基于单片机的锂电池充电器设计毕业论文

基于单片机的锂电池充电器设计毕业论文内容摘要：

池组中各单体电池的最高充电电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池己足充电。 电压负增量 (－ △ V)：由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池己充足电。 这种控制方法的缺点是： ① 从多次快速充电实验中发现，电池充足电之前，也有可能出现局部电压下降的情况，使电池在未充足电时，由于检测到了负增量而停止快充； ② 镍镉电池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，此时过充电较严重，此时电池的温度较高，对电池有所损害。 因此，这种控制方法主要适用于镍镉电池。 电压零增量 (△ V)：锂电池充电器中，为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池，通常采用 0△ V控制法。 这种方法的缺点是：未充足电以前，电池电 压在某一段时间内可能变化很小，若此时误认为 0△ V出现而停止充电，会造成误操作。 为此，目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏 0△ V检测，当电池电压略有降低时，立即停止快速充电。 (3)电池温度控制 为了避免损坏电池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电。 常用的温度控制方法有： 最高温度 (TMAX)：充电过程中，通常当电池温度达到 40℃ 时，应立即停止快速充电，否则会损害电池。 电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。 这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。 温度变化率 (△ T/△ t)：充电电池在充电的过程中温度都会发生变化，在充足电后， 12 电池温度迅速上升，而且上升速率 △ T/△ t基本相同，当电池温度每分钟上升 1℃ 时，应当立即终止快速充电。 应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。 采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。 (4)综合控制法 以上各种控制方法各有其优缺点：由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池，若只采用一种方法，则会很难保证电池较好的充电。 为了保 证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。 鉴于定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法。 锂电池是以零增量检测为主，时间、温度和电压检测为辅的方式。 系统在充电过程检测有无零增量 (△ V)出现，作为判断电池已充满的正常标准，同时判断充电时间、电池温度及端电压，是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段。 当电池电压超过检测门限时，系统会检测有无零增量出现，若出现 △ V，则认为电池正常充满 ，进入浮充维护状态；在充电过程中，系统会一直判断充电时间、电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条件。 若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。 4 锂电池充电器硬件设计 单片机电路部分 1． AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压，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 MCS51 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， 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。 如图 14 13 图 14 存储器 (1)主要特性： 与 MCS51 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： 0Hz24Hz 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。 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。 14 并因此作为输入时， 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 2 所示： 表 口管脚 备选功能 （串行输入口） （串行输出口） （外部中断 0） （外部中断 1） T0 （记时器 0 外部输入） T1 （记时器 1 外部输入） （外部数据存储器写选通） （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 PSEN 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 （ 0000HFFFFH） ，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）。 15 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。 (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。 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。 2． AT89C2051 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 MCS51 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，提高了系统的性价比。 AT89C2051 是一个有 20 个引脚的芯片，引脚配置与 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 ～ 提供内部上拉，当作为输入并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。 和 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 16 出缓冲器能接收 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 ～ 与 为 7 个带内部上拉的双向 I/0 引脚。 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。 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。 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： ①转换速率高达 10MBit/s。 ②摆率高达 10kV/us。 ③扇出系数为 8。 ④逻辑电平输出。 ⑤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 )： 最大允许 高电平电压： Vcc 最大电源电压、输出： 扇出 (TTL 负载 )： 8 个 (最多 ) 工作温度范围： 40176。 C to +85176。 C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统。