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1、基于51单片机的智能充电器设计目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言21 绪论211 智能充电器的设计背景212 智能充电器总体设计方案313 智能充电器的概念以及智能化的体现31.3.1 智能充电器的概念31.3.2 智能化体现32 AT89C52单片机42.1 AT89C52单片机简介42.2 AT89C52单片机特点42.2.1 单片机的通用特点52.3 单片机应用范围52.4 AT89C52管脚定义说明63 锂离子电池介绍73.1 锂离子电池简介极其基本特性73.2 锂离子电池的优越性能84 智能充电器软硬件电路设计94.1 其他芯片介绍94.2 系统总体设计1
2、24.2.1智能充电器功能模块124.3 智能充电器硬件电路设计与实现134.4 软件电路设计155 总结17参考文献18附录18致谢22基于51单片机的智能充电器设计自动化专业学生 XXX指导教师 XXX摘要：介绍一种基于单片机芯片AT89C52的智能充电器的硬件和软件实现。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。本产品采用锂离子电池电源管理芯片 MAX1898，通过AT89C52控制可以实现预充，快速充电，及恒压充电。另外可以通过设置可以方便改变快速充电的电流和充电时间，该充电器可以实时采集和计算电池的参数,
3、并进行智能控制,还可以通过串口和上位机进行通讯并进行实时显示,根据不同的电池调整充电策略。保证了充电器具有很高的精度。实验证明，所设计的充电器功耗低、成本低、系统工作稳定可靠，智能化程度高。这是一种实用的设计方法，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求，具有较高的推广价值。 关键词：AT89C52单片机；MAX1898；智能充电器；锂离子电池Intelligent Battery Charger Design Based on 51 Single-chip ComputerStudent majoring in Automation XXX Tuto
4、r XXXAbstract：This article introduced the hardware and software realization of intelligent battery chargerBased on AT89C52 single-chip computer. Based on the introduction of the basic parameters and characteristics of lithium battery, the article fully introduces the hardware which includes MCU cont
5、rol part, voltage conversion and coupler isolation part and charge section. This product adopts he integration circuit of the linear charger for single-cell Li+ battery-MAX1898, through single chip AT89C52 control can be realized precharging, fast charging and constant-voltage charging. In addition,
6、 MAX1898 can be easily changed charging current and charging time by setting. This battery charger could do real time charging, calculate the battery parameter and carry on the intelligent control. It also could communicate with the upper position machine through the serial port, carry on the real t
7、ime display and adjust charging strategy according to different batteries，the design can guarantee high accuracy. Experiments show the design low power consumption, low cost, the system is reliable, high intelligence. It is a useful design method, low cost, and charging effect is very good, includin
8、g high security, little time-consuming, satisfying ordinary users demand. This design has a high value of promotion. Key words: AT89C52 single-chip computer；MAX1898；intelligent battery charger；lithium ion battery引言随着科学技术的高速发展，信息化正以惊人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。电池是通过能量转化而获取的电能的器件，
9、化学电源是通过氧化还原反应将化学能转化为电能。电池可分为一次性电池和可充电电池，一次性电池是一次性应用的电池，可充电电池是可以反复使用的电池。可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。随着便携式设备的发展，无论从节约成本来说，还是从环境保护的角度来说，可充电电池都比一次性电池更有优势，所以可充电电池的市场需求量也越来越大。智能充电器就在这种环境下应运而生。锂离子电池也是可充电电池的一种。锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度较高，使用寿命长的优势占领市场。世界各大电池生产商为了在市场领域里取得优势，无不致力于开发具有
10、能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长的高性能锂离子电池。在人们日常工作和生活中，人们会用到各种各样的使用可充电电池的产品，各种充电器就应运而生。从电动刮胡刀到mp4，从手机到平板电脑再到笔记本电脑和家用电器，所有用到这类电池的设备都会用到充电器。这些充电器都有便携的特点，是人们外出旅游和出差比较愿意且必须携带的。单片机在电池充电器领域有着广泛而且深远的应用，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，但严格意来讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能够被称为智能充电器。1 绪论11 智能充电器的设计背景自从2010年起，安卓系统悄然兴起，诺基亚时代不复存
11、在，随着手机智能化娱乐性的不断提高，手机的硬件配置与软件要求就越来越高，其中最为显著的是屏幕变得越来越大，主频越来越高，手机不仅仅用来打电话发短信，网络与多媒体功能越来越强大，甚至超过了最早的台式电脑，但同时这种高性能要求也显示出自己的一些弊端，首当其冲的就是电池不够用，诺基亚600mAh的电池可以用一个星期的事实在安卓时代已然成为一个神话，现在1500mAh的电池往往用不到一天，“用安卓的孩子都是好孩子，因为他们每天都要回家充电。”这句话足以反映电池不够用的事实，这样无形中就会增加电池的充电次数，而电池的循环放电是有限度的，一些同学不注意充电的方式及次数，往往手机电池比较早的损坏，进而影响手
12、机的正常使用。这就对充电器有很高的要求，如果充电器能够细心的“呵护”我们的电池，可能电池就会长久的保持良好的充放电特性，比如说在你临睡前充上电池，到醒来至少要充个6到7小时，这时电池早已充满，如果继续供电则会导致电池过充，锂离子电池致命的缺点就是过度充放电，如果这样就会损害电池，进一步损害手机。而如果有一种充电器可以检测电池是否充满并且可以在充满时帮我们自动断电岂不是很好。这种充电器就是所谓的智能充电器，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。 12 智能充电器总体设计方案 MAX1898配合外部的PMOS或PNP晶体管可以组成完整的锂离子充电器。MA
13、X1898具有以下功能：（1）提供了充电状态的输出指示、输入电压是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。（2）MAX1898可以提供精确的恒流/恒压充电，提高了电池性能且延长了电池的使用时间。（3）充电电流可自由设定，原理无需外部检流电阻，只用内部检流。（4）可选过放电电池的低电流预充和充电终止安全定时器、输入关断控制、可选充电周期重启（不用重新给电）。再利用AT89C52单片机进行控制这些功能的实现，既维持了充电器的便携性，又保证了充电器的智能化。13 智能充电器的概念以及智能化的体现1.3.1 智能充电器的概念 （1）提供基本的电压电流，满足一般充电的需求。（2）结合单片机可以控制整个充
14、电过程，并且根据锂离子电池（最主要对象）的特性对于电池的不同状态智能采取不同方案充电。（3）所设计的充电器必须保证安全与便携。1.3.2 智能化体现 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。本设计所设计的充电器迎合锂离子电池的特性可完成以下智能化功能。（1）预充安装好电池之后，直接接通直流电源，充电器会自动检测到电池，此时将定时器复位，进入电池预充过程，在此期间充电器给电池充电电流是标注充电流的十分之一，目的是让电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容确定，如果在规定的时间内电池电压和电池温度都恢复正常，则
15、转而进入快速过程；如果电池没有恢复正常状态，则认为电池损坏。（2）恒流充电恒流充电也叫快速充电，充电器以恒定的电流进行充电。根据电池标注的充电速率，进行充电，电池需要一个小时左右的时间来充满。在这个过程中，电池电压和温度上升，直到达到设定的标准电压，恒流充电结束，充电电流减小，进入下一阶段满充过程。（3）恒压充电恒压充电又叫做满充，此阶段充电电流慢慢减小，直到降到标准值以下或设定时间，进入涓流充电，此时充电器以极小的充电电流进行。这是因为充电器在检测电池电压达到或者没达到终止电压时，充电电流通过电池内阻，串联电阻形成的压降对电池电压检测的有影响，恒压充电和涓流充电可以延长5%10%的使用时间。
16、（4）断电当电池充满后，MAX1898电源管理芯片的2引脚会发送的脉冲电平，被单片机检测到后就会引起单片机的中断，单片机判断出充电完毕。接着单片机将通过P2.0口控制光耦，切断LM7805向MAX1898芯片的供电，既保证芯片和电池的安全，又减小功耗。（5） 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。为了安全，单片机不仅会自动切断MAX1898芯片的供电，而且会控制蜂鸣器报警，提醒用户取出电池。2 AT89C52单片机2.1 AT89C52单片机简介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，
17、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），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，AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、
18、工作特点和指令系统等方面兼容。无论从功能和系统兼容性方面均满足本系统的要求。 AT89C52单片机实物图如图2-1所示。 图2-1 AT89C52单片机实物图2.2 AT89C52单片机特点（1）兼容MCS-51指令系统。（2）8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM。（3）32个双向I/O口。（4）256x8bit内部RAM。（5）3个16位可编程定时/计数器中断。（6）时钟频率0-24MHz。（7）2个串行中断，可编程UART串行通道。（8）2个外部中断源，共8个中断源。（9）2个读写中断口线，3级加密位。（10）低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。（11）有PDIP
19、、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。2.2.1 单片机的通用特点 单片机芯片作为本次设计的核心部件，不仅仅具备通用微机CPU的功能而且有灵活、强大的控制功能，它可以实时监测系统的输入量和控制系统，以便实现自动控制功能。单片机通常工作环境比较恶劣，如高温、强电磁干扰，含有腐蚀性气体。（1）单片机CPU抗干扰性强，工作温度范围因不同类别不同，按工作温度分类，有民用级工业级，军用级。（2）单片机CPU可靠性高。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
20、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。2.3 单片机应用范围正因为单片机具有如上所述的特点，几乎所有领域
21、都有单片机的身影。军事上，导弹的导航装置，电路板，各种仪器仪表，计算机的网络通讯功能；工业上工业自动化过程；民用上广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，不论是录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以还是玩具、电子宠物等，这些都有单片机的参与。更不用说机器人、智能仪表、医疗器械机械了。因此，单片机的学习、开发与应用有着深远并且长久的意义。 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes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
22、令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 AT89C52管脚图如图2-2。 图2-2 AT89C52管脚图2.4 AT89C52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（P0.0P0.7）：此端口是8位开环的双向I/O端口。(4) P1端口（P1.0P1.7）：此端口与P0端口不同的是具有内部上拉电阻。P1.0和P1.1管脚配置如表2-1所示。表2-1 P1.0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
23、的处罚和方向选择）（5）P2端口：此端口也是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口。（6）P3端口：具有内部上拉电阻的双向I/O端口，并且还有许多系统功能如表2-2所示。表2-2 P3的功能管脚配置功能P3.0RXD（串行输入端口）P3.1TXD（串行输出端口）P3.2INT0（外部中断0端口）P3.3INT1（外部中断1端口）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部数据存储区间的写入端口）P3.7RD（外部数据存储区间的读取端口）（7）RST管脚：复位输入，振荡器工作时，单片机在RST引脚出现两个机器周期以上高电平时复位。（8）ALE/PROG管脚
24、：访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。（9）/PSEN管脚：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，PSEN信号被跳过两次。(10) XTAL1管脚：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（11）XTAL2管脚：振荡器反相放大器的输出端。3 锂离子电池介绍3.1锂离子电池简介极其基本特性（1）锂离子电池名称简介。 锂离子电池是由锂电池发展来的。在认识锂离子电
25、池之前，先来介绍一下锂电池。以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是碳材，负极材料是锂金属。我们称这种电池为锂电池。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，与锂电池有所区别我们称之为锂离子电池。 (2) 锂离子电池的广泛用途。发展高科技的目的是为了使其更好的服务于人类。锂离子电池在1990年被发明，卓越的性能使锂离子电池得到了迅猛发展，广泛地应用于社会。锂离子电池以绝对优势迅速占领了广大市场，比如移动电话、平板电脑，笔记本电脑、摄像机等，许多国家将锂离子电池应用于军事用途。 (3) 锂离子电池的主要
26、构成。 电池盖 正 极-活性物质为氧化钴锂 隔 膜-一种特殊的复合膜 负 极-活性物质为碳 有机电解液 电池壳 (4) 锂离子电池的安全特性。 锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中，所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。 短路：不起火，不爆炸 过充电：不起火，不爆炸 热箱试验：不起火，不爆炸（150恒温10min） 针剌：不爆炸（用3mm钉穿透电池） 平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池） 焚烧：不爆炸（煤气火焰烧） (5) 锂离子电池是一
27、种新型绿色环保电池。“爱护环境，保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢？ 作为电池消费者，应该购买、使用新型绿色环保电池；作为电池制造商，应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力，才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。 新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电），也属于
28、这一范畴。3.2锂离子电池的优越性能及工作原理介绍我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池（Ni/Cd）和镍氢电池（Ni/MH）来讲的。那么，锂离子电池究竟好在哪里呢？ 工作电压高。锂离子电池的工作电压在3.6V，是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。 比能量高。锂离子电池比能量达140Whkg，是镍镉电池，镍氢电池无法比拟的。 循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已超过1000次。 自放电小。锂离子电池月自放电率仅为68，远低于镍镉电池和镍氢电池 无记忆效应。根据要求随时充电，而不会记忆电池充电状态。 对环境无污染。该电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。镍镉、镍氢、锂离子电池
29、性能的对比如表3-1所示。表3-1 镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比 参数 镍镉电池镍氢电池锂离子电池 工作电压（V）1.21.23.6重量比能量(Wh/Kg)5065105-140体积比能量(Wh/l)150200300充放电寿命(次)5005001000自放电率（%/月）25-3030-356-9记忆效应有有无污染情况有无无（注：充电速率均为1C） 锂离子电池的工作原理。 大家都已知道，锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上释放出锂离子，生成的锂离子经过电解液到负极。而作为负极的碳有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入
30、到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，容量越高。同样道理，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又回到正极。回到正极的锂离子越多，放电越多。不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极到负极再到正极的反复运动状态。4 智能充电器硬件电路设计和软件设计4.1 其他芯片介绍（1） MAX1898介绍本产品采用锂离子电池充电器IC MAX1898，下面对MAX1898进行简单的介绍。MAX1898和外部晶体管PNP或PMOS组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达0.75%。MAX1898有两种型号，MAX1898EUB42应用于4.2V的锂离子电池，类似的MA
31、X1898EUB41用于4.1V的锂离子电池。其实物如图4-1所示。 图4-1 MAX1898实物图如何选择电池充电芯片以及MAX1898的特点 选择电池充电芯片时需要集合实际的应用，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适合的封装 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 MAX1898的特点 4.5-12V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 MAX1898管脚定义及典型充电原理图MAX189
32、8的引脚功能说明如下， IN（1引脚）：传感器输入，检测输入电压和电流 CHG（2引脚）：LED驱动器 EN/OK（3引脚）：逻辑电平输入允许/电源输入“好” ISET（4引脚）：电流调节 CT（5引脚）：安全的充电时间设置 RSTRT（6引脚）：自动重新启动控制引脚 BATT（7引脚）：接单个Li+的正极 GND（8引脚）：接地 DRV（9引脚）：外接电阻驱动器 CS（10引脚）：电流传感器输入MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，单节锂离子电池就可以经过此设备充电。它的最大特点是不使用电感的情况下也能够做到很低的功率耗散，可以实现预充电，有过压保护和温度保护多种保护功能，最长充
33、电时间作为二次保护。MAX1898的典型充电电路图4-2所示。IN CSMAX1898CHG DRVEN/OK BAITCT TSETRSTRTGND 8锂电池输出10974设置充电电流充电时间选择56231LEDCOFF电源输入4.5V-12VON图4-2 MAX1898的典型充电电路充电过程的启动很简单，只要把电池放进充电器就会被MAX1898检测到，之后就会开始充电。一般情况下，平均的脉冲充电电流要低于设置的快速充电电流的20%，当充电时间超过我们设置的最大充电时间时，充电周期就会结束。MAX1898会自动检测充电电源，如果没有检测到电源时就会自动关断，尽量少的减少电池的漏电。快速充电启
34、动之后，打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到的设定的阈值时，就会进入脉冲充电，P型场效应管打开的时间会越来越短。充电结束时，LED指示灯会呈现周期性的闪烁。闪烁的含义如表4-1所示。表4-1 MAX1898典型充电电路的LED指示灯状态说明充电状态LED指示灯电池或充电器没有安装灭预充或快充亮充电结束灭充电出错以1.5Hz频率闪烁（2） 三端稳压集成电路LM7805介绍因为充电器外部由+12V来供电，所以就；需要一个电压转换芯片将+12V电压转换为+5V电压，在这里可以选用三段电压转换芯片LM7805来完成电压的转换。三端稳压集成电路lm7805。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正
35、电压输出的lm78 系列和负电压输出的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，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠并且经济适用。该系列集成lm78或lm79后面的数字代表输出电压，像lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。其实物图如图4-3所示。图4-3 LM7805实物图（3） 光耦合器6N137介绍要降低电压的干扰，使得
36、电路保持稳定，在LM7805完成电压转换，将+5V充电电源传给MAX1898之前，需要先经过一次光耦模块6N137处理，通过单片机对光耦模块的控制，可以及时关断充电电源。6N137管脚图如图4-4所示，管脚定义如表4-2所示。 图4-4 6N137引脚表4-2 6N137引脚功能图引脚引脚功能NC(1、4脚)悬在空中+（2脚）、（3脚）发光二极管的正负极GND(5脚)接地OUTPUT（6脚）输出EN(7脚)使能端。低的时候，无论有无输入，输出总是高。不用，悬空就行。VCC（8脚）电源输入端4.2 系统总体设计4.2.1智能充电器功能模块 智能充电器总体框图如图4-5。充电控制电路状态指示LED
37、灯蜂鸣报警器电压转换电路电源单片机光耦隔离电路图4-5 智能充电器总体框图各模块主要功能单片机模块：实现智能化控制，如低电压预充，自动断电，报警提示等。充电过程控制模块：利用MAX1898实现对充电过程的控制。电压转换及光耦隔离模块：利用三端稳压集成电路LM7805将12v电压转换为5v电压，该电压送至充电控制电路之前需经过光耦隔离电路。4.3 智能充电器硬件电路设计与实现图4-6 单片机控制部分单片机部分的电路原理图如图4-6。其中，U1为单片机AT89C52，这是智能控制控制中心，工作频率为11.0592MHz，其可通过外部中断口/INT0（12脚）响应充电芯片MAX1898输出的充电状态
38、，并通过P2.0口输出控制信号控制隔离光耦6N137，随时启动或关断充电电源。LS1是蜂鸣器，他可由单片机的P2.1脚控制发出报警声提示。图4-7充电控制部分图4-7为充电控制部分的电路原理图，充电控制部分的核心器件是MAX1898，它的充电状态引出脚/CHG经过74LS04反相后于单片机/INT0相连，触发外部中断。R5是设置充电电流的电阻，阻值为2.8k，所以最大充电电流为500mA；C12是设置充电时间的电容，容值为100nF，所以最大充电时间是3个小时。LED_R是红色发光二极管，它亮表示电源接通；LED_G是绿色发光二极管，它亮时表示电池处于充电状态。Q1是由MAX1898驱动的P沟
39、道场效应管。 图4-8为电压转换及光耦隔离部分电路原理图电压转换及光耦隔离部分电路原理图如图4-8所示。U2是电压转换芯片LM7805，由图我们可以看出来，输入时电源电压12V，输出经过LM7805就成了5V的电压，这是充电器需要的电压。C8是光耦隔离芯片6N137，输入VCC（8脚）与LM7805的输出（3脚）相连，输出OUTPUT是经过隔离的5V电压，C8的2脚与单片机的P2.0相连，单片机控制可以适时地关闭充电电源，这样可以防止电源的干扰。4.4 软件设计本设计单片机芯片主要是在充电过程中起保护作用，MAX1898控制充电过程。MAX1898完成充电的时候，它的/CHG引脚就会产生由低到
40、高的跳变，这就会引起单片机的/INT0中断。/CHG存在高电平有三种情况：(1) 没有电池或没有输入电流。(2) 充电完了。 (3) 充电出现错误，/CHG引脚会以1.5MHz的频率改变控制LED闪烁。检测为第一第二种情况时单片机直接控制光耦切断充电电源，所以编写程序时只要区别对待第三种充电出错的情况就行了。在中断中，如果不是充电出错，则控制P2.0 脚切断电源，控制P2.1 脚启动蜂鸣器报警。程序流程图如图4-9所示 图4-9程序流程图 a图：初始化程序，电池安装完毕，接通电源后，程序进行初始化，进入空语句，等待中断触发。 b图：外部中断0服务子程序，当单片机检测到外部中断信号后，定时器计数
41、器清零并计数，定时器中断触发。c图：定时器0服务子程序，定时器中断触发后3s，检测是否有第二次中断触发，若没有则认为充电完毕并关闭蜂鸣器，切断充电电源。若有第二次触发，则认为充电出错并关闭外部中断和定时器中断。主要程序见附录5 总结毕业设计是我们大学学习过程中一个十分重要的环节。毕业设计可以说是我们大学校园的最后一课，这对我们来说意义非常重要的经历，经过一个月的选题研究，从选题和资料、分析和计划、毕业设计说明书写等等中，培养了我对电子产品的制作的浓厚兴趣。在毕业设计的过程中，让我熟悉了单片机的设计流程，以及论文的书写步骤。我们经过反复的研究。综合我们所学的知识以及成品制作的可靠性再结合时代与市
42、场的需求性，选择了智能充电器的设计。在设计背景中我已经提到过当今世界电子产品的重要性，而在电子产品中，使用锂离子电池又占有80%之多，可见智能充电器的市场需求非常广大。这次毕业设计的题目是基于51单片机的智能充电器的设计，主要器件用到51单片机和MAX1898电源管理芯片以及三端稳压集成电路LM7805和光耦合器6N137，对其都已经单独做出介绍。其中51单片机在此设计中是控制部件，相当于人类的大脑，使我们设计的充电器不再是单纯的充电，断电过程，而是更加高效、安全、细分化的充电过程，本次设计所实现的充电过程是：预充、快充、满充、断电、报警等过程，这样就会高效的充电，并且充电过程中不会发生过度充
43、电的结果，影响锂离子电池的寿命。在本设计中，还是要重点把握预充、快充、满充、断电、报警的充电原理。MAX1898的充电状态指示输出信号CH6在本次设计中的应用：MAX1898在外围电路的设计中，其中包括设置充电电流的电阻和充电时间的电容数值的选取以及如何在单片机程序中判断出充电完成还是充电出错，并做出相应的处理。本设计就迎合了锂离子一些特点。通过这次毕业设计我学到了很多电路知识,电脑知识，以及相关软件的知识，如 Word、Microsoft Office 等等，从中学到了知识也得到了实际的应用。特别是通过本次毕业设计巩固我的理论知识。本设计主要针对对象还是手机，平板电脑等小型充电设备，这些设备
44、因为我们用到的频率非常之高，而其大小决定了电池容量不能太大，就导致充电次数频繁，相信此类智能充电器一旦应用于实际，会很好的保护此类设备最低成度遭受电池损坏。 在这次毕业设计中，涉及到单片机原理及应用、传感器与检测技术、电路、模拟电子技术等学科。我既巩固了专业知识，又学到了在智能化设计过程中的许多流程和该注意的事项，并使我对单片机产生了浓厚的兴趣。本次经历将是我在大学时期很好的一次实践和锻炼机会。也将是我开展单片机深入学习的一个良好开端。参考文献：1 李朝青.单片机原理及接口技术M.3版.北京：北京航空航天大学出版社,2010.2 田淑清，周海燕，孙甲松，叶海建，王卫兵.C语言程序设计M.北京：高等教育出版社，2010.3 赵文博，刘文涛单片机语言C51程序设计M.北京：人民邮电出版社,2006.4 张毅刚，彭喜元，孟升卫，刘兆庆.MCS-51单片机实用子程序设计M.2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2003年.5 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例M.北