基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)PAGE2基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要目的是應(yīng)用AT89S51單片機(jī)及MAX1898鋰離子電池充電芯片結(jié)合利用PNP晶體管能夠組成電鋰離子實(shí)現(xiàn)高能效智能電池手機(jī)充電器。MAX1898可以提供精確度很高的恒壓/恒流充電。電池電壓能夠調(diào)節(jié)的精度為±0.5%，電池的使用時(shí)間和壽命得到增長(zhǎng)，性能大大的提高。AT89S51單片機(jī)可以控制實(shí)現(xiàn)電池預(yù)充、快速充、滿充、慢速充電保護(hù)、自行斷電和慢充完成自動(dòng)警示功能。在軟件設(shè)計(jì)方面，能夠利用C語(yǔ)言編碼為開(kāi)發(fā)工具為系統(tǒng)提供更高的可靠、安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性。此智能充電器包括能夠自行切換充電模式、檢測(cè)鋰電池充電電池的狀態(tài)、短路保護(hù)充電器功能、檢測(cè)充電狀態(tài)顯示的功能同時(shí)可以更加的維護(hù)電池的性能，使其的使用時(shí)間和壽命延長(zhǎng)。另外，在選擇充電芯片時(shí)，也查閱了相關(guān)的資料，例如MAX1578、SMC401都可以作為充電芯片，但是相比較而言，MAX1898能更好的與51單片機(jī)相結(jié)合，功能也很強(qiáng)大，同時(shí)，MAX1578、SMC401更能適用于高檔儀器，筆記本電腦，更重要的是MAX1898對(duì)于做畢業(yè)設(shè)計(jì)而言更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價(jià)比更高。本畢業(yè)設(shè)計(jì)，在一些現(xiàn)實(shí)的條件下，盡可能的是實(shí)現(xiàn)它快速充電，保護(hù)電池，報(bào)警提示，突出它的智能化高效能，即本畢業(yè)設(shè)計(jì)核心就是實(shí)現(xiàn)智能充電器的高能效的特點(diǎn)。[關(guān)鍵詞]:單片機(jī)AT89S51MAX1898芯片智能充電器基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。

目錄基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。1緒論 61.1研究的背景 61.2研究的主要內(nèi)容 61.3應(yīng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題 62方案設(shè)計(jì)和論證 62.1設(shè)計(jì)思路概述 62.2方案設(shè)計(jì)與論證 72.2.1充電控制芯片的選擇 72.2.2電池充電芯片的選擇方案 73主要芯片介紹 103.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 103.1.1MCS-51系列單片機(jī)功能概述 103.1.2MCS-51系列單片機(jī)引腳功能說(shuō)明 113.1.3AT89S51單片機(jī)引腳說(shuō)明與介紹 123.2MAX1898簡(jiǎn)介 133.2.1MAX1898特性介紹 133.2.2MAX1898芯片介紹 134系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試 144.1單元電路設(shè)計(jì) 144.1.1單片機(jī)模塊電路和報(bào)警電路設(shè)計(jì) 144.1.2充電器電路充電控制電路設(shè)計(jì) 164.2總電路設(shè)計(jì) 165系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 175.1程序設(shè)計(jì)概述 175.2程序流程圖 176系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試 186.1電路圖設(shè)計(jì)介紹 186.2硬件電路制作 196.3系統(tǒng)電路軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試 217結(jié)束語(yǔ) 22附錄A：系統(tǒng)原理圖 1基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。附錄B：系統(tǒng)PCB圖 1基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。附錄C：系統(tǒng)源程序 21緒論1.1研究的背景隨著科技的發(fā)展，各種各樣的便攜式充電器都遍布市場(chǎng)，同時(shí)對(duì)充電器在輕重量、小尺寸及高性能的要求也更高。各種便攜式充電器大多外觀相似但內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)卻不一樣，性能也不一樣，存在不同的弊端和安全隱患。充電器都能實(shí)現(xiàn)充滿自行停止，但充電的效果是由不同充電方式?jīng)Q定的，大多的快速充電的結(jié)果是充滿不能及時(shí)停止，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)沖積累導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害手機(jī)電池的使用時(shí)間和壽命。電壓比較的方式是低劣手機(jī)充電器常采用的方法，其是為了防止過(guò)度充電，一般大電流充電到電池電量的90%左右就停止，繼而采用涓涓細(xì)流來(lái)充電而此時(shí)指示燈已不再閃爍，給用戶造成假象電量已充滿，此時(shí)停止充電可能只充到電量的90%，同時(shí)電壓比較法具有很好地離散性，即使充到90%也不是完全確定的值。隨著現(xiàn)在手機(jī)智能化及耗電量的增加，為了提高手機(jī)的續(xù)航能力就需要更復(fù)雜的電路和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)快速和安全的充電。性能好的手機(jī)充電器不僅僅能在較短的時(shí)間內(nèi)滿充而且能夠保護(hù)電池、修復(fù)電池的記憶效應(yīng)所帶來(lái)的活性衰退現(xiàn)象、避免長(zhǎng)時(shí)間充電過(guò)熱的不安全的因素。其實(shí)直充是最好的充電的方式，快速和安全，但是最重要的事使用不方便，不利于隨時(shí)隨地的充電，攜帶也是很不方便的，手機(jī)直充的體積也是很大的。1.2研究的主要內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要的方向是實(shí)現(xiàn)高能效的智能充電器的設(shè)計(jì)，其核心的部件是智能的充電芯片MAX1898聯(lián)合AT89S51實(shí)現(xiàn)充電器設(shè)計(jì)的智能高效化。方案設(shè)計(jì)的主旨在于智能化主要是通過(guò)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)的，利用其中斷和定時(shí)的控制功能；高能效是通過(guò)充電芯片MAX1898內(nèi)部的電流，電壓調(diào)節(jié)及檢測(cè)器，溫度控制及檢測(cè)器加上主控制器實(shí)現(xiàn)。二者的聯(lián)合加上對(duì)外圍電路的改造可以縮小充電器的體積，在日常的生活中具有快捷方便性，所以我認(rèn)為這樣的充電器的設(shè)計(jì)方案將會(huì)領(lǐng)導(dǎo)手機(jī)充電器的發(fā)展趨勢(shì)并且將會(huì)在充電器的領(lǐng)域有一席之地。1.3應(yīng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。1、實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵問(wèn)題是利用51單片機(jī)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)充電器的預(yù)充、快充、滿充和充電保護(hù)，最后自動(dòng)斷電并且報(bào)警提示，都需要C語(yǔ)言為工具載體編程實(shí)現(xiàn)。基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。2、實(shí)現(xiàn)高能效就需要MAX1898與AT89S51功能的結(jié)合，這也是要解決的問(wèn)題之一，利用51單片機(jī)控制MAX1898實(shí)現(xiàn)高能效的充電并且保護(hù)電池，延長(zhǎng)壽命。2方案設(shè)計(jì)和論證2.1設(shè)計(jì)思路概述從兩個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)高能效智能充電器的設(shè)計(jì)：智能化的實(shí)現(xiàn)：51單片機(jī)控制整個(gè)充電的過(guò)程。充電的實(shí)現(xiàn)：包括兩部分：首先要控制整個(gè)充電的過(guò)程；其次保證提供基本的合適的充電電壓。2.2方案設(shè)計(jì)與論證2.2.1充電控制芯片的選擇伴隨著21世界科技發(fā)展的浪潮，各種各樣高能效的微處理器得到發(fā)展和應(yīng)用。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一種，應(yīng)用十分廣泛且得到社會(huì)的廣泛地好評(píng)，特點(diǎn)是發(fā)展快、應(yīng)用廣；單片機(jī)出現(xiàn)發(fā)展到現(xiàn)在，種類更是達(dá)到了上千種，功能也各不相同。現(xiàn)在的單片機(jī)正朝著更高的性能，多元化的方向發(fā)展，其大致趨勢(shì)是體積越來(lái)越小，容量卻越來(lái)越大，COMS化明顯，功耗更低，集成化程度更高，價(jià)格卻越來(lái)越便宜。集成化程度的提高體現(xiàn)在芯片各種外圍的電路器件都被囊括在集成片內(nèi)，故集成化的芯片內(nèi)包括除了微處理器、RAM、ROM、定時(shí)計(jì)數(shù)器外還有各種裝換器件和控制器件，驅(qū)動(dòng)器和鎖相電路。、聲音發(fā)生器監(jiān)控定時(shí)器，單片化的程度高，能效好。這些單片機(jī)集成化的程度也給日常生活中的家電帶來(lái)福音，在家電中得到廣泛的應(yīng)用，這種邏輯數(shù)字控制的高集成化電路使得家電更加的智能，體積更小，生活更舒適方便。單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了很迅速的發(fā)展，它的半導(dǎo)體的工藝形式和自身的結(jié)構(gòu)形式展現(xiàn)除了很多的優(yōu)異的便捷的特點(diǎn)，例如：首先性價(jià)比是非常高的；單片機(jī)的可靠性好，小體積化，集成化的程度高；其控制的能力很強(qiáng)；體積小自然便于攜帶，電壓要求低，功耗少；基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。為了更進(jìn)一步減小體積，深化結(jié)構(gòu)，外部的結(jié)構(gòu)總線增加了IC（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行總線方式，；基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。單片機(jī)可以應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)，主要得益于它系統(tǒng)的配置和擴(kuò)展較典型，規(guī)范。故結(jié)合以上的特點(diǎn)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是AT89S51單片機(jī)作為控制的芯片，它是Intel公司51系列單片機(jī)中典型的代表，并且很符合本設(shè)計(jì)的需要。2.2.2電池充電芯片的選擇方案電池充電芯片的選擇還是很重要的，市場(chǎng)上也有很多的智能電池充電芯片都可直接應(yīng)用于智能充電器的設(shè)計(jì)但需符合下面的標(biāo)準(zhǔn)：電池類型：不同的芯片所對(duì)應(yīng)的電池的類型也是不同的，電池有鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池；電池?cái)?shù)目：可充電池的數(shù)目；電流值：電池充電的時(shí)間是由充電的電流的大小所決定的；充電方式：充電的方式有慢充，快速充和可控制的充電過(guò)程。本設(shè)計(jì)的理念主要體現(xiàn)在不僅充電要快速而且對(duì)電池具有一定的保護(hù)的功能，故通過(guò)利用了51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)單節(jié)鋰離子智能高效的充電器的設(shè)計(jì)。在市場(chǎng)上常見(jiàn)的手機(jī)智能充電器芯片主要有MAX1579，SMC401，MAX1898等，通過(guò)查閱資料其性能都是高效且符合的。由于不同充電芯片在電路的復(fù)雜程度上的差異，直接導(dǎo)致其性能和控制功能不同，價(jià)格差異也較大，故進(jìn)行對(duì)比選擇還是很有必要的，選擇最合適本設(shè)計(jì)的充電芯片。SMC401智能充電控制芯片SMC401一般被用于智能手機(jī)鋰電池的充電器，也有被用于其他的場(chǎng)合的，比如鋰電池和其聚合物的充電控制場(chǎng)合?？梢愿鶕?jù)鋰電池的不同的充電的階段進(jìn)行恒壓或是恒流充電，SMC401內(nèi)部嵌入了8位MCU提供全程的智能的檢測(cè)和監(jiān)控，其功能包括：過(guò)大的智能電流保護(hù)、電池的實(shí)時(shí)檢測(cè)、涓流慢充、溫度的檢測(cè)、LED指示燈指示。本芯片對(duì)鋰電池的壽命延長(zhǎng)具有專門(mén)的效果，通過(guò)充分的配合鋰電池不同的充電階段的充電效果進(jìn)行精確無(wú)誤的恒壓或是恒流充電而且對(duì)于過(guò)放電的現(xiàn)象能進(jìn)行電氣的維護(hù)和充電的補(bǔ)償，從提高電池的充電過(guò)程的飽和度來(lái)提高電池的使用壽命。此芯片還可以補(bǔ)償鋰電池內(nèi)部的電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)充電時(shí)間的縮短。SMC401充電三個(gè)階段為：預(yù)充電階段、恒流式充電階段、恒壓式充電階段?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。（1）預(yù)充階段：預(yù)充電一般是10%恒流充電，在此之前首先要檢查電池的溫度是否在允許的范圍之內(nèi)，如果不在就進(jìn)入溫度故障模式，如果在范圍之內(nèi)就要檢測(cè)VTAB是否低于門(mén)限電壓VLOW再進(jìn)行預(yù)充?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。（2）恒流充電階段。對(duì)鋰電池的預(yù)充結(jié)束后就進(jìn)入了恒流充電的階段，在此之前就要檢測(cè)充電電壓VBAT要大于VLOW小于VMAX，充電的電流由外部敏感電阻上的電壓降來(lái)監(jiān)控。（3）恒壓充電階段：在電壓和外部條件合適（包括溫度）時(shí)，恒壓的充電的階段精度都是高于±1%。當(dāng)VBAT大于VNAX時(shí)即進(jìn)入了恒壓的充電的狀態(tài)。停止充電的界限是充電電流達(dá)到ILOW，重現(xiàn)啟動(dòng)是電壓降至VMAX已下。2.MAX1898智能充電控制芯片MAX1898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)器的作用是用于調(diào)節(jié)和限制總輸入電流的負(fù)載和充電電流，輸入電流的大小可以通過(guò)充電電流來(lái)控制，一般當(dāng)輸入的電流大于設(shè)定的電流時(shí)可以降低充電電流來(lái)改變輸入電流達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，鋰電池的快速充電效率是通過(guò)外接電容和外接電阻限制充電的電流、設(shè)定充電的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)這是MAX1898的外接的限流型電源和PNP三級(jí)功率管的組成。圖2.2.1MAX1898典型應(yīng)用電路充電的時(shí)間和電容的關(guān)系式為：C=34.33×Tchg限流的電阻和充電的電流需滿足的一定的關(guān)系式：Imax＝1400/Rset基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。鋰離子電池的充電的方式要求是恒壓和恒流充電，電源需要采用的是恒壓恒流源，大部分場(chǎng)合采用的是變壓器配合直流電源?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。(1)鋰電池的充電的接口是由外接的場(chǎng)效應(yīng)管提供的。(2)最大的充電的時(shí)間由外界的電容設(shè)置實(shí)現(xiàn),與定時(shí)電容CT存在的關(guān)系式：CT=34.33*Tchg(3)最大充電電流通過(guò)外接的電阻在限制電流的模式下實(shí)現(xiàn)的關(guān)系式為：IFST=1400/RSET3.MAX1758智能充電控制芯片MAX1758與MAX1898鋰電池充電芯片是由同一家公司生產(chǎn)的，通過(guò)調(diào)節(jié)各種參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能充電，例如，對(duì)電壓、電流、溫度自動(dòng)檢測(cè)調(diào)節(jié)，它是一種很智能，高效，安全的智能充電芯片。只是其電路相對(duì)來(lái)講還是比較的復(fù)雜的，所以一般的應(yīng)用場(chǎng)合是高級(jí)儀器或是筆記本電腦等。綜上所詳述的，SMC401的方案不作為考慮的對(duì)象，因?yàn)樗且豢詈芨呒?jí)的智能充電芯片，由于集成度高，外圍電路簡(jiǎn)單，在應(yīng)用上很方便，但是這次用到的是單片機(jī)結(jié)合控制芯片，而SMC401集成的8位MCU控制的芯片，所以可以多了解在以后的很多場(chǎng)合還是可以用到的。對(duì)于同一家公司的MAX1898和MAX1758，在功能和效果上差別是不大的，都可以應(yīng)用于本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，但綜合來(lái)看，相對(duì)于MAX1758，MAX1898更顯得簡(jiǎn)單易懂，入手很快，特別的適合現(xiàn)在我們本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生，認(rèn)識(shí)和焊接都很快。故，在選用充電芯片的時(shí)候更多的傾向于MAX1898智能鋰電子充電芯片來(lái)完成我的畢業(yè)硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)流程圖如下：圖2.2.3系統(tǒng)方框圖基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。 MAX1898通過(guò)自行檢測(cè)電池的電壓量來(lái)判斷電池是否為滿電的狀態(tài)，如果是滿電的狀態(tài)，則把相應(yīng)的滿電信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)觸發(fā)信號(hào)降低，輸出低電平信號(hào)同時(shí)MAX1898控制停止充電，指示燈閃爍。同樣當(dāng)在充電的過(guò)程中，電池的電量充滿的時(shí)候，與以上的判斷方法一樣，來(lái)控制充電的進(jìn)程，停止充電?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。3主要芯片介紹3.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介3.1.1MCS-51系列單片機(jī)功能概述美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的具有高性能COMS8位及低電壓的AT89S51，AT89S52，AT89S51擁有4kB能在系統(tǒng)編輯的flash存儲(chǔ)器。MCS-51單片機(jī)的功能還是非常強(qiáng)大的，能應(yīng)用于很多的復(fù)雜的場(chǎng)合，其指令系統(tǒng)及引腳兼容性都很強(qiáng)大。。AT89S51性能的主要參數(shù)：兼容其他的標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列單片機(jī)；可在系統(tǒng)編輯flash存儲(chǔ)器為4KB；其電壓的工作適宜范圍為4.0到5.5伏；全靜態(tài)工作于0到33MHZ；程序存儲(chǔ)器為三級(jí)加密；單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器128B；可編程輸入/輸出（I/O）口線由32根；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；掉電模式和低功率消耗；看門(mén)狗定時(shí)器（WDT）；3.1.2MCS-51系列單片機(jī)引腳功能說(shuō)明基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。MCS-51系列單片機(jī)雖然功能和引腳的數(shù)目是不同的，但不同型號(hào)的單片機(jī)是能相互兼容的。AT89S51封裝的形式有三種：40腳的雙列直插式DIP、44腳的方形PLCC和TQFP。DIP封裝如圖3.1.2所示?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。圖3.1.2MCS-51單片機(jī)DIP封裝圖3.1.3AT89S51單片機(jī)引腳說(shuō)明與介紹(1)主電源引腳

VCC(Pin40)：接＋5V電源電源輸入

GND(Pin20)：接地線

(2)外接晶振引腳

XTAL1(Pin19)：輸入端（片內(nèi)振蕩電路）

XTAL2(Pin20)：輸出端（片內(nèi)振蕩電路）

(3)控制引腳基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。RST/VPP(Pin9)：具有復(fù)位功能的引腳（單片機(jī)復(fù)位的條件是引腳上有兩個(gè)機(jī)械周期的高電平）。

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)：ROM中內(nèi)外部選通，高電平是從內(nèi)部存儲(chǔ)器中讀指令，低電平是從外部讀指令基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。3.2MAX1898簡(jiǎn)介3.2.1MAX1898特性介紹單節(jié)鋰電子智能充電器可以由MAX1898結(jié)合外部的PNP或是PMOS晶體管構(gòu)成。MAX1898能夠調(diào)節(jié)的電池的電壓精度為±0.75%并能夠提供準(zhǔn)確的的恒流恒壓充電功能，進(jìn)而延長(zhǎng)其使用的年限和提高性能。檢流的方式都是內(nèi)部檢流無(wú)需外部的專門(mén)檢流的電阻，充電時(shí)的電流都是根據(jù)實(shí)際自行設(shè)定的。從其他的提高產(chǎn)品的性能，和附加值方面看，還有一些顯著的功能，有充電終止時(shí)的安全定時(shí)器，能夠選擇的每個(gè)充電周期的重新啟動(dòng)的功能，對(duì)一些關(guān)斷的控制，支持過(guò)放電電池預(yù)充的性能，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，縮小產(chǎn)品的體積等等。MAX1898的關(guān)鍵特性如下：簡(jiǎn)單，安全的線性充電方式；PNP或PMOS元件的成本相對(duì)較低；輸入電壓4.5到12V；內(nèi)置檢流電阻；±0.75%電壓精度；可變成充電電流；能夠自動(dòng)檢測(cè)的輸入電源；檢測(cè)電流輸出；可變成安全定時(shí)器；LED指示出充電狀態(tài)；自動(dòng)重啟功能可選可調(diào)節(jié)；uMAX封裝為小尺寸；3.2.2MAX1898芯片介紹在芯片選擇時(shí)已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，這里就略述。MAX1898輸入電流的大小可以通過(guò)充電電流來(lái)控制，一般當(dāng)輸入的電流大于設(shè)定的電流時(shí)可以降低充電電流來(lái)改變輸入電流達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。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)?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。MAX1898實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的安全快速的充電要求的方式是，外接PNP三極管結(jié)合限流型的充電電源或是使用場(chǎng)效應(yīng)管與電源結(jié)合，其主要的有電壓過(guò)度保護(hù)，溫度過(guò)度保護(hù)的功能及對(duì)鋰電池充電的二次性能的保護(hù)，最大的特點(diǎn)就是在不使用其他的元件（電感）的前提下保持著很低的功率耗散能力?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。3.2.3MAX1898芯片引腳說(shuō)明MAX1898可以利用少數(shù)的外部的元件實(shí)現(xiàn)它的高集成程度，而且集成了大量的基礎(chǔ)應(yīng)用電路進(jìn)而可以對(duì)鋰離子電池進(jìn)行安全有效的充電。MAX1898封裝為超薄型uMAX，有10個(gè)引腳。引腳功能如下：IN：傳感輸入，檢測(cè)輸入的電壓或電流CHG：指示腳（充電進(jìn)行的狀態(tài)）OK/EN：電源輸出指示腳/使能輸入腳ISET：充電時(shí)調(diào)節(jié)電流大小的引腳，通過(guò)串聯(lián)電阻來(lái)設(shè)置最大的電流CT：設(shè)置安全充電時(shí)間的引腳（通過(guò)連接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)）RSTRT：能控制自動(dòng)重啟的引腳（電壓掉至一定的下限值將會(huì)重啟新充電的周期）BATT：充電電池傳感輸入腳（接單個(gè)鋰離子電池正極同時(shí)接電解電容接地）DRV：用于接晶體管陰極的晶體管驅(qū)動(dòng)器CS：需接晶體管的發(fā)射極的電流傳感輸入腳4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試4.1單元電路設(shè)計(jì)智能充電器功能模塊設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊：實(shí)現(xiàn)智能控制充電器（自行的斷電，充滿報(bào)警指示等）；控制充電過(guò)程的模塊：利用高效專門(mén)的充電芯片實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的控制；充電電壓供給模塊：加入光耦隔離器實(shí)現(xiàn)電氣電路的安全隔離同時(shí)自制5伏的恒壓電源提供電壓4.1.1單片機(jī)模塊電路和報(bào)警電路設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。單片機(jī)模塊可以應(yīng)用于很多的復(fù)雜的控制場(chǎng)合，其具有即時(shí)的控制功能和強(qiáng)大的廣泛兼容性能，適應(yīng)性是非常強(qiáng)的，電路核心是AT89S51的最小系統(tǒng)的電路。系統(tǒng)利用蜂鳴器報(bào)警提示，電路如圖4.1.1.基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。

圖4.1.1單片機(jī)控制電路4.1.2充電器電路充電控制電路設(shè)計(jì)MAX1898實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的安全快速的充電要求的方式是，外接PNP三極管結(jié)合限流型的充電電源或是使用場(chǎng)效應(yīng)管與電源結(jié)合，其主要的有電壓過(guò)度保護(hù)，溫度過(guò)度保護(hù)的功能及對(duì)鋰電池充電的二次性能的保護(hù)，最大的特點(diǎn)就是在不使用其他的元件（電感）的前提下保持著很低的功率耗散能力?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。電路如圖4.1.3.基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。圖4.1.3充電器電路充電控制電路4.2總電路設(shè)計(jì)51單片機(jī)的強(qiáng)大的控制功能加上MAX1898智能充電芯片的充電性能，使得智能充電器的充電性能更加的智能化和更加的模塊化，完美的結(jié)合更加的體現(xiàn)了高能效智能充電器的設(shè)計(jì)理念。智能和模塊化體現(xiàn)在電池預(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.基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。圖4.2.1智能充電器總電路基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。5系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.1程序設(shè)計(jì)概述高能效充電器的充電過(guò)程是由MAX1898結(jié)合51單片機(jī)共同控制完成的，但是主要是單片機(jī)來(lái)控制充電器的充電。其主要的控制功能有如下：MAX1898充電完成的標(biāo)志是其/CHG引腳的躍變由低電平到高電平，跳變所引起的結(jié)果是單片機(jī)INT0表現(xiàn)為中斷。三種情況/GHG輸出高電平：沒(méi)有充電或是沒(méi)有電池；充電完畢；充電過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤（實(shí)際上/CHG以1.5HZ的頻率不停的跳變）；可以看出前兩種情況都是可以通過(guò)光耦切斷電源的方法實(shí)現(xiàn)，所以主要是對(duì)待第三種情況的判斷和解決。5.2程序流程圖圖5.2.1單片機(jī)初始化流程圖基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。包括中斷服務(wù)子程序和定時(shí)服務(wù)子程序的單片機(jī)控制智能充電器的控制流程如圖5.2.2，基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。圖5.2.2高效智能充電器的控制流程圖6系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試6.1電路圖設(shè)計(jì)介紹高能效智能充電器的硬件整體設(shè)計(jì)的模塊有：?jiǎn)纹瑱C(jī)的最小系統(tǒng)電路，電源供電模塊，含智能充電芯片的充電模塊，蜂鳴器指示報(bào)警模塊。系統(tǒng)工作的電路圖在畫(huà)圖軟件Protel99se中畫(huà)出并且完整的封裝PCB，在PCB中導(dǎo)入畫(huà)好的SCH電路原理圖并且在PCB中完成電路的繪制打印PCB圖，同時(shí)應(yīng)刷到腐蝕板，腐蝕后然后打孔焊接硬件后最后調(diào)試?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。 （1）PCB原理圖及打印的圖紙：基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。圖6.1.1pcb原理圖 （2）利用3D仿真的實(shí)物圖及工業(yè)上的制版：圖6.1.3元件分布圖6.2硬件電路制作基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。 由于自身及學(xué)校的設(shè)備的條件的限制，我們需要采用的是一種萬(wàn)通板來(lái)替代所提到的腐蝕板，效果是同樣的沒(méi)有差別，故硬件的實(shí)現(xiàn)部分與仿真的實(shí)物是無(wú)差別完全一樣的，其包括的所有模塊上面已經(jīng)提到，這里就不詳述了，但是是有一點(diǎn)是確定的，單獨(dú)的充電模塊需要獨(dú)立的制作，我們采用的是自制的腐蝕銅板來(lái)焊接由于MAX1898為uMax封裝所帶來(lái)的體積小的特點(diǎn)。 基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。本設(shè)計(jì)整體實(shí)物圖如圖6.2.1和圖6.2.2?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。圖6.2.1設(shè)計(jì)實(shí)物正面基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。圖6.2.2設(shè)計(jì)實(shí)物反面6.3系統(tǒng)電路軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試（1）在軟件方面進(jìn)行調(diào)試，為了提高調(diào)試的效率，首先要對(duì)各個(gè)模塊分別進(jìn)行軟件的調(diào)試，各個(gè)模塊調(diào)試成功然后對(duì)整體進(jìn)行聯(lián)機(jī)的整調(diào)。首先為了確定單片機(jī)的最小系統(tǒng)正常的運(yùn)行，需要對(duì)電路板上單片機(jī)的編程調(diào)試的芯片正常，在通過(guò)編程器把程序?qū)懭雽?duì)應(yīng)的芯片之前需仿真調(diào)試成功，最后可以通過(guò)觀察ALE端口的電平變化確定?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。（2）聯(lián)合調(diào)試智能化的電池充電模塊，智能的關(guān)斷模塊還有報(bào)警指示模塊。在對(duì)以上的單片機(jī)的測(cè)試完成后，需安裝上電池觀察指示燈在充電時(shí)的指示狀態(tài)，有一點(diǎn)值得注意的是，智能的充電芯片本身可以切斷通電熄滅指示燈，但從安全的角度考慮，單片機(jī)智能的檢測(cè)到電脈沖之后不僅僅可以切斷充電芯片的供電還可以發(fā)出報(bào)警聲提示用戶及時(shí)的拔出電池。在充電錯(cuò)誤的情況下，為了提醒用戶充電芯片會(huì)已一定的頻率控制指示燈的閃爍，告訴用戶充電錯(cuò)誤。基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。表6.3.1MAX1898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7結(jié)束語(yǔ)基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。本課題的設(shè)計(jì)是以充電芯片MAX1898為硬件核心并通過(guò)單片機(jī)的控制能力實(shí)現(xiàn)高能效智能充電器的基本設(shè)計(jì)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)從開(kāi)始到最后的完成，我也查閱了很多的資料和書(shū)籍，特別是對(duì)原來(lái)不了解的充電芯片MAX1898有了深入的認(rèn)識(shí)包括它的工作的方式原理，控制的核心作用及使用的方法，還有就是更實(shí)際的體會(huì)到51單片機(jī)在中斷系統(tǒng)，控制功能，定時(shí)計(jì)數(shù)等的應(yīng)用。對(duì)此畢業(yè)設(shè)計(jì)我得到了很多的收獲，認(rèn)識(shí)最深的就是只有理論知識(shí)結(jié)合到實(shí)踐中才能最好的發(fā)揮理論的真知。培養(yǎng)了我三方面的能力，首先就是對(duì)本科所學(xué)的知識(shí)不僅溫習(xí)而且更加的深化了，第二就是，增強(qiáng)了我的自學(xué)和查閱資料并動(dòng)手實(shí)踐的能力，第三，就是我的編程能力有了一定階段性的提高。高能效智能充電器的設(shè)計(jì)也深化了我對(duì)充電器未來(lái)發(fā)展的期望，堅(jiān)定了我往這個(gè)方向深學(xué)的信心?；趩纹瑱C(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。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。對(duì)于智能充電器方面的設(shè)計(jì)，我也是第一次涉及，故還存在著很多不足，查閱的資料不是很多，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間限制我就很快的選擇了MAX1898作為充電芯片。(2)硬件制作。在硬件方面遇到的問(wèn)題是最大的，首先對(duì)封裝的了解不是很深，電路板的焊接錯(cuò)誤。（后續(xù)完成：首先在軟件Protel99se上繪制PCB板子然后腐蝕銅板完成制作效果是同樣的。）(3)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。在硬件的調(diào)試中最重要的問(wèn)題是，整個(gè)電路通電，但是單片機(jī)、充電模塊就是不工作，不能進(jìn)行充電，后來(lái)發(fā)現(xiàn)竟然是復(fù)位電路工作不正常，經(jīng)過(guò)修改最后能指示燈亮，充電正常。智能充電器的設(shè)計(jì)有幾個(gè)重點(diǎn)需要把握：從預(yù)備充電到最后的滿充都需要知道其工作的方式及原理:熟悉MAX1898充電芯片的充電狀態(tài)指示輸出信號(hào)/CHG的工作原理及應(yīng)用；熟悉MAX1898充電芯片外接電路中充電電流和電容對(duì)充電時(shí)間的設(shè)置；會(huì)判斷單片機(jī)對(duì)充電完成和充電錯(cuò)誤的處理形式及過(guò)程。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的失敗之處也有很多，其中整體上就是，在畢業(yè)設(shè)計(jì)之初并沒(méi)有對(duì)整體的智能充電器給出制作的方案，都是局部完成，做完一步算一步，對(duì)單片機(jī)和充電芯片的引腳及功能基本不了解，從方案的選擇上講也是局部拼湊，雖然成功了但是沒(méi)有準(zhǔn)備充分，設(shè)計(jì)不完美。成功的地方不僅在于取得了設(shè)計(jì)成功的結(jié)果，更重要的是從對(duì)充電器領(lǐng)域的無(wú)知到現(xiàn)在的熟知，還有制作的過(guò)程，方案最終的選擇，軟硬件的調(diào)試制作，焊接調(diào)試等等，出錯(cuò)修改再出錯(cuò)在修改到最后的成功，畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功收獲的是知識(shí)，喜悅與汗水。基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)全文共22頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。單從智能手機(jī)充電器的角度來(lái)看，提高的地方還是有很多的，比如為了達(dá)到電壓的可視化，可監(jiān)測(cè)的程度，可以加上電壓的檢測(cè)芯片和LCD顯示。