基于AT89c51的智能充電器電路設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于at89c51的智能充電器電路設(shè)計 系 別 航空與機械工程系專業(yè)名稱 飛行器制造工程班級學(xué)號 078106124學(xué)生姓名 王杰指導(dǎo)教師 肖潔二o一一 年 五 月 目錄引言21、選題背景32、設(shè)計思路分析42.1、鋰離子電池手機充電器現(xiàn)狀及前景42.2、充電器的設(shè)計要求53、 智能充電器設(shè)計的基本理論與原理73.1、智能充電器原理73.2、為何需要實現(xiàn)智能化73.3、充電過程84、充電器的硬件設(shè)計94.1、充電器充電芯片選擇94.1.1、max1898的特性94.1.2、max1898的充電工作原理104.2、單片機選擇124.3、其他硬件選擇145、原理圖設(shè)計18

2、5.1、主要元器件185.1.1、電池充電芯片max1898185.1.2、單片機at89c52195.2、電路原理圖及工作說明235.2.1、單片機部分原理圖設(shè)計235.2.2、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離原理圖設(shè)計245.2.3、max1898的智能控制部分原理圖255.2.4、充電過程26結(jié)論28參考文獻28附錄30引言 電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品朝著便攜式和小型輕量化方向發(fā)展，也使得戈多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。他們的各自特點決定了他們將在相當(dāng)長的時期內(nèi)共同發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電

3、壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。 本人介紹一種基于單片機的智能充電器的設(shè)計方法。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。它可以自動計算電池的已充電量和剩余的充電時間，也可以改變參數(shù)來適應(yīng)各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護功能，可以防止電流的過充和過放對電池和芯片造成傷害，同時也可以減少功耗，并以發(fā)光二極管和蜂鳴器作為外部充電信號，實時保護電路，從而實現(xiàn)智能化充電。1、選題背景 在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?，充電器的使用越來越廣泛。從隨身聽到數(shù)碼相機，從手機到筆記本電腦，幾乎所有用到電池的電器設(shè)備都需要用到充電器。充電器為人們的外出旅

4、行和出差辦公提供了極大的方便。 單片機在電池充電器領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，利用它的處理控制能力可以實現(xiàn)充電器的智能化。充電器各類繁多， 但從嚴格意義上講， 只有單片機參與處理和控制的充電器才能稱為智能充電器。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，一般充電到90%就停止大電流快充，而采用小電流涓流補充充電。手機電池的使用壽命和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它具有較高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長，價格也越來越低

5、。鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。為了有效利用電池容量，需將鋰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。因而這就要求設(shè)計出比較科學(xué)的充電器，較好的方法是采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方式。 max1898專用的充電芯片具有業(yè)界公認較好的檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化。而充電器的智能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池使用壽命。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點決定了它們將在相當(dāng)長的時期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類

6、型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。本文介紹一種基于單片機的智能充電器的設(shè)計方法。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。它可以自動計算電池的已電量和剩余的充電時間，也可以改變參數(shù)來適應(yīng)各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護功能?？煞乐闺姵氐倪^充和過放對電池造成。2、設(shè)計思路分析 隨著手機在世界范圍內(nèi)的普及使用，手機電池充電器的使用也越來越廣泛。本章將通過一個典型實例介紹 51 單片機在實現(xiàn)手機電池充電器方面的應(yīng)用。實例所實現(xiàn)的充電器是一種智能充電器，它在單片機的控制下，具有預(yù)充、 充電

7、保護、自動斷電和充電完成報警提示功能。 實例的功能模塊如下; 單片機模塊：實現(xiàn)充電器的智能化控制，比如自動斷電、 充電完成報警提示等。 充電過程控制模塊：采用專用的電池充電芯片實現(xiàn)對充電過程的控制。 充電電壓提供模塊：采用電壓轉(zhuǎn)換芯片將外部+12v 電壓轉(zhuǎn)換為需要的+5v 穩(wěn)定電壓。 光耦隔離模塊：當(dāng)電池充滿時切斷電源向充電芯片供電。2.1、鋰離子電池手機充電器現(xiàn)狀及前景 鋰離子電池本身的良好特性，使得其在便攜式產(chǎn)品中（手機、筆記本電腦、pda等）的應(yīng)用越來越廣泛，用于鋰離子電池的充電器在設(shè)計和功能上也日趨完善。本文主要介紹了鋰離子電池手機充電器的電路設(shè)計。 鋰離子電池具有較高的能量重量比和能

8、量體積比，無記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，使用壽命較長，價格也越來越低。它的這些特點促進了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。 鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。其要求的充電方式是恒流恒壓方式，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（精度高于1）。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充，充電終止檢測除電壓檢測外，還需采用其他的輔助方法作為防止過充的后備措施，如檢測電池溫度、限定充電時間，為電池提供附加保護。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶

9、頸。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電。增加其它充電輔助功能是為了改善電池壽命，簡化充電器的操作，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關(guān)斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。所有或者部分這些功能都可以在充電芯片中實現(xiàn)，當(dāng)然，也可利用asic、分立器件、或在微處理器的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)。2.2、充電器的設(shè)計要求 目前，手機充電器可分為單槽形狀和雙槽型充電器，雙槽形充電器除了具有慢速充電、快速充電、放電及鎳鎘、鎳氫電池兼充的標準功能外，還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制，嚴防過充的新功能，因而消費者應(yīng)將傾向于選擇雙槽型充

10、電器。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產(chǎn)的手機的電源端口將統(tǒng)一為適用于標準充電器的規(guī)格。這樣，消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時，也開始向標準化、通用化的方向發(fā)展。手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設(shè)計過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相比于以前的充電器，今后生產(chǎn)的產(chǎn)品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。為了達到這一目標，可以設(shè)計一個判斷ac適配器是否連接負荷（手機）的ic，當(dāng)未連接負荷時，將ac適配器的直流輸出方（2級電路）切換到高阻抗電路上。通過采取這一措施可以大幅減少

11、待機時2級電路的消耗電流（可以達到數(shù)十a(chǎn)）。另外，還可以在輸入交流100v方（1級電路）中設(shè)置切換電路。在未連接負荷時，通過開關(guān)切換電路來減少供應(yīng)給直流輸出方（2級電路）的功率從而減少耗電量。 目前一些大的廠家生產(chǎn)的手機充電器都具有以下特點: 寬范圍ac輸入或多國電壓可選；具備限流保護，電流短路與反充保護線路設(shè)計；體積小、重量輕；自動、快速充電，充滿電后自動關(guān)斷等等。另外，有的充電器還有自動識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組；具有放電功能；led 充電狀態(tài)顯示；低噪聲；模擬微電腦控制系統(tǒng)等特點。 電池充電有恒流、恒壓兩種充電方式，事實上，恒壓、恒流源電路也是充電電路的主要組成部分。由于各種電池對充電

12、電壓和充電電流的需求不同，因此，實現(xiàn)智能充電必須根據(jù)各種電池的自身要求來調(diào)整充電電壓和充電電流的大小。這里選擇max1898充電芯片和單片機at89c52作為主要控制電路，選擇lm7805和lm7812共同為電路提供穩(wěn)定的+5v電壓，為電路作為恒壓、恒流模塊來對電池進行充電。為了保證電池的安全，當(dāng)電池充滿時，lm7805會停止想max1898充電芯片供電。 使用智能控制的充電器模塊框圖一般如下：充電電壓檢測充電控制充電電流檢測手機充電檢測控制（雙槽）充電器充電提示異常檢測電池溫度檢測電池id 圖 1 充電器模塊框圖3、 智能充電器設(shè)計的基本理論與原理 要實現(xiàn)智能化充電器，需要從下面兩個方面著手

13、。 （1）充電的實現(xiàn)。它包括兩部分：一是充電過程的控制；二是需要提供基本的充電電壓。 （2）智能化的實現(xiàn)。在充電器電路中引入單片機的控制。3.1、智能充電器原理 本充電器主要包括單片機控制、max1898主電路控制，電壓轉(zhuǎn)換以及光耦隔離四部分組成，單片機由at89c51控制工作在11.0592時鐘，外接蜂鳴器。由單片機控制發(fā)出警報聲單片機的p2.0腳輸出控制光耦器件，在在需要時可以及時關(guān)斷充電電源。單片機玩不中斷0由充電芯片max1898的充電狀態(tài)輸出信號/chg經(jīng)過反相后觸發(fā)。 max1898是電路的主控制部分，當(dāng)max1898芯片的2引腳/chg發(fā)送的脈沖電平由低變高，這將會被單片機檢測到

14、，引起單片機的中斷，在中斷中，如果判斷出充電完畢，則單片機將通過p2.0口控制光耦6n137，切斷l(xiāng)m7805向max1898的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。電壓由lm7812和lm7805共同提供，采用電壓轉(zhuǎn)換芯片將外部220v交流電壓轉(zhuǎn)換為電路需要的+5v恒定電壓，該電壓在送給充電控制模塊之前需要經(jīng)過一個光耦模塊，當(dāng)電池充滿時及時切斷l(xiāng)m7805向充電芯片供電。3.2、為何需要實現(xiàn)智能化 充電器實現(xiàn)的方式不同會導(dǎo)致充電效果的不同。 由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。 一些低成本的充電器采用電壓比較法

15、，為了防止過充，一般充電到90%就停止大電流快充，而采用小電流涓流補充充電。 手機電池的使用壽命和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它具有較高的能量重量比、 能量體積比、 具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長，價格也越來越低。 鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。 為了有效利用電池容量，需將鋰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(yù)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。 一部好的充電器不但能在短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復(fù)由于使用不

16、當(dāng)造成的記憶效應(yīng)，即容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。 設(shè)計比較科學(xué)的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方法。 專用的充電芯片具備業(yè)界公認較好的檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號， 比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化，例如， 在充電后增加及時關(guān)斷電源、 蜂鳴報警和液晶顯示等功能。充電器的智能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池使用壽命。3.3、充電過程 在max1898和外部單片機的共同作用下，實現(xiàn)了如下的充電過程。 （1）預(yù)充 （2）快充 （3）滿充 （4）斷電 （5）報警4、充電器的硬件設(shè)計 硬件設(shè)計主要是根據(jù)電路

17、設(shè)計要求選擇主要電路控制芯片和單片機以及電路所需的元器件并且簡單介紹其作用。 一個智能化程度較高的充電器，應(yīng)能在電池充電過程中準確的檢測電池的狀態(tài)，并能在控制過程中及時的作出反應(yīng)，這就需要完善的硬件設(shè)施。本章主要對智能充電器的硬件電路進行設(shè)計。根據(jù)蓄電池快速充電技術(shù)的各項指標和設(shè)計原則，分析智能充電器硬件電路的工作原理，計算智能充電器所需的主要參數(shù)，選擇各部分所需的元器件，并對硬件電路的各部分電路進行詳細的設(shè)計。4.1、充電器充電芯片選擇 目前市場上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于進行充電器的設(shè)計。在選擇具體的電池充電芯片時，需要參考以下標準。 （1）電池類型：不同的電池（鋰電池、鎳氫電

18、池、鎳鎘電池等）需選擇不同的充電芯片。 （2）電池數(shù)目：可充電池的數(shù)目。 （3）電流值：充電電流的大小決定了充電時間。 （4） 充電方式：是快充、慢充還是可控充電過程。 本例要實現(xiàn)的是手機的單節(jié)鋰離子電池充電器，要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護能力，據(jù)此選擇 maxim 公司的 max1898 作為電池充電芯片。max1898 配合外部 pnp 或 pmos 晶體管可以組成完整的單節(jié)鋰電池充電器。max1898 提供精確的恒流/恒壓充電，電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75% ，提高了電池性能并延長了電池使用壽命。充電電流可由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流， 無須外部檢流電阻。max1898 提供了充電狀態(tài)的輸

19、出指示、輸入電源是否與充電器的連接的輸出指示和充電電流指示。max1898 還具有其他一些功能，包括輸入關(guān)斷控制、 可選的充電周期重啟（無須重新上電）、 可選的充電終止安全定時器和過放電電池的低電流預(yù)充。4.1.1、max1898的特性 max1898 的關(guān)鍵特性如下。 （1）簡單、 安全的線性充電方式。 （2）使用低成本的 pnp 或 pmos 調(diào)整元件。 （3）輸入電壓： 4.512v。 （4）內(nèi)置檢流電阻。 （5）0.75%電壓精度。 （6）可編程充電電流。 （7）輸入電源自動檢測。 （8）led充電狀態(tài)指示。 （9）可編程安全定時器。 （10）檢流監(jiān)視輸出。 （11）可選/可調(diào)節(jié)自動重

20、啟。 （12）小尺寸max封裝。4.1.2、max1898的充電工作原理 充電芯片max1898的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器用于限制電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負載電流與充電電流。當(dāng)檢測到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時，通過降低充電電流從而控制輸入電流。 因為系統(tǒng)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的設(shè)計。 max1898 外接限流型充電電

21、源和 p 溝道場效應(yīng)管，可以對單節(jié)鋰電池進行安全有效的快充，其最大的特點是：在不使用電感的情況下，仍能做到很低的功率耗散，可以實現(xiàn)預(yù)充電，具有過壓保護和溫度保護功能，最長充電時間的限制可為鋰電池提供二次保護。 max1898 的典型充電電路如圖2 所示。 圖 2 max1898的典型充電電路 電路具體說明如下。 （1）輸入電壓范圍為4.512v。鋰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，一般可采用直流電源外加變壓器。 （2）通過外接的場效應(yīng)管提供鋰電池的充電接口。 （3）通過外接的電容cct來設(shè)置充電時間tchg。這里的充電時間指的是快充時的最大充電時間，它和定時電容c

22、ct的關(guān)系如下式所示。34.33 式中，tchg的單位為小時，cct的單位為nf。 大多數(shù)情況下，快充時最大充電時間不超過3小時，因此常取cct為100nf。 （4）在限制電流的模式下，通過外接的電阻rset來設(shè)置最大充電電流ifstchg，關(guān)系如下式所示式中，rset的單位為，ifstchg的單位為nf。當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時，插入電池將啟動一次充電過程。平均的脈沖充電電流低于設(shè)置的快充電流的20%，或者充電時間超出片上預(yù)置的最大充電時間時，充電周期結(jié)束。 max1989 能夠自動檢測充電電源，沒有電源時自動關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動快充后，打開外接的p 型場效應(yīng)管，當(dāng)檢測

23、到電池電壓達到設(shè)定的門限時進入脈沖充電方式，p 型場效應(yīng)管打開的時間會越來越短。充電結(jié)束時，led 指示燈將會呈現(xiàn)周期性的閃爍，具體的閃爍含義如表1所示。表1 max1898典型充電電路的led指示狀態(tài)說明充電狀態(tài)led指示燈電池或充電器沒有安裝滅預(yù)充或快充亮充電結(jié)束滅充電出錯以1.5hz頻率閃爍 max1898的引腳圖如下圖3所示：圖 3 max1898引腳圖4.2、單片機選擇 單片機選擇at89c51，89c51是intel公司mcs-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用intel公司可靠的chmos工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的mcs-51的hcmos產(chǎn)品。它結(jié)合了hmos的高

24、速和高密度技術(shù)及chmos的低功耗特征，它基于標準的mcs-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80c51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應(yīng)用場合。80c51內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器ram、8k片內(nèi)程序存儲器（rom）32個雙向輸入/輸出(i/o)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，89c51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)cpu而ram定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存ram數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)

25、其它功能。89c51有pdip(40pin)和plcc(44pin)兩種封裝形式。1、 主要特點 標準mcs-51內(nèi)核和指令系統(tǒng) 片內(nèi)8krom(可擴充64kb外部存儲器) 32個雙向i/o口 256x8bit內(nèi)部ram(可擴充64kb外部存儲器) 3個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率3.5-12/24/33mhz 向上或向下定時計數(shù)器 改進型快速編程脈沖算法 6個中斷源 5.0v工作電壓 全雙工串行通信口 布爾處理器幀錯誤偵測 4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)自動地址識別 兼容ttl和cmos邏輯電平 空閑和掉電節(jié)省模式 pdip(40)和plcc(44)封裝形式2、 震蕩起特性： 外接石英晶體或者陶瓷

26、諧振器以及電容c1、c2接在放大器的反饋回路（at89c51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大電路，xtal1、xtal2分別是該放大器的輸入和輸出端）中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。為了使裝置能夠被外部時鐘信號激活，xatl1應(yīng)該有效，而xtal2應(yīng)該被懸空。由于輸入到內(nèi)部的時鐘信號電路通過了一個二分頻的信號，外部信號的工作周期比沒有別的要求，但是最大值和最小值的大小可以在數(shù)據(jù)表上觀察出來。當(dāng)正常工作時，外部振蕩器可以計算出xtal1上的電容，最大可達到100pf。這是由于振蕩器電容和反饋電容之間的相互作用。當(dāng)外部信號是標準高電平或者低電平時，電容不會超過20pf.。3、 結(jié)構(gòu)特點： 1、補高

27、性能金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可擦可 2、編程只讀存儲器/只讀存儲器/中央處理器 3、三個16位的定時器/計數(shù)器 4、編程的時鐘輸出 5、up/down定時器/計數(shù)器 6、三級程序鎖定系統(tǒng) 7、256字節(jié)片內(nèi)ram 8、改進的快速脈沖編程算法 9、布爾處理器 10、32根可編程的輸入/輸出線 11、六個中斷源 12、 可編程的串行通道帶有：幀錯誤檢測 自動地址識別 13、ttl和cmos兼容邏輯電平 14、mcs51單片機可兼容指令集 15、擴展溫度范圍（40到85）4.3、其他硬件選擇1、6n137選擇： 6n137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850 nm波長algaas

28、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10mbd)，5ma的極小輸入電流。特性：1、換速率高達10mbit/s; 2、擺率高達10kv/us; 3、扇出系數(shù)為8; 4、邏輯電平輸出; 5、集電極開路輸出; 工作參數(shù)：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

29、+85c 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達控制系統(tǒng)和a/d轉(zhuǎn)換等 6n137光耦合器的真值如表2所示：6n137光耦合器的真值表輸入使能輸出hhllhhhlhllhhncllnch表 2 6n137光耦隔離器的真值表 需要注意的是，在6n137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有個0.1uf的去耦電容。在選擇電容類型時，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，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(nèi)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

30、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 6n137的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如下圖所示，信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏 置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離 器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。6n137引腳圖如下圖4所示：圖 4 6n137引腳圖 原理如上圖所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表所列，這相當(dāng)于非門的傳輸，若希望在

31、傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平。簡單的原理如下圖5所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表所列，這相當(dāng)于非門的傳輸，若希望在傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平。 圖 5 6n137光耦隔離器引腳圖 2、 lm7805選擇; lm7805是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是to-220封裝，能提供dc 5v的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護電路。帶散熱片時能持續(xù)提供1a的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不通的電壓和電流。 7805是常用的三端穩(wěn)壓器件，顧名思義05就是輸出電壓為5v，還可以微調(diào)，7805輸出波紋很小。(1) 集成三端穩(wěn)壓器根據(jù)穩(wěn)

32、定電壓的正、負極性分為7815，7905系列。圖下圖6和圖7給出了正、負穩(wěn)壓的典型電路。圖 6 正穩(wěn)壓圖 圖 7 負穩(wěn)壓圖實際應(yīng)用：在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 當(dāng)制作中需要一個能輸出1.5a以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為n個1.5a，但應(yīng)用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 5、原理圖設(shè)計 原理圖是表明智能充電器的各設(shè)備電

33、氣的工作原理及各電氣元件的作用，相互之間的關(guān)系的一種表示方式。該原理圖主要由max1898主電路控制、單片機控制、電壓轉(zhuǎn)換以及光耦隔離幾個紛紛組成的。5.1、主要元器件硬件電路設(shè)計主要圍繞充電芯片max1898和單片機at89c51，而電壓轉(zhuǎn)換和光耦隔離所用的元件6n137和lm7805的電路比較簡單。5.1.1、電池充電芯片max1898 本例的核心器件是max1989。max1989可對所有化學(xué)類型的li+電池進行安全充電，它具有高集成度，在小尺寸內(nèi)集成了更多功能，盡可能多地覆蓋了基本應(yīng)用電路， 只需要少數(shù)外部元件。 max1989為10引腳、超薄型的max封裝，其引腳分布如圖8所示。圖

34、8 max1898引腳分布圖 其引腳功能如下： in（1 腳）：傳感輸入，檢測輸入的電壓或電流。 （2 腳）：充電狀態(tài)指示腳，同時驅(qū)動led。 en/ok（3 腳）：使能輸入腳/輸入電源“好”輸出指示腳。en為輸入腳，可以通過輸入禁止芯片工作；ok為輸出腳，用于指示輸入電源是否與充電器連接。 iset（4 腳）：充電電流調(diào)節(jié)引腳。通過串接一個電阻到地來設(shè)置最大充電電流。 ct（5 腳）：安全充電時間設(shè)置引腳。接一個時間電容來設(shè)置充電時間，電容為100mf時，幾乎為3個小時，此引腳直接接地將禁用此功能。rstrt( 6 腳）：自動重新啟動控制引腳。當(dāng)此引腳直接接地時，如果電池電壓掉至基準電壓閾值

35、以下200mv，將會重新開始一輪充電周期。此引腳通過電阻接地時，可以降低它的電壓閾值。此引腳懸空或者ct 引腳接地（充電時間設(shè)置功能禁用）時，自動重新啟動功能被禁用。batt（7 腳）：電池傳感輸入腳，接單個li+ 電池的正極。此引腳需旁接一個大電解電容到地。gnd（8 腳）：接地端。drv（9 腳）：外部晶體管驅(qū)動器，接晶體管的基極。cs（10 腳）：電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。5.1.2、單片機at89c51 本例的單片機芯片選用atmel公司的at89c51，它完全可以滿足要求。at89c51的引腳圖如下圖9所示。 at89s51引腳功能: at89s51單片機兼容mcs-51指令系

36、統(tǒng)、4k可反復(fù)擦寫(1000次）isp flash rom、32個雙向i/o口、4.5-5.5v工作電壓、2個16位可編程定時/計數(shù)器、時鐘頻率0-33mhz、全雙工uart串行中斷口線、128x8bit內(nèi)部ram、2個外部中斷源、低功耗空閑和省電模式、中斷喚醒省電模式、3級加密位、看門狗（wdt）電路、軟件設(shè)置空閑和省電功能、靈活的isp字節(jié)和分頁編程、雙數(shù)據(jù)寄存器指針。at89s51引腳圖如下圖所示。圖 9 at89c51引腳圖 各個引腳功能： vcc：電源 gnd：接地 p0口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用

37、作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 p1口：p1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表

38、所示。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能： p1.0 t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 p1.1 t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用） p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7 sck（在系統(tǒng)編程用）p2口：p2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)

39、存儲器（例如執(zhí)行movxdptr）時，p2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出 p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3口：p3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，p3口也

40、接收一些控制信號。p3引腳號第二功能： p3.0 rxd（串行輸入） p3.1 txd（串行輸出） p3.2 int0(外部中斷0) p3.3 int0(外部中斷0) p3.4 t0（定時器0外部輸入） p3.5 t1（定時器1外部輸入） p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) rst：復(fù)位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，rst 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ale/prog：地址鎖存控制信號

41、（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作將無效。這一位置“1”，ale 僅在執(zhí)行movx 或movc指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個ale使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 psen：外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。

42、當(dāng)at89s51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，psen在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，psen將不被激活。 ea/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。 xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。時鐘電路設(shè)計： 時鐘是單片機的心臟，各部分都以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性

43、。對于mcs-51系列的單片機，常用的時鐘電路設(shè)計方式有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種。內(nèi)部時鐘電路設(shè)計如下：利用at89s51單片機內(nèi)部一個高增益的反相放大器，把一個晶振體和兩個電容器組成自激勵振蕩電路，接于xtal1和xtal2之間。這樣振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，如圖9所示。圖9 at89c52內(nèi)部時鐘電路圖5.2、電路原理圖及工作說明路有單片機電路、電壓轉(zhuǎn)換、光耦隔離電路、充電控制電路4部分組成。單片機部分的電路原理圖如圖4所示。5.2.1、單片機部分原理圖設(shè)計單片機部分原理圖主要由at89c51單片機蜂鳴器以及多個電容電阻等組成的，其原理圖9所示：圖 10 基于max1898智能充

44、電器電路單片機部分工作原理圖 在圖10中，u1為單片機at89c51，工作在11.0592mhz時鐘；u2為蜂鳴器，蜂鳴器有單片機的p2.1肛卻控制發(fā)出報警聲提示；單片機的p2.0腳輸出控制光耦器件，在需要的時候可以及時關(guān)斷充電電源；單片機的外部中斷0由充電芯片max1898的充電狀態(tài)輸出信號/chg經(jīng)過反相后觸發(fā)。5.2.2、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離原理圖設(shè)計圖11為電壓轉(zhuǎn)換器，他的作用是采用電壓轉(zhuǎn)換芯片將外部+12v電壓轉(zhuǎn)換為需要的+5v電壓；圖12為光耦隔離原理圖，他的作用是當(dāng)電池充滿是及時關(guān)閉電源。圖 11 基于max1898的智能充電器電路電壓轉(zhuǎn)換原理圖 電壓轉(zhuǎn)換部分電路主要由lm7812

45、和lm7805zu組成 ，lm7812把外接220v交流電壓轉(zhuǎn)換為+12v電壓，然后通過電壓轉(zhuǎn)換芯片將+12v電壓轉(zhuǎn)換為+5v穩(wěn)定電壓，這里選用三端電壓轉(zhuǎn)換芯片lm7805來完成此功能。為了降低電源干擾，保持電路的穩(wěn)定，在lm7805完成電壓轉(zhuǎn)換，將+5v充電電源送給max1898之前，先經(jīng)過一次光耦模塊6n137處理，通過單片機對光 耦模塊的控制，可以及時關(guān)斷充電電源。光耦隔離原理圖如圖12所示；圖 12基于max1898的智能充電器的電耦隔離部分原理圖 u3為輸出+5v的電壓轉(zhuǎn)換芯片lm7805，它將12v的輸入電壓轉(zhuǎn)換為固定的5v 輸出，u4為光耦隔離芯片6n137 ，其輸入為lm780

46、5 產(chǎn)生的 5v 電壓，輸出為經(jīng)過隔離的5v電壓，u4的2腳和單片機的p2.0相連，由單片機控制適時地關(guān)閉電電源。圖13所示的為充電控制部分的電路原理圖，其核心器件為充電芯片max1898，其充電狀態(tài)輸出引腳/chg經(jīng)過74ls04反相后與單片機int0相連，觸發(fā)外部中斷，led-r 為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電源接通；ledg為綠色發(fā)光二極管，綠燈表示處于充電狀態(tài)。q 1 為 p 溝道的場效應(yīng)管，由max1898提供驅(qū)動。圖 6 中，r4為設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.8k,設(shè)置最大充電電流為 500ma； c11為設(shè)置充電時間的電容， 容值為100nf設(shè)置最大充電時間為3小時。5.2.3、

47、max1898的智能控制部分原理圖max1898是充電器的充電芯片，在電路中是主要的控制部分，該電路由max1898芯片和74ls04以及過個電容電阻組成。其原理圖如圖13所示：圖13 基于max1898的智能充電器電路充電控制部分原理圖 圖 13所示的為充電控制部分的電路原理圖，其核心器件為充電max1898，其充電狀態(tài)輸出引腳/chg經(jīng)過74ls04反相后與單片機int0相連，觸發(fā)外部中斷，led-r 為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電源接通；ledg為綠色發(fā)光二極管，綠燈表示處于充電狀態(tài)。q 1 為 p 溝道的場效應(yīng)管，由max1898提供驅(qū)動。圖 6 中，r4為設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.

48、8k,設(shè)置最大充電電流為 500ma； c11為設(shè)置充電時間的電容， 容值為100nf設(shè)置最大充電時間為3小時。5.2.4、充電過程 在max1898和外部單片機的共同作用下，實現(xiàn)了如下的充電過程。 預(yù)充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測到電池時將定時器復(fù)位，從而進入預(yù)充過程，在此期間充電器以快充電流的 10%給電池充電， 使電池電壓、溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。預(yù)充時間由外接電容cct確定（100nf時為45分鐘）， 如果在預(yù)充時間內(nèi)電池電壓達到2.5v，且電池溫度正常，則充電進入快充過程；如果超過預(yù)充時間后，電池電壓仍低于2.5v，則認為電池不可充電，充電器顯示電池故障，led指示

49、燈閃爍。 充過程也稱為恒流充電，此時充電器以恒定電流對電池充電。恒流充電時，電池電壓緩慢上升，一旦電池電流電流達到所設(shè)定的終止電壓，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進入滿沖過程。 充滿 在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或滿充時間超過，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。頂端截止充電時， 充電器以極小的充電電流為電池補充能量。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(nèi)阻， 盡管在滿充和頂端截止充電過程中充電電流逐漸下降， 減小了電池內(nèi)阻和其他串聯(lián)電阻對電池端電壓的影響， 但串聯(lián)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， 滿充和頂端截止充電可以延長電池5%10%的使用時間。 斷電 當(dāng)電池充滿后，max1898芯片的2引腳/chg發(fā)送的脈沖電平會由低變高，這將會被單片機檢測到，引起單片機的中斷，在中斷中，如果判斷出充電完畢，則單片機將通過p2.0口控制光耦6n137，切斷l(xiāng)m7805向max1898的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。 報警 當(dāng)電池充滿后，max1898