基于51单片机的智能充电器的设计

目录1．引言11.1课题背景11.2指导思想21.3本设计完成的智能化功能22．单片机的简介22.1单片机的特点22.2单片机的应用32.3单片机应用于充电器实现智能化32.4本设计所用单片机芯片42.4.1管脚定义说明43．锂离子电池介绍及充电芯片MAX1898介绍63.1锂离子电池简介63.1.1锂离子电池基本参数特性63.1.2锂离子电池优缺点73.2MAX1898充电芯片83.2.1MAX1898的特点及充电芯片的选择理由83.2.2MAX1898的引脚构造93.2.3MAX1898的充电原理94．硬件电路的设计114.1主要器件114.2电路原理图和说明124.3智能充电器的充电过程155．软件设计165.1程序流程图175.2主要程序说明186．总结18参考文献19附录29致谢21鲁东大学毕业设计1基于51单片机的智能充电器设计熊兴智(电子与电气工程学院通信工程专业2006级1班062312379)摘要：本设计是选用Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片，使用单片机芯片AT89C52对其进行控制的一款智能充电器的设计。在对锂离子电池的基本参数特性做出介绍的基础上,该充电器的硬件电路包括单片机控制部分、电压转换及光耦隔离部分、充电控制部分。软件设计以C51语言为工具，实现了预充、快充、慢充、断电、报警等智能化充电过程。关键词：充电器；智能；基于AT89C52单片机；MAX1898IntelligentBatteryChargerDesignBasedon51Single-chipComputerXiongXingzhi(CollegeofElectronicandElectricEngineering，communicationengineering,Class1Grade2006,062312379)Abstract:IchoiceMAX1898whichisfromMaximCompanyasthechargingchipanduseAT89C52asthechargingparttofinishthedesignofanintelligentbatterycharger.Basedontheintroductionofthebasicparametersandcharacteristicsoflithiumbattery,thearticlefullyintroducesthehardwarewhichincludesMCUcontrolpart,voltageconversionandcouplerisolationpartandchargesection.IselectC51languageasthetoolofsoftwaredesigning.Thisbatterychargercanfulfilltheprocessofprecharging,fastcharging,slowcharging,cuttingoffpowerandalarming.KeyWords:batterycharger;intelligent;basedonAT89C52single-chipcomputer；MAX18981.引言1.1课题背景随着信息技术的高速的发展，信息化正以令人惊叹的速度渗透到各个领域。电池作为一个传统的产业，正经历着前所未有的变革，特别是在通信，动力等领域，对电池有了新的要求。智能充电器就在这种环境下应运而生。在人们日常工作和生活中，随着各种电子产品的广泛应用，各种充电器就不可或缺。从电动刮胡刀到mp3，从手机到笔记本电脑，几乎只要用到电池的设备都会用到充电器。鲁东大学毕业设计2这些充电器都有便携的特点，所以充电器为人们外出旅游和出差提供了相当大的方便。单片机在电池充电器领域有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器种类品种繁多，但严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。1.2指导思想（1）实现充电过程。充电分为两个方面：一是充电过程的控制；二是需要提供基本充电电压。（2）智能化的实现。引入单片机可实现智能化。1.3本设计完成的智能化功能本设计是基于51单片机在实现锂离子电池充电方面的应用。这种智能充电器在单片机的控制下，实现预冲，充电保护，自动断电和充电完成报警提示功能。2．单片机简介在通用微机中央处理器（CPU）基础上，将输入／输出（I／O）接口电路、时钟电路以及一定容量的存储器等部件集成在同一芯片上，再加上必要的外围器件，如晶体振荡器，就构成了一个较为完整的计算机硬件系统。由于这类计算机系统基本部件集成在同一芯片内，因此被称为单片微控制器（Single-Chip-MicroController）、微控制单元（MicrocontrollerUnit,MCU）或嵌入式控制器（EmbeddedController），简称单片机。[1]目前，8位高档机和16位机在单片机应用中占主导地位，产品众多，已有几十个系列、几百个型号，除了通用单片机以外，集成更多资源，如A/D转换器、D/A转换器、“看门狗”（Watchdog）电路、LCD控制器、网路控制模块等，将单片机嵌入式系统和Intenet连接起来已是一种趋势。还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图像和语言处理等）的单片机。总之，单片机正在向微型化、低功耗、高速、集成、高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展。[2]2.1单片机的特点单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具备通用微机CPU的数值计算功能外，还必须具有灵活、强大的控制功能，以便实时监测系统的输入量，控制系统，从而实现自动控制功能[3]。单片机主要面向工业控制，工作环境比较恶劣，如高温、强电磁干扰，甚至含有腐蚀性气体，在太空中工作的按偏激控制系统，还必须具有抗辐射功能，此而决定了单片机CPU的技术特征和发展方向：（1）单片机CPU抗干扰性强，工作温度范围宽（按工作温度分类，有民用级工业级、汽车级及军用级）。（2）单片机CPU可靠性高。在工业控制中，任何差错都可能造成极其严重的后果，鲁东大学毕业设计3因此在单片机芯片中普遍采用硬件看门狗技术，通过定时“复位”方式唤醒处于“失控”状态下的单片机芯片。（3）单片机CPU电磁辐射量小。高可靠性和低电磁辐射指标决定了单片机系统的时钟频率很低。为此，单片机芯片一般采用HARVARD双总线结构，即指令和数据存储器空间相互独立，并通过各自的数据总线与CPU相连，使取指和读/写数据能同时进行。双总线结构能提高数据的吞吐率，以便在不降低数据吞吐率的条件下使用较低的时钟频率。（4）单片机的控制功能很强。（5）单片机的指令系统比较简单。（6）单片机芯片往往不是单一的数字电路芯片，而是数字、模拟混合电路系统，即单片机芯片内长集成了一定数量的模拟比较器，A/D及D/A转换电路。（7）单片机CPU采用嵌入式结构。尽管同一系列的单片机品种、规格繁多，但彼此差异却不大。2.2单片机的应用由于单片机具有如上所述的特点，因此在工业生产、日常生活等诸多领域，得到了日益广泛的应用，单片机的主要应用领域有：工业控制，如在工业生产过程中参数（如温度、压力、流量、液位等）的控制，数据处理功能于一体，如转速测试仪、噪声测试仪、振动测试仪及电子秤等。计算机网络与通信，单片机上有并行I/O接口，串联I/0接口，可用于通信接口，如单片机控制的自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、遥测遥控系统等。家用电器，由于单片机体积小，控制能力强，且片内与定时器/计数器，所以广泛应用于家用设备中。如空调、洗衣机、微波炉及防盗报警等。本设计是单片机在智能充电方面的应用。2.3单片机应用于充电器实现智能化因为多数充电器一般采用大电流的快速充电法，如果电池充满了，人们不及时断电就会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命[4]。像一些成本比较低的充电器一般采用电压比较法，为了防止过度充充，基本上充电到一定的程度就停止大电流快充，转而用小电流涓流补充充电。一部分的充电器不但能在很短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式。专用的充电芯片具有业界公认较好的-△v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关段电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。鲁东大学毕业设计451系列单片机也是当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，使51系列单片机现在以至将来都仍会有强大的生命力。在众多的51系列单片机中，AT89系列单片机在我国得到了极其广泛的应用，AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位机产品。他的特点是片内含有FlashMemory，FlashMemory是一种电可摩除和电写入的闪速存储器（记为FPEPROM)，在系列的开发过程中可以很容易地进行程序修改，使开发调试更为方便。2.4本设计所用的单片机芯片本设计的单片机芯片选用Atmel公司的AT89C52，它可以完全满足要求。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.4.1管脚定义说明1.VCC管脚：系统供电电源2.GND管脚：接地管脚3.P0端口（P0.0~P0.7）：P0端口是一组8位开环的双向I/O端口。当P0用作输出口时，没个管脚能保持8个TTL输入。当操作外部程序与数据区时，通过配置，P0还可用作地位的地址/数据复用端口。4.P1端口（P1.0~P1.7）：P1端口是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口。由于存在上拉电阻，P1端口的外部电流IIL会很低。此外,P1.0和P1.1管脚可配置成为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和触发输入（P1.1/T2EX），具体配置如表2.1。在刷新程序代码和验证信息时，P1端口还可用来接受地位地址字节。表1P1.0和P1.1管脚配置管脚配置功能表述P1.0T2（定时/计数器2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2的处罚和方向选择）鲁东大学毕业设计55．P2端口：P2端口是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口。当系统使用16位地址信息读取外部程序区间或操作外部数据区间时，他发送高8位地址字节。这种操作一般使用MOVX@DPTR语句实现。6．P3端口：P3是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口，同时它还具备许多系统功能，如表2所示。表2P3的功能7.RST管脚：输入用于抚慰输入信号。8.ALE/PROG管脚：ALE表示地址所存使能信号，当防卫外部存储区间时，用来锁存低8位地址字节。/PROG表示在刷新程序代码时的程序脉冲输入信号。在正常操作时，ALE将以系统晶振频率的1/6发送一个固定的频率，可用于外部时钟或者定时。9./PSEN管脚：/PSEN表示程序代码存放使能信号，主要用于读取外部的程序数据区间，当AT89C52执行外部程序数据区间中的代码时，/PSEN信号在每一机器始终周期内使能两次，但若单片机操作外部数据区间，/PSEN将无实际意义。10.XTAL1管脚：改管脚点解单片机晶振，作为晶振放大器和内部时钟处