毕业设计（论文）-基于单片机的智能充电器设计.doc

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1、目录 摘 要I Abstract .II 1 绪论.1 1.1 课题研究的背景.1 1.2 课题研究的主要工作.3 2 锂电池充电器硬件设计.3 2.1 单片机电路部分.3 2.2 电压转换及光耦隔离电路部分.7 2.3 电源产生电路部分.8 2.4 充电控制电路部分.10 3 锂电池充电器软件设计.16 3.1 程序功能16 3.2 主要变量说明.17 3.3 程序流程图.17 结 论.20 致 谢.21 参考文献.22 附录 1 电路原理图23 附录 2 主要源程序24 摘 要 本课题设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高 效的硬件，设计稳定可靠的软件，详细说明了

2、系统的硬件组成，包括单片机电路、充 电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器的核心器件MAX1898 充电芯 片、AT89C2051 单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以 C 语言为 开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。 该智能充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的 充电需要；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电 电池，延长了它的使用寿命。 关键词关键词：单片机；MAX1898；AT89C2051 ABSTRACT This topic design is one kind l

3、ithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail systems hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control el

4、ectric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery chargers core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated systems software and hardware design. Take the C language a

5、s the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized systems reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion batterys condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable

6、 batterys charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstrations function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable batterys service life. Key words：SCM;MAX1898；AT89C2051 1 1

7、 绪论 1.1 课题研究的背景 电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反 复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学 能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下 4 个指标： 工作电压：电池放电曲线上的平台电压。 电池容量：常用单位为安时(Ah)和毫安时(mAh)。 工作温区：电池正常放电的温度范围。 电池正常工作的充、放电次数。 二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、 充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。 二次电池能够反复使用

8、，符合经济使用原则。对于市场上二次电池的种类，大致分为： 铅酸(LA)电池、镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池和锂离子(Liion)电池。 1.二次电池的性能比较 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较见表 1-1。 表 1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较 电池类型工作电压 (V) 重量比能量 (Wh/kg) 体积比能量 (Wh/L) 循环次数记忆效应自放电 率(%/月) 铅酸电池2.0 400600无3 镍镉电池1.250150400500有1530 镍氢电池1.26080240300500无2535 锂离子电 池 3.61201403001000无25 2.镍氢电池、镍

9、镉电池与锂离子电池之间的差异 (1)重量方面 以每一个单元电池的电压来看，镍氢电池与镍镉电池都是 1.2V，而锂离子电池为 3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的 3 倍。并且，同型电池的重量锂离子电 池与镉镍电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。但锂离子电池因端电压为 3.6V，在输 出同电池的情况下，单个电池组合时数目可减少 2/3 从而使成型后的电池组重量和体积 都减小。 (2)记忆效应 镍氢电池与镍镉电池不同，它没有记忆效应。对于镍镉电池来说，定期的放电管 2 理是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池荷电 量不确切的情况下进行放电(每次放电或者使用几次后

10、进行放电都因生产厂的不同有所 差异)，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的。相对而言，锂离子电池 没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接 进行充电，充电时间自然可以缩短。 记忆效应一般认为是长期不正确的充电导致的，它可以使电池早衰，使电池无法 进行有效的充电，出现一充就满、一放就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是， 严格遵循“充足放光”的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要 一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意；镍氢电池理论 上没有记忆效应，但使用中最好也遵循“充足放光”的原则，这也就是很多充电器提 供放

11、电附加功能的原因。对于由于记忆效应而引起容量下降的电池，可以通过一次充 足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以得到修复。 (3)自放电率 镍镉电池为 15%30%月，镍氢电池为 25%35%月，锂离子电池为 2%5%。镍 氢电池的自放电率最大，而锂离子电池的自放电率最小。 (4)充电方式 锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电 压必须严格限制。充电速率(蓄电池的充电电流通常用充电速率 C 表示，C 为蓄电池的 额定容量，例如用 2A 的电流对 1Ah 电池充电，充电速率就是 2C；同样地，用 2A 电 流对 500mAh 电池充电，充电速率就是 4C)通

12、常不超过 1C，最低放电电压为 2.73.0V，如再继续放电，则会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。 采用 1C 充电速率充电至 4.1V 时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小； 当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内 部设有安全机构，充电器也必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。 3.课题研究的意义 本课题研究的对象主要是锂离子电池的充电原理和充电控制。锂离子电池的充电 设备需要解决的问题有: (1)能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。 (2)解决充电时间长、充电效率低的问题。 (3)改善充电控制不合理，而造

13、成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用 寿命。 (4) 通过加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置， 减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活 性，且成本低。 3 本课题研究的意义在于： (1)充分研究锂离子电池的充放电特性，寻找有效的充电及电池管理途径。 (2)使充电设备具有完善的自诊断功能和适时处理功能。 (3)实现充电器具备强大的功能扩展性，以便为该充电器的后续功能升级提供平台。 1.2 课题研究的主要工作 本文主要研究锂电池的充电方法，在此基础上进行系统设计和电路设计，并通过 实验结果对充电控制方法测试验证。具体结构如下:

14、 第一章 绪论。首先介绍了课题研究的背景，再介绍了锂电池的特点和在应用中存 在的主要问题及课题研究的意义和主要工作，这是该论文的设计基础。 第二章 锂电池充电器电路设计。选择控制芯片进行介绍和比较。在此基础之上， 对该电路的充电控制芯片进行选择、介绍与分析。 第三章 通过 C 语言软件编程设计出锂电池快速充电器电路，来实现对锂电池的自 动化控制充电。 2 锂电池充电器硬件设计 2.1 单片机电路部分 1AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低

15、电压，高性能 CMOS8 位微处理器， 俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存 储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 4 图 1-1(a) AT89C51 单片机 (b) AT89C2051 单片机 AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 系列单片机为很多嵌入式控制系统提供 了一种灵活性高且价廉的方案。

16、 (1)主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 (2)管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可 以被定义为数据/地址的第八位。

17、在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉 为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并

18、因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址 的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器 5 进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收 高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电 流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于 外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是

19、由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 3-1 所示： 表 2-1 P3 口 口管脚备选功能 P3.0/RXD（串行输入口） P3.1/ TXD（串行输出口） P3.2/INT0（外部中断 0） P3.3/INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6/WR（外部数据存储器写选通） P3.7/RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 ALE/PROG：当访问外部存储

20、器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外 部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周 期两次 PS

21、EN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。 EA/VPP：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端 保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 6 (3)振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片 内振荡器。石晶振荡和陶瓷

22、振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不 接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽 无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 (4)芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空 存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件 可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和 中断系统仍在工作。

23、在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他 芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 2AT89C2051 AT89C2051 单片机是 51 系列单片机的一个成员，是 8051 单片机的简化版。内部 自带 2K 字节可编程 FLASH 存储器的低电压、高性能 COMS 八位微处理器，与 Intel MCS-51 系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位 CPU 和闪速存储器 结合在单个芯片中，因此，AT89C2051 构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最 低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的 RAM、ROM 和接口器件，减少了硬件 开销，节省了成本，提高了系统

24、的性价比。 AT89C2051 是一个有 20 个引脚的芯片，引脚配置如图 3 所示。与 8051 相比， AT89C2051 减少了两个对外端口（即 P0、P2 口），使它最大可能地减少了对外引脚 下，因而芯片尺寸有所减小。 AT89C2051 芯片的 20 个引脚功能为： VCC 电源电压。 GND 接地。 RST 复位输入。当 RST 变为高电平并保持 2 个机器周期时，所有 I/O 引脚复位至 “1”。 XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。 P1 口 8 位双向 I/O 口。引脚 P1.2P1.7 提供内部上拉，当作为输入并

25、被外部下拉 为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0 和 P1.1 需要外部上拉， 可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1 口输出缓 7 冲器能接收 20mA 电流，并能直接驱动 LED 显示器；P1 口引脚写入“1” 后，可用作 输入。在闪速编程与编程校验期间，P1 口也可接收编码数据。 P3 口 引脚 P3.0P3.5 与 P3.7 为 7 个带内部上拉的双向 I/0 引脚。P3.6 在内部已 与片内比较器输出相连，不能作为通用 I/O 引脚访问。P3 口的输出缓冲器能接收 20mA 的灌电流；P3 口写入“1”后，内部上拉，可用输入。

26、P3 口也可用作特殊功能 口，其功能见表 1。P3 口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。 2.2 电压转换及光耦隔离电路部分 耦合器（optical coupler，英文缩写为 OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电 源电路中常用的器件。 耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以， 它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发 光二极管（LED） ，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进 一步放大后输出。这就完成了电光电的

27、转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。 由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的 电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因 而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大 提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增 加计算机工作的可靠性。 本次设计选择了 6N137 光耦合器： 6N137 光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个 850 nm 波长 AlGaAs LED 和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及 一个肖特基钳位的集

28、电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的 输入输出隔离，LSTTL/TTL 兼容，高速(典型为 10MBd)，5mA 的极小输入电流。 特性： 转换速率高达 10MBit/s; 摆率高达 10kV/us; 扇出系数为 8; 逻辑电平输出; 集电极开路输出; 工作参数： 最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平 电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL 负载)：8 个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字开关，马达 8 控制系统和 A/D 转换等 6N13

29、7 光耦合器的内部结构、管脚如图所示。 图 2-1 6N137 光耦合器 6N137 光耦合器的真值表 需要注意的是，在 6N137 光耦合器的电源管脚旁应有个 0.1uF 的去耦电容。在 选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量 靠近 6N137 光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无 需再外接上拉电阻。 6N137 光耦合器的使用需要注意两点：第一是 6N137 光耦合器的第 6 脚 Vo 输出 电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是 6N137 光耦合器的第 2 脚和第 3 脚之间是一个 LED，必须串接一个限流电阻。

30、 2.3 电源产生电路部分 1 LM7805 介绍 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78系列和 图 3-2 lm7805 样品 6N137 光耦合器的真值表 输入使能输出 HHL LHH HLH LLH HNCL LNCH 9 负电压输出的 lm79系列。顾名思义，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路， 只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管 ，TO- 220 的标准封装，也有 lm9013 样子的 TO-92 封装。用 lm78/lm79 系列三 端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少， 且有一定的电压、电流输出，能 够获得不同的

31、电压和电流， 电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起 来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC 型号中的 lm78 或 lm79 后面 的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806 表示输出电压为正 6V，l m7909 表示输出电压为负 9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 2.LM7805 主要特点 输出电流可达 1A 输出电压有：5V 过热保护 短路保护 输出晶体管 SOA 保护 内部结构框图如图 3-3 所示： 图 2-3 LM7805 内部结构框图 功能框图： 10 图 2-4 LM7805 功能框图 2.4 充电控制电路部分 2

32、.4.1 MAX1898 充电芯片 1.如何选择电池充电芯片 选择电池充电芯片时需要结合实际的应用，具体的选择标准有以下几点。 封装：即芯片的大小，对于体积有要求的场合需要选择合适的封装。 电流大小：充电的电流大小决定充电时间。 充电方式：即是快充、慢充还是可以控制充电过程。 使用的电池类型：不同的电池需要不同的充电器。 2MAX1898 (1)如何使用 MAX1898 MAX1898 是本次设计充电器中的一个关键的器件。首先需要了解 MAX1898 的一 些基本的特性和功能。 MAX1898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶体管可以组成完成的单节锂电池充电器。 MAX1898 提供精确的恒

33、流/恒压充电。电池电压调节精度为0.75%，提高了电池性能 并延长了使用寿命。充电电流由用户设定，采用内部检流，无需外部检流电阻。 MAX1898 提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与充电器连接的输出指示和 充电电路指示。 MAX1898 可对所有化学类型的锂离子电池进行安全充电。电池调节电压为 4.2V，采用 10 引脚、超薄型 MAX 封装，在更小的尺寸内集成了更多的功能，只需 少数外部元件。 MAX1898 的基本特点如下： 11 4.5V12V 输入电压范围； 内置检流电阻； 0.75%电压精度； 可编程充电电流； 输入电源自动检测； LED 充电状态指示； 检流监视输出。 M

34、AX1898 的引脚如图 3-5 所示。 IN 1 CHG 2 EN/OK 3 ISET 4 CT 5 RST RT 6 BAT T 7 GND 8 DRV 9 CS 10 MAX1898 图 2-5 MAX1898 的引脚 MAX1898 的引脚功能如下。 IN：传感器输入，检测输入电压和电流。 CHG：LED 驱动电路。 EN/OK：逻辑电平输入允许/电源输入“好” 。 ISET：电流调节。 CT：安全的充电时间设置。 RSTRT：自动重新启动控制引脚。 BATT：接单个 Li+的正极。 GND：地。 DRV：外接电阻驱动器。 CS：电流传感器输入。 MAX1898 外接限流型充电电源和

35、P 沟道场效应管，可以对单节锂离子电池进行安 全有效的快充，其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功效耗散，可以 实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间限制为锂离子电池提供二 次保护。MAX1898 的典型充电电路如图 3-6 所示。 图 2-6 中的 MAX1898 内部电路包括：输入调节器、电压检测器、充电电流检测器、 定时器、温度检测器和主控制器。输入电流调节电路用于限制电源的总输入电流，包 括系统负载电流与充电电流，当检测到输入电流大于设定的限流门限时，通过降低电 池充电电流可达到控制输入电流的目的。因为系统工作时电源电流的变化范围较大， 12 如果充电器没有输入

36、电流检测功能，则输入电源(墙上适配器或其他直流电源)必须能够 提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用 输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源设计。 IN 1 CHG 2 EN/OK 3 ISET 4 CT 5 RST RT 6 BAT T 7 GND 8 DRV 9 CS 10 MAX1898 充充充充充充 on/off + BAT T ERY 4.5V /12V GND 图 2-6 MAX1898 的典型充电电路 ()电源输入：锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用 恒流恒压源，一般的，可以采用直流电源加上变

37、压器提供。 ()输出：MAX1898 通过外接的场效应管提供理电池的充电接口。 ()充电时间的选择：MAX1898 充电时间的选择是通过外接的电容大小决定的。 标准的充电时间为 1.5 小时，最大不要超过 3 小时，根据这个标准，可以计算得到外接 的电容的容值，如下所示： 定时电容 C 和充电时间 Tchg 的关系式满足：CnF=34.33Tchghours ()设置充电电流：MAX1898 充电电流在限制电流的模式下，可以通过选择外接 的电阻阻值大小决定。 最大充电电流 Imax 和限流电阻 Rset 的关系式满足：Imax1400/Rset 当充电电源和电池充电电流达到快充电流的 1%，或

38、者是充电时间超出片上预置的 充电时间。MAX1898 能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。 启动快充后打开外接的 P 型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲 充电方式，P 沟道场效应管打开时间会越来越短，充电结束时，LED 指示灯将会呈现 出周期性的闪烁。具体的闪烁含义如下表 2-2 所示： 表 2-2 LED 指示灯状态说明 充电状态LED 指示状态 电池或充电器没有安装关闭 快充或脉冲浮充亮 快充结束或初始化LED 以 2Hz 频率闪烁 充电结束LED 闪烁周期为 4s 13 (2)如何在单片机系统中使用 MAX1898 锂离子电池具有较高的能量重量比、

39、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多 次，使用寿命较长、价格也越来越低。锂离子电池的这些特点使得选用单节锂离子电 池供电的产品也越来越多。然而，锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻， 需要保护电路。 为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电 池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电 器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。 针对这些应用特点，本设计提出了一种基于单片机 AT89C2051 和 MAX1898 的智 能充电器，其基本的原理和功能如图 3-7 所示 VPP 1 P3.0/RXD 2 P3.1/TX D

40、 3 XTAL 2 4 XTAL 1 5 P3.2/INT0 6 P3.3/INT1 7 P3.4/T0 8 P3.5/T1 9 GND 10 P3.7 11 P1.0/AIN0 12 P1.1/AIN1 13 P1.2 14 P1.3 15 P1.4 16 P1.5 17 P1.6 18 P1.7 19 VCC 20 U2 AT89C2051 IN 1 CHG 2 EN/OK 3 ISET 4 CT 5 RST RT 6 BATT 7 GND 8 DRV 9 CS 10 MAX1898 U3 MAX1898 INPUT 1 GND 2 OUTPUT 3 U4 LM7805 充充 GND GN

41、D U14 BUZZ ER + 充充充充充 GND VCC GND N/C 1 N/C 4 + 2 - 3 GND 5 Vo 6 Ve 7 Vcc 8 6N137 GND 图 2-7 基于 MAX1989 的智能充电器的原理图 该充电器有如下的功能： 具有预充电功能。 具有充电保护功能。 具有自动断电功能。 具有充电完成报警指示功能。 在 MAX1898 内置的充电状态控制和外围的单片机控制下，充电过程分为预充、 快充、满充和报警 5 个部分。以下分别介绍。 预充 在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其检测到电池时将定时器复位， 从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的 10%给电池

42、充电，使电压、温度恢 复到正常状体。预充电时间由 CT 口外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到 14 2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于 2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED 指 示灯闪烁。 快充 快充过程也称恒流充电，此时充电器以恒流电流对电池充电。根据电池厂商推荐 的充电速率，一般锂离子电池大多选用标准充电速率，充满电池需要 1 个小时左右的 时间。恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒 流充电终止，充电电池快速递减，充电进入满充过程。 满充 在满充过程中，充电电流逐渐衰减

43、，直到充电速率降到设置值以下或满充时间超 时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器以极小的充电电池为电池补充能量。 由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满 充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减少了电池内阻和其他串联电阻对电流 端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有 影响，一般情况下，满充和顶端终止充电可以延长电池 5%10%的使用时间。 断电 当电池充满后，MAX1898 芯片的 2 引脚发送的脉冲电平将会被单片机检测到，引 起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。此时，单片机将通过 P1.2 口控制 光耦

44、，切断 7805 向 MAX1898 芯片的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减少 功耗。 报警 当电池充满后，MAX1898 芯片本身会向外接的 LED 灯发出指令，LED 灯会闪烁。 但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断 MAX1898 芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。 2.4.2 充电控制电路的实现 1电路原理和器件选择 在这里列出和本次设计相关的、关键部分的器件名称及其在电路中的主要功能： AT89C2051:充电器的控制器，控制 MAX1898 的充电过程，并在充电完毕后切 断电源和进行报警。 MAX1898:电池充电芯片,在

45、单片机的控制下实现对锂离子电池的充电控制。 LM7805:电压转换芯片，将外部的 12V 电压转化为 5V 电压，作为单片机和 MAX1898 的电源。 PNP:P 沟道场效应管或三极管。 LEDR:红色的表贴发光二极管，表示电源接通。 LEDG:绿色的表贴发光二极管，表示充电状态。 U14:蜂鸣器。 15 6N137:光耦，连接 LM7805 和 MAX1898 的电源输入端。 2地址分配和连接 只列出了和本次设计相关的、关键部分单片机与各个功能管脚的连接和相关的地 址分配： CHG:MAX1898 充电状态输出，连接到单片机的 INT0,单片机判断充电完毕后， 通过 P1.2 引脚切断 M

46、AX1898 的电源输入。 GATE:连接单片机的 P1.2 引脚，当单片机判断充电完毕后，P1.2 管脚输出低电 平，光耦不导通，从而切断 MAX1898 的电源输入。 BEEP:单片机控制蜂鸣器的引脚。 5V:LM7805 的输出端，为+5V 电压。 5VIN:光耦输出到 MAX1898 的电源输出端，该端口的导通与否是通过单片机的 GATE 信号控制的。 3功能简介 首先，监测 MAX1898 的输出信号 CHG，当 MAX1898 将要完成充电时，该引脚 会发出周期为 4s 的脉冲，单片机的 INT0 引脚接收中断后，产生中断，并使用单片机 的 T0 计数器开始计数，当下一个脉冲到来时

47、，在定时器程序中判断单片机的计数值是 否在 4s 左右，如果是，则通过控制 P1.2 和 P1.3 引脚关断电源，并引发蜂鸣器报警。 利用 MAX1898、LM7805 和 AT89C2051 单片机共同构成的锂离子电池充电器电 路，具体的电路如图 3-8 所示： 16 IN PUT 1 GND 2 OUT PUT 3 U1LM7805 GND V PP 1 P3.0/RX D 2 P3.1/T X D 3 X T AL2 4 X T AL1 5 P3.2/INT 0 6 P3.3/INT 1 7 P3.4/T 0 8 P3.5/T 1 9 GND 10 P3.7 11 P1.0/AIN0 1

48、2 P1.1/AIN1 13 P1.2 14 P1.3 15 P1.4 16 P1.5 17 P1.6 18 P1.7 19 V CC 20 U2 AT89C2051 U3 10u R1 10k X 1 X 2 5V X T AL1 12M C1 22p C2 22p IN 1 CHG 2 EN/OK 3 ISET 4 CT 5 RST RT 6 BAT T 7 GND 8 DRV 9 CS 10 MAX1898 BT 1 MAX 1898 N/C 1 N/C 4 + 2 - 3 GND 5 V o 6 V e 7 V cc 8 充充 6N137 GND 5V IN GAT E 5VBEEP

49、GAT E U14 BUZ Z ER V CC R233 BEEP 1 2 充充 CON2 GND 1 2 J2 Li+ GND Li+ C4 cct C3 220n Q1 PNP GND 5V IN D1 LEDG D3 LEDR R3 470 GND R4 RSET GND E1 ELECT RO1 D2 SD GND Li+ V CC GND GND GND +5 GND CGH CGH 图 2-8 锂离子电池充电电路 3 锂电池充电器软件设计 3.1 程序功能 基于单片机 AT89C2051 和 MAX1898 的智能电池充电器的程序需要完成以下的功 能： 通过 CHG 信号引起 INT0 外中断。 在两次中断中使用 T0 计数，判断是否充电完毕。 如果充电完毕，则控制 P1.2 和 P1.3 引脚，输出低电平。 17 3.2 主要变量说明 程序中的变量及说明如表 3-1 所示。 表 3-1 变量及说明 变量说明 GATE单片机的 P1.2 口，控