智能型充電器控制電路的設計畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計說明書智能型充電器控制電路的設計畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學

2、校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定

3、，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計

4、方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章

5、）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組

6、）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格

7、 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日智能型充電器控制電路的設計摘 要:電子信息技術的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產品不斷涌現(xiàn)，并朝著便攜和小型輕量化的趨勢發(fā)展，這也使得更多的電氣化產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，由于它們各自的優(yōu)缺點使得它們在相當長的時期內將共存發(fā)展。由于不同類型的電池的充電特性不同，目前通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，這在實際使用中有諸多不便。本文設計了一種通用型的充電器，介紹了

8、基于單片機89c51的智能型充電器。設計的充電器可以通過電流傳感器max471和多路模擬轉換開關cd4051實時采集電池的電壓、電流，并將采集到的信息經過模數(shù)轉ad574轉換后送入單片機進行處理后由單片機的一個端口輸出合適寬度的pwm脈沖對開關電源進行控制，從而對充電過程進行智能控制，并由單片機計算剩余的充電時間；還可以通過并口和led數(shù)碼管連接給用戶顯示必要的信息；另外，它也可以改變參數(shù)以適應各種不同電池的充電。關鍵詞: 單片機 ；充電器 intelligent charger control circuit designabstract : electronic information t

9、echnology makes the rapid development of a wide variety of electronic products continue to emerge, and in the small portable and lightweight trend of development, and this makes more electric battery products based on the power supply system. at present, more use of a nickel-cadmium batteries, nicke

10、l hydrogen, lithium batteries and lead-acid batteries, as their respective advantages and disadvantages of allowing them for a long period of time will be the development of coexistence. is different as a result of the different types batterys charge characteristic, at present usually to different t

11、ype, even different voltage, the capacity ranks battery use different battery charger, this has many inconveniences in the actual use. in this paper, a general-purpose design of the charger, based on the mcu 89c51 intelligent charger. charger designed by current sensor max471 and multi-channel analo

12、g switch cd4051 real-time acquisition of the battery voltage, current and collected the information is analog-digital conversion ad574 converted into the scm processed by the mcu a port output of the pwm pulse width of the right to switch power to control, thus the process of charging intelligent co

13、ntrol by the scm calculation of the charge remaining time can also parallel port and led digital display of users connected to the necessary information in addition, it also can change the parameters to adapt to the different battery charging. key words: scm ; charger目 錄1 概 述12 課題研究背景與意義22.1 課題研究背景2

14、2.2 課題研究意義23系統(tǒng)的硬件設計23.1 pwm控制電路33.2 電源變換電路43.3 采樣電路的設計53.4 單片機控制電路及a/d轉換電路63.5 鍵盤輸入電路123.6 顯示接口電路124系統(tǒng)軟件功能154.1 系統(tǒng)軟件功能154.2 系統(tǒng)主程序164.3 系統(tǒng)主要子程序165 結束語25致 謝26參考文獻27附 錄28附錄1程序清單28附錄1.1系統(tǒng)主程序清單28附錄1.2 系統(tǒng)主要子程序29附錄1.2.1 充電策略選擇子程序29附錄1.2.2 充電控制子程序清單29附錄1.2.3 數(shù)據采集子程序清單34附錄 1.2.4 顯示子程序35附錄2 設計圖紙38附錄2.1 智能型充電器

15、控制電路的原理圖38附錄2.2 智能型充電器控制電路的pcb圖39智能型充電器控制電路的設計 1 概 述 隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。本設計系統(tǒng)可以實時采集電池的參數(shù)，對充電過程進行智能控制；可以將單片機通過并行口與led數(shù)碼管相連，對電池的各項參數(shù)進行實時顯示；還可以根據不同的電池調整充電方法。充電時間約為120分鐘。鎳鎘電池的恒流充電電流為0.9c，鎳氫電池的恒流充電電流為0.5c，

16、鋰離子電池的恒流充電電流為0.3c。電池充電是通過逆向化學反應將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的。由于使用的化學物質的不同，電池有自己的特性。這里列舉幾種不同的電池充電試驗,來說明智能充電器的實用價值?，F(xiàn)代消費類電器主要使用如下三種電池：a.鎳鎘電池 b.鎳氫電池c.鋰電池在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。鎳鎘電池：鎳鎘電池的優(yōu)點是相對便宜，易于使用；缺點是自放電率比較高。典型的鎳鎘電池可以充電1000 次。失效機理主要是極性反轉。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉。為了防止損壞電池包，需要不間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0v 就必須停機。鎳鎘電池以恒定電流的方式

17、進行充電。鎳氫電池：鎳氫電池在輕重量的手持設備中如手機、手持攝象機等等中是使用最廣的。這種電池的容量比鎳鎘的大。由于過充會造成鎳氫電池的失效，在充電過程中進行精確地測量以在合適的時間停止是非常重要的。鎳氫電池的自放電率大概為20%/月，鎳氫電池也為恒定電流充電。鋰電池：鋰電池和其他電池相比，鋰電池具有最高的能量/重量比和能量/體積比。鋰電池以恒定電壓進行充電，同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。當充電電流下降到生產商設定的最小電流時就要停止充電。過充電將造成電池損壞，甚至爆炸。鋰離子電池以其優(yōu)良的特性，被廣泛應用于: 手機、攝錄像機、筆記本電腦、無繩電話、電動工具、遙控或電動玩具、

18、照相機等便攜式電子設備中。2 課題研究背景與意義2.1 課題研究背景現(xiàn)代通訊設備、便攜式電子產品、筆記本電腦、電動汽車、小衛(wèi)星等普遍使用蓄電池作為電源,應用非常廣泛。然而大多數(shù)設備中的蓄電池,只能使用專用的充電器,而且普通的充電器大多充電時間長,無法判斷其充電參數(shù)和剩余的充電時間。隨著便攜式設備日新月異的發(fā)展，電源技術己經越來越多得到人們的重視。隨著電子技術的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛，功能越來越強大，對電源系統(tǒng)的要求也越來越高。智能化主要體現(xiàn)在對電池的充電算法和對環(huán)境的自適應性方面，一個新型的充電系統(tǒng)要能自動識別被充電電池的類別，根據電池的參數(shù)以及環(huán)境溫度等自適應地生成充電曲線，

19、以最佳的方式完成快速充電工作。隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。2.2 課題研究意義現(xiàn)代日常生活中普遍使用的鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池作為電源，應用廣泛。電池充電形成了先小電流預充，以適應在低溫等條件下的充電，再大電流快速充電，接近滿時進入小電流的涓流充電模式，但如果電池很空時，可能處于受損情況，要改變充電方式。這時可以采用脈沖充電方式修復，根據電池受損程度設置不同充電脈寬比。本設計中的充電器有恒壓充電、恒流充電、涓流充電等多種充電方式。隨著智能電池在國內的日益普及，智能充電器也己經成為國內電源行業(yè)研究的新熱點，其技術生命力和應用前景將非

20、常廣闊。3系統(tǒng)的硬件設計本設計介紹了基于單片機89c51的數(shù)字化充電器。設計的充電器可以通過電流傳感器max471和多路模擬轉換開關cd4051實時采集電池的電壓、電流，并將采集到的信息經過模數(shù)轉換ad574轉換后送入單片機進行處理后由單片機的一個端口輸出合適寬度的pwm脈沖對開關電源進行控制，從而對充電過程進行智能控制，并由單片機計算剩余的充電時間；還可以通過并口和led數(shù)碼管連接給用戶顯示必要的信息；另外它也可以改變參數(shù)以適應各種不同電池的充電?；趩纹瑱C89c51的數(shù)字化充電器原理框圖如圖3-1所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、單片機控制電路、脈寬調制控制器、顯示器和電池組等,形成一

21、個閉環(huán)系統(tǒng)。交流電源經電源變換電路變換成供電池充電的直流電源，直流電源經pwm控制器后對電池進行充電，并且通過單片機對充電過程中的電池的各項參數(shù)進行采集與處理，由單片機的一個端口輸出合適的脈沖寬度來控制開關電源，從而使主電路輸出合適的充電電流對電池進行充電，系統(tǒng)中顯示電路用來對充電過程中電池的各項參數(shù)進行顯示。電池組pwm控制器電源變換電路 單片機控制器采樣電路 顯示電路圖3-1 智能充電器原理框圖3.1 pwm控制電路 控制器采用脈寬調制方式控制供電電流的大小。用pwm方式控制的開關電源可以減小功耗,同時便于進行數(shù)字化控制。單片機的一個端口輸出一個合適的高電平信號后，高電平信號驅動光電耦合器

22、后對主回路上的mosfet進行驅動。通過mosfet導通時間長短來調整脈沖從而控制充電電流的大小。pwm控制電路如圖3-2所示。圖3-2 pwm控制電路3.1.1 脈沖寬度調制pwm是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。pwm信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(on)，要么完全無(off)。電壓或電流源是以一種通(on)或斷(off)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用pwm進

23、行編碼。3.1.2 光電隔離器光電隔離器或光電耦合器,簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的元件。通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)“電光電”轉換。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字信號，不適合傳輸模擬信號。近年來線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領域大為拓寬。光耦器件的典型應用有3種：微機接口電路中的光電隔離，功率驅動電路中的光電隔離和遠距離的隔離傳送。本設計中pwm信號通過光電隔離驅動主回路上的mosfet，在微機控制系統(tǒng)中，大量應用是對開關量的控制，這些開關量經過i/o口輸出，而i/o的驅

24、動能力有限，一般不足以驅動一些點磁執(zhí)行器件，需加接驅動接口電路，為避免微機受影響，須采取隔離措施。 3.2 電源變換電路電源變換電路由交流變壓器和單相橋式整流電路組成。將輸入為220v、50hz的交流電壓經過交流變壓器變換為合適的交流電壓后，由單相橋式整流電路整流后輸出給開關電源的直流電壓，然后經過電容濾波后作為開關電源的電源輸入。電源變換電路如圖3-3所示。圖3-3 電源變換電路3.3 采樣電路的設計 圖3-4 采樣電路采樣電路連接如圖3-4所示。本設計中充電電流通過電流傳感器max471轉換為電壓值。電流采樣的電壓值和池組的端電壓值兩者經過模擬開關cd4051,再經過電壓跟隨器輸入到模數(shù)轉

25、換器ad574分別進行轉換,其結果由單片機讀取,并進行存儲和處理。3.3.1 多路模擬轉換開關計算機為了從多個模擬量中選取一個進行輸入，通常采用模擬多路開關實現(xiàn)信號的分時切換。本設計中采用cd4051作為多路模擬轉換開關。轉換過程在允許輸入端控制下進行的，當inh=1時，通道斷開。當inh=0時，其中一個通道接通。將控制輸入端a、b、c分別與p1.5、p1.6、p1.7和相連，通過輸出不同高低電平，改變a、b、c值。當abc的值為110時，y6通道的電流采樣電壓信號選通；當abc的值為111時，y7通道的電池端電壓信號選通。3.3.2 傳感器芯片max471a. max471芯片的特點、功能a

26、. 具有完美的高端電流檢測功能。b. 內含精密的內部檢測電阻。c. 工作溫度范圍內，其精度為2%。d. 具有雙向檢測指示，可監(jiān)控充電和放電狀態(tài)。e. 內部檢測電阻和檢測能力為3a，并聯(lián)使用時還可擴大檢測電流范圍。f. 最大電源電流為100a。g. 關閉方式時的電流僅為5a。h. 電壓范圍為336v。i. 采用8腳dip/so/sto三種封裝形式。b. max471的引腳功能說明圖3-5 max471芯片引腳圖max471引腳排列如圖3-5所示。各引腳功能如下：shdn：關閉端。正常運用時連接到地。當此端接高電平時，電源電流小a。rs+：內部電流檢測電阻電池（或電源端）。gnd：地或電池負端rs

27、-：內部電流檢測電阻的負載端。sign：集電極開路邏輯輸出端。低電平表示電流從rs-流向rs+。當shnd為高電平時，sign不為高阻抗，如果不需要sign，可將其懸空。out：電流輸出，它正比于流過tsense被測電路的幅度，此引腳到地之間應接一個2k電阻，每一安培被測電流將產生大小等于1v的電壓 本設計中將max471串接到充電回路中，電流輸出端通過電阻實現(xiàn)以地為參考點的電流到電壓的轉換，然后將轉換后的電壓信號接入多路轉換器。3.4 單片機控制電路及a/d轉換電路轉換電路及單片機控制電路如圖3-6所示。采樣的電池電流信號和端電壓信號經多路轉換器分時輸出后，輸出到模數(shù)轉換器ad574，由模數(shù)

28、轉換器將采樣的模擬量轉換成數(shù)字量，再輸出到單片機，交給單片機處理后，由一個端口輸出合適脈沖信號，從而控制充電電流大小。圖3-6 單片機控制電路及a/d轉換電路3.4.1 單片機89c51芯片89c51單片機內部有兩個定時器、兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的i/o口,采用11.0592mhz的晶振。89c51單片機是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲的低電壓，高性能8位微處理器。單片機的任務是通過采樣電路實時采集電池的充電狀態(tài),通過計算決定下一階段的充電電流，然后發(fā)送命令給控制器控制電流的大小。單片機通過8255a并行接口與顯示器相連,用于存儲數(shù)據和虛擬顯示。89c51單片機引腳如圖3

29、-7所示。圖3-7 89c51單片機a. 89c51引腳功能說明vss: 電路接地端。vcc: 電源電壓。p2.0p2.7: 8位擬雙向通道。p1.0p1.7: 8位擬雙向通道。p0.0p0.7: 8位漏極開路的雙向通道。x1: 內部振蕩器外接晶振的一個輸入端。x2: 內部振蕩器外接晶振的另一個輸入端。: 外部數(shù)據存儲器讀脈沖。: 外部數(shù)據存儲器寫脈沖。t0: 定時器/計數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。t1: 定時器/計數(shù)器1外部事件脈沖輸入端。int0: 外部中斷0輸入口。int1: 外部中斷1輸入口。rxd: 串行輸入口。txd: 串行輸出口。psen: 程序選通有效信號，低電平時，指令寄存器的

30、內容讀到數(shù)據總線上。ale/: 地址鎖存有效信號，主要作用是提供一個適當?shù)亩〞r信號。/vp: 片選使能，當保持ttl高電平時,執(zhí)行內部rom指令；當使ttl為低電平時，從外部程序存儲器取出所有指令。b. 89c51主要性能參數(shù)a. 與mcs-51產品指令系統(tǒng)完全兼容b. 4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器c. 1000次擦寫周期d. 全靜態(tài)操作：0hz-24mhz e. 三級加密程序存儲器f. 1288字節(jié)內部ramg. 32個可編程i/o口線h. 2個16位定時/計數(shù)器i. 6個中斷源g. 可編程串行uart通道c. 單片機時鐘電路設計時鐘電路是單片機不可缺少的電路組成部分，在一個單片機系

31、統(tǒng)中，沒有晶振，就沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。在本設計中89c51單片機采用11.0592mhz的晶振。振蕩電容值無嚴格要求，但它對晶振輸出頻率的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路的起振速度有一些影響。本設計采用22pf的電容。在實際應用中，要根據實際起振情況選擇。單片機89c51的時鐘電路如圖3-8所示。圖3-8 時鐘電路d. 單片機復位電路設計單片機在工作之前都要有個復位過程，復位對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。復位電路實現(xiàn)一般有倆種：一種是電源復位，即外部的復位電路在系統(tǒng)通上電后直接使單片機工作，單片機的起停通過電源控制；另一種方法是在復位電路中設計按鍵開

32、關，通過按鍵開關觸發(fā)復位電平，控制單片機的復位。本設計采用上電復位電路，復位電路由10f電容和10k的電阻及1n4001二極管組成。在滿足單片機可靠復位的前提下，該電路優(yōu)點在于降低復位引腳的對地阻抗，可以顯著增強單片機復位電路的抗干擾能力。二極管可以實現(xiàn)快速釋放電容電量的功能，滿足短時間復位的要求。上電復位電路如圖3-9所示。圖3-9 單片機復位電路3.4.2 a/d轉換電路本設計中電壓和電流采樣采用模/數(shù)轉換器ad574，本次設計選用單極性輸入范圍為020v的模擬量輸入端20vin。通過89c51的p1.0、p1.1、p1.2和p1.3這四個端對ad574的轉換形式進行控制，摸數(shù)轉換結束后由

33、ad574的12位數(shù)據輸出端按雙八位形式通過89c51的p1口輸出到單片機對轉換后的數(shù)字量進行處理。ad574為15v雙電源供電,12位輸出,最大誤差為4bit,合計電壓0.01v。a/d轉換器是數(shù)據采集系統(tǒng)的核心，擔負著將模擬信號變換成適合于數(shù)字處理的二進制代碼的任務。 a. a/d轉換器的主要參數(shù) a. 分辨率分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。 b. 量化誤差 a/d轉換是將連續(xù)的模擬量轉換為離散的數(shù)字量。對一定范圍連續(xù)變化的 模擬量只能反映成同一個數(shù)字量。這個誤差是量化過程不可避免的。 c. 精度除了量化誤差，還有其他因素，如非線性引起的誤差。在手冊中，將這種

34、附加誤差的總和，稱為總不可調誤差，實際上就是a/d調整到最精確情況下還存在的附加誤差。精度指量化誤差和附加誤差之和。d. 轉換時間a/d轉換時間指的是從發(fā)出啟動轉換命令到轉換結束獲得整個數(shù)字信號為止所需的時間間隔。 b. a/d轉換芯片ad574ad574是一個通用a/d轉換器芯片，利用微機系統(tǒng)的中斷和端口技術都很容易與ad574接口，進行數(shù)據傳送。 c. ad574的引腳功能ad574是一種逐次副近型12位a/d轉換器芯片，也可以用作8位a/d轉換，轉換時間為1535s。若轉換成12位二進制數(shù)，可以一次讀出，也可分成兩次讀出，即先讀出高8位，后讀出低4位，ad574內部自動提供基準電壓，并具

35、有三態(tài)輸出緩沖器，使用十分方便。ad574芯片引腳如圖3-10所示。圖3-10 ad574芯片引腳圖ad574芯片引腳定義如下：片選信號。/c：讀或轉換選擇。12/：輸出數(shù)據選擇，當接高電平時，輸出數(shù)據是12位字長；當接低電平時，是將轉換輸出的數(shù)據變成兩個8位字輸出。ce：芯片允許信號，用來控制轉換或讀操作，它為高電平并且0時，/c信號的控制才起作用，也就是說，ce、/c信號共同控制操作。 a0：轉換數(shù)據長度選擇，如果a0為高時，啟動a/d轉換，進行8位轉換；如果a0為低時，啟動a/d轉換，則為12位轉換。vcc：正電源，其范圍為11.4v16.5v。ref in：參考電壓輸入。ref out

36、：10v參考電壓輸出，具有1.5ma的帶負載能力。bip off：雙極性偏移，當單極性或雙極性輸入時，該端加相應的偏移電壓，用于零點調整。10vin：單極性輸入010v輸入端，雙極性輸入5v輸入端。20vin：單極性輸入020v輸入端，雙極性輸入10v輸入端。agnd：模擬信號公共端，微機使用時，可作為模擬地。sts：狀態(tài)輸出信號，轉換時為高電平，轉換結束時為低電平。d0d11：輸出轉換結果的數(shù)據線。3.5 鍵盤輸入電路本設計中89c51單片機的p2.3、p2.4和p2.5三個輸入輸出接口通過s1、s2和s3按鈕接到一個的電源上，讀入這三個端口的狀態(tài)來選擇合適的充電方式，三個端口分別對應了鎳鎘

37、電池、鋰離子電池和鎳氫電池的充電方式的選擇。當不充電時，三個按鈕處于斷開狀態(tài)，單片機的三個端口為低電平；當充電時，依照電池類型按下對應的按鈕，單片機的三個端口為高電平。3.6 顯示接口電路本設計中采用8255a芯片作為單片機89c51的i/o擴展芯片，74ls244芯片驅動數(shù)碼管和74ls07芯片對數(shù)碼管進行位選。顯示電路用來對充電過程中電池的各項參數(shù)進行顯示，它也可以改變參數(shù)以適應各種不同電池的充電。3.6.1 并行接口芯片8255a芯片具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口電路。它是一片使用單一+5v電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255a的通用性強，使用靈活，通

38、過它cpu可直接與外設相連接。a. 8255a芯片結構8255a芯片由4部分組成：a. 數(shù)據總線緩沖器。b. 讀/寫控制邏輯 。c. a組和b組的控制電路。d. 三個8位端口pa、pb和pc，其中pc口可分為兩個4位端口，可分別同端口a和端口b配合使用，可以用作控制信號輸出等。b. 8255a芯片的引腳功能說明圖3-11 8255a芯片引腳圖8255a芯片的引腳如圖3-11所示。a. 面向系統(tǒng)總線的信號線有：d0d7：雙向數(shù)據線。cpu通過它向8255a發(fā)送命令、數(shù)據；8255a通過它向cpu回送狀態(tài)、數(shù)據。：選片信號線，該信號低電平有效，由系統(tǒng)地址總線i/o地址譯碼器產生。cpu通過發(fā)高位端

39、口地址信號使它變成低電平時，才能對8255a進行讀寫操作。當cs為高電平時，切斷cpu與芯片的聯(lián)系。a1，a0：芯片內部端口地址信號線，與系統(tǒng)地址總線低位相連。該信號用來尋址8255a內部寄存器。兩位地址,可形成片內四個端口地址。：讀信號線，該信號低電平有效cpu通過執(zhí)行in指令，發(fā)讀信號將數(shù)據或狀態(tài)信號從8255a讀至cpu。：寫信號線，該信號低電平有效，cpu通過執(zhí)行out指令，發(fā)寫信號，將命令代碼或數(shù)據寫入8255a。reset：復位信號線，該信號高電平有效。它清除控制寄存器并將8255a的a、b、c三個端口均置為輸入方式；輸出寄存器和狀態(tài)寄存器被復位，并且屏蔽中斷請求；24條面向外設的

40、信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。這種勢態(tài)一直維持，直到用方式命令才能改變，使其進入用戶所需的工作方式。b. 面向i/o設備的信號線有：pa0pa7：端口a的輸入輸出線pb0pb7：端口b的輸入輸出線pc0pc7：端口c的輸入輸出線c. 8255a的工作方式8255a有三種工作方式：方式0、方式1和方式2 a.方式0基本輸入/輸出在此工作方式下， 每個口都作為基本的輸入輸出口，c口的高4位和低4位以及a口和b口都可獨立地設置為輸入口和輸出口。在此工作方式下：輸出的數(shù)據被鎖存，而輸入的數(shù)據不被鎖存。 b.方式1選通輸入/輸出在此工作方式下，三個端口分為a、b兩組，a、b兩個口仍用作數(shù)據輸入輸出口，而c口分

41、成兩部分，分別作為a口和b口的聯(lián)絡信號。在8255a中，聯(lián)絡信號是3位，兩個數(shù)據口，共用去c口的6位，剩余的兩位仍可作為數(shù)據位使用。 c.方式2雙向選通輸入/輸出 只限于a組使用，它用a口的8位數(shù)據線，用c口的5位進行聯(lián)絡。工作時輸入輸出都能被鎖存。當a口工作在方式2時，b口可以在方式0或方式1工作。3.6.2 數(shù)碼管數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。本設計采用的是4位八段數(shù)碼管作為顯示器，對電池的各項參數(shù)進行實時顯示。a. 數(shù)碼管的驅動方式根據數(shù)碼管的驅動方式不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩大類。a. 靜態(tài)顯示驅動靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進

42、行驅動，或者使用諸如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多。b. 動態(tài)顯示驅動動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟哪個數(shù)碼管顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的com端，使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在

43、輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。本設計中采用的是8段led數(shù)碼管來顯示電壓值。它由8個發(fā)光二極管組成，其中7個按8字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于顯示小數(shù)點。把8個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法。當發(fā)光二極管導通時，相應的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段分別命名為a、b、c、d、e、f、g、dp。數(shù)碼管的管腳如圖3-12所

44、示。圖3-12 數(shù)碼管的管腳圖3.6.3 led驅動電路一般i/o接口芯片的驅動能力是很有限的，在led顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅動電流一般是不夠的尤其是設計中需要用到多位led，此時就需要增加led驅動電路。驅動電路有多種，常用的是ttl或mos集成電路驅動器，在本設計中采用了74ls244芯片增大總線驅動負載的能力驅動數(shù)碼管和74ls07對四個數(shù)碼管進行位選。4系統(tǒng)軟件功能4.1 系統(tǒng)軟件功能a.根據s1,s2和s3按鈕開關的開關狀態(tài)，讀入p1、p2和p3三個輸入輸出端口的高低電平，從而選擇合適的充電程序。b.對充電參數(shù)進行顯示。4.2 系統(tǒng)主程序主程序主要進行初始化，分配內存單

45、元及設置定時器參數(shù)，以便系統(tǒng)正常工作。本系統(tǒng)的采樣周期為5s，采用兩個定時器串聯(lián)，即設t0為定時方式，設t1為計數(shù)方式。設t0為定時方式1，時間間隔為50ms，時鐘頻率為12mhz。代入公式t=（2-x）121/f，可得t0應裝入的時間常數(shù)x=3cb0h，可分別裝入th0和tl0。設t1為計數(shù)方式2，計數(shù)值為100（即64h）。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。開始清數(shù)據區(qū)at89s52初始化置采樣周期計數(shù)值8255a初始化置中斷字開中斷等待中斷圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖4.3 系統(tǒng)主要子程序4.3.1充電策略選擇程序當充電器開始充電前，首先由單片機讀入開關按鈕s1、s2和s3對應的輸入輸出口的

46、對應狀態(tài)，選擇合適的充電策略。程序流程如圖4-2所示。n中斷p2.5為高?np2.4為高?p2.3為高?nyyy充電策略3充電策略2充電策略1圖4-2 充電策略選擇程序流程圖4.3.3 充電策略1當對鎳鎘電池進行充電時，按下對應的開關按鈕，對應的輸入輸出口為高電平，該狀態(tài)由單片機讀入轉入充電策略1的控制程序。充電策略1的程序流程圖如圖4-3所示。開始初始化4分鐘預充1c電流快充電流充足ny轉入涓流n2小時到y(tǒng)停止圖4-3 策略1的程序流程圖a.為了在低溫條件下也能對鎳鎘電池充電的特殊要求，本系統(tǒng)充電初有4分鐘預充。預充是為了提高電池的溫度，第一分鐘以0.1c的電流充電，第二分鐘以0.3c的電流

47、充電，第三分鐘以0.5c的電流充電，第四分鐘以0.7c的電流充電，從第五分鐘進入快充階段。要完成的工作如下：a.定時控制。每一分鐘的充電電流都不同，軟件須分辨出預充的各個階段。b.穩(wěn)流控制。預充的每個階段，電流相對不變，必須調節(jié)電流的pi調節(jié)程序。c.電流和電壓采樣并進行軟件濾波。預充階段流程圖如圖4-4所示。充電策略n是否慢充?yy4分鐘到?n設定充電電流0.7cy設定充電電流0.9c3分鐘到?y設定充電電流0.5cn2分鐘到?y設定充電電流0.3cn1分鐘到?快充程序n圖4-4 預充階段的流程圖b.快充階段軟件設計4分鐘預充結束后，進入快充階段。軟件除控制充電電流外，就是判斷電池何時充足電

48、，以便及時轉入涓流充電。軟件還要控制充電開關管交替開通和關斷從而形成快速充電要的脈沖充電波形?？斐潆A段軟件流程如圖4-5所示。開充電管，延時500ms采樣充電電流并校正n987ms到？y開充電管，延時2ms采樣電池電壓y充足n轉涓流延時10ms圖4-5 快充階段流程圖4.3.3 充電策略2對于鋰離子電池，采用恒流-恒壓充電方式，充電過程包括小電流預充、大電流充電、恒壓充電等幾個部分。充電控制流程如圖4-6所示。中斷讀取電池參數(shù)ynv3v小電流充電ynnv2.4v大電流充電ynv=2.4v恒壓充電i4.2v或i1cyn關斷電路完畢yn重新啟動其它圖4-6 充電策略2程序流程圖4.3.4 充電策略

49、3本系統(tǒng)設置了4分鐘的充電預設，來四月在低溫條件下對鎳氫電池充電。設置的預充電流為c/10，四分鐘預充結束后轉入充電電流為c/2的快充階段，電池充滿后轉入涓充，整個過程設為2小時，時間到后結束充電。程序流程如圖4-7所示。開始初始化四分鐘c/10電流預充n四分鐘到？yc/2電流快充n電流充滿？yc/20電流涓充n二小時到？y停止圖4-7 充電策略3程序流程圖4.3.5 a/d轉換子程序ad574為15v雙電源供電，12位輸出，最大誤差為4bit，合計電壓0.01v。a/d轉換器是數(shù)據采集系統(tǒng)的核心，擔負著將模擬信號變換成適合于數(shù)字處二進制代碼的任務。a/d轉換流程如圖4-8所示。置采樣次數(shù)10a/d置位采樣nyt0=1?a/d置為保持讀轉換結果采完10次否ny返回圖4-8 a/d轉換流程圖4.3.6 采樣子程序采樣部分由電流傳感器、電壓跟隨器和多路轉換器組成。程序流程圖如圖4-9所示。送采樣地址和采樣次數(shù)設通道值送出通道號延時，使s/h穩(wěn)定啟動a/d轉換延時，讀a/d數(shù)據修改通道號和地址號各通道采樣一次？采樣次數(shù)到？啟動t0重裝定時器0返回修改地址nn采