智能型充电器控制电路的设计毕业设计(编辑修改稿)

智能型充电器控制电路的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现“电 — 光 — 电”转换。 普通光耦合器只能传输数字信号， 不适合传输模拟信号。 近年来线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使其应用领域大为拓宽。 光耦器件的典型应用有3 种：微机接口电路中的光电隔离，功率驱动电路中的光电隔离和远距离的隔离传送。 本设计中 PWM 信号通过光电隔离驱动主回路上的 MOSFET，在微机控制系统中，大量应用是对开关量的控制，这些开关量经过 I/O 口输出，而 I/O 的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动接口电路，为避免微机受影响，须采取隔离措施。 电源变换电路 电源变换电路 由交流变压器和单相桥式整流电路组成。 将输入为 220V、 50HZ的交流电压经过交流变压器变换为合适的交流电压后，由单相桥式整流电路整流后输出给开关电源的直流电压，然后经过电容滤波后作为开关电源的电源输入。 电源变换电路如图 33所示。 图 33 电源变换电路 5 采样 电路的设计 图 34 采样电路 采样电路连接如图 34 所示。 本设计中充电电流通过电流传感器 MAX471 转换为电压值。 电流采样的电压值和池组的端电压值两者经过模拟开关 CD4051,再经过电压跟随器输入到模数转换器 AD574分别 进行转换 ,其结果由单片机读取 ,并进行存储和处理。 多路模拟转换开关 计算机为了从多个模拟量中选取一个进行输入，通常采用模拟多路开关实现信号的分时切换。 本设计中采用 CD4051 作为 多路模拟转换开关。 转换过程在允许输入端控制下进行的，当 INH=1 时，通道断开。 当 INH=0 时，其中一个通道接通。 将控制输入端 A、 B、 C 分别与 、 、 和相连，通过输出不同高低电平，改变 A、 B、 C值。 当 ABC 的值为 110 时， Y6 通道的电流采样电压信号选通；当 ABC的值为 111 时， Y7通道的电池端电压信号选 通。 传感器芯片 MAX471 A. MAX471 芯片的特点、功能 a. 具有完美的高端电流检测功能。 b. 内含精密的内部检测电阻。 c. 工作温度范围内，其精度为 2%。 d. 具有双向检测指示，可监控充电和放电状态。 e. 内部检测电阻和检测能力为 3A，并联使用时还可扩大检测电流范围。 f. 最大电源电流为 100μ A。 g. 关闭方式时的电流仅为 5μ A。 h. 电压范围为 3～ 36V。 i. 采用 8脚 DIP/SO/STO 三种封装形式。 智能型充电器控制电路的设计 B. MAX471 的引脚功能说明 图 35 MAX471 芯片引脚图 MAX471 引脚排列如图 35 所示。 各引脚功能如下： SHDN：关闭端。 正常运用时连接到地。 当此端接高电平时，电源电流小μ A。 RS+：内部电流检测电阻电池（或电源端）。 GND：地或电池负端 RS：内部电流检测电阻的负载端。 SIGN：集电极开路逻辑输出端。 低电平表示电流从 RS流向 RS+。 当 SHND 为高电平时， SIGN 不为高阻抗，如果不需要 SIGN，可将其悬空。 OUT：电流输出，它正比于流过 TSENSE 被测电路的幅度，此引脚到地之间应接一个 2k 电阻，每一安培被测电流将产生大小等于 1V的电 压 本设计中将 MAX471 串接到充电回路中，电流输出端通过电阻实现以地为参考点的电流到电压的转换，然后将转换后的电压信号接入多路转换器。 单片机控制电路及 A/D 转换电路 转换电路及单片机控制电路如图 36所示。 采样的电池电流信号和端电压信号经多路转换器分时输出后，输出到模数转换器 AD574，由模数转换器将采样的模拟量转换成数字量，再输出到单片机，交给单片机处理后，由一个端口输出合适脉冲信号，从而控制充电电流大小。 7 图 36 单片机控制电路及 A/D 转换电路 单片 机 89C51 芯片 89C51 单片机内部有两个定时器 、 两个外部中断和一个串口中断、三个八路的I/O 口 ,采用 的晶振。 89C51 单片机是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能 8 位微处理器。 单片机的任务是通过采样电路实时采集电池的充电状态 ,通过计算决定下一阶段的充电电流 ， 然后发送命令给控制器控制电流的大小。 单片机通过 8255A 并行接口与显示器 相连 ,用于存储数据和虚拟显示。 89C51 单片机 引脚如图 37所示。 智能型充电器控制电路的设计 图 37 89C51 单片机 A. 89C51 引脚功能说明 Vss: 电路接地端。 Vcc: 电源电压。 ～ : 8 位拟双向通道。 ～ : 8 位拟双向通道。 ～ : 8 位漏极开路的双向通道。 X1: 内部振荡器外接晶振的一个输入端。 X2: 内部振荡器外接晶振的另一个输入端。 WR : 外部数据存储器读脉冲。 RD: 外部数据存储器写脉冲。 T0: 定时器 /计数器 0外部事件脉冲输入端。 T1: 定 时器 /计数器 1外部事件脉冲输入端。 INT0: 外部中断 0输入口。 INT1: 外部中断 1输入口。 RXD: 串行输入口。 TXD: 串行输出口。 PSEN: 程序选通有效信号，低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上。 ALE/P : 地址锁存有效信号，主要作用是提供一个适当的定时信号。 9 EA/Vp: 片选使能，当保持 TTL 高电平时 ,执行内部 ROM 指令；当使 TTL 为低电平时，从外部程序存储器取出所有指令。 B. 89C51 主 要性能参数 a. 与 MCS51产品指令系统完全兼容 b. 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 c. 1000 次擦写周期 d. 全静态操作： 0HZ24MHZ e. 三级加密程序存储器 f. 128 8 字节内部 RAM g. 32 个可编程 I/O 口线 h. 2 个 16 位定时 /计数器 i. 6 个中断源 g. 可编程串行 UART 通道 C. 单片机时钟电路设计 时钟电路是单片机不可缺少的电路组成部分 ， 在一个单片机系统中，没有 晶振 ，就没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。 在本设计中 89C51 单片机 采用 的晶振。 振荡电容值无严格要求，但它对 晶振 输出频率的稳定性、大小、振荡电路的起振速度有一些影响。 本设计采用 22pF 的电容。 在实际应用中，要根据实际起振情况选择。 单片机 89C51 的 时钟电路如图 38所示。 图 38 时钟电路 D. 单片机复位电路设计 单片机在工作之前都要有个复位过程，复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。 复位电路实现一般有俩种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制；另 一种方法是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平，控制单片机的复位。 智能型充电器控制电路的设计 本设计采用上电复位电路，复位电路由 10μ F 电容和 10K 的电阻及 1N4001 二极管组成。 在满足单片机可靠复位的前提下，该电路优点在于降低复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。 二极管可以实现快速释放电容电量的功能，满足短时间复位的要求。 上电复位电路如图 39 所示。 图 39 单片机复位电路 A/D 转换电路 本设计中 电压和电流采样采用模 /数转换器 AD574， 本次设计选用单极性输入范围为 0～ 20V的模拟量输入端 20Vin。 通过 89C51 的 、 、 和 这四个端对 AD574 的转换形式进行控制，摸数转换结束后由 AD574 的 12 位数据输出端按双八位形式通过 89C51 的 P1 口输出到单片机对转换后的数字量进行处理。 AD574为 177。 15V 双电源供电 ,12位输出 ,最大误差为 177。 4bit, 合计电压。 A/D 转换器是数据采集系统的核心，担负着将模拟信号变换成适合于数字处理的二进制代码的任务。 A. A/D 转换器的主要参数 a. 分辨率 分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需 输入模拟电压的变化量。 b. 量化误差 A/D 转换是将连续的模拟量转换为离散的数字量。 对一定范围连续变化的 模拟量只能反映成同一个数字量。 这个误差是量化过程不可避免的。 c. 精度 除了量化误差，还有其他因素，如非线性引起的误差。 在手册中，将这种附加误差的总和，称为总不可调误差，实际上就是 A/D 调整到最精确情况下还存在的附加误差。 精度指量化误差和附加误差之和。 d. 转换时间 11 A/D 转换时间指的是从发出启动转换命令到转换结束获得整个数字信号为止所需的时间间隔。 B. A/D 转换芯片 AD574 AD574 是一个通用 A/D 转换器芯片，利用微机系统的中断和端口技术都很容易与 AD574 接口，进行数据传送。 C. AD574 的引脚功能 AD574 是一种逐次副近型 12位 A/D 转换器芯片，也可以用作 8位 A/D 转换，转换时间为 15～ 35μ s。 若转换成 12 位二进制数，可以一次读出，也可分成两次读出，即先读出高 8 位，后读出低 4 位， AD574 内部自动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用十分方便。 AD574 芯片引脚如图 310 所示。 图 310 AD574芯片引脚图 AD574 芯片引脚定义如下： CS ：片选信号。 R /C：读或转换选择。 12/8 ：输出数据选择，当接高电平时，输出数据是 12 位字长；当接低电平时，是将转换输出的数据变成两个 8位字输出。 CE：芯片允许信号，用来控制转换或读操作，它为高电平并且 CS ＝ 0 时， R /C信 号的控制才起作用，也就是说， CE、 CS 、 R /C 信号共同控制操作。 A0：转换数据长度选择，如果 A0 为高时，启动 A/D 转换，进行 8 位转换；如果 A0 为低时，启动 A/D转换，则为 12位转换。 VCC：正电源，其范围为 ～。 REF IN：参考电压输入。 智能型充电器控制电路的设计 REF OUT：＋ 10V 参考电压输出，具有 的带负载能力。 BIP OFF：双极性偏移，当单极性或双极性输入时，该端加相应的偏移电压，用于零点调 整。 10VIN：单极性输入 0～ 10V 输入端，双极性输入177。 5V输入端。 20VIN：单极性输入 0～ 20V 输入端，双极性输入177。 10V 输入端。 AGND：模拟信号公共端，微机使用时，可作为模拟地。 STS：状态输出信号，转换时为高电平，转换结束时为低电平。 D0～ D11：输出转换结果的数据线。 键盘输入电路 本设计中 89C51 单片机 的 、 和 三个输入输出接口通过 S S2和 S3 按钮接到一个的电源上，读入这三个端口的状态来选择合适的充电方式，三个端口分别对应了 镍镉电池、锂离子电池和镍氢 电池的充电方式的选择。 当不充电时，三个 按钮处于断开状态， 单片机 的三个端口为低电平；当充电时，依照电池类型按下对应的按钮， 单片机 的三个端口为高电平。 显示接口电路 本设计中采用 8255A 芯片作为单片机 89C51 的 I/O 扩展芯片， 74LS244 芯片驱动数码管和 74LS07 芯片对数码管进行位选。 显示电路用来对充电过程中电池的各项参数进行显示，它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。 并行接口芯片 8255A 芯片 具有 24条输入 /输出引脚、可编程的通用并行输入 /输出接口电路。 它是一片使用单一 +5V 电源的 40脚双列直插式大规模集成电路。 8255A 的通用性强，使用灵活，通过它 CPU 可直接与外设相连接。 A. 8255A 芯片结构 8255A 芯片 由 4 部分组成： a. 数据总线缓冲器。 b. 读 /写控制逻辑。 c. A 组和 B 组的控制电路。 d. 三个 8位端口 PA、 PB 和 PC，其中 PC 口可分为两个 4位端口，可分别同端口 A和端口 B配合使用，可以用作控制信号输出等。 B. 8255A 芯片的 引脚功能说明 13 图 311 8255A芯片 引脚 图 8255A 芯片的 引脚 如图 311所示。 a. 面向系统总线的信号线有： D0～ D7：双向数据线。 CPU 通过它向 8255A 发送命令 、 数据 ； 8255A 通过它向CPU 回送状态、数据。 CS ：选片信号线，该信号低电平有效，由系统地址总线 I/O 地址译码器产生。 CPU 通过发高位端口地址信号使它变成低电平时 ， 才能对 8255A 进行读写操作。 当CS 为高电平时，切断 CPU 与芯片的联系。