案選擇，方案一：用分立元件構(gòu)成buck降壓電路方案。如用脈寬控制芯片TL494、功率管IRF540等及一些外圍器件，組成buck降壓電路，此方案結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)比較簡單，功率可以達(dá)到幾瓦到上百瓦，但調(diào)試有些繁瑣。方案二：直接帶buck電路的集成芯片方案。如LM2596，其內(nèi)部集成有脈寬控制電路和MOSFET，此方案，輸出功率不能太大，只有幾瓦到十幾瓦，但是其應(yīng)用簡單，外圍只需要加幾個元器件，就可以達(dá)到要求，且輸出效果很好，價格低廉，體積小，適用于手持便攜設(shè)備。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計的加熱裝置方案采用方案二，因為電源

19、充電功率只需要幾瓦，方案二可以簡單有效地達(dá)到設(shè)計的要求。2.3.3 移動電源充電及過充、過放保護電路方案選擇移動電源充電及過充、過放保護電路的方案有如下兩種：方案一：使用分立元件方案。此方案使用分立元件，電路很復(fù)雜，實際制作時，需要花大量時間進(jìn)行調(diào)試，且體積大、成本高。方案二：使用集成芯片方案。如用TI公司的單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，此芯片給鋰電池充電，電流可達(dá)1A，能夠?qū)崟r檢測鋰電池的電壓，若電壓大于4.2，為避免對鋰電池過充，則芯片會停止充電，且在外圍接三個發(fā)光LED燈，分別代表，充電中、充電完成和電池良好三種狀態(tài)，完全能夠滿足要求。且此方案，外圍元件少，電路簡單，易于硬件制作

20、，體積小。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用方案二。2.3.4電池電量檢測電路選擇因為STM32F103的/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入通道電壓最大值為3.6V，而鋰電池正常電壓為3.7V4.2V，所以，不能用/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器對電池電壓直接進(jìn)行采樣。電池電量檢測電路主要有以下兩種方案：方案一：電阻分壓方案。此方案原理簡單，易于達(dá)到測量電池電壓問題，但當(dāng)控制器不需要測電池電壓時，電阻也有電流通過，這樣浪費了電池的能量。方案二：使用低開啟電壓MOSFET和電阻分壓電阻相串聯(lián)的方案。此方案中，在需要測量電源電池電壓時，控制器使MOSFET導(dǎo)通，因為MOSFET的導(dǎo)通電阻很小，基本不影響電阻分壓的結(jié)果，當(dāng)控制器

21、不需要測量電源電池電壓時，控制器使MOSFET關(guān)閉，電阻上沒有電流通過，這樣，就可以有效地避免電池能量的浪費。綜合以上兩種方法，選擇方案二。2.3.5電源電量顯示電路選擇方案一：用液晶LCD1602作顯示。LCD1602液晶能顯示26個英文字母和一些簡單的圖標(biāo)，在人機交互，可以有更多的選擇，靈活多變，且價格低廉，占用控制器的資源少，但在手持設(shè)備中，LCD1602耗電量大，價格貴，體積大，不適用于手持設(shè)備。方案二：用五個發(fā)光LED二極管顯示。當(dāng)電量為95%以上時，5個LED全亮；當(dāng)電量為80%95%，其中有4個LED亮；當(dāng)電量為60%80%，其中3個LED亮；當(dāng)電量為40%60%，其中2個LED

22、亮；當(dāng)電量為20%40%，其中1個LED亮；當(dāng)電量為20%以下時，5個LED全滅。此方案簡單，價廉，且體積小，可視性好。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用方案二。2.3.6 系統(tǒng)供電管理電路選擇系統(tǒng)供電管理電路，只需要一個低壓差的電源管理芯片LDO即可，如TI公司的TPS79633，體積小，紋波小，完全能滿足要求。2.3.7 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路方案選擇方案一：使用分立元件方案。此方案使用分立元件，電路很復(fù)雜，實際制作時，需要花大量時間進(jìn)行調(diào)試，且體積大、成本高。方案二：使用集成芯片方案。如用TI公司的脈寬控制器LM3478，只需要外加一個MOSFET、一個電感和一個二極管，就

23、可以構(gòu)成一個從電池電壓到5輸出的boost電路，此方案外圍元件少，電路簡單，易于硬件制作，體積小。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設(shè)計采用方案二。2.3.8 輸出電壓檢測電路和輸出斷路保護電路方案選擇輸出電壓檢測電路方法同電源電池電壓檢測方案原理一樣。 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計如圖2為系統(tǒng)硬件框圖，其中，主要包括九個部分：市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充、過放保護電路、移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路、系統(tǒng)供電管理電路、輸出斷路保護電路、電池電量檢測電路、控制器電路、輸出電壓檢測電路和電源電量顯示電路。圖2系統(tǒng)硬件框圖3.1控制器電路如圖3所示為STM32F103控制器電路，按鍵K1為復(fù)位

24、按鍵，XT1為32.768k晶振，為系統(tǒng)實時時鐘等提供脈沖，XT2為8M晶振，為系統(tǒng)主時鐘。此電路中，電容C1、開關(guān)K1、電阻R7和二極管D2組成復(fù)位電路，此控制器為低電平復(fù)位，單片機上電時，電容C1和R7組成的RC電路中電容緩慢充電，使RST端保持一個到幾個微秒的低電平，使單片機上電復(fù)位，當(dāng)電容C1充滿電后RST腳變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C開始進(jìn)入運行狀態(tài)，復(fù)位已經(jīng)完成；當(dāng)平時控制器工作，按鍵K1未按下時，VCC經(jīng)過電容C1和電阻R7到地，故控制器STM32F103的RST端為高電平，控制器STM32F103能夠工作；當(dāng)按鍵S3按下時，電阻兩端電壓從VCC變?yōu)?，則控制器STM32F103復(fù)位。電路

25、中為了計時方便計算，本設(shè)計的晶振選用8MHz和32.768k無源外部晶振。配合兩個起振電容C9,C11和C12,C13。形成晶體諧振電路為單片機提供一個8MHz和32.768k的穩(wěn)定的時鐘源。為了方便起振，起振電容選用22pF。圖3控制器電路3.2 市電到5V降壓電路 如圖4為市電到5V降壓電路圖，首先把市電220V經(jīng)過工頻變壓器T1，經(jīng)整流橋D11整流濾波后，變壓12V直流電。然后采用DC-DC電路，將12V直流電變?yōu)?V，此處使用buck降壓電路。此處，buck降壓使用降壓芯片LM2596，其內(nèi)部集成脈寬反饋控制和MOSFET，只需要在外面加一個電感L2和一個二極管1N5824，即可構(gòu)成b

26、uck電路。開關(guān)S2開關(guān)閉合時，開始充電，斷開時，停止充電。后面F2為1A保險管，防止后面發(fā)生短路，使電流過大，影響系統(tǒng)安全。圖4市電220V到5V降壓電路3.3 移動電源充電及過充、過放保護電路 如圖5所示為移動電源充電及過充、過放保護電路。此電路中，使用了 TI的高性能單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，其原理簡單。當(dāng)系統(tǒng)接入市電時，BQ24010有5V直流電輸入時，發(fā)光二極管D10發(fā)出紅光；當(dāng)BQ24010檢測到有電池，且在對電池進(jìn)行充電，電池電壓小于4.2V時，發(fā)光二極管D8發(fā)出紅光，表明正在充電中；當(dāng)BQ24010檢測到有電池電壓達(dá)到4.2V時，發(fā)光二極管D8熄滅，發(fā)光二極管D9發(fā)

27、出綠光，表明充電完成。圖5移動電源充電及過充、過放保護電路3.4 電池電量檢測電路如圖6所示為電池電量檢測電路。其中，MOSFET采用SPP2341，其開啟電壓最小可為1.8V，且導(dǎo)通電阻僅為65m，封裝為SOT-23，適用于低電壓手持設(shè)備中。當(dāng)控制器端口BAT_VCON端輸出為低電平時，三極管J9截止，電阻R25兩端電壓為0，即P溝通MOSFET的VGS約為0，MOSFET不導(dǎo)通，控制器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口BAT_DET電壓幾乎為0；當(dāng)控制器端口BAT_VCON端輸出為高電平時，三極管J9導(dǎo)通，電阻R25兩端電壓為2V左右，MOSFET開啟，控制器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口BAT_DET電壓為電池電壓

28、一半。圖6 電池電量檢測電路3.5電源電量顯示電路 如圖7為電源電量LED顯示電路。當(dāng)電量為95%以上時，5個LED全亮；當(dāng)電量為80%95%，其中有4個LED亮；當(dāng)電量為60%80%，其中3個LED亮；當(dāng)電量為40%60%，其中2個LED亮；當(dāng)電量為20%40%，其中1個LED亮；當(dāng)電量為20%以下時，5個LED全滅。當(dāng)控制器端口為高電平時，三極管導(dǎo)通，二極管發(fā)光，當(dāng)控制器端口為低電平時，三極管截止，二極管熄滅。圖7電源電量LED顯示電路3.6 系統(tǒng)供電管理電路如圖8為系統(tǒng)供電管理電路。其使用了TI公司的高性能系統(tǒng)電源管理芯片TPS79633。當(dāng)開關(guān)S1閉合，即用戶開機時，電池經(jīng)過TPS79

29、633給控制器供電，整個系統(tǒng)開始工作；當(dāng)開關(guān)S1斷開，即用戶關(guān)機時，電池不能經(jīng)過TPS79633給控制器供電。 圖8系統(tǒng)供電管理電路3.7 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路如圖9為移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路。其中，LM3478為TI的高性能脈寬控制器芯片，LM3478、低開啟電壓的MOSFET（IRF7807）、10uH電感L1和快恢復(fù)二極管1N4148一起組成BOOST升壓電路。其中電阻R20和電容C7決定電路的開關(guān)頻率為100KHz；電阻R14和電阻R21構(gòu)成分壓電路，把輸出5反饋給脈寬控制器，從而使在負(fù)載變化時，輸出保持不變；電阻R22用于限制電流為2A，若負(fù)載電流大于2A，則

30、LM3478輸出關(guān)閉，MOSFET不導(dǎo)通，輸出5V變?yōu)?，這樣，就可以保護電源電池和電路，避免輸出電流過大帶來的損傷。圖9移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路3.8 輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路如圖10所示為輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路，其工作原理同電源電池電壓檢測電路。其中，當(dāng)控制器端口VOUT_CON端輸出為低電平時，三極管J2截止，電阻R3兩端電壓為0，即P溝通MOSFET的VGS約為0，MOSFET不導(dǎo)通，控制器A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口VOUT_DET電壓幾乎為0；當(dāng)控制器端口VOUT_VCON端輸出為高電平時，三極管J2導(dǎo)通，電阻R3兩端電壓為2V左右，MOSFET開啟，控制器A/D模數(shù)

31、轉(zhuǎn)換端口VOUT_DET電壓為輸出電壓一半。當(dāng)電源電池電壓檢測芯片檢測到電池電壓小于3.7時，控制器給輸出斷路保護電路一個關(guān)斷信號，從而實現(xiàn)電源電池過放保護；當(dāng)需要檢測輸出電壓時，控制器給輸出斷路保護電路一個開啟信號，就可以測出輸出信號。圖10輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路3.9 硬件電路元件清單本章已完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。系統(tǒng)硬件電路元件清單如表1所示。表1 硬件電路元件清單器件值元件名標(biāo)號封裝屬性數(shù)量0.1uFCapacitorC1, C5, C6, C15, C21CAP_16080603CAP_SOP5104CapacitorC2, C19CAP_16080603CAP_SOP210u

32、FCapacitorC3, C4, C14, C20CAP_A_TANCAP_A_TAN422nF陶瓷電容C7CAP_16080603CAP_SOP1100uF陶瓷電容C8CAP_16080603CAP_SOP122pF陶瓷電容C9, C11, C12, C13CAP_16080603CAP_SOP40.01uF陶瓷電容C10, C18CAP_16080603CAP_SOP22.2uF陶瓷電容C16CAP_16080603CAP_SOP11uF陶瓷電容C17CAP_16080603CAP_SOP1470uF電解電容C22RB7.6-15Cap Pol110.1uF陶瓷電容C23RAD-0.3C

33、ap1220uF電解電容C24RB7.6-15Cap Pol111N4007二極管D1, D3, D4, D5, D7, D8, D10DIODE_0603_REDDIODE71N4148快恢復(fù)二極管D2, D6DIODE - duplicateDIODE21N4007二極管D9DIODE_0603_GREEDIODE1Bridge2整流橋D11E-BIP-P4/X2.1Bridge211N5824肖特基二極管D12SMBD Schottky11A熔斷器F1, F2RES_32161206Res228050NPN三極管J1, J2, J3, J4, J5, J6, J9SOT23NPN_SOT

34、237USBUSB端口J7miniUSBUSB1miniUSBUSB端口J8miniUSBminiUSB1STM32_JTAG10針端口J10JTAG_H20PINSTM32_JTAG1KEY按鍵K1button_2PINKEY110uH電感L1, L20402-AInductor2Header, 2-Pin電源端口P1HDR1X2Header 21SPP2341PChannel MOSFETQ1, Q3E3MOSFET-P2IRF7807NChannel MOSFETQ2E3MOSFET-N1Single-Pole單路開關(guān)S1SPST-2SW-SPST1Double-Pole雙路開關(guān)S2DP

35、ST-4SW-DPST1Trans Cupl變壓器T1TRF_4Trans Cupl1LM3478LM3478U1SOP-8LM34781STM32F103C4STM32F103C4U2TSQFP50P900X900X160-48NSTM32F103C41BQ24010BQ24010U3BQ24010BQ240101TPS79633TPS79633U4SOT223-6TPS79633118650mA/h3.7V鋰電池U51/2AA-2Battery1LM2596LM2596U6SPST-5LM2596132.768k無源晶振XT1XTAL_32.768KCYSTAL18M無源晶振XT2XTAL

36、CYSTAL1Res2電阻R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R36, R37RES_0603Res237第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序結(jié)構(gòu)分析本設(shè)計中軟件部分起到了非常重要的作用,設(shè)計的是否完美主要取決于軟件的設(shè)計。本設(shè)計的軟件需要完成的任務(wù)是：A.內(nèi)部電池使用18650鋰電池;B.充電電路使用降壓

37、方式，放電電路可使用升壓方式;C.該裝置帶有電量指示;D.該裝置對電池有防止過充、過放及輸出斷路等保護；E.該裝置適用于手機便攜充電，成本低、實用性較強、體積小和續(xù)航能力強等特點。通過任務(wù)細(xì)分可將本設(shè)計中所要完成的任務(wù)分配在相應(yīng)的程序段中完成。各程序段，主要包括A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序段、定時器程序段、電量LED顯示程序段。4.2 主程序設(shè)計主程序流程圖如圖11所示。圖11 主程序流程圖 主程序中，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化所完成的是對系統(tǒng)中所用到的資源的控制寄存器等賦初值（如相關(guān)I/O口方向進(jìn)行初始化、定時器初始化、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序段初始化等）。4.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序段A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序段

38、部分如下：void ADC1_configuration(void)ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_DeInit(ADC1); ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;/ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在獨立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;/模數(shù)轉(zhuǎn)換工作在單通道ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;/模數(shù)轉(zhuǎn)換工作在單次轉(zhuǎn)換模式ADC_InitStructure

39、.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;/轉(zhuǎn)換由軟件而不是外部觸發(fā)啟動ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;/ADC數(shù)據(jù)右對齊ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;/順序進(jìn)行規(guī)則轉(zhuǎn)換的ADC通道的數(shù)目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);/根據(jù)ADC_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)ADCx的寄存器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1/* Enable A

40、DC1 reset calibaration register */ ADC_ResetCalibration(ADC1);/重置指定的ADC1的校準(zhǔn)寄存器/* Check the end of ADC1 reset calibration register */while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1);/獲取ADC1重置校準(zhǔn)寄存器的狀態(tài),設(shè)置狀態(tài)則等待/* Start ADC1 calibaration */ADC_StartCalibration(ADC1);/開始指定ADC1的校準(zhǔn)狀態(tài)/* Check the end of ADC1 calibr

41、ation */while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1);/獲取指定ADC1的校準(zhǔn)程序,設(shè)置狀態(tài)則等待/* Start ADC1 Software Conversion */ /ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的軟件轉(zhuǎn)換啟動功能/獲得ADC值/ch:通道值 03 uint16_t Get_Adc(uint8_t ch) /設(shè)置指定ADC的規(guī)則組通道，設(shè)置它們的轉(zhuǎn)化順序和采樣時間ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_55Cycles

42、5 );/ADC1,ADC通道ch,規(guī)則采樣順序值為1,采樣時間為239.5周期 /* Start ADC1 Software Conversion */ ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);/使能指定的ADC1的軟件轉(zhuǎn)換啟動功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC );/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束return ADC_GetConversionValue(ADC1); /返回最近一次ADC1規(guī)則組的轉(zhuǎn)換結(jié)果4.4 定時器程序段定時器程序段部分如下：void TIM3_Configuration(void)/* T

43、IM3 clock enable */RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);/* -TIM3CLK 即PCLK1=36MHzTIM3CLK = 36 MHz, Prescaler = 7200, TIM3 counter clock = 5K,即改變一次為5K,周期就為10K- */* Time base configuration */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 5000; /設(shè)置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值計數(shù)到5000為500msTIM_TimeBaseStr

44、ucture.TIM_Prescaler =(7200-1); /設(shè)置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值10Khz的計數(shù)頻率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; /設(shè)置時鐘分割:TDTS = Tck_timTIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /TIM向上計數(shù)模式TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); /根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位/* En

45、ables the Update event for TIM3 */TIM_UpdateDisableConfig(TIM3,ENABLE); /使能 TIM3 更新事件 /* TIM IT enable */TIM_ITConfig( /使能或者失能指定的TIM中斷TIM3, /TIM2TIM_IT_Update | /TIM 中斷源TIM_IT_Trigger, /TIM 觸發(fā)中斷源 ENABLE /使能);/* TIM3 enable counter */TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); /使能TIMx外設(shè)4.5 電量LED顯示程序段。Void Display_Baterry

46、_LED(uint16 Baterry_Power) if(Battery_Power=95) Display_LED(5);/5個LED燈全亮 else if(Battery_Power=80) Display_LED(4);/4個LED燈全亮 else if(Battery_Power=60) Display_LED(3);/3個LED燈全亮 else if(Battery_Power=40) Display_LED(2);/2個LED燈全亮 else if(Battery_Power=20) Display_LED(1);/1個LED燈全亮 else Dispaly_LED(0);/5個LED燈全滅第五章 系統(tǒng)結(jié)果分析通過第3章和第4章的系統(tǒng)硬件電路和軟件系統(tǒng)設(shè)計，本文已完成基于STM32F103的移動電源系統(tǒng)的整體設(shè)計。其相關(guān)功能介紹如下：充電過充保護：BQ24010芯片可以檢測電池的電壓，當(dāng)電池電壓大于4.2V時，BQ24010會自動斷開對電池充電。充電過流保護：在市電到5V降壓電路中，輸出端接有一個1A的保險管。放電過放保護：控制器通過電源電池電壓檢測電路，檢測到電池電壓，若電壓過低，則控制器使輸出斷路保護電路關(guān)斷。放電過流保護：LM