1、 無錫工藝職業技術學院畢業設計（論文）題 目：基于單片機的智能鋰電池充電管理系統設計系 部： 電 子 信 息 系 專 業： 應 用 電 子 技 術 學 號： _ 學生姓名： _ _指導教師： _ _職 稱： _ _2013 年 5月 2日 目錄1摘要31.1 課題研究的背景41.2鎳氫電池、鎳鎘電池與鋰離子電池之間的差異41.3 課題研究的意義52 電池的充電方法與充電控6 2.1電池的充電方法和充電器6 2.1.1 電池的充電方法62.2 充電控制技術10 2.2.1 快速充電器介紹10 2.2.2 快速充電終止控制方法103鋰電池充電器硬件設計133.1 at89c51133.2 電壓轉換

2、及光耦隔離電路部分163.3 充電控制電路部分17 3.3.1 max1898充電芯片充電芯片充電芯片充電芯片174 鋰電池充電器軟件設計224.1程序功能224.2 主要變量說明224.3 程序流程圖23致謝28參考文獻291摘要本課題設計是一種基于單片機的鋰離子電池充電器，在設計上，選擇了簡潔、高效的硬件，設計穩定可靠的軟件，詳細說明了系統的硬件組成，包括單片機電路、充電控制電路、電壓轉換及光耦隔離電路，并對本充電器的核心器件max1898充電芯片、at89c2051單片機進行了較詳細的介紹。闡述了系統的軟硬件設計。以c語言為開發工具，進行了詳細設計和編碼。實現了系統的可靠性、穩定性、安全

3、性和經濟性。 該智能充電器具有檢測鋰離子電池的狀態；自動切換充電模式以滿足充電電池的充電需要；充電器短路保護功能；充電狀態顯示的功能。在生活中更好的維護了充電電池，延長了它的使用壽命。 關鍵詞：充電器；單片機；鋰電池；max1898abstract： this topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on single chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design st

4、able reliable software, explained in detail systems hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery chargers core component - max1898 charge c

5、hip, at89c2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. elaborated systems software and hardware design. take the c language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. has realized systems reliability, the stability, the security and the e

6、fficiency. the intelligence battery charger has the examination lithium ion batterys condition; the automatic cut over charge pattern meets when rechargeable batterys charge needs; battery charger has short circuit protection function; the charge condition demonstrations function. the battery charge

7、r has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable batterys service life. key words：charger; scm; lithium battery; max1898社會信息化進程的加快對電力、信息系統的安全穩定運行提出了更高的要求。在人們的生產、生活中，各種電氣、電子設備的應用也越來越廣泛，與人們的工作、生活的關系日益密切，越來越多的工業生產、控制、信息等重要數據都要由電子信息系統來處理和存儲。而各種用電設備都離不開可靠

8、的電源，如果在工作中間電源中斷，人們的生產和生活都將受到不可估量的經濟損失。 對于由交流供電的用電設備，為了避免出現上述不利情況，必須設計一種電源系統，它能不間斷地為人們的生產和生活提供以安全和操作為目的可靠的備用電源。為此，以安全和操作為目的的備用電源設備上都使用充電電池。這樣，即使電力網停電，也可利用由充電電池構成的安全和操作備用電源，從容地采用其他應急手段，避免重大損失的發生。而對于采用充電電池供電的用電設備，從生產、信息、供電安全角度來說，充電電池在系統中處于及其重要的地位。 同時，具體到生活方面，隨著社會的快速發展，電子產品小型化、便攜化也使得充電電池越來越重要，鋰離子電池有較高的比

9、能量，放電曲線平穩，自放電率低，循環壽命長，具有良好的充放電性能，可隨充隨放、快充深放，無記憶效應，不含鎘、鉛、汞等有害物質，對環境無污染，被稱為綠色電池。基于這些特性，所以鋰電池得到了迅速的發展和廣泛的應用。鋰電池充電器是為鋰離子充電電池補充能源的靜止變流裝置，其性能的優劣直接關系到整個用電系統的安全性和可靠性指標。 1.1 課題研究的背景 電池是一種化學電源，是通過能量轉換而獲得電能的器件。二次電池是可多次反復使用的電池，它又稱為可充電池或蓄電池。當對二次電池充電時，電能轉變為化學能，實現向負荷供電，伴隨吸熱過程。對于二次電池，其性能參數很多，主要有以下4個指標： 工作電壓：電池放電曲線上

10、的平臺電壓。 電池容量：常用單位為安時(ah)和毫安時(mah)。 工作溫區：電池正常放電的溫度范圍。 電池正常工作的充、放電次數。 二次電池的性能可由電池特性曲線表示，這些特性曲線包括充電曲線、放電曲線、充放電循環曲線、溫度曲線等。二次電池的安全性可用特性的安全檢測方式進行評估。二次電池能夠反復使用，符合經濟使用原則。對于市場上二次電池的種類，大致分為：鉛酸(la)電池、鎳鎘(nicd)電池、鎳氫(nimh)電池和鋰離子(liion)電池。 1. 二次電池的性能比較 鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池的性能比較見表1-1。 2. 表1-1 鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池的性能比較 1.2鎳氫電池、鎳

11、鎘電池與鋰離子電池之間的差異 (1)重量方面 以每一個單元電池的電壓來看，鎳氫電池與鎳鎘電池都是1.2v，而鋰離子電池為3.6v，鋰離子電池的電壓是鎳氫、鎳鎘電池的3倍。并且，同型電池的重量鋰離子電池與鎘鎳電池幾乎相等，而鎳氫電池卻比較重。但鋰離子電池因端電壓為3.6v，在輸出同電池的情況下，單個電池組合時數目可減少2/3從而使成型后的電池組重量和體積都減小。 (2)記憶效應 鎳氫電池與鎳鎘電池不同，它沒有記憶效應。對于鎳鎘電池來說，定期的放電管理是必需的。這種定期放電管理屬于模糊狀態下的被動管理，甚至是在鎳鎘電池荷電量不確切的情況下進行放電(每次放電或者使用幾次后進行放電都因生產廠的不同有所

12、差異)，這種煩瑣的放電管理在使用鎳鎘電池時是無法避免的。相對而言，鋰離子電池沒有記憶效應，在使用時非常方便，完全不用考慮二次電池殘余電壓的多少，可直接進行充電，充電時間自然可以縮短。 記憶效應一般認為是長期不正確的充電導致的，它可以使電池早衰，使電池無法進行有效的充電，出現一充就滿、一放就完的現象。防止電池出現記憶效應的方法是，嚴格遵循“充足放光”的原則，即在充電前最好將電池內殘余的電量放光，充電時要一次充足。通常鎳鎘電池容易出現記憶效應，所以充電時要特別注意；鎳氫電池理論上沒有記憶效應，但使用中最好也遵循“充足放光”的原則，這也就是很多充電器提供放電附加功能的原因。對于由于記憶效應而引起容量

13、下降的電池，可以通過一次充足再一次性放光的方法反復數次，大部分電池都可以得到修復。 (3)自放電率 鎳鎘電池為15%30%月，鎳氫電池為25%35%月，鋰離子電池為2%5%。鎳氫電池的自放電率最大，而鋰離子電池的自放電率最小。 ( 4)充電方式 鋰離子電池已易受到過充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴格限制。充電速率(蓄電池的充電電流通常用充電速率c表示，c為蓄電池的額定容量，例如用2a的電流對1ah電池充電，充電速率就是2c；同樣地，用2a電流對500mah電池充電，充電速率就是4c)通常不超過1c，最低放電電壓為2.73.0v，如再繼續放電，則會損害電池。鋰離子電池以

14、恒流轉恒壓方式進行充電。采用1c充電速率充電至4.1v時，充電器應立即轉入恒壓充電，充電電流逐漸減小；當電池充足電后，進入涓流充電過程。為避免過充電或過放電，鋰離子電池不僅在內部設有安全機構，充電器也必須采取安全保護措施，以監測鋰離子電池的充放電狀態。 1.3 課題研究的意義本課題研究的對象主要是鋰離子電池的充電原理和充電控制。鋰離子電池的充電設備需要解決的問題有: (1)能進行充電前處理，包括電池充電狀態鑒定、預處理。 (2)解決充電時間長、充電效率低的問題。 (3)改善充電控制不合理，而造成過充、欠充等問題，提高電池的使用性能和使用壽命。 (4) 通過加強單片機的控制，簡化外圍電路的復雜性

15、，同時增加自動化管理設置，減輕充電過程的勞動強度和勞動時間，從而使充電器具有更高的可靠性、更大的靈活性，且成本低。 本課題研究的意義在于： (1)充分研究鋰離子電池的充放電特性，尋找有效的充電及電池管理途徑。 (2)使充電設備具有完善的自診斷功能和適時處理功能。 (3)實現充電器具備強大的功能擴展性，以便為該充電器的后續功能升級提供平臺。 2 電池的充電方法與充電控 2.1電池的充電方法和充電器2.1.1 電池的充電方法 1.恒流充電 (1)恒流充電 充電器的交流電源電壓通常會波動，充電時需采用一個直流恒流電源(充電器)。當采用恒流充電時，可使電池具有較高的充電效率，可方便地根據充電時間來決定

16、充電是否終止，也可改變電池的數目。恒流電源充電電路如圖2-1所示。圖2-1 恒流電源充電電路 (2)準恒流充電 準恒流充電電路如圖2-2所示。在此種電路中，通過直流電源和電池之間串聯上一個電位器，以增加電路內阻來產生恒定電流。電阻值根據充電末期的電流進行調整，使電流不會超過電池的允許值。由于結構簡單、成本低廉，此種充電電路被廣泛應用充電器中。2. 恒壓充電 恒壓充電電路如圖2-3所示。恒壓充電是指每只單體電池均以某一恒定電壓進行充電。當對電池進行這一充電時，電池兩端的電壓決定了充電電流。這種充電方式的充電初期電流較大，末期電流較小。充電電流會隨著電壓的波動而變化，因此充電電流的最大值應設置在充

17、電電壓最高時，以免時電池過充電。 另外，這種充電方式的充電末期電壓在達到峰值后會下降。電池的充電電流將變大，會導致電池溫度升高。隨著電池溫度升高，電壓下降，將造成電池的熱失控，損害電池的性能。3. 浮充方式 在浮充方式中，電池以很小的電流(c/30c/20)進行充電，以使電池保持在滿充狀態。浮充方式廣泛應用于電池作為備用電源或應急電源的電氣設備中。常規浮充方式充電電路如圖2-4所示。4. 分階段充電方式 5. 在分階段充電方式中，在電池充電的初始階段充電電流較大。當電池電壓達到控制點時，電池轉為以涓流方式充電。分階段充電方式是電池最理想的充電方式，但缺點是充電電路復雜和成本較高。另外，需增設控

18、制點的電池電壓的監測電路。分階段充電方式的簡單示意圖如圖2-5所示。圖2-5 分階段充電的簡單示意圖 6. 快速充電 在用大電流短時間對電流充電時，需用電池電壓檢測和控制電路。該電路在電池充電末期實時檢測電池電壓和電池溫度，并且根據檢測參數控制充電過程。 (1)電池電壓檢測 在大電流充電末期，檢測電池電壓，當電池電壓達到設定值時，將大電流充電轉成小電流充電。采用小電流充電方式是為了保證電池充電容量。控制電路設置的充電截止電壓必須比充電峰值電壓低。 (2)v檢測 電池充電過程的充電電流是通過檢測電池充電末期的電壓降來進行控制的，采用v控制系統的充電控制電路，當充電峰值電壓確定后，若v檢測電路檢測

19、的電壓降達到設定值，控制電路將使大電流充電電路分段。圖2-6 充電電池、電池電壓和充電時間的關系(3) 電池溫度檢測 電池在充電末期，負極發生氧復合反應產生熱量，使電池溫度升高。由于電池溫度升高將導致充電電流增大，為控制充電電流，可在電池外殼上設置溫度傳感器或電阻等溫度檢測元件。當電池溫度達到設定值時，電池充電電路被切斷。下面即給出了電池溫度檢測簡圖和電池溫度與充電時間的關系圖。 圖2-7 電池溫度檢測簡圖 圖2-8 電池溫度和充電時間的關系 充電器的結構框圖 早期的充電器是沒有處理器的,它主要由充電器集成電路及電源部分組成，其內部結構較復雜，引腳也較多。一般的功能較完善的充電器結構框圖如圖2

20、-9 aa線右邊所示。 2-9 充電器結構框圖2.2 充電控制技術2.2.1 快速充電器介紹快速充電器的特點是對充電電池采用大電流充電。常用的充電電流值為0.32小時率電流。小時率電流值是由公式c(ah)/t(h)規定的，其中c代表電池額定容量，t代表時間。例如用1小時率電流對5號鋰電池快速充電，根據0.5(ah)1(h)500(ma)，即采用500ma的充電電流(一般慢速充電，選用10小時率電流)。 性能完善的快速充電器，其原理圖如圖 圖2-10 快速充電器原理框圖 其中的主控電路有多種類型： (1)定時型對電池進行定時充電，主控電路采用定時電路，定時時間可由充電電流決定。定時主控電路常設置

21、不同的時間以控制不同的小時率電流對電池按時間分擋充電，使用很方便。由于定時器制作容易，所以常用它自制定時快速充電器。自制時，為了充電安全，最好選大于5小時率的電流充電。 (2)電壓峰值增量v型有的可充電電池在充電時端電壓隨充電時間的增長而上升，但充足電后端電壓開始下降。設計主控電路時，利用該特性監測電池電壓出現峰值之后的微量下降，以控制充電結束，達到自動充電的目的。這也稱為v法。由于這種控制電路比較復雜，故不適于自制。 (3)其他主控電路主控電路除上述兩種以外，還有溫度監測和脈寬調制(pwm)控制電路。溫度監測常用熱敏電阻監測電池溫度。當電池溫度高于設定值時，立即停止快速充電，即使電池溫度下降

22、后，充電器也不會啟動工作。只有它復位(人工或自動)后，才能啟動再次轉人快速充電。 2.2.2 快速充電終止控制方法 充電控制技術是充電器系統中軟件設計的核心部分。根據充電電池的原理，將鋰電池的電壓曲線分為三段，具體見圖2-11. 圖2-11 鋰電池的充電特性由于鋰電池的最佳充電過程無法用單一量實現，在這三段應分別采用不同的控制方式。具體為:進入bc段之前，電池電量己基本用完，此時采用恒定的小電流充電。當進入bc段時，若采用恒流充電，電流過大會損壞電池，電流過小使充電時間過長，根據電壓變化情況控制充電電流，使電池充電已滿，若此時停止充電，電池會自放電。為防止自放現象發生，采用浮充維護充電方式，用

23、小電流進行涓流充電。在恒流充電狀態下，不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓時，恒流充電狀態終止，自動進入恒壓充電狀態；恒壓充電時，保持充電電壓不變。由于電池內阻不斷變大，導致充電電流不斷下降，當充電電流下降到恒流狀態下充電電流的1/10時，終止恒壓充電，進入浮充維護充電階段。電池在充滿電后，如果不及時停止充電，電池的溫度將迅速上升。溫度的升高將加速板柵腐蝕速度及電解液的分解，從而縮短電池壽命、容量下降。為了保證電池充足電又不過充電，可以采用定時控制、電壓控制和溫度控制等多種終止充電的方法。 (1)定時控制該方法適用于恒流充電。采用恒流充電法時，根據電池的容量和充電電流，可以很容易的確定所

24、需的充電時間。充電的過程中，達到預定的充電時間后，定時器發出信號，使充電器迅速停止充電或者將充電電流迅速將至浮充維護充電電流，這樣可以避免電池長時間大電流過充電。這種控制方法較簡單，但有其缺點：充電前，電池的容量無法準確知道，而且電池和一些元器件的發熱使充電電能有一定的損失，實際的充電時間很難確定。而該方法充電時間是固定的，不能根據電池充電前的狀態而自動調整，結果使有的電池可能充不足電，有的電池可能過充電，因此，只有充電速率小于0.3c時，才采用這種方法。 (2)電池電壓控制 在電壓控制法中，最容易檢測的是電池的最高電壓。常用的電壓控制法有： 最高電壓(vmax)：從充電特性曲線可以看出，電池

25、電壓達到最大值時，電池即充足電。充電過程中，當電池電壓達到規定值后，應立即停止快速充電。這種控制方法的缺點是：電池充足電的最高電壓隨環境溫度、充電速率而變，而且電池組中各單體電池的最高充電電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準確地判斷電池己足充電。電壓負增量(v)：由于電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓無關，而且不受環境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準確地判斷電池己充足電。這種控制方法的缺點是：從多次快速充電實驗中發現，電池充足電之前，也有可能出現局部電壓下降的情況，使電池在未充足電時，由于檢測到了負增量而停止快充；鎳鎘電池充足電后，電池電壓要經過較長時間，才出現負增量，此時過充電

26、較嚴重，此時電池的溫度較高，對電池有所損害。因此，這種控制方法主要適用于鎳鎘電池。電壓零增量(v)：鋰電池充電器中，為了避免等待出現電壓負增量的時間過久而損壞電池，通常采用0v控制法。這種方法的缺點是：未充足電以前，電池電壓在某一段時間內可能變化很小，若此時誤認為0v出現而停止充電，會造成誤操作。為此，目前大多數鋰電池快速充電器都采用高靈敏0v檢測，當電池電壓略有降低時，立即停止快速充電。 (3) 電池溫度控制 為了避免損壞電池，電池溫度上升到規定數值后，必須立即停止快速充電。常用的溫度控制方法有： 最高溫度(tmax)：充電過程中，通常當電池溫度達到40時，應立即停止快速充電，否則會損害電池

27、。電池的溫度可通過與電池裝在一起的熱敏電阻來檢測。這種方法的缺點是熱敏電阻的響應時間較長，溫度檢測有一定滯后。 溫度變化率(t/t)：充電電池在充電的過程中溫度都會發生變化，在充足電后，電池溫度迅速上升，而且上升速率t/t基本相同，當電池溫度每分鐘上升1時，應當立即終止快速充電。應當說明，由于熱敏電阻的阻值與溫度關系是非線性的，因此，為了提高檢測精度應設法減小熱敏電阻非線性的影響。 采用溫度控制法時，由于熱敏電阻響應時間較長，再加上環境溫度的影響，因此，不能準確的檢測電池的充足電狀態。 (4)綜合控制法 以上各種控制方法各有其優缺點：由于存在電池個體的差異和個別的特殊電池，若只采用一種方法，則

28、會很難保證電池較好的充電。為了保證在任何情況下均能可靠的檢測電池的充足電狀態，可采用具有定時控制、溫度控制和電池電壓控制功能的綜合控制法。 鑒于定時控制、溫度控制、最高電壓控制等單獨作為終止條件使用的局限性，有的系統中鋰電池的充電終止也采用綜合控制法。鋰電池是以零增量檢測為主，時間、溫度和電壓檢測為輔的方式。系統在充電過程檢測有無零增量(v)出現，作為判斷電池已充滿的正常標準，同時判斷充電時間、電池溫度及端電壓，是否已超過預先設定的保護值作為輔助檢測手段。當電池電壓超過檢測門限時，系統會檢測有無零增量出現，若出現v，則認為電池正常充滿，進入浮充維護狀態；在充電過程中，系統會一直判斷充電時間、電

29、池溫度及端電壓是否己到達或超過了充電保護條件。若其中有一個條件滿足，系統會終止現有充電方式，進入浮充維護狀態。 3鋰電池充電器硬件設計3.1 at89c51 at89c51是一種帶4k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多

30、功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c系列單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。(1) 主要特性：與mcs-51 兼容4k字節可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環 數據保留時間：10年全靜態工作：0hz-24hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內部ram 32可編程i/o線 兩個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 (2) 管腳說明：vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o

31、口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時， p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流

32、，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）

33、這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表3-1所示：p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執

34、行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ale禁止，置位無效。 psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的psen信號將不出現。 ea/vpp：當ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，ea將內部鎖定為reset；當ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 x

35、tal2：來自反向振蕩器的輸出。(3)振蕩器特性： xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。(4)芯片擦除： 整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。 此外，at89c51設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條

36、件下靜態邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。2at89c2051 at89c2051單片機是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版。內部自帶2k字節可編程flash存儲器的低電壓、高性能coms八位微處理器，與intel mcs-51系列單片機的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位cpu和閃速存儲器結合在單個芯片中，因此，at89c2051構成的單片機系統是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統，省去了

37、外部的ram、rom和接口器件，減少了硬件開銷，節省了成本，提高了系統的性價比。 at89c2051是一個有20個引腳的芯片，引腳配置如圖3所示。與8051相比，at89c2051減少了兩個對外端口（即p0、p2口），使它最大可能地減少了對外引腳下，因而芯片尺寸有所減小。 at89c2051芯片的20個引腳功能為： vcc 電源電壓。 gnd 接地。 rst 復位輸入。當rst變為高電平并保持2個機器周期時，所有i/o引腳復位至“1”。 xtal1 反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2 來自反向振蕩放大器的輸出。p1口8位雙向i/o口。引腳p1.2p1.7提供內部上拉，當

38、作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內部上拉的緣故。p1.0和p1.1需要外部上拉，可用作片內精確模擬比較器的正向輸入（ain0）和反向輸入（ain1），p1口輸出緩沖器能接收20ma電流，并能直接驅動led顯示器；p1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，p1口也可接收編碼數據。p3口 引腳p3.0p3.5與p3.7為7個帶內部上拉的雙向i/0引腳。p3.6在內部已與片內比較器輸出相連，不能作為通用i/o引腳訪問。p3口的輸出緩沖器能接收20ma的灌電流；p3口寫入“1”后，內部上拉，可用輸入。p3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。p3口同時也可為閃

39、速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。 3.2 電壓轉換及光耦隔離電路部分耦合器（optical coupler，英文縮寫為oc）亦稱光電隔離器，簡稱光耦，是開關電源電路中常用的器件。耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（led），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有

40、單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。 本次設計選擇了6n137光耦合器：6n137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內部有一個850 nm波長algaas led和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，lsttl/ttl兼容，高速(典型為10m

41、bd)，5ma的極小輸入電流。 特性：轉換速率高達10mbit/s; 擺率高達10kv/us; 扇出系數為8; 邏輯電平輸出; 集電極開路輸出; 工作參數： 最大輸入電流，低電平：250ua 最大輸入電流，高電平：15ma 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：vcc 最大電源電壓、輸出：5.5v 扇出(ttl負載)：8個(最多) 工作溫度范圍：-40c to +85c 典型應用：高速數字開關，馬達控制系統和a/d轉換等 6n137光耦合器的內部結構、管腳如圖所示。需要注意的是，在6n137光耦合器的電源管腳旁應有個0.1uf的去耦電容。在選擇電容類型時，應盡量選擇高頻特

42、性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6n137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。 6n137光耦合器的使用需要注意兩點：第一是6n137光耦合器的第6腳vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個電阻；第二是6n137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個led，必須串接一個限流電阻。3.3 充電控制電路部分 3.3.1 max1898充電芯片充電芯片充電芯片充電芯片1.如何選擇電池充電芯片 選擇電池充電芯片時需要結合實際的應用，具體的選擇標準有以下幾點。 封裝：即芯片的大小，對于體積有要求的場合需要選擇合適的封裝。 電流大小：充電的電流大

43、小決定充電時間。 充電方式：即是快充、慢充還是可以控制充電過程。 使用的電池類型：不同的電池需要不同的充電器。 2max1898 (1)如何使用max1898 max1898是本次設計充電器中的一個關鍵的器件。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晶體管可以組成完成的單節鋰電池充電器。max1898提供精確的恒流/恒壓充電。電池電壓調節精度為0.75%，提高了電池性能并延長了使用壽命。充電電流由用戶設定，采用內部檢流，無需外部檢流電阻。max1898提供了用于監視充電狀態的輸出、輸入電源是否與充電器連接的輸出指示和充電電路指示。 max189

44、8可對所有化學類型的鋰離子電池進行安全充電。電池調節電壓為4.2v，采用10引腳、超薄型max封裝，在更小的尺寸內集成了更多的功能，只需少數外部元件。 max1898的基本特點如下： 4.5v12v輸入電壓范圍； 內置檢流電阻； 0.75%電壓精度； 可編程充電電流； 輸入電源自動檢測； led充電狀態指示； 檢流監視輸出。 max1898的引腳如圖3-5所示。max1898的引腳功能如下。 in：傳感器輸入，檢測輸入電壓和電流。 chg：led驅動電路。 en/ok：邏輯電平輸入允許/電源輸入“好”。 iset：電流調節。 ct：安全的充電時間設置。 rstrt：自動重新啟動控制引腳。 ba

45、tt：接單個li+的正極。 gnd：地。 drv：外接電阻驅動器。 cs：電流傳感器輸入。 max1898外接限流型充電電源和p溝道場效應管，可以對單節鋰離子電池進行安全有效的快充，其最大特點是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功效耗散，可以實現預充電，具有過壓保護和溫度保護功能，最長充電時間限制為鋰離子電池提供二次保護。max1898的典型充電電路如圖3-6所示。圖3-6中的max1898內部電路包括：輸入調節器、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時器、溫度檢測器和主控制器。輸入電流調節電路用于限制電源的總輸入電流，包括系統負載電流與充電電流，當檢測到輸入電流大于設定的限流門限時，通過降低電池充

46、電電流可達到控制輸入電流的目的。因為系統工作時電源電流的變化范圍較大，如果充電器沒有輸入電流檢測功能，則輸入電源(墻上適配器或其他直流電源)必須能夠提供最大負載電流與最大充電電流之和，這將使電源的成本增高、體積增大，而利用輸入限流功能則能夠降低充電器對直流電源的要求，同時也簡化了輸入電源設計。 ()電源輸入：鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，電源的輸入需要采用恒流恒壓源，一般的，可以采用直流電源加上變壓器提供。 ()輸出：max1898通過外接的場效應管提供理電池的充電接口。 ()充電時間的選擇：max1898充電時間的選擇是通過外接的電容大小決定的。標準的充電時間為1.5小時，最大不要

47、超過3小時，根據這個標準，可以計算得到外接的電容的容值，如下所示： 定時電容c和充電時間tchg的關系式滿足：cnf=34.33tchghours ()設置充電電流：max1898充電電流在限制電流的模式下，可以通過選擇外接的電阻阻值大小決定。 最大充電電流imax和限流電阻rset的關系式滿足：imax1400/rset 當充電電源和電池充電電流達到快充電流的1%，或者是充電時間超出片上預置的充電時間。max1898能夠自動檢測充電電源，沒有電源時自動關斷以減少電池的漏電。啟動快充后打開外接的p型場效應管，當檢測到電池電壓達到設定的門限時進入脈沖充電方式，p溝道場效應管打開時間會越來越短，充

48、電結束時，led指示燈將會呈現出周期性的閃爍。具體的閃爍含義如下表3-2所示： 表3-2 led指示燈 (2)如何在單片機系統中使用max1898 鋰離子電池具有較高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應，可重復充電多次，使用壽命較長、價格也越來越低。鋰離子電池的這些特點使得選用單節鋰離子電池供電的產品也越來越多。然而，鋰離子電池的不足之處在于對充電器要求比較苛刻，需要保護電路。為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。針對這些應用特點，本設計提

49、出了一種基于單片機at89c2051和max1898的智能充電器，其基本的原理和功能如圖3-7所示該充電器有如下的功能： 具有預充電功能。 具有充電保護功能。 具有自動斷電功能。 具有充電完成報警指示功能。在max1898內置的充電狀態控制和外圍的單片機控制下，充電過程分為預充、快充、滿充和報警5個部分。以下分別介紹。 預充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當充電其檢測到電池時將定時器復位，從而進入預充過程，在此期間充電器以快充電流的10%給電池充電，使電壓、溫度恢復到正常狀體。預充電時間由ct口外接電容確定，如果在預充時間內電池電壓達到2.5v，且電池溫度正常，則進入快充過程；如果超過預

50、充時間后，電池電壓低于2.5v，則認為電池不可充電，充電器顯示電池故障，由單片機發出故障指令，led指示燈閃爍。快充 快充過程也稱恒流充電，此時充電器以恒流電流對電池充電。根據電池廠商推薦的充電速率，一般鋰離子電池大多選用標準充電速率，充滿電池需要1個小時左右的時間。恒流充電時，電池電壓將緩慢上升，一旦電池電壓達到所設定的終止電壓，恒流充電終止，充電電池快速遞減，充電進入滿充過程。滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設置值以下或滿充時間超時，轉入頂端截止充電；頂端截止充電時，充電器以極小的充電電池為電池補充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達到終止電壓時有充電電流通過電池內阻

51、，盡管在滿充和頂端截止充電過程中充電電流逐漸下降，減少了電池內阻和其他串聯電阻對電流端電壓的影響，但串聯在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對電池終止電壓的檢測有影響，一般情況下，滿充和頂端終止充電可以延長電池5%10%的使用時間。斷電 當電池充滿后，max1898芯片的2引腳發送的脈沖電平將會被單片機檢測到，引起單片機的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態。此時，單片機將通過p1.2口控制光耦，切斷7805向max1898芯片的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減少功耗。報警 當電池充滿后，max1898芯片本身會向外接的led燈發出指令，led燈會閃爍。但是，為了安全起見，單片機在檢測到充滿

52、狀態的脈沖后，不僅會自動切斷max1898芯片的供電，而且會通過蜂鳴器報警，提醒用戶及時取出電池。 3.3.2 充電控制電路的實現 1電路原理和器件選擇 在這里列出和本次設計相關的、關鍵部分的器件名稱及其在電路中的主要功能： at89c2051:充電器的控制器，控制max1898的充電過程，并在充電完畢后切斷電源和進行報警。 max1898:電池充電芯片,在單片機的控制下實現對鋰離子電池的充電控制。 lm7805:電壓轉換芯片，將外部的12v電壓轉化為5v電壓，作為單片機和max1898的電源。 pnp:p溝道場效應管或三極管。 ledr:紅色的表貼發光二極管，表示電源接通。 ledg:綠色的

53、表貼發光二極管，表示充電狀態。 u14:蜂鳴器。6n137:光耦，連接lm7805和max1898的電源輸入端。 2地址分配和連接只列出了和本次設計相關的、關鍵部分單片機與各個功能管腳的連接和相關的地址分配： chg:max1898充電狀態輸出，連接到單片機的int0,單片機判斷充電完畢后，通過p1.2引腳切斷max1898的電源輸入。gate:連接單片機的p1.2引腳，當單片機判斷充電完畢后，p1.2管腳輸出低電平，光耦不導通，從而切斷max1898的電源輸入。beep:單片機控制蜂鳴器的引腳。5v:lm7805的輸出端，為+5v電壓。5vin:光耦輸出到max1898的電源輸出端，該端口的導通與否是通過單片機的gate信號控制的。3功能簡介 首先，監測max1898的輸出信號chg，當max18