基于51單片機的智能充電器的設(shè)計(共41頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要在我們的日常生活中,手機已經(jīng)變得越來越重要了。我們經(jīng)常需要使用手機，打電話、發(fā)短信、上網(wǎng)、看電影、聽歌、玩游戲等等。隨著大屏幕和高主頻的手機出現(xiàn)，鋰離子電池就變得更加重要了，其鋰離子電池充電器也受到廣大消費者的重視。該課題主要是設(shè)計一種基于單片機的鋰離子電池充電器，在設(shè)計上，通過AT89S52和MAX1898可以控制實現(xiàn)預(yù)充，快速充電，及恒壓充電。該設(shè)計可以通過LCD1602監(jiān)控充電過程中的各個狀態(tài)，實現(xiàn)電路簡單，成本較低，而且充電效果很好，包括安全性高，耗時短，對電池損壞小，滿足一般用戶的要求。本文還對充電器的核心器件MAX1898充電芯片、AT89S52單片機

2、以及LCD1602進行了較詳細的介紹。該智能充電器具有檢測鋰離子電池的狀態(tài)；自動切換充電模式以滿足電池的充電需要；充電電壓顯示的功能。實現(xiàn)定時切斷MAX1898的電源，減少能耗，同時也延長了它的使用壽命。關(guān)鍵詞：鋰電池，充電器，單片機，AT89S52， MAX1898，LCD1602AbstractIn our daily lives, mobile phones have become increasingly important. We often need to use the phone, making phone calls, text messagin

3、g, Internet, watching movies, listening to music, play games and so on. With the advent of large screen and high-frequency mobile phone, the Li-on batteries become more important, its Li-on battery charger by the consumers attention. The main topic is to design a micro control unit based on Li-

4、on battery charger which is designed by AT89S52 and MAX1898 that can be controlled to achieve the pre-charging, fast charging and constant voltage charging. The design can monitor the charging process in each state and the circuit is very simple, low cost, and a good charging effect, including the c

5、haracter of safe, short time consuming, small battery damage and have met the requirements of general using. The article also has a more detailed introduction to the core device MAX1898, AT89S52 and LCD1602.The smart charger has the funtion of the state detection of Li-on battery, switching to charg

6、e mode automatically to meet the requirement of the battery,charging voltage displaying. This design has achieved shuting down the power of MAX1898, reducing energy consumption, and prolonging service life.Key words: Li-on battery, Charger, SCM, AT89S52, MAX1898,LCD1602目錄引言11緒論21.1智能充電器概念以及智能化體現(xiàn)21.2

7、充電器智能化需求21.3智能充電過程32鋰離子電池的介紹32.1鋰金屬電池與鋰離子電池42.2鋰離子電池工作原理52.3鋰離子電池使用注意事項63硬件電路設(shè)計63.1設(shè)計思路概述 63.2充電管理芯片MAX1898簡介73.3 MAX1898應(yīng)用電路設(shè)計113.4 AT89S52單片機簡介123.5 LCD1602簡介173.6 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片簡介224系統(tǒng)軟件設(shè)計244.1充電流程設(shè)計244.2單片機控制設(shè)計255結(jié)語28參考文獻29致謝30附錄1：完整電路原理圖31附錄2：電路PCB板設(shè)計圖32附錄3：實物照片33附錄4：源程序34專心-專注-專業(yè)引言隨著半導(dǎo)體元件、大規(guī)模集成

8、電路的飛速發(fā)展及人們生活水平的不斷提高,各種便攜式收錄機、電動剃須刀、筆記本電腦、攝像機、電子計算器、移動電話等電器廣泛應(yīng)用，這就使各種干電池的需求量迅速增加。電池是通過能量轉(zhuǎn)化獲取電能的原件，電池又分為一次電池和可充電電池，一次性電池只能一次使用，而廢舊的一次電池容易造成環(huán)境污染?？沙潆婋姵乜梢苑磸?fù)使用，且可充電電池有較高的性價比，放電電流大，壽命長等特點，生產(chǎn)生活中可充電電池應(yīng)用比較廣泛，各種儀器儀表，電氣測量裝置，通信設(shè)備中都有使用可充電電池，但隨著社會的發(fā)展，人們對電池更講究方便攜帶，污染小，性能優(yōu)良等。綜合所有因素，可充電電池比一次電池更能受大眾青睞，所以可充電電池擁有廣大的市場前景

9、。同時，智能充電器應(yīng)運而生。鋰電池是可充電電池的一種，鋰電池自從上市以來，以其效率高，壽命長的優(yōu)勢占領(lǐng)市場。而各大生產(chǎn)廠商，為了迎合市場需求，致力于開發(fā)能量密度高、小型化、薄型化、輕量化、安全性高、循環(huán)壽命長的高性能鋰離子電池。隨著時代的發(fā)展手機、電腦、家用電器等離不開充電器，而單片機參與處理和控制的充電器被稱為智能充電器。鋰離子電池有較高的比能量，放電曲線平穩(wěn)，自放電率低，循環(huán)壽命長，具有良好的充放電性能，可隨充隨放、快充深放，無記憶效應(yīng)，不含鎘、鉛、汞等有害物質(zhì)，對環(huán)境無污染，被稱為綠色電池?；谶@些特性，所以鋰電池得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。鋰電池充電器是為鋰離子充電電池補充能源的靜止

10、變流裝置，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個用電系統(tǒng)的安全性和可靠性指標。本論文從鋰電池技術(shù)特性、充電技術(shù)、充電器電路結(jié)構(gòu)、充電器典型電路和電池保護等方面，多角度地闡述了充電技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。1 緒論1.1 智能充電器的概念以及智能化的體現(xiàn)智能充電是采用高頻電源技術(shù)，運用先進的智能動態(tài)調(diào)整充電技術(shù)。它采用恒流/恒壓/小恒流智能三個階段充電方式，具有充電效率高，操作簡單，重量輕，體積小等特點。 智能充電器具有反接、過載、短路、過熱等多重保護功能及延時啟動，軟啟動、斷電記憶自啟動功能等。具有科學的充電電量控制技術(shù)，全自動充電機能在蓄電池充足后自動關(guān)機，確保蓄電池充足，不過充、不欠充，延長蓄電池使用壽命，全自

11、動充電機可適用的電池類型：鎳鉻、鎳氫、鉛酸、鋰離子電池等。1.2 充電器的智能化需求充電器實現(xiàn)的方式不同會導(dǎo)致充電效果的不同。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后，如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，一般充電到90%就停止大電流快充，而采用小電流涓流補充充電。手機電池的使用壽命和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它具有較高的能量重量比、能量體積比、具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長，價格也越來越低。鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。為了有效利用電池容量，需將鋰電

12、池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。一部好的充電器不但能在短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復(fù)由于使用不當造成的記憶效應(yīng)，即容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。設(shè)計比較科學的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方法。專用的充電芯片具備業(yè)界公認較好的V 檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化，例如，在充電后增加及時關(guān)斷電源、蜂鳴報警和液晶顯示等功能。充電器的智

13、能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池使用壽命1。1.3 智能充電過程（1）預(yù)充電如果充電開始時，單節(jié)電池電壓低于2.5v，則用涓流充電方式對電池進行預(yù)充電，直到電池電壓升至2.5V，在此期間，充電器給電池充電電流是標注電流的十分之一。其目的是讓電池電壓、溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。預(yù)充電時間由外接電容確定，若在規(guī)定時間內(nèi)電池電壓、溫度都恢復(fù)正常，就可以進行快速充電；若電池沒有恢復(fù)正常狀態(tài)，認為電池故障。（2）恒流充電充電器以恒定電流進行充電的過程叫做恒流充電，又叫快速充電。不同電池，充電速率會有差異，依據(jù)電池標注的充電速率進行充電，在充電過程中，電池電壓、溫度會上升，當達到設(shè)定的標準電壓

14、時，恒流充電過程結(jié)束，充電電流減小。進入下一段充電過程。（3）恒壓充電充電時蓄電池兩極間的電壓維持在恒定的數(shù)值，這種充電方式叫做恒壓充電，它是一種廣泛采用的充電方法。恒壓充電又叫滿充，恒壓充電階段，電流逐漸減小，直到降到標準值以下，之后進入涓流充電過程，充電器以極小的充電電流進行，因為充電器電壓檢測電池電壓是否達到終止電壓時，充電電流經(jīng)過電池內(nèi)阻，串聯(lián)的電阻會形成壓降，將影響電壓檢測，恒壓充電和涓流充電可以延長使用時間。（4）斷電當檢測到電池的電壓達到預(yù)定值時，認為電池已經(jīng)充滿。此時，充電管理單元會控制充電單元停止給電池繼續(xù)充電，保證芯片和電池的安全，并且減小了充電功耗。（5）報警電池充滿電后

15、，充電管理芯片向外接的LED燈發(fā)出指令，LED燈將會閃爍，為保證安全，也同時會自動切斷充電芯片的供電，控制蜂鳴器報警，提醒用戶取出電池。22 鋰離子電池的介紹電池是一種化學電源，可以通過能量轉(zhuǎn)換獲得電能。二次電池3是可多次反復(fù)使用的電池，它又稱為可充電池、蓄電池。當對二次電池充電時，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，實現(xiàn)向負荷供電，伴隨吸熱過程。對于二次電池，其性能參數(shù)主要有以下4個指標： 1. 工作電壓：電池放電曲線上的平臺電壓2. 電池容量：常用單位為安時(Ah)和毫安時(mAh)3. 工作溫區(qū)：電池正常放電的溫度范圍4. 電池正常工作時的充、放電次數(shù)二次電池的性能可由電池特性曲線表示，這些特性曲線包括充

16、電曲線、放電曲線、充放電循環(huán)曲線、溫度曲線等。二次電池能夠反復(fù)使用，符合經(jīng)濟使用原則。對于市場上二次電池的種類，大致分為：鉛酸(LA)電池、鎳鎘(NiCd)電池、鎳氫(NiMH)電池和鋰離子(Liion)電池。它們的主要區(qū)別見表2-1。表2-1 各種類電池之間的區(qū)別電池類型酸性電池鎳鎘電池鎳氫電池液態(tài)鋰電池聚合物鋰電池安全性好好好好優(yōu)工作電壓/V21.21.23.73.7重量比能量/(W·h/kg)35415080120160140180體積比能量/(W·h/L)80120100200200280320循環(huán)壽命300300500500500工作溫度/206020602060

17、060060記憶效應(yīng)無有無無無毒性有毒有毒輕毒輕毒無毒形狀固定固定固定固定任意形狀自放電01030552.1 鋰金屬電池與鋰離子電池鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池；鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。鋰離子電池是一種智能電池，它可以與專用原裝智能充電器配合，達到最短的充電時間、最大的壽命周期、最大的容量。鋰離子電池是目前性能最好的電池，與同樣大小的鎳鎘電池、鎳氫電池相比，鋰離子電池擁有：電量儲備大、重量輕、壽命長、充

18、電時間短、無記憶效應(yīng)的特點。2.2 鋰離子電池工作原理鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池以碳素材料做為負極，以含鋰的化合物作為正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入、脫嵌和插入、脫插，被形象地稱為“搖椅電池”,其工作示意圖如圖2-1所示。圖2-1 鋰離子電池工作示意圖當對鋰離子電池進行充電時，鋰離子電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子

19、經(jīng)過電解液運動到負極，作為負極的碳呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量就越高。當對電池進行放電時（我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。一般鋰電池充電電流越大，充電越快，同時電池發(fā)熱也越大。過大的電流充電，容量不夠滿，因為電池內(nèi)部的電化學反應(yīng)需要時間。2.3鋰離子電池使用注意事項1. 放電電流不能過大，過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害。2. 絕對不能過放電，鋰電池內(nèi)部存儲電能是靠電化學一種可逆的化學變化實現(xiàn)的，過度的放電會導(dǎo)致這種化學變化有不可逆的反應(yīng)發(fā)生，一

20、旦放電電壓低于2.7V，將可能導(dǎo)致電池報廢。3. 充電時不能高于最大充電電壓。4. 鋰離子電池過充時，會導(dǎo)致電池性能受到破壞，甚至爆炸。5. 高溫環(huán)境下，鋰離子電池容易縮短壽命，或者引發(fā)爆炸。6. 長期不用的鋰離子電池需要保持40%60%電量，否則，電量過低時將會因為自放電導(dǎo)致過放。3 硬件電路設(shè)計3.1 設(shè)計思路概述要實現(xiàn)智能化充電器，需要從以下兩方面著手：1. 充電過程的實現(xiàn)充電過程主要考慮到鋰離子電池的充電特點，有針對性的選擇相應(yīng)的充電方案。另外，由于大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展，很多芯片廠商把實現(xiàn)固定功能的電路做成集成IC，更加方便電路功能的實現(xiàn)和搭建。目前市場上常見的智能充電芯片主要包括

21、：MAX1898、MAX1758、SMC4014。本設(shè)計采用MAX1898充電芯片來進行相關(guān)電路的設(shè)計。2. 智能化的實現(xiàn)為實現(xiàn)充電的智能化，在充電過程中引入51單片機的控制，配合ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，不斷的檢測電池電壓并反饋給51單片機，判斷電池此時需要的充電模式，從而實現(xiàn)智能化控制。此外，為方便觀察整個過程，運用LCD1602顯示充電過程中的電池電壓和充電電流，能更加生動的看到整個充電過程。在本設(shè)計中，整體思路是通過MAX1898給鋰電池充電，以AT89S52單片機作為充電過程的智能控制中心，以ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為MAX1898和AT89S52的數(shù)據(jù)傳送橋梁，不斷的檢測電池的

22、電壓，由單片機判斷此時應(yīng)有的充電狀態(tài)，從而控制充電狀態(tài)指示燈的點亮與熄滅，并將狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果輸出給LCD1602顯示以供觀察，當充電出現(xiàn)錯誤，則會使指示燈閃爍，并驅(qū)動蜂鳴器報警。3.2 充電管理芯片MAX1898簡介MAX1898的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時器、溫度檢測器和主控器。輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制總輸入電流，包括系統(tǒng)負載電流與充電電流，但檢測到輸入電路大于設(shè)定的門限電流時，通過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功率三級管，可對單節(jié)鋰電進行有效的快充，它通過外接電容設(shè)定充電時間，通過外接電阻設(shè)置最大充電電流，可精確地恒流/

23、恒壓充電，電池電壓精度可達±0.75%5。MAX1898的封裝樣式如圖3-1所示，各個引腳功能如表3-1所示。圖3-1 MAX1898的引腳表3-1 MAX1898引腳功能表引腳號引腳名功能1IN電壓輸入端2漏極開路LED驅(qū)動。1.沒有電池，LED滅。2.預(yù)充電，LED亮。3.快速充電，LED亮。4.充電完成，LED滅。5.電池電壓小于2.5V，但預(yù)充電時間結(jié)束，LED 1.5HZ閃爍。3EN/OK1.輸入：高電平使能IC。2.輸出：高電平表示輸入電壓接入正確4ISET1.與電池充電電流成比例的模擬輸出,。 2.通過設(shè)定ISET與GND之間的電阻可改變充電電流。5CT安全充電時間控制

24、口，電容10uF時，充電時間為3小時。6RSTRT自動重啟控制，如果電池降低電池規(guī)定的電壓下0.2V，一個新的充電周期又開始。接地后自動重啟功能有效，充電完成時漏極電流為40uA。如果懸空，充電時間耗盡，只能通過EN/OK來觸發(fā)重啟，充電完成時漏極電流為4uA。7BATT電池輸入端。8GND接地9DRV外部晶體管驅(qū)動，該腳接外部PMOS/PNP的柵極/基極。10CS充電電流輸入端，接PMOS/PNP的源極/集電極。MAX1898開始快充的條件如下，滿足任何一個條件即可：1. 外部電源連接上，電池電壓大于2.5V。2. 電池電壓下降到重啟電壓，4.0V(MAX1898EUB42)或3.9V(MA

25、X1898EUB41)。3. EN/OK先置低后置高，IC復(fù)位。4. 預(yù)充電結(jié)束，電池電壓達到2.5V。快充電流設(shè)定：MAX1898充電電流通過線性控制外部晶體管PMOS或PNP，最大的充電電流通過連接ISET與GND的外部電阻來設(shè)定，最大充電電流Imax和限流電阻Rset的關(guān)系式滿足：式中：Rset 單位為，Imax單位為A，一般情況下鋰電池的充電電流都為500mA，故限流電阻值取。ISET可用來實時檢測實際的充電電流。ISET端有1mA輸出的電流就表明充電電流為1A，ISET端的輸出電壓正比于充電電流，滿足關(guān)系式：在快速充電階段通常ISET端的電壓為1.4V，電池充滿時將隨著充電電流下降。

26、充電過程中電壓、電流、功耗變化趨勢圖如下圖3-2所示6。圖3-2 電壓、電流、功耗變化趨勢圖充電過程監(jiān)測：是一個漏極開路輸出，可以監(jiān)視電池的充電狀態(tài)。有5mA的限定電流，LED可以與固定阻值的電阻連接在5伏VCC與之間作為充電狀態(tài)標志。另外，可以輸出邏輯電平，表3-2為的狀態(tài)與各充電狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。表3.2 的狀態(tài)與各充電狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系條件沒有電池接入或沒有充電輸入高阻抗（LED滅）預(yù)充電階段電池電壓小于2.5V，充電電流為Imax的10%低阻抗（LED亮）快速充電階段，電池電壓大于2.5V低阻抗（LED亮）充電完成，充電電流下降到快速充電電流的20%或者到達預(yù)定快充時間高阻抗（LED滅）充電

27、錯誤，充電電壓小于2.5V而且預(yù)充電結(jié)束（）LED1.5HZ、50%閃爍最大充電時間設(shè)定：最大充電時間可以通過外部電容設(shè)置，電容接在CT與GND之間，定時電容和充電時間Tchg的關(guān)系式滿足：式中：Tchg 單位為小時，CT單位為nF，一般情況下快充時間不超過3小時，因此CT一般為100nF。最大充電時間就是安全定時，通常不是充電控制循環(huán)中的一部分。以1C的充電速率對鋰離子電池充電，通常充電時間將近1.5小時，但是根據(jù)溫度的變化和電池類型的不同充電時間變化很大。在大多數(shù)場合，用1C速率快速充電推薦3小時作為最大充電時間，以使正常充電不會被充電定時器中斷。要詳細咨詢電池廠商推薦的定時設(shè)定。CT接G

28、ND，充電安全定時功能關(guān)閉，同樣重啟功能和預(yù)充電錯誤提示功能也關(guān)閉。充電過程自動重啟：當電池電壓降到預(yù)定水平下時，MAX1898就自動重啟開始充電。大多數(shù)定時充電器，一旦充電時間結(jié)束，就不能對隨后的電池充電，充電將不能重新開始，除非充電器被外部信號觸發(fā)。當有充電電源、電池電壓下降時MAX1898自動重啟充電，重啟功能配置如下：懸空RSTRT引腳，則重啟功能關(guān)閉。一旦充電完成，充電定時結(jié)束，充電只能通過在IN重新輸入電源或觸發(fā)EN/OK。RSTRT接地則可以打開自動重啟功能，當電池達到重啟閾值（MAX1898EUB42為4V,MAX1898EUB41為3.9V）時，MAX1898將重啟充電。也可

29、以通過在RSTRT與GND之間連接電阻可以降低重啟閾值電壓。對于MAX1898EUB42有如下公式：對于MAX1898EUB41則有如下公式：在本設(shè)計中，采用默認的重啟電壓閾值，故直接把RSTRT和GND相連。3.3 MAX1898應(yīng)用電路設(shè)計圖3-3 智能充電器的輸入電源接口MAX1898輸入電壓范圍為4.5V12V。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。本設(shè)計中為簡化設(shè)計方案，沒有設(shè)計降壓和穩(wěn)壓電路，輸入采用USB標準電壓作為外接電源輸入，可以接到電腦上或者普通手機充電器上，通過導(dǎo)線接到J1口上，如圖3-3所示。圖3-4 MAX1898

30、應(yīng)用電路設(shè)計原理圖如圖3-4所示，紅色LED燈接入IN和之間作為充電狀態(tài)指示器。在外部PNP晶體管集電極和BATT正極之間接一個肖特基二極管，來避免輸入電源短路時電池放電。本系統(tǒng)設(shè)計為充電時間3小時，最大充電電流500mA，采用自動重啟模式，所以CT外接0.1uF電容，ISET外接2.8K電阻，RSTRT直接接地。充電端通過外接的PNP三極管提供鋰電池的充電接口，充電輸出可以通過USB接口J3，也可以通過普通針式插接座引到萬能充電器的兩個觸角上使用。3.4 AT89S52單片機簡介AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel

31、 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。如圖3-5所示，是AT89S52的一種雙列直插式封裝形式，本設(shè)計中也采用這一款單片機作為控制芯片。圖3-5 AT89S52 24PU1018AAT89S52具有以下標準功能：1、與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，程序存儲器經(jīng)三級加密；3、1000次擦寫周期；4、可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，工作頻率0Hz33MHz；5、32個可編程I/O口線，8個中

32、斷源，三個16位定時器/計數(shù)器，雙數(shù)據(jù)指針；6、全雙工UART串行通道；7、支持2種軟件可選擇節(jié)電模式：空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止，并有掉電標識符功能；AT89S52 DIP封裝的引腳如圖3-6所示。圖3-6 DIP形式封裝的AT89S52AT89S52共有40個引腳，其中有32個可編程的I/O引腳7，分成4個8位I/O口，分別為P0口，P1口，P2口，P3口，此外，還有RST，ALE，PSEN，EA，XTAL1和XTAL2這些功能引腳，以下將對各

33、個引腳做一一介紹。P0 口P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)

34、部存在上拉電阻，某個被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0、P1.1、P1.5、P1.6、P1.7都具備第二功能，詳情參見表3.3。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低8 位地址。表3.3 P1口部分引腳的第二功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入，或者時鐘輸出）P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4

35、 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部或16 位地數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)（如執(zhí)行MOVXRI 指令）時，P2 口輸出P2的內(nèi)容。Flash或校驗時，P2亦接收高位地址和一些。P3口P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸

36、入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，詳情見表3-4。P3口還接收一些用于Flash和程序校驗的。表3-4 P3口引腳第二功能引腳號功能特性P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外部中斷0)P3.3INT1(外部中斷1)P3.4T0(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)RSTRST代表復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-7所示。圖3-7

37、單片機的外部復(fù)位電路ALE/PROG當訪問外部或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序的讀

38、選通信號，當AT89S52 由外部取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/APP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。若EA端為高電平（接VCC端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash時，該引腳需加上+12V 的編程電壓Vpp。XTAL1振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。振蕩器電路如圖3-8所示，本設(shè)計中，晶振的頻率為12MH

39、z。圖3-8 振蕩器電路3.5 LCD1602簡介字符型液晶模塊是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件，1602型LCD（如圖3-9）顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點。1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能，基控制器大部分為HD44780。圖3-9 LCD1602型液晶字符顯示器1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：1. 顯示容量:16×2個字符2. 芯片工作電壓:4.55.5V3. 工作電流:2.0mA(5.0V)4. 模塊最佳工作電壓:5.0V5. 字符尺寸:2.95&#

40、215;4.35(W×H)mmLCD1602(帶背光)采用標準的16腳接口，各引腳接口說明如表3-5所示。表3-5 LCD1602引腳接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極其中：第3腳VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度；第4腳RS為寄存器選擇，高電平時選

41、擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；第5腳R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；第6腳E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。具體的11條控制指令如表3-6所示。表3-6 LCD1602指令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L

42、*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容其中部分指令的相關(guān)說明如下：Ø 指令3：光標和顯示模式設(shè)置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效；Ø 指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：

43、控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。Ø 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。Ø 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。Ø 指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是

44、告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-10是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-10 1602LCD內(nèi)部顯示地址在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預(yù)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖3-11所示。圖3-11 1602字符映射表由以上所有信息，可以設(shè)計出LCD1602的應(yīng)用電路，如圖3-12所示，并配合單片機進行相關(guān)的軟件開發(fā)。圖3-12 LCD1602應(yīng)用電路設(shè)計3.6 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片簡介ADC0832為8位分辨率雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)

45、換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間，輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容，芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，擁有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便8。其封裝形式與引腳如圖3-12所示。圖3-12 ADC0832封裝引腳圖ADC0832引腳說明如下： 1. CS片選使能，低電平有效2. CHO模擬輸入通道0，差分輸入時，作為IN+或IN-使用3. CH1模擬輸入通道1，差分輸入時，作為IN+或IN-使用4. GND 電源地5. DI數(shù)據(jù)信號輸出，選擇通道控制6

46、. DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出7. Vcc/Vref電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）8. CLK芯片時鐘信號根據(jù)官方資料，ADC0832的工作原理如下：當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束，此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，使用DI端選擇輸入通道。在第1 個時鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示起始信號。在第2、3個脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、

47、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后開始利用數(shù)據(jù)輸出端DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個脈沖的下降沿輸出DATA0，隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束

48、。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。根據(jù)芯片引腳以及工作原理，可以設(shè)計出ADC0832的應(yīng)用電路如圖3-13所示。時鐘信號CLK由單片機P2.1口提供，通道選擇與數(shù)據(jù)輸出端DI和DO連接在一起由單片機的P2.0口控制，CS片選信號端由單片機P2.2口控制，只使用CH1端連接電池的正極，用于電池電壓信號的轉(zhuǎn)換模擬量輸入，CH0端不用，直接接地，參考輸入電壓接充電板標準供電VCC。圖3-13 ADC0832的應(yīng)用電路設(shè)計由此，智能充電器的主要模塊電路就搭建完畢，完整的電路原理圖及PCB板見附錄，接下來就要根據(jù)充電器的工作原理，設(shè)計相應(yīng)的充電控制程序，并燒寫到AT89S

49、52單片機中去，實現(xiàn)充電器智能化。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 充電流程設(shè)計MAX1898作為充電管理芯片，具有自己獨立的一套管理機制，詳細的充電過程如下：當電池電壓低于2.5V，會以最大充電電流（快速充電電流）Imax的10%進行預(yù)充電，最長預(yù)充電時間為45min；當電池電壓大于2.5V，就會以快速充電電流Imax=500mA進行快速充電過程，在此階段，隨著電壓的上升，充電電流也逐漸下降，當電流下降到設(shè)定快速充電電流的20%時，則快速充電階段結(jié)束，進入恒壓充電，等到設(shè)定的充電時間3小時，則停止充電,充電結(jié)束。當電池到達預(yù)設(shè)的充電時間，而電池電壓還是低于2.5V，此時是充電出錯狀態(tài)，LED以1.5H

50、Z的頻率和50%的占空比閃爍。出錯可能是因為電池的損壞或者，也可能是其他原因?qū)е?0；在以上兩個正常充電階段，引腳都會表現(xiàn)出低阻抗狀態(tài)，通過限流電阻和高電平VCC從而驅(qū)動紅色LED指示燈點亮，從而指示當前為充電狀態(tài)11。當充電完成之后，引腳會表現(xiàn)出高阻態(tài)，從而紅色指示燈熄滅表示充電完成，同時，引腳也會觸發(fā)單片機的外部中斷0，觸發(fā)單片機的定時器T0延時35S時間，如果此外部中斷沒有繼續(xù)觸發(fā)，則認為是充電結(jié)束，從而控制單片機把EN/OK端置0，使MAX1898停止工作10；如果外部中斷繼續(xù)觸發(fā)，（即驅(qū)動LED充電指示燈的引腳以1.5Hz頻率發(fā)出脈沖信號觸發(fā)外部中斷0），則認為是充電出錯，單片機控制

51、蜂鳴器報警。整體的充電工作流程圖如圖4-1所示。圖4-1 MAX1898充電流程圖4.2 單片機控制設(shè)計單片機在整體設(shè)計中參與的主要任務(wù)就是：1. 控制ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量電池的電壓并進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的解算；2. 把計算好的電壓數(shù)值通過LCD1602顯示出來；3. 接收MAX1898的引腳信號并執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序；由單片機的3個主要任務(wù)決定了本設(shè)計需要使用的單片機主要功能有：1. 外部中斷0；2. 定時器0；3. 普通的數(shù)學計算、邏輯判斷、以及內(nèi)存操作；由此設(shè)計單片機的總體工作流程如圖4-2所示。圖4-2 單片機的總體工作流程單片機的初始化階段主要涉及的初始化對象為中斷控制字和定時器控制字

52、的設(shè)置，主要的工作就是置位總中斷EA、外部中斷EX0和定時器中斷ET0，選擇定時器0的工作方式并設(shè)置控制字TMOD，設(shè)置定時時間5ms為基本的定時單位，后續(xù)的中斷程序定時都在5ms基礎(chǔ)上完成。采用外部晶振為12MHz，5ms定時的計算如下式所示：詳細初始化程序見附錄。單片機對MAX1898的控制主要通過引腳產(chǎn)生的充電狀態(tài)信號來轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序的設(shè)計流程如圖4-3所示。圖中，Int0_count表示產(chǎn)生外部中斷0個數(shù)的變量，由引腳的在高阻態(tài)（充電結(jié)束）時觸發(fā)，即高電平，當此中斷觸發(fā)，中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)入定時器的3秒延時，如果在延時之后又再次觸發(fā)高電平，即Int0_count不等于

53、1，則表示輸出了1.5Hz的脈沖信號，充電出錯；T_count則表示定時器0定時滿產(chǎn)生的定時器0中斷次數(shù)，因為主程序設(shè)定的5ms的基礎(chǔ)定時單位，故當T_count計滿600次，也就是3秒時，重新檢測Int0_count的值。由于外部中斷0為中斷最高優(yōu)先級，所以此處定時器在計時的時候并不影響信號產(chǎn)生的中斷計數(shù)，故此處的雙中斷嵌套設(shè)計也是合理的。圖4-3 中斷服務(wù)程序流程圖單片機對ADC0832的控制操作主要是CS，DIO，CLK這三個引腳，當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，將CS置零直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束，此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，CLK時鐘信號由單片機P2.1引腳產(chǎn)生，先產(chǎn)生1再產(chǎn)生0，如此成對出現(xiàn)，給ADC083

54、2提供一次脈沖信號，然后根據(jù)ADC0832的工作原理，依次產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，并做相應(yīng)的操作，直至讀出轉(zhuǎn)換好的兩個高低位相反的信號為止，在進行數(shù)據(jù)校驗無誤之后作為操作數(shù)送給單片機系統(tǒng)處理。如此，每隔一定時間，單片機就打開ADC0832進行一次電壓測量，并送給LCD1602顯示12，具體的處理細節(jié)見附錄源程序。單片機對LCD1602的控制操作主要是對其寫操作指令，由于液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，否則此指令失效。在初始化之后給LCD1602輸入特定的初始字符供顯示，之后在工作過程中不斷的更新從ADC0832讀到的電壓數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成字符用LCD

55、1602顯示出來。LCD1602的11條指令見第3章表3-6。詳細的顯示程序見附錄4。至此，整體的軟件部分設(shè)計就完成了，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的完整電路原理圖（見附錄1），畫出系統(tǒng)的PCB板（見附錄2），做出實物電路（見附錄3），并通過實際實驗和測試，驗證了設(shè)計的有效性。5 結(jié)語本設(shè)計以MAX1898為核心，利用單片機為控制元件實現(xiàn)智能手機電池充電器的設(shè)計。通過以上智能充電器的設(shè)計，使我進一步熟悉了MAX1898的工作原理和使用方法，更深入的了解了AT89S52的定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)的應(yīng)用，熟悉了單片機嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。本設(shè)計使得課上所學得到充分的應(yīng)用，加強了自身攝取新知識的能力，也為不斷完善自己奠定了基礎(chǔ)。理論來源于實踐而高于實踐，沒有親力親為是不能領(lǐng)會其魅力的。這次設(shè)計進一步提高了自己的動手制作能力，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)試智能充電器的過程中，出現(xiàn)的問題和解決方案：(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于單一，結(jié)構(gòu)不嚴密。通過查閱資料和進行市場調(diào)查，最終選定MAX1898作為智能充電芯片。(2)硬件制作：因為對元器件不太熟悉，對各種