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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。
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鲁东大学毕业设计
基于51单片机的智能充电器设计
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;MAX1898
1. 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
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。
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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-Micro Controller)、微控制单元
(Microcontroller Unit,MCU)或嵌入式控制器(Embedded Controller),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,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
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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。
51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Flash Memory,Flash Memory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CMOS 8位单片机,片内含8 KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器
(ROM)和256 B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、
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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1 P1.0和P1.1管脚配置
管脚 配置功能表述
P1.0
T2(定时/计数器2的外部计数输入),时钟输出
P1.1
T2EX(定时/计数器2的处罚和方向选择)
5.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2 P3的功能
管脚 配置功能
P3.0 RXD(串行输入端口)
P3.1 TXD(串行输出端口)
P3.2 INT0(外部中断0端口)
P3.3 INT1(外部中断1端口)
P3.4 T0(定时器0的外部输入)
P3.5 T1(定时器1的外部输入)
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