具有保護功能的智能充電控制器的設計解讀

1、XX大學畢業(yè)設計（論文）課題名稱：具有保護功能的智能充電控制器的設計專業(yè)班級：XX電子XX班學生姓名：XXXXX指導教師：XXXXX二O一一 年一月摘要（需要修改）近年來隨著微電子技術在社會各個領域的滲透，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時 帶動傳統(tǒng)控制系統(tǒng)日新月異地發(fā)展。在自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)詳細硬件結構，以及針對詳細應用對 象特點的軟件結合，以作完善。本設計以單片機為控制核心，系統(tǒng)由指示燈電路、電源電壓與環(huán)境溫度采樣電路、精確基 準電壓產(chǎn)生電路和開關控制電路組成。實現(xiàn)了電池充電、LED指示、保護機制及異常處理等

2、充電器所需要的基本功能。為了簡化電路，降低成本，采用以軟件為主的的接口方法。本文對鋰 離子電池的參數(shù)特性、充電原理與充電方法進行了詳盡的描述，并提出了充電器的設計思想和 系統(tǒng)結構。該系統(tǒng)監(jiān)測方法實用、功能靈活多樣，該電路具有安全快速充電功能，可以廣泛應用于室 內(nèi)外單節(jié)鋰離子電池的充電，如手機、數(shù)碼產(chǎn)品電池等。、【關鍵詞】 單片機；微控制器；充電 ；鋰電池目 錄（需要根據(jù)實際頁碼修改）1引言錯誤！未定義書簽1.1課題研究背景 41.2充電器功能描述 52系統(tǒng)設計框架與技術參數(shù)錯誤！未定義書簽2.1系統(tǒng)設計框架 72.2鋰離子電池特性 72.2.1 鋰離子電池參數(shù)特性 82.2.2鋰離子電池的放電

3、特性 82.2.3鋰離子電池的充電特性 92.3鋰電池充電方法 102.3.1 恒流充電（CQ 102.3.2 恒壓充電（CV 102.3.3 恒流恒壓充電（CC/CV 112.3.4脈沖充電 112.4系統(tǒng)技術參數(shù) 123充電器硬件設計錯誤！未定義書簽3.1系統(tǒng)指示燈電路 143.2電源電壓與環(huán)境溫度采樣電路 143.3精確基準電源產(chǎn)生電路 153.4開關控制電路 164充電器軟件設計錯誤！未定義書簽4.1系統(tǒng)軟件總體設計思路4.2系統(tǒng)主流程4.3充電流程設計4.4程序設計5總結致謝.19192122錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。參考文獻 錯誤！未定義書簽第一章引言1.1課題研究背景近

4、年來，各種攜帶式的電子產(chǎn)品成為市場上的熱門，如手機、數(shù)位相機、個人 數(shù)字助理(PDA)、筆記型 電腦等 3C (Computer, Communication,Consumer Electro nics)等等產(chǎn)品均朝向無線化、可攜帶化方向發(fā)展，對于產(chǎn)品的各項高性能 元件也往輕、薄、短、小的目標邁進，因此對于體積小、重量輕、能量密度高 的二次電池需求相當迫切。因此，電池廠商也研發(fā)出各種不同用途的電池，來適應 電子裝備的需求。使電子產(chǎn)品具有攜帶更方便，使用時間長等特點。小型二次電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池及鋰電池，在防止鎘污染的環(huán)保需求下， 鎳鎘電池慢慢被取代已成趨勢。鎳氫電池雖無環(huán)保問題，但是能量

5、密度低，高溫特 性差及少許記憶效應等缺點，在 3C產(chǎn)品應用上，已經(jīng)逐漸被鋰離子電池所取代。 鋰離子電池具有工作電壓高(3.7V)、能量密度大(150Wh/kg)、重量輕、壽命長及環(huán) 保性佳等優(yōu)點，皆以鋰離子電池做為其能量來源，因為電子產(chǎn)品的使用量迅速成長， 各種可攜帶式電子產(chǎn)品的研發(fā)不得不更輕薄短小以使產(chǎn)品能更具有競爭力，“電 池”的角色顯得更加重要，其品質(zhì)的良莠甚至決定了產(chǎn)品的成功與否，特別是可充電二次電池，在市場中成長快速、禾U潤高，目前已成為許多先進國家競相發(fā)展的研 究項目，其未來需求及發(fā)展前景是相當看好的?？偟膩碚f，鋰離子電池具有以下優(yōu)點：(1) 能量密度高，其體積能量密度和質(zhì)量能量密

6、度分別可達360W h/dm3和 150W h/kg，而且還在不斷提高。(2) 工作電壓高，通常單節(jié)鋰離子電池的電壓為3.7 V,單體電池即可為3 V的邏輯電路供電。對于要求較高供電電壓的電子設備，電池組所需串聯(lián)電池數(shù)也可大大減少。(3) 自放電小，每月10%以下，不到鎳鎘電池的一半。(4) 可快速充放電，1次充電時容量可達標稱容量的80%以上。鋰離子電池負 極用特殊的碳電極代替金屬鋰電極， 因此允許快速充電。在特定情況下可在短時間 內(nèi)充足電，而且安全性能大大提高。(5) 壽命長，鋰離子電池采用碳負極，在充放電過程中，碳負極不會生成金 屬鋰，從而可以避免電池因內(nèi)部金屬鋰短路而損壞。目前，鋰離子

7、電池的壽命可達 1000次以上，遠遠高于各類電池。(6) 允許溫度范圍寬，鋰離子電池具有優(yōu)良的咼低溫放電性能，可在 -20+60C之間工作。高溫放電性能優(yōu)于其它各類電池。此外，鋰離子電池還具有體積小、輸出功率大、無記憶效應和無環(huán)境污染等優(yōu) 點。綜合性能優(yōu)于鉛酸、鎳鎘、鎳氫和金屬鋰電池，被稱為性能最好的電池，盡管 鋰離子電池具有上述諸多優(yōu)點，但還是存在有如下的缺點。(1) 與干電池無互換性：鋰離子電池雖然有電壓高的好處，但也有很難和干電池互換的缺點，當蓄電池放完電時，一般的想法是用干電池暫時取代但由于這兩者電壓不同，不能直接代換。(2) 無法急速充電：鋰離子電池不能像鎳鎘電池那樣，用 15分鐘急

8、速充足 電。鋰離子電池的充電方法是，最初以恒定電池充電，最后則以恒定電壓完成充電， 較快速度充電時間約需2小時。(3 )內(nèi)部阻抗高：因為鋰離子電池的電解液為有機溶液，其電導率比鎳鎘電 池、鎳氫電池的水溶液電解液小得多。所以，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗比鎳鎘電池或 鎳氫電池約大10倍左右。(4 )工作電壓變化較大：電池放電到額定容量的 80%寸，鎳鎘電池的電壓變 化很小(約20%),鋰離子電池的電壓變化很大(約 40%。對電池供電的設備來說， 這是嚴重的缺點，但可以由鋰離子電池放電電壓變化比較大， 很容易據(jù)此檢測電池 的剩余電量。(5) 放電速率較大時，容量下降較大。(6) 必須有特殊的保護電路，以防

9、止過充或過放。但同其優(yōu)點相比，這些缺點不應成為主要問題，特別是用于一些高科技，高附 加值的產(chǎn)品中。因此鋰離子電池具有廣泛的應用價值，其經(jīng)濟價值相當可觀。1.2充電器功能描述充電器是特為化學電池設計的理想產(chǎn)品，它們使電池的三項關鍵指標達到最優(yōu) 化，即容量、壽命和安全性。正是鋰離子電池在各個領域越來越廣泛的應用，推動 了對鋰離子電池充電器的研究。目前一些大的廠家生產(chǎn)的充電器都具有以下特點：具備限流保護，電流短路與反充保護線路設計：自動、快速充電、充滿電后自動關斷等等。有的還具有LED充電狀態(tài)顯示、低噪聲、模擬微電腦控制系統(tǒng)等特點。由于鋰離子的特點使得其對 充電器的要求比較苛刻。其要求的充電方式是恒

10、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除了需要進行預充、充電終止檢測、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、限制充電 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已成為鋰離子電池 推廣應用的目標。按照鋰離子電池的特性參數(shù)和充、 放電曲線完成充電器設計，可以完成如下的 功能。電池的充電曲線，完成恒流/恒壓充電。（2）LED指示電池正在充電，充電器的LED指示燈顯示為紅色；充電后，LED指示燈顯示為 綠色。（3）保護機制當電池和

11、充電器的工作溫度超過設定范圍，或者充電電壓出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)的紅色LED指示燈閃爍，期間隔為0.5s。此外，對于過壓和過流狀況采取相應的保 護措施，保證充電的正常運行。（4）異常處理系統(tǒng)能在排除異常后，重新恢復充電。第二章系統(tǒng)設計框架與技術參數(shù)2.1系統(tǒng)設計框架鋰離子電池在充、放電使用中必須注意保護。用一個形象的肥皂泡沫做比喻， 鋰離子電池如同一堆肥皂泡沫，泡內(nèi)存儲的就是電能。充電時，氣泡會隨著充電時 間的加長而不斷增大，當超過其極限值時氣泡就會破裂，此時即損壞了鋰電晶型， 造成永久性損壞；若過度放電，則會造成氣泡塌陷、消失，這樣下次充電時氣泡就 充不起來，導致鋰電池失效。設計系統(tǒng)框架時，除了技

12、術參數(shù)外，系統(tǒng)的可靠性和安全性也是至關重要的。 為了保證充電不對電池造成永久性損壞， 在設計中必須考慮保護措施（包括過流保 護、過壓保護和溫度保護）。另外，充電器充電過程包括了恒流工作階段和恒壓工 作階段，且系統(tǒng)必須保證恒流、恒壓的穩(wěn)定性。圖 1所示時系統(tǒng)的設計框架，包括 電壓/溫度采樣模塊、開關控制模塊、保護機制模塊和充電模塊。圖1系統(tǒng)框架設計保護機制：該模塊將系統(tǒng)的工作狀態(tài)實時顯示出來， 并根據(jù)事先編寫的軟件響 應監(jiān)控信號。在實現(xiàn)時，該模塊電路被分散在其他3個模塊的實現(xiàn)電路中。開關控制：該模塊利用A/D采樣檢測充電恒流，在非法工作時關斷系統(tǒng)電源。 充電功能模塊：該模塊的主要功能是產(chǎn)生精確的

13、基準電壓，完成電池充電，并 實時采樣系統(tǒng)狀態(tài)。溫度/電壓采樣：該模塊完成充電器電源電壓和環(huán)境溫度的采樣，并根據(jù)采樣 值決定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。2.2鋰離子電池特性鋰離子電池在現(xiàn)實生活中使用的非常頻繁， 而鋰離子電池充電器的設計與采用 以往充電技術的充電器不一樣。鋰離子電池可以分成兩大類：不可充電型和可充電型，其最大特點是比能量高。 比能量指的是單位重量或單位體積的能量，用Wh/kg或Wh/L表示。2.2.1鋰離子電池參數(shù)特性充電溫度：一般情況下，鋰離子電池的充電溫度為0C45C。放電溫度：一般情況下鋰離子電池的放電溫度為 -20C65C。循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)：10%放電深度時，大于1000次，1003放

14、電深度時，大于200 次。存儲特性：在充滿電狀態(tài)的鋰離子電池在 20 C下保存28天的容量保存率平均 為96% 恢復率是99%以上。延長鋰離子電池使用壽命的方法：鋰離子電池在經(jīng)歷了300 500個充放電周期之后便會因容量退化而失效。而且，由于鋰離子電池的自然老化現(xiàn)象，其平均使 用壽命僅為23年。鋰離子電池的老化速度受到諸多因素的影響，例如環(huán)境溫度 及其充電狀態(tài)。為了減緩其老化過程，需要將鋰離子電池存放在低溫處并對其進行 部分充電。2.2.2鋰離子電池的放電特性鋰離子電池在使用中不可過充、過放，否則將損壞電池，使之報廢。因此，電 池上一般有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。正確使用鋰離子

15、電池對延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應用最為廣泛的鋰電池，它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形及扣式，而且有由幾個電池串聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6V （個別產(chǎn)品為3.7V）。鋰離子電池對充電要求很高，必須保證充電終止精度在1 %之內(nèi)。充電完成時的終止充電電壓與電池陽極材料有關；陽極材料為石磨材料的電池為4.2V;陽極材料為焦炭的電池為 4.1V，不同陽極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽極的內(nèi)阻略大， 其放電曲線也略有差別，如圖2所示。2.0_T2. LlLlOmA1, 350mA675mA2T0mA0 1234放電時間（h）560 d545253O

16、工O4圖2常規(guī)鋰離子電池的放電曲線223鋰離子電池的充電特性鋰離子電池易受到過充電、深放電以及短路所造成的損害，其充電電壓必須嚴 格限制。充電速度通常不超過1C,最低放電電壓為2.73.0V，如再繼續(xù)放電則會損壞 電池。鋰離子電池以恒流轉(zhuǎn)恒壓方式進行充電。 采用1C恒流充電至4.1V（或4.2V） 時，充電器應立即轉(zhuǎn)入恒壓充電，充電電流逐漸減少，當電池充足電后，進入涓流 充電過程，如圖3所示。充電電流g0 5 0 52.1 ,_:D.o4 2 0 8 6 4 2 0 4.L4.33.王3.3.充電時間&卜時）圖3鋰離子電池的充電曲線為避免過充電或過放電，鋰離子電池不僅在內(nèi)部設有安全部分， 充電

17、器也必須 采取安全保護措施，以檢測鋰離子電池的充放電狀態(tài)。2.3鋰電池充電方法充電管理是鋰離子電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，它對電池的特性及壽命有 著至關重要的影響。隨著電源技術的不斷發(fā)展，充電的手段越來越豐富，充電方式 對電池及應用環(huán)境的針對性也越來越強。目前鋰離子電池充電主要有四種方法： 恒流充電、恒壓充電、恒流恒壓充電和脈沖充電。2.3.1 恒流充電（CC采用恒流充電式，可使電池具有較高的充電效率，該方法在整個充電過程中采 用恒定電流對電池進行充電，如圖4所示。這種方法操作簡單，易于做到，特別適 合對由多個電池串聯(lián)的電池組進行充電。 但由于鋰電池的可接受電流能力是隨著充 電過程的進行而逐漸

18、下降的，在充電后期，若充電電流仍然不變，充電電流多用于 電解質(zhì)，產(chǎn)生大量氣泡，這不僅消耗電能，而且容易造成極板上活性物質(zhì)脫落，影 響鋰電池的壽命。u,i充電電壓充電電流圖4恒流充電法曲線2.3.2恒壓充電（CV在恒壓充電法中，電池兩端電壓決定了充電電流，充電電源的電壓在全部充電 時間里保持恒定的數(shù)值，隨著鋰電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。充電電流 隨著電壓波動而變化，因此充電電流的最大值應設置在充電電壓最高時，以免使電池過充電，充電曲線如圖5所示。從圖中可以看到，充電初期充電電流過大，這樣 對鋰電池的壽命會造成很大影響。另外，在此種充電方式中，充電末期電池的充電 電流將變大，會導致電池溫度

19、升高。隨著電池溫度升高，將造成電池的熱失控，損 害電池的性能，因此不推薦采用恒壓充電方式。圖5恒壓充電法曲線2.3.3 恒流恒壓充電（CC/CV在CC/CV充電器中，充電通過恒定電流開始。在恒流充電CC周期中，為了防止過度充電而不斷監(jiān)視電池端電壓。 當電壓達到設定的端電壓時，電路切換為恒定 電壓充電，直到把電池充滿為止。在 CC充電期間，電池可以以較高電流強度進行 充電，這期間電池被充電到大約 85%勺容量，電壓以較高的斜率增長，在充電過程 中斜率逐步降低。在 CV周期中，電池電壓恒定，充電電流逐漸下降，在電流下降 到低于電池的1/10容量時，充電周期完成，又稱為二階段式充電法。恒流恒壓充 電

20、曲線如圖6所示。圖6恒流恒壓充電曲線2.3.4脈沖充電脈沖充電方式是比較新的一種充電方式。脈沖充電法是從對電池的恒流充電開始的，大部分的能量在恒流充電過程中被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當電池電壓上升到充電終止電壓Vc后，脈沖充電法由恒流轉(zhuǎn)入真正的脈沖充電階段。在這一階段，脈沖 充電方式以與恒流充電階段相同的電流值間歇性的對電池進行充電。每次充電時間為Tc后，然后關閉充電回路。充電時由于充電電流的存在，電池電壓將繼續(xù)上并升 超過充電終止電壓Vcv ；當充電回路被切斷后，電池電壓又會慢慢下降。電池電壓 恢復到Vcv時，重新打開充電回路，開始下一個脈沖充電周期。在脈沖充電電流的 作用下，電池會漸漸充滿，電池端

21、壓下降的速度也漸漸減慢，這一過程一直持續(xù)到 電池電壓恢復到Vcv的時間達到某個預設的值To為止，可以認為電池已接近充滿, 如圖7所示。圖7脈沖充電法曲線在以上四種充電方法中，恒流充電不容易充滿，恒壓充電容易造成熱失控，損害電池性能，而脈沖充電成本較高需要嵌入智能控制芯片，因此鋰離子電池充電仍應該以恒流恒壓的方法為主。雖然恒流恒壓充電需要復雜得多的電路來實現(xiàn)，但由于其充電時間短，充電效率高，并且對于電池壽命有所改善，因此在鋰離子電池充 電中占主導地位，本文所設計的充電器也將主要采用這種充電方法。2.4系統(tǒng)技術參數(shù)本系統(tǒng)技術參數(shù)：充電電壓/電流參數(shù)和系統(tǒng)充電曲線。(1) 充電曲線分析由系統(tǒng)的充電曲

22、線可以看出，本系統(tǒng)分 3個階段進行，如圖8所示分別用A、 B、C標明。此外，充電曲線A階段部分與圖3所示的曲線有所不同。A階段的充電 過程是根據(jù)應用的需要自定義的一個充電階段，它是準備階段。從充電曲線中可以看出，A階段的充電電流較小，充電電壓從 3.5V以線形方式增加，增幅穩(wěn)定且快 速。這以階段稱為“預充電”過程，它用來檢測電池是否正常。(2) 系統(tǒng)參數(shù)設定充電過程分為3個階段：A為預充電階段；B為快速充電階段；C為涓流充電 階段，各個充電階段的技術參數(shù)可通過充電曲線得到。A階段：預充電階段指示快速充電之前的階段，檢測電池是否正常工作。充電至電壓3.8 0.05V時，充電器轉(zhuǎn)道快速充電階段，在

23、此期間充電電流維持在8030mAB階段：快速充電階段本階段充電電流維持在15030mA電池電壓大于3.90.1V而充電時間大于 4個小時C階段：涓流充電階段本階段電池電壓維持在 4.2_0.03V，充電電流小于50 _ 15mA在上述3個階段中，A B階段是恒流充電，C階段為恒壓充電。紀念唯P：）200150100500圖8分段充電曲線第三章充電器硬件設計 （用Protel重新畫）系統(tǒng)整體電路按照實際電路功能可劃分為系統(tǒng)指示燈電路、電源電壓與環(huán)境溫度采用電路、精確基準電壓產(chǎn)生電路和開關控制電路。3.1系統(tǒng)指示燈電路系統(tǒng)指示燈有兩個：紅色LED和綠色LED當電池處于充電狀態(tài)時，充電器的紅色指示燈

24、亮，綠色指示燈熄滅；當電池充 電基本完成，進入涓流階段時，充電器的綠色指示燈亮，紅色指示熄滅；若出現(xiàn)異 常狀況，則紅色指示燈閃爍，綠色指示燈熄滅。如圖9所示，LED直接連接至單片機I/O 口，RES2電阻利用分壓原理得到LED 的工作電位差，并利用與LED串聯(lián)的特點限制其工作電流，起過載保護的作用。H10-aKit,11GEEEK* X圖9系統(tǒng)指示電路3.2電源電壓與環(huán)境溫度采樣電路電池在充電末期，負極發(fā)生氧復合反應產(chǎn)生熱量，是電池溫度升高。由于電池 溫度升高將導致充電電流增大，為控制充電電流，可在電路中設置熱敏電阻等溫度 檢測元件，當電池溫度達到設定值時，電池充電電路被切斷。如圖10所示，該

25、電路完成充電器電源電壓和環(huán)境溫度的采樣。當電源適配器 電壓或環(huán)境溫度超出設定范圍時，系統(tǒng)應該報警提示并立即停止充電。10kR710kP ADTJWC4_ 1000pC5、熱敏電阻1000p圖10電源電壓與環(huán)境溫度采用電路電路原理和器件功能描述如下：(1) Vref連接精確基準電源產(chǎn)成電路，為溫度采樣提供可靠的標準值。(2) 連接Vref的10kQ電阻為分壓電阻。(3) 系統(tǒng)利用熱敏電阻的壓降計算得到溫度值，利用T_AD連接至單片機的 管腳，再利用該管腳的A/D轉(zhuǎn)換器向單片機輸入溫度采樣值。(4) 電壓值利用電路作半部分的分壓電路得到，利用P_AD連接至單片機的 管腳，再利用該管腳的A/D轉(zhuǎn)換器

26、向單片機輸入電壓采樣值。(5) 利用分壓電路取數(shù)據(jù)可使采樣值處在 A/D轉(zhuǎn)換器的允許范圍內(nèi)。(6) 電容C4起濾波的作用，防止采樣點電壓的波動。3.3精確基準電源產(chǎn)生電路如圖11所示，該電路為電源提供基準電源。系統(tǒng)使用由德州儀器公司生產(chǎn)的 TL431三端可調(diào)分流基準源，TL431是一是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分 流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref (2.5V)至9 36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為 0.2 Q，在很多應用中可以用它代替齊 納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關電源等。E14TL431R1310K70. nVrf4.7

27、5v330SK70, 1% ms圖11精確基準電源產(chǎn)生電路3.4開關控制電路圖12右邊電路使兩個A/D采樣子模塊。一個用于采樣電池的電壓（U_AD際號）； 另一個用于采樣充電電流（I_AD標號）。A/D采樣的工作原理：充電電流的采樣是利用一個0.25 Q阻值的電阻，通過電流產(chǎn)生的壓降進行的。這個形成壓降的電阻不能很大，否則會形成過大的壓降。 在U_AD的電壓入口處連接了阻值為1MQ的電阻，它主要起放電的作用：在實際的 測試中，發(fā)現(xiàn)電池拿走后其殘留的電壓比較大，不能檢測到電池已被移出，因此利 用這個電阻放電。如圖12,系統(tǒng)利用兩個三極管（Q1和Q2做開關控制，對電池進行充電。47oF0. luF

28、r-L|ElSO772/B55O100C31000?K3Q1 6050ZKFfiVI圖12開關控制電路系統(tǒng)的整體電路圖如附錄一所示，在單片機的控制中，在采樣電路的前提下基 準電源對電池的電壓進行控制，并運用開關電路對電池進行充放電的控制。3.5系統(tǒng)整體電路圖i 二蛙O親?_IftOllI-% 5蘭云屋產(chǎn)I養(yǎng)-3三”0 ;需第四章充電器軟件設計4.1系統(tǒng)軟件總體設計思路充電器機上電源后，系統(tǒng)首先要檢查是否有電池放入，準備充電，同時還必須 檢測電池是否可用。然后系統(tǒng)須連續(xù)數(shù)次檢測各個 A/D通道，進行電源電壓、環(huán)境 溫度等數(shù)據(jù)的初始化，設定系統(tǒng)初始值。如果電池電壓采樣通道連續(xù) 3次檢測到電 壓值大

29、于1.0V，則認為充電器內(nèi)已放入電池，且電池可用，開始充電。整個充電過程可分3個階段進行，每個充電階段的數(shù)據(jù)獨立，但他們的處理機 制基本一致。對于這3個充電階段，A、B兩階段必須做到恒流控制，C階段必須做 到恒壓控制，這是充電階段的主要功能部分。恒流、恒壓控制電路已知，單片機必 須對I/O 口的數(shù)據(jù)做出判斷，并根據(jù)判斷向外部電路發(fā)出正確的動作指示。4.2系統(tǒng)主流程圖13所示為系統(tǒng)主流程，它包括初始化函數(shù)、電池檢測函數(shù)、預充電子程序、 快速充電子程序和涓流充電子程序， 該流程圖給出了軟件的執(zhí)行時序。 按照系統(tǒng)主 流程的時序設計，各函數(shù)的調(diào)用機制為：（1）單片機上電后，初始化寄存器。單片機上電后，

30、完成系統(tǒng)主流程的主函數(shù)將使用CALL指令調(diào)用初始化函數(shù)，初始化工作包括3個方面：定義全部寄存器和單片機端口、初始化片內(nèi)寄存器和端 口狀態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)復位并啟動，中斷復位等待。初始化過程將清除上次充電的所用記錄， 同時啟動系統(tǒng)的監(jiān)控函數(shù)，并復位中 斷系統(tǒng)，通常這已過程十分迅速，一般會在放置電池前完成。(2) 調(diào)用檢測電池的子程序，完成檢測。檢測電池的子程序?qū)⒂卯斍暗臓顟B(tài)值覆蓋先前無電池時采樣的無效值， 然后對 取得的狀態(tài)值判斷此刻充電器放置的電池是否可用。 一般來說，系統(tǒng)將連續(xù)做4次 電源電壓、電池電壓、電池溫度和充電電流的采樣，將采用的狀態(tài)值與系統(tǒng)預設的正常參數(shù)進行比較：若4次比較的結果全部

31、無誤，則進入電池檢測子程序；若 4次 比較的結果存在錯誤，則系統(tǒng)一直檢測下去，直到連續(xù)4次比較的結果全部無誤。（3） 確認充電器中存在電池后，再根據(jù)電池電壓是否大于3V的條件，決定 采用預充電還是快速充電。確認充電器內(nèi)的電池可以進行充電， 系統(tǒng)將進入電池檢測子程序：如果程序檢 測到電池的電壓大于1V,則認為充電器內(nèi)有可用的充電電池；否則系統(tǒng)認為無電 池或電池不可用，并退出函數(shù)，再重新開始執(zhí)行檢測電池的子程序。這一過程依然 利用CALL令完成。如果電池檢測子程序確認充電器內(nèi)放置了有效的電池，那么系統(tǒng)將做進一步的 檢測。檢測當前電池的電壓是否大于 3V,如果電池電壓大于3V，考慮電路采樣和 單片機

32、端口的損耗，電池的實際電壓很可能已達到快速充電的電壓要求，因此，可 以跳過預充階段，直接進行快速充電。（4）再相應的充電階段，子程序內(nèi)部保持循環(huán)，不斷檢測，直至相應階段 充電完畢，退出相應的子程序。充電子程序包括預充充電子程序、 快速充電子程序和涓流充電子程序。 可根據(jù) 電池電壓的值跳過預充充電子程序， 直接進入快速充點子程序。當系統(tǒng)進入到充電 子程序后，如果不跳過預充充電子程序，則其正常執(zhí)行時序時：預充充電子程序- 快速充電子程序涓流充電子程序。各充電子程序模塊均表明電池充好后退出。 是否退出當前充電子程序，重新調(diào) 用檢測電池的子程序，有各充電子程序的內(nèi)部CALL指令決定：如果充電正常，只退

33、出子程序，順利進入下已充電子程序；如果充電異常，將不進入下一充電子程序， 重新調(diào)用檢測電池的子程序。4.3充電流程設計充電分A階段（預充階段）、B階段（快速充電階段）和 C階段（涓流充電階 段）3個階段完成。各充電階段的子程序流程描述如下：（1）進入充電流程，子程序開始檢測充電器中有無電池，置標志信號， 如果沒有電池則退出子程序。（2） 隨后系統(tǒng)I/O 口的高電平使開關控制電路的三極管導通，5V電源 電壓直接為電池充電3ms在此期間，程序輪循采樣電源電壓、充電電流以及電池、 環(huán)境溫度，讀取A/D采樣的數(shù)值后，取平均值處理這些 A/D采樣數(shù)據(jù)。3個階段的3ms充電流程完全一致，但功能不同：左邊的

34、流程定義為階段0，它對電池充電3ms并采樣電池充電電流；中間的流程定義為階段1，它對電池充 電3ms并采樣電池和環(huán)境溫度；右邊的流程定義為階段 2,它對電池充電3ms 采樣電池充電電壓。這3個充電階段的執(zhí)行順序是固定的：階段 0-階段1-階段 2階段0。采樣階段的流程完全相同，可分解為6步：根據(jù)系統(tǒng)預先設定的參數(shù)選擇電池 的充電電壓、充電電流，對電池進行充電；延時1ms即步驟(1)持續(xù)1ms采樣電池狀態(tài)值；延時2ms即整個充電時間持續(xù)3ms讀取采樣結果并保存，完 成4次采樣后計算平均值；修改采樣階段號，進入下一個采樣階段。(3) 系統(tǒng)充電3ms后，暫停，并關斷充電。(4) 進行查表，根據(jù)查表結

35、果進行相應的延時。(5) 如果總的采樣時間超過 3s，系統(tǒng)將步查表延時，選擇電壓通道并進行 處理。完成處理后將時間標志清零，進入采樣數(shù)據(jù)分析階段。如果系統(tǒng)充電3s超時，將采用如下處理步驟：令充電電壓為低電平，停止充 電；延時15ms穩(wěn)定電池狀態(tài)；選擇電池電壓的采樣通道，開啟充電；延時 1ms 即充電持續(xù)1ms采樣電池電壓值；延時 2ms即整個充電時間持續(xù) 3ms然后保 存最后讀取的電壓值，將其作為后續(xù)處理的電池采樣狀態(tài)值；清除3s超時標志，進行采樣數(shù)據(jù)處理。(6) 判斷電池電壓是否小于1V:如果小于1V,則表明電池被移走，置相應 標志位，程序結束；否則繼續(xù)處理采樣數(shù)據(jù)。(7) 判斷電池電壓是否

36、大于 4.4 :如果大于4.4V，則表明電池出現(xiàn)故障， 置相應的標志位，開啟LED旨示，程序?qū)⒒氐紹ACK處；否則繼續(xù)處理采樣數(shù)據(jù)。(8) 判斷電池溫度是否處于043C之間：如果處于該數(shù)值范圍，電池正常， 繼續(xù)處理采樣數(shù)據(jù)；否則表明電池溫度過高，置相應的標志位，開啟 LED旨示，程 序?qū)⒒氐紹ACK處。(9) 判斷電池電壓是否等于4.2V:如果等于4.2V，則表明電池完成充電， 程序結束；否則繼續(xù)處理采樣數(shù)據(jù)。(10) 判斷充電時間是否超時：如果超時，貝憔明電池完成充電，程序結束； 否則回到BACK處。4.4程序設計先定義變量，主程序模塊本應由MAIN開始，但是系統(tǒng)再上電時由START開始,

37、因此將START乍為系統(tǒng)的主程序模塊起始點。再系統(tǒng)上電后，首先調(diào)用INIT完成系統(tǒng)初始化；然后完成電源電壓、溫度的 4次連續(xù)采樣，確認是否進入充電模式。 系統(tǒng)完成了預期的檢測后，進入相應的充電階段進行充電，程序如下所示。程序清單：RED=4;紅色LED指示燈GREEN=2;綠色LED指示燈CTRL=1;控制信號I_AD=0X10;充電電流U_AD=0X11;電池電壓T_AD =0X12;環(huán)境溫度P_AD =0X13 ;充電電壓FLAG=0X14;標志信號_60MFLAG = 1;延時標志_180MFALAG =3;無電池標志FTIME=4;時間超出異常FABNORMALT = 5;溫度異常FA

38、BNORMALP = 6;電源異常FABNORMALB = 7;電池異常A_R=0X15;電阻變量R3_R=0X16;開關電阻R3B=0X17寄存器S=0X18U_AD1=0X19;電池電壓米樣寄存器U_AD2=0X1AU_AD3=0X1BU_AD4=0X1CT_AD1=0X1D;環(huán)境溫度米用寄存器T_AD2=0X1ET_AD3=0X1FT_AD4=0X20P_AD1=0X21;充電電壓米樣寄存器P_AD2=0X22P_AD3=0X23P_AD4=0X24R_ADL=0X25;A/D米樣的電阻寄存器R_ADH=0X26C250:=0X27C240:=0X28PRE_TC=0X29RAP_TC=

39、0X2ACNT =0X2B;系統(tǒng)計數(shù)/計數(shù)器C1=0X2CD_CNT=0X2DI_AD1 :=0X2E;充電電流米樣寄存器I_AD2 :=0X2FI AD3 :=0X30I_AD4=0X31S_NOBATT = 0;無電池狀態(tài)S_PRE=1;與充電階段S_RAP=2;快速充電階段S_FULL=3;涓流充電階段S_ERRORE = 4;充電階段出錯INIT :MOVA ，217MOVTTC ，ACLRAMOVR3 ，ABCR4，6MOVR9 ，ABSR9，5CLR4CLRP5CLRFLAG;標志位初始化MOVA ，50MOVC250， AMOVA ，240MOVC240， ARETSTARTCA

40、LL INITCALL AD_PTMAIN CALL AD_B;連續(xù)4次采樣電池電壓MOV A , U_AD;讀入電池電壓SUB A，_3V0;同3V電壓比較JBS R3，CJMP M_RAP;大于3V則快充M_PRE:CALL PRE_CHARGE;小于3V則慢充M_RAP CALL PAP_CHARGE;快速充電階段M_FULL CALL FULL_CHARGE;涓流充電階段JMPMAIN;回到充電主模塊過程AD_PTMOVA ，4MOVR7 ，AAP:MOVA，0BMOVA ，3MOVADCON，A;選擇A/D轉(zhuǎn)換通道，米集電源電壓CLRACALLDELAY1MS7延時1msBSADCO

41、N ，ADPD;取樣充電電壓CALLDELAY1MS7延時1msBSADCON , ADRUN;繼續(xù)采樣JBCADCON , ADRUNBCRF, ADIFBCADCON , ADPD;停止采樣MOVA , P_AD3MOVP_AD4 , AMOVA , P_AD2MOVP_AD3 , AMOVA , P_AD1MOVP_AD2 , AMOVA , ADDATAMOVP_AD1 , ADJZR7JMPAP;進行下一次米樣MOVA ， P_AD1MOVR4 ，ACALLAVERAGEMOVA ， R_ADLMOVP_AD ， AMOVA ，4MOVR7 ，AMOVA ，2MOVADCON ， A

42、CLRAIOWIOC90;不增益CALLDELAY1MS；延時1msBSADCON， ADPD;取樣充電CALLDELAY1MS；延時1msBSADCON， ADRUNJBCADCON ， ADRUNJMP$ ；檢測不成功,BCRF，ADIFBCADCON， ADPD;停止采樣MOVA， T_AD3MOVT_AD4 ， AMOVA， T_AD2MOVT_AD3 ， AMOVA， T_AD1MOVT_AD2 ， AMOVA， ADDATAMOVT_AD1 ， AJMPATMOVA，T_AD1重新開始MOVR4，ACALLAVERAGEMOVA， R_ADLMOVT_AD ， ARETFRE_CH

43、ARGE:JBCFLAG ，F(xiàn)NOBATTRETREPEDA_PREBSP5， CTRLPE_PCMOVA ，CNTJBSR3 ，ZJMPPC_1MOVADCON，ACLRACALLDELAY1MSBSADCON ，ADPDCALLDELAY2MSBSADCON ，ADRUNJBCADCON ， ADRUNBCRF，ADIFBCADCON ，ADPDMOVA ，I_AD3MOVI_AD4 ，AMOVA ，I_AD2MOVI_AD3 ，AMOVA ，I_AD1MOVI_AD2 ，AMOVA ， ADDATAMOVI_AD1 ，AMOVA ， ADDATAMOVI_AD ，AMOVA ，1MOVC

44、NT ，AJMPPC_ISLOWPC_1:MOVA ，CNTJBSR3，ZJMPPC_2MOVA ，0BMOVADCON ， ACLRA;若沒有電池，退出系統(tǒng);控制高電平，電池恒流調(diào)整;3個通道輪流采樣;選擇A/D轉(zhuǎn)換通道，采集電源電壓；延時1ms;取樣充電延時2ms;選擇A/D轉(zhuǎn)換通道，采集電源電壓CALLDELAY1MS；延時1msBSADCON , ADPD;取樣充電CALLDELAY2MS;延時2msBSADCON , ADRUNJBCADCON , ADRUNBCRF, ADIFMOVA , T_AD3MOVT_AD4 , AMOVA , T_AD2MOVT_AD3 , AMOVA

45、, T_AD1MOVT_AD2 , AMOVA , ADDATAMOVT_AD1 , AMOVA , 2MOVCNT , AJMPPC_ISLOW;是否個低電平PC_2:MOVADCON , ACLRAIOWIOC90CALLDELAY1MS；延時1msBSADCON, ADPD;取樣充電CALLDELAY2MS;延時2msBSADCON,ADRUNJBCADCON,ADRUNBCRF , ADIFBCADCON,ADPDMOVA,P_AD3MOVP_AD4,AMOVA,P_AD2MOVP_AD3,AMOVA,P_AD1MOVP_AD2,AMOVA,ADDATAMOVP_AD1,AMOVCNT ,APC_ISLO：BCP5， CTRL;給低電平MOVA，I_AD;送數(shù)CALLPRE_TABLEMOVD_CNT ， T;延時開始PCI：CALLDELAY1MS；DJZD_CNTJMPPCIMOVADCON ， A；CLRABSADCON， ADPDBSADCON， ADRUNJBCADCON，ADRUNBCRF，ADIFBCADCON， ADPDMOVA，UAD3MOVU-AD4 AMOVA，UAD2MOVU-AD3 AMOVA，UAD1MOVU-AD2 AMOVA，ADDATAMOVU-AD1, AMOVR4，ACALLAVERAGEMOVA，RADLMOV