自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)-畢業(yè)論文(范文)

1、 屆 別 2011屆 學(xué) 號(hào)200714240225 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 姓 名 李冰江 系 別、 專(zhuān) 業(yè) 物電系 電氣工程及其自動(dòng)化 導(dǎo) 師 姓 名、職 稱 陳水先 教授 完 成 時(shí) 間 2011年5月 目 錄摘要IABSTRACTII1概述11.1 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)11.2 研究的目的與意義12 總體設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖22.3 電路原理圖33硬件設(shè)計(jì)43.1 STC12C5608AD單片機(jī)芯片的介紹43.2 單片機(jī)工作電源部分53.3 充電電源電路53.4 鍵盤(pán)控制部分63.5 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器輸出電路63.6 晶振與復(fù)位電路63.7 IO擴(kuò)展

2、電路73.8 數(shù)碼管顯示電路83.9 充電電路及電壓檢測(cè)電路84軟件設(shè)計(jì)94.1用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)94.2程序設(shè)計(jì)105檢測(cè)16結(jié)束語(yǔ)17參考文獻(xiàn)18致謝19附錄20摘 要 為解決鋰離子電池充電問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種以STC12C5608AD單片機(jī)芯片為核心的通用充電器，介紹了充電器的工作原理、設(shè)計(jì)特點(diǎn)和充電模式，詳細(xì)討論了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及軟件實(shí)現(xiàn)方法。由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換電路，保證了充電器具有很高的精度。科技的發(fā)展使得電池成為生活中不可缺少的重要物品，同時(shí)鋰電池的快速發(fā)展及其鋰電池優(yōu)良的性價(jià)比，使其快速成為現(xiàn)在社會(huì)電池中的主導(dǎo)。所以使用電池，就牽扯到電池充電的問(wèn)題，電池

3、能反復(fù)充電使用多少次就成為鋰電池需要解決的問(wèn)題。所以更好的,合理的，有效的利用鋰電池，迫切要解決的問(wèn)題就是鋰電池的合理充電問(wèn)題，這要就聯(lián)系充電保護(hù)。關(guān)鍵詞：STC12C5608AD單片機(jī)芯片；74HC595；數(shù)碼管；ABSTRACT Lithium ion batteries for solving problems, design a kind of STC12C5608AD single-chip microcomputer chip in for the core of general intelligence charger, introduced the intelligent ch

4、arger the principle, design features and charging mode, and discusses the system hardware structure and software realization method. As A result of the high-performance micro controller and high resolution A/D circuit, and to ensure the charger has A high precision.The development of science and tec

5、hnology makes batteries become life indispensable important items, and the rapid development of lithium-ion batteries and lithium battery good performance-to-price ratio, make its rapidly becoming the dominant social battery now. So your battery, the battery is involved in the problem, the battery c

6、an use repeatedly charging many times become lithium battery problems need to be solved.So better, reasonable and effective utilization of lithium battery, urgent problems to solve is lithium batteries can use rechargeable lithium-ion batteries on to how the number of its insurance charge, this shou

7、ld contact charging protection care.Keywords: STC12C5608ADsingle-chip microcomputer chip; 74HC595; Phone chargers201概述1.1國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)如今，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時(shí)間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時(shí)，對(duì)充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到

8、近幾年的鎳氫和鋰離子技術(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類(lèi)型1。電池充電是通過(guò)逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計(jì)充電器時(shí)要仔細(xì)了解這些特性以防止過(guò)度充電而損壞電。目前，市場(chǎng)上賣(mài)得最多的是旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來(lái)越多的手持式電器的出現(xiàn)，對(duì)高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來(lái)越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速

9、、安全地充電，因此，需要對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對(duì)充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時(shí)間，達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。1.2 研究的目的與意義而且現(xiàn)在鋰電池以迅猛的速度發(fā)展，因?yàn)殇囯姵厮龅钠渌姵叵啾?，鋰電池具有最高的能? 重量比和能量/ 體積比。所以使電池廣泛的應(yīng)用在生活的每個(gè)領(lǐng)域，除了研究鋰電池怎樣可以更好更大化具有最高的能量/重量和能量、體積比外。相信鋰電池怎樣合理的可以重復(fù)使用，說(shuō)道這，鋰電池的合理充電的研究也對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，具有巨大的意義。同樣充電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種不一樣的不良情況，如過(guò)沖；如充電電流過(guò)大；如充電電壓過(guò)大。這些情況輕微的就是對(duì)電池的儲(chǔ)電量

10、造成損傷，情況嚴(yán)重就有可能造成電池徹底損壞，甚至爆炸，威脅人們的生活安全。所以研究怎樣合理的對(duì)電池進(jìn)行充電，既能增加電池的可重復(fù)利用的價(jià)值，同時(shí)也能減少對(duì)人們生活安全的威脅。2 總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 此次設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用STC12C5608AD來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)鋰電池的合理充電，通過(guò)檢測(cè)電壓，來(lái)設(shè)置充電是否進(jìn)行，充電何時(shí)停止。通過(guò)數(shù)碼管顯示電壓，來(lái)檢測(cè)，檢查手機(jī)鋰電池的充電過(guò)程。實(shí)現(xiàn)功能為:(1) 能正常為電池充電,通過(guò)數(shù)碼管顯示充電進(jìn)度(百分比顯示)還有充電電壓，電池電壓。顯示切換通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)(2) 電池充滿電充電停止蜂鳴器響，還能檢測(cè)不能充電的電池，做到不充電，蜂鳴器響提醒。2.2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)

11、計(jì)圖 51單片機(jī) stc12c5608AD狀態(tài)指示燈及蜂鳴器輸出 按鍵輸入LED顯示及驅(qū)動(dòng)電路晶振復(fù)位電路電源供電電路充電輸出電路及電壓采集電路 74HC595擴(kuò)展輸出圖2.2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.3 電路原理圖2.3電路原理圖3硬件設(shè)計(jì)3.1STC12C5608AD單片機(jī)芯片的介紹圖3.1STC12C5608AD單片機(jī)芯片宏晶科技是新一代增強(qiáng)8051單片機(jī)的制定者和領(lǐng)導(dǎo)廠商，現(xiàn)在已成長(zhǎng)為全球最大的8051單片機(jī)的設(shè)計(jì)公司，致力于提供滿足中國(guó)市場(chǎng)需求的世界級(jí)高性能單片機(jī)技術(shù) 2。圖3.1的STC12C5608AD單片機(jī)芯片的工作電壓為5.53.5V，flash程序存儲(chǔ)器字節(jié)為8K，定時(shí)器有6個(gè)，

12、有時(shí)鐘輸出，有UART,PC16PWM8位，A/D8路10位，I/O口15個(gè)，有看門(mén)狗、內(nèi)置復(fù)位，有SPI。 在使用STC12C5608AD時(shí)VCC接電源電壓，GND接地。RST接復(fù)位電路。P3.2和P3.3接開(kāi)關(guān)電路，P1.0和P1.1為A/D轉(zhuǎn)換通道，P1.2，P1.3，P1.4控制數(shù)碼管的輸出管腳，P1.5，P1.6，P1.7是輸出管腳連接I/O口的擴(kuò)展芯片。這些可以在最后電路使用中體現(xiàn)出來(lái)。3.2 單片機(jī)工作電源部分 圖3.2單片機(jī)工作電源部分 有圖3.2可知該電源主要是由7805穩(wěn)壓而來(lái)，DC12V電源經(jīng)過(guò)IN4007后再經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓后，得到單片機(jī)工作的5V電源。D3為電源指示燈

13、，一接通便會(huì)亮。4007的作用是保護(hù)，防止輸入電源正負(fù)接反。3.3 充電電源電路圖3.3充電電源電路 有圖3.3可知鋰電池充電電源主要由12V經(jīng)過(guò)IN4007后，再經(jīng)過(guò)LM317后得出充電電源，LM317為可調(diào)穩(wěn)壓IC，其輸出電壓可以經(jīng)過(guò)R2調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)，我們將輸出電壓調(diào)至合適狀態(tài)，也就是加載到鋰電池的電壓剛好是4.2V。C4、C5為濾波電容。 R1與R2組成調(diào)壓電路，其它4007為保護(hù)元件。3.4 鍵盤(pán)控制部分圖3.4按鍵輸入電路當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，如圖3.4直按按鍵，低電平有效。3.5 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器輸出電路圖3.5狀態(tài)指示燈及蜂鳴器輸出電路指示燈與蜂鳴器的輸出均為低電平有效，如圖3.5

14、當(dāng)P3.4為低電平時(shí)，Q6導(dǎo)通，蜂鳴器鳴叫。3.6 晶振與復(fù)位電路圖3.6 晶振與復(fù)位電路 如圖3.6所示STC12C5608AD單片機(jī)不用復(fù)位電容，只需要將1K電阻接地，即可以完成復(fù)位動(dòng)作。3.7 IO擴(kuò)展電路圖3.7 74HC595 IO擴(kuò)展電路 74HC595芯片作用主要用于IO擴(kuò)展，主要是在單片機(jī)引腳不夠的情況下，擴(kuò)展IO輸出，如圖3.7上，只需要利用3個(gè)IO就可以擴(kuò)展到8個(gè)IO輸出。由于這次設(shè)計(jì)用的STC12C5608AD單片機(jī)管腳只有20個(gè)，所以有必要擴(kuò)展IO。74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸

15、入，在STcp的上升沿進(jìn)入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（Ds），和一個(gè)串行輸出（Q7）,和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。3.8 數(shù)碼管顯示電路圖3.8 數(shù)碼管顯示電路如圖3.8數(shù)碼管采用3位共陽(yáng)數(shù)碼管，利用動(dòng)態(tài)掃描的原理，動(dòng)態(tài)掃描顯示，即輪流向個(gè)位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用放光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人感覺(jué)好像各位數(shù)碼管都在顯示，而實(shí)際上多位數(shù)碼

16、管是一位一位輪流顯示的，只是輪流的速度非常快，人眼無(wú)法分辨出來(lái)3，三極管8550在這里的作用是放大電流，而470歐電阻則為限制數(shù)碼管各碼段的電流。3.9 充電電路及電壓檢測(cè)電路3.9充電電路及電壓檢測(cè)電路 充電電路主要由三極管8050與TIP127來(lái)進(jìn)行控制輸出。當(dāng)單片機(jī)的P3.7腳，也就是R8的前端輸出高電平的時(shí)候，三極管8050導(dǎo)通，8050的CE極導(dǎo)通，所以C極，也就是8050的3腳相當(dāng)于接地，PNP三極管TIP127導(dǎo)通，VCC4.2V_out電壓通過(guò)TIP127流到D6 IN4007前端，然后穿過(guò)D6后，經(jīng)過(guò)電阻限流，然后，流到鋰電池。開(kāi)始充電。 若P3.7輸出低電平，則NPN三極管

17、8050不導(dǎo)通，8050的3腳為高電平，TIP127不導(dǎo)通，電壓不能流過(guò)，則停止充電。 圖3.9的D7 發(fā)光二極管為充電指示燈，當(dāng)充電時(shí)，該指示燈會(huì)發(fā)光。電壓的采集主要是采集兩個(gè)電壓，一個(gè)是鋰電池的電壓，一個(gè)是采集V_in1，也就是鋰電池電壓加上限流電阻的電壓。由此，可以算出充電電流，為(V_in1-V_in2)/R21 2.2歐,電壓的采集是通過(guò)單片機(jī)STC12C5608AD的內(nèi)部的10位的A/D 端口檢測(cè)后獲得的。4軟件設(shè)計(jì)4.1用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)C語(yǔ)言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)

18、系統(tǒng)便件的直接操作4。用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開(kāi)發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)如下：(1) 可以大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。(2) 無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專(zhuān)業(yè)水平的程序。(3) 可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。(4) 省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語(yǔ)言中要為每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資源。在使用C語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類(lèi)型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源

19、，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。(5) 匯編語(yǔ)言的可移植性很差，而C語(yǔ)言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類(lèi)的單片機(jī)上。(6) C語(yǔ)言提供auto、static、flash等存儲(chǔ)類(lèi)型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及EEPROM空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶使用。并且C編譯器能自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。(7) 對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)移植(或C編譯器提供)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

20、來(lái)實(shí)現(xiàn)。正由于C語(yǔ)言在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的優(yōu)勢(shì)，這次設(shè)計(jì)的所有程序設(shè)計(jì)都將采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。4.2程序4.2.1延時(shí)子程序 void delay(uint t)/*延時(shí)子程序?qū)τ?1.0592m時(shí)鐘，延時(shí)1ms */uint i;while(t-) for (i=0;i100;i+)此程序主要出現(xiàn)在程序中延時(shí)的場(chǎng)合4.2.2LED顯示程序void display(uint t)/顯示函數(shù) uchar a,b,c; uint kk; if(xuanzhe=0 | xuanzhe=1) /顯示電壓加上小數(shù)點(diǎn) kk=t/10; elsekk=t; a=kk/100; kk=kk%100; b=kk/10; c

21、=kk%10; a=getcode(a); if(xuanzhe=0 | xuanzhe=1) /顯示電壓加上小數(shù)點(diǎn) a=a & 0x7f;/加上小數(shù)點(diǎn) b=getcode(b); c=getcode(c); wr595(a); out595(); led1=0; delay(1); led1=1; wr595(b); out595(); led2=0; delay(1); led2=1; wr595(c); out595(); led3=0; delay(1); led3=1; 上面是顯示子程序，主要是顯示電池電壓、充電總電壓、及進(jìn)度等，采用動(dòng)態(tài)掃描的技術(shù)。void display1(uch

22、ar t)/顯示函數(shù),顯示錯(cuò)誤信息 uchar a,b,c; uint i; a=getcode(0x0e); b=getcode(0x00); c=getcode(t); for(i=0;imax) /如果充電電流大于最大限制電流,那么,則表示短路或者電流過(guò)大 output=0;/馬上斷開(kāi)不充電 light=1;/關(guān)掉指示燈 for(i=0;i200) /直至電池移開(kāi)才動(dòng)作 volt2=get_ad_result(1);/檢測(cè)電池電壓 zhuangtai=0;/返回未充電前狀態(tài) if(current=min) /如果充電電流小于或者等于最小電流,那么,則表示電池已經(jīng)充滿,需要取下來(lái) ucha

23、r kk=0; for(i=0;i10;i+) volt1=get_ad_result(0);/檢測(cè)輸出電壓 volt2=get_ad_result(1);/檢測(cè)電池電壓 current=(volt1-volt2)*0.5;/充電電流if(current=5) /如果10次檢測(cè)電流有2次小于或者等于最小電流,那么表示已經(jīng)充滿 output=0;/馬上斷開(kāi)不充電light=0;/開(kāi)指示燈,表示已經(jīng)充滿電了for(i=0;i100;i+) bell=bell;/蜂鳴提示led1=1;led2=1;led3=1;delay(500); volt2=get_ad_result(1);/檢測(cè)電池電壓 i

24、f(volt2200) /直至電池移開(kāi)才動(dòng)作 volt2=get_ad_result(1);/檢測(cè)電池電壓 light=1;/關(guān)閉指示燈output=0;/關(guān)閉輸出xuanzhe=0;/顯示回電壓 zhuangtai=0;/返回未充電前狀態(tài) else if(volt2=v_min) /若電壓不到最小電壓3.5V,那么默認(rèn)它為充電10% percent=10; else if(volt2v_max) percent=(100-(v_max-volt2)/type_volt); else percent=99;/如果等于最大電壓,則表示充電已經(jīng)到達(dá)99% if(percent100) percen

25、t=100; 4.2.4主程序void main(void) uint i; /v_out1=0; /v_out2=0; output=0;/充電一開(kāi)始不打開(kāi) adc_power_on();/開(kāi)AD轉(zhuǎn)換電源 delay(2000); ADC_CONTR=ADC_CONTR & 0x9f;/設(shè)置轉(zhuǎn)換速度為最慢。 p1_open_drain();/設(shè)置P1為開(kāi)漏 for(i=0;i2) xuanzhe=0; while(in2=0) delay(10); bell=1; else xuanzhe=0;/顯示電池電壓 這個(gè)是系統(tǒng)的主程序，在程序中起著核心的作用，詳細(xì)可以查看流程圖。5檢測(cè)單片機(jī)應(yīng)用系

26、統(tǒng)的調(diào)試包括硬件和軟件兩部分，但是他們并不能完全分開(kāi)。一般的方法是排除明顯的硬件故障，再進(jìn)行綜合調(diào)試，排除可能的軟/硬件故障。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接完成之后，就開(kāi)始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，本次設(shè)計(jì)硬件調(diào)試大體分為以下幾步：（1）排除邏輯故障這類(lèi)故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過(guò)程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路。排除方法是首先將焊接的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。必要時(shí)利用萬(wàn)用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。（2）排除元件失效造成這類(lèi)錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元件買(mǎi)來(lái)時(shí)就已經(jīng)壞了；另一個(gè)是由于焊接或安裝原因?qū)е略龎??？捎锰鎿Q法排除 根據(jù)看實(shí)物是否能夠完成預(yù)定的功能，如能，測(cè)試通過(guò)，否則，修改并反復(fù)測(cè)試直到通過(guò)。結(jié)束語(yǔ)本文分別從硬件和軟件方面論述