鋰電池充放電系統(tǒng)的設計設計(1)

1、.; 題目： 鋰電池充放電系統(tǒng)的設計 所在院系：信息與通信技術系專業(yè)：電氣工程及其自動化 .;摘要摘要隨著電子技術的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產品都朝著便攜化和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前為止，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。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很多不便。本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(wěn)定可靠的軟件，說明了系統(tǒng)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，并對充電器的核心器件

2、MAX1898充電芯片、AT89C2051 單片機進行了較詳細的介紹。闡述了系統(tǒng)的軟硬件設計。以 C 語言為開發(fā)工具，進行了設計和編碼。保證了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性和經濟性。該充電器具有檢測鋰離子電池的狀態(tài)；自動切換充電模式以滿足充電電池的充電需求；充電器短路保護功能；充電狀態(tài)顯示的功能。在生活中更好的維護了充電電池，使電池更好被運用到生活中。關鍵詞：關鍵詞：單片機、MAX1898、AT89C51.;AbstractAbstractElectronic technologys fast development causes various electronic products deve

3、lops toward portable and the small lightweight direction, It also causes the more electrification products to use based on batterys power supply system. At present, the many uses batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective ch

4、aracteristic had decided they will coexist in a long time develop. Because the different type batterys charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual use. This

5、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 stable reliable software, explained in detail systems hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circ

6、uit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery chargers core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated systems software and hardware des

7、ign. 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 efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion batterys condition; The automatic cut over charge patte

8、rn meets when rechargeable batterys charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstrations function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable batterys service life.KeyKey wor

9、ds:words: SCM,STC89c51, MAX1898.;目目 錄錄引引 言言.5 5第第 1 1 章章 緒論緒論.6 61.1 課題研究的背景 .61.2 課題研究的主要工作 .7第第 2 2 章章 電池的充電方法與充電控制技術電池的充電方法與充電控制技術.9 92.1 電池的充電方法和充電器 .112.1.1 電池的充電方法.112.1.2 充電器的要求和結構.152.1.3 單片機控制的充電器的優(yōu)點 .162.2 充電控制技術 .162.2.1 快速充電器介紹.162.2.2 快速充電終止控制方法.17第第 3 3 章章 鋰電池充電器硬件設計鋰電池充電器硬件設計.20203.1

10、單片機電路 .203.2 電壓轉換及光耦隔離電路 .233.3 電源電路 .243.4 充電控制電路 .263.4.1 MAX1898 充電芯片.263.4.2 充電控制電路的實現(xiàn) .30第第 4 4 章章 鋰電池充電器軟件設計鋰電池充電器軟件設計.32324.1 程序功能 .324.2 主要變量說明 .324.3 程序流程圖 .32結論與展望結論與展望.3535致致 謝謝.3535參考文獻參考文獻.3636附錄附錄 A A 電路原理圖電路原理圖 .3737附錄附錄 B B 外文文獻及其譯文外文文獻及其譯文 .3838附錄附錄 C C 主要參考文獻的題錄及摘要主要參考文獻的題錄及摘要 .404

11、0附錄附錄 D D 主要源程序主要源程序 .4242.;引言電池是通過能量轉換獲得電能的一種器件，電池可以分為一次電池與二次電池，一次電池是一次性的，二次電池可以反復循環(huán)使用。隨著便攜式設備的發(fā)展，不管從節(jié)約資源上還是從環(huán)保上考慮，二次電池的應用會越來越廣泛。鋰電池就是二次電池的一種。 隨著社會的快速發(fā)展，電子產品小型化、便攜化也使得充電電池越來越重要，鋰離子電池因為具有較高的比能量，放電曲線平穩(wěn)，自放電率低，循環(huán)壽命長，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(huán)境無污染，被稱為綠色電池?；谶@些特性，所以鋰電池得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。鋰電池充電

12、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(yōu)劣直接關系到整個用電系統(tǒng)的安全性和可靠性指標。本論文從鋰電池技術特性、充電過程、充電器電路結構、充電器典型電路和電池保護等方面，多角度地闡述了充電技術發(fā)展和應用。.;第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 課題研究的背景課題研究的背景電池是一種將物質的化學能通過電化學氧化還原反應直接轉化成電能的一種裝置。電池可以分為一次電池和二次電池兩種。二次電池是可以反復使用的電池。而當對二次電池充電時，電能轉換為化學能，期間還伴隨著吸熱反應。對于二次電池有很多性能參數。主要的有以下四個指標：工作電壓：二次電池放電曲線上的平臺電壓。電池容量：常用單位為

13、毫安時(mAh)和安時(Ah)工作溫區(qū)：二次電池正常充放電的溫度范圍。二次電池正常工作的充、放電次數。二次電池的性能可以由電池的特性曲線表示，這些特性曲線包含了充電曲線、放電曲線、充放電循環(huán)曲線、溫度曲線等。二次電池的安全性可以用特性的安全檢測方式對其進行評估。二次電池可以反復使用，十分切合經濟使用的原則。對于市場上二次電池的種類，大致可分為：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 二次電池間的性能比較見下表 1-1電池類型工作電壓(V)重量比能量(Wh/kg)體積比能量(Wh/L)循環(huán)次數記憶效應自放電率(%/月)鉛酸

14、電池2.0400600無3鎳鎘電池1.250150400500有1530鎳氫電池1.26080240300500無2535鋰離子電池3.61201403001000無25 表 1-1 鉛酸、鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池的性能比較2.鋰電池與鎳氫電池、鎳鎘電池之間的區(qū)別(1)重量方面從每一個單元電池的電壓來看，鎳氫電池和鎳鎘電池是 1.2V，而鋰離子電池是 3.6V，鋰離子電池的電壓是鎳氫、鎳鎘電池的 3 倍。而且，同型電池的重量鋰離子電池與鎘鎳電池幾乎相等，鎳氫電池卻比較重。但鋰離子電池因其端電壓為 3.6V，在輸出同電池的情況下，單個電池組合時數目減少 2/3 從而使成型后的電池組重量與體積都減小

15、。(2)記憶效應鎳氫電池和鎳鎘電池不同，它沒記憶效應。對鎳鎘電池來說，定期的放電管理是必要的。定期放電管理屬于模糊狀態(tài)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，這種煩瑣的放電管理在使用鎳鎘電池時是沒法避免的。相比較而言，鋰離子電池沒有記憶效應，使用非常方便，完全不用考慮電池殘余電壓的多少，就可直接對其進行充電，充電時間自動可以縮短。記憶效應是電池因為使用而使電池內容產生結晶的一種效應，一般都是長期.;不正確的充電方式導致的，它可使電池早衰，使電池無法進行有效的充電，出現(xiàn)一充就滿、一放就完的現(xiàn)象。防止電池出現(xiàn)記憶效應的方法有，在充電前最好將電池剩余的電量放光，充電時記得要一次充

16、滿。一般鎳鎘電池容易出現(xiàn)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，但使用中最好也得注意，這也是許多充電器提供放電附加功能的原因。對于因為記憶效應而導致容量下降的電池，可以用一次充足再一次性放光的方法反復數次，大部分電池就可以修復。(3)自放電率自放電率又稱電荷保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池制作工藝，材料，儲存等因素影響。鎳鎘電池為 15%30%，鎳氫電池為 25%35%，鋰離子電池為 2%5%。鎳氫電池的自放電率最大，鋰離子電池的自放電率最小。(4)充電方式鋰離子電池易受到過充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電

17、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)通常不超過 1C，最低放電電壓為 2.73.0V，如果再繼續(xù)放電，就會損害電池。鋰離子電池以恒流轉恒壓方式充電。采用 1C 充電速率充電到 4.1V 時，充電器此時立即轉入恒壓充電，充電電流逐漸減??；當電池充滿電后，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(jiān)測鋰離子電池的充放電狀態(tài)。3.課題研究的意義本課題研究的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解決的

18、問題有:(1)能進行充電前處理。(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，提高電池的使用效率和使用壽命。(4) 通過加強單片機的控制，簡化外圍電路的復雜性，同時增加自動化管理設置，減輕充電過程的勞動強度和時間，從而使充電器具有更高的可靠性、更好的靈活性，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。1.21.2 課題研究的主要工作 本文主要研究鋰電池的充電方法，在此基礎上進行系統(tǒng)設計和電路設計。第一章 緒論。首先敘述了課題研究的背景，還介紹了

19、鋰電池的特點和應用中存在的主要問題及課題研究的意義和要做的工作。第二章 電池的充電方法與控制技術。介紹了電池的充電方法和鋰電池的快速充電終止的控制方法，確保在充電過程中不過充、不損壞電池。第三章 鋰電池充電器電路設計。選擇控制芯片進行介紹和比較。在此基礎之上，對該電路的充電控制芯片進行選擇、介紹與分析。.;第四章 通過 C 語言軟件設計出鋰電池快速充電器電路。第第 2 2 章章 電池的充電方法與充電控制技術電池的充電方法與充電控制技術2.12.1 電池的充電方法與充電器電池的充電方法與充電器2.1.12.1.1 電池的充電方法電池的充電方法1.恒流充電（1）恒流充電充電器的交流電源電壓一般會波

20、動，充電時需要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，可方便地依據充電時間來決定充電是否停止，也可以改變電池的數目。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)準恒流充電在準恒流充電電路中，通過直流電源與電池之間串聯(lián)一個電位器，以增加電路內阻來產生恒定電流。電阻值可以依據充電末期的電流進行調整，使電流在電池的允許值范圍內。因為結構簡單、成本低廉，所以此充電電路被廣泛應用于充電器中。準恒流充電電路如圖 2-2 所示。圖 2-2 準恒流充電電路2.恒壓充電恒壓充電是指每只單體電池都以某一恒定電壓進行充電。當對電池進行恒定電壓充電時，電池兩

21、端的電壓決定了充電電流。恒壓充電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改變，所以充電電流的最大值應設置在充電電壓最高時，防止電池過充電。另外，恒壓充電的充電末期電壓在達到峰值后會有所下降。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，將會導致電.;池的熱失控，有損電池的性能。恒壓充電電路如圖2-3所示。圖2-3 恒壓充電電路3.浮充方式在浮充方式中，電池用很小的電流(C/30C/20)進行充電，以便電池保持在滿充狀態(tài)。浮充方式廣泛應用于備用電源或應急電源的電氣設備中。常規(guī)浮充方式充電電路如圖2-4所示。圖2-4 浮充方式充電電路 4.涓充方式 電池

22、與負載并聯(lián)，同時電池與充電器相連接。一般情況下，直流電源作為負載的工作電源，并以涓充方式為電池充電，只有當負載變很大、直流電源端電壓小于電池端電壓或直流電源停止供電后，電池才對負載放電。在這種情況下，充電電流由使用模式決定。涓充方式通常使用在緊急電源、備用電源或電子表等不允許斷電的場合。涓充方式的簡單示意圖下圖2-5所示。圖 2-5 涓充方式的簡單示意圖5.分階段充電方式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，電池將轉為以涓流方式充電。分階段充電方式是電池目前最理想.;的充電方式，但缺點是充電電路復雜和成本高。而且需增設控制點的電池電壓的監(jiān)測電路。分階段充

23、電方式的簡單示意圖如圖2-6所示。圖2-6 分階段充電的簡單示意圖 6.快速充電當用大電流短時間對電流充電時，需要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，并且依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，檢測電池的電壓，當電池電壓達到設定值的時候，將大電流充電轉換成小電流充電。這里采用小電流充電方式是為了確保電池充電容量?？刂齐娐吩O置的充電截止電壓一定要比充電峰值電壓低。(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，V控制系統(tǒng)框圖如圖2-7所示。采用V控制系統(tǒng)的充電控制電路，當充電峰值電壓確定后，若V檢測電路檢測的

24、電壓降達到設定值，控制電路將使大電流充電電路分斷。電池的充電電流、電池電壓和充電時間的關系如圖2-8所示。圖2-7 V控制系統(tǒng)框圖.;圖2-8 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，電池負極會發(fā)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會導致充電電流增大，為了控制充電電流，可一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，電池充電電路會被切斷。電池溫度檢測簡圖如圖2-9所示，電池溫度和充電時間的關系如圖2-10所示圖2-9 電池溫度檢測簡圖.;圖2-10 電池溫度和充電時間的關系2.1.22.1.2 充電器的要求和結構充電

25、器的要求和結構1.充電器的要求對充電器的要求是：安全，快速，省電，功能齊，使用簡便，成本低?？焖俪潆娖?1C4C 的充電器)的安全尤為重要，終止快速充電的檢測方法要可靠、精確，防止過充電。另外，一些充電器集成電路還設有充電時間定時器來作為一種附加的安全措施。功能全的充電器一般具有電池電壓檢測功能。如果充電電池的電壓大于終止放電電壓，為了防止“記憶效應”的產生，應先放電至終止放電電壓后，然后自動充電。先進行快速充電，到終止快速充電時自動轉換為涓流充電，各個充、放電過程都有 LED 指示。功能較齊全的充電器還應具有充電率的設定、充電電池數的設定、涓流電流大小的設定、定時器時間的設定、充電前電池狀態(tài)

26、測定功能，并且可以依據電池的溫度來選擇充電參數。當充電電流較小時可采用線性電源，充電電流較大時采用開關電源，它既可以省電又能解決電池發(fā)熱的問題，并有可能由市電直接整流經 ACDC 變換獲得低壓直流電，可以省去笨重的工頻變壓器。2.充電器的結構框圖較早的充電器是沒有處理器的,它主要由充電器集成電路和電源部分組成，它的內部結構較復雜，引腳也較多。一般的功能較完善的充電器結構框圖如圖 2-11 AA 線右邊所示。.;圖2-11 充電器結構框圖2.1.32.1.3 單片機控制的充電器的優(yōu)點單片機控制的充電器的優(yōu)點目前，市場上有很多的電池管理芯片，對于充電器開發(fā)的電池充電管理芯片業(yè)很多，可以直接使用這些

27、芯片進行充電器的設計。但是，充電器實現(xiàn)的方式不同導致其充電效果也不同。因為采用大電流的快速充電法，所以在電池充滿后如不及時停止會使電池發(fā)燙，過充會損害電池的壽命。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，采用小電流涓流補充充電。一般的情況下，為了使電池充電充分，容易造成過充，表現(xiàn)為有些充電器在充電結束時電池發(fā)燙，如若電池在充電后期明顯發(fā)燙一般說明電池已過充。設計比較科學的充電器采用專業(yè)充電控制芯片，具備業(yè)界公認較好的V 檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，能比較精確地結束充電工作。這些芯片往往具備了充電過程控制，加上單片機對充電后的功能，如

28、圖 2-11所示。還可加入關斷電源、蜂鳴報警和 LED 顯示等，就能完成一個比較實用的充電器。2.22.2充電控制技術充電控制技術2.2.12.2.1 快速充電器的介紹快速充電器的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(guī)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，0.5(Ah)1(h)500(mA)，即采用500mA的充電電流，而一般慢速充電，選用10小時率電流。性能完善的快速充電器原理圖如圖2-12所示：圖2-12 快速充電器原理框圖主控電路的類型如下：(1)定時

29、型對電池進行定時充電時，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不同的時間以控制不同的小時率電流對電池按時間分檔充電，使用起來很方便。因為定時器制作容易，所以常用它自制定時快速充電器。自制時，為了確保充電安全，最好選用 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著充電時間的增長而變大，但充足電后端電壓又開始下降。設計主控電路時，利用該特性能監(jiān)測到電池電壓出現(xiàn)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，所以不適于自制。(3)其他主控電路主控電路除了上面兩種以外，還有溫度監(jiān)測和脈寬調制(

30、PWM)控制電路。溫度監(jiān)測常用熱敏電阻監(jiān)測電池溫度。當電池溫度高于設定值時，立即停止快速充電，即使電池溫度下降后，充電器也不會啟動工作。只有它復位后，才能啟動再次快速充電。2.2.22.2.2 快速充電快速充電終止控制方法終止控制方法充電控制技術是充電器系統(tǒng)中軟件設計的核心部分。依據充電電池的原理，將鋰電池的電壓曲線分成三個階段，如下圖2-13所示。.;圖2-13 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(xiàn)，在這三個階段應分別用不同的控制方式。具體為:進入BC階段之前，電池電量基本用完，此時采用恒定的小電流充電。當進入BC階段時，如果還采用恒流充電，電流過大就會損壞電池，電流過小

31、就會使充電時間變長，根據電壓變化情況控制充電電流，使電池充電已滿，如果此時停止充電，電池就會自放電。為防止自放電現(xiàn)象得發(fā)生，必須采用浮充維護充電方式，用小電流進行涓流充電。在恒流充電狀態(tài)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(tài)將終止，自動進入恒壓充電狀態(tài)；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(tài)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。電池在充滿后，如果不能及時停止充電，電池的溫度將會迅速上升。溫度的升高將加速板柵腐蝕速度及電解液的分解，會使縮短電池壽命、容量下降。為了保證電池充足電而又不過充電，

32、可以采用定時控制、電壓控制和溫度控制等多種方法來終止充電。(1)定時控制定時控制適用于恒流充電。采用恒流充電法時，依據電池的容量和充電電流，能很容易的確定所需要的充電時間。充電的過程中，達到預定的充電時間后，定時器會發(fā)出信號，使得充電器迅速停止充電或者將充電電流迅速轉換成浮充維護充電電流，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，但也有缺點：充電前，電池的容量不能準確知道，而且電池和一些元器件的發(fā)熱使充電電能有一定量的損失，實際的充電時間很難確定。而該方法充電時間是固定的，不能依據電池充電前的狀態(tài)而自動調整，會使有的電池可能充不足電，有的電池過充電，所以，只有充電速率小于0.3C

33、時，才會采用這種方法。(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值。常用的電壓控制法如下：最高電壓(VMAX)：從充電特性曲線能看出，電池電壓達到最大值時，電池此時充足電。充電過程中，當電池電壓達到規(guī)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會隨環(huán)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會有差別，所以采用這種方法不可能非常準確地判斷電池是否充滿電。.;電壓負增量(V)：由于電池電壓的負增量和電池組的絕對電壓無關，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，所以可以比較準確地判斷電池是否充滿電。而這種控制方法的缺點有：電池充足電之前，

34、也有可能出現(xiàn)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(xiàn)負增量，此時過充電較嚴重，此時電池的溫度較高，對電池有所損害。所以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(xiàn)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，電池電壓會在某一段時間內可能變化較小，如果此時誤認為0V出現(xiàn)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，電池溫度上升到一定數值

35、后，必須立即停止快速充電。常用的溫度控制方法如下：最高溫度(TMAX)：充電過程中，通常當電池溫度達到40時，應立刻停止快速充電，否則就會損害電池。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(fā)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。這里要說明的是，由于熱敏電阻的阻值與溫度關系是非線性的，所以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(huán)境溫度的影響，所

36、以不能準確的檢測電池的充足電狀態(tài)。(4)綜合控制法以上各種控制方法各有其優(yōu)缺點：因為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，就會很難保證電池有高質量的充電。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(tài)，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。依據定時控制、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(tǒng)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(tǒng)在充電過程檢測有無零增量(V)出現(xiàn)，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的檢測手

37、段。當電池電壓超過檢測門限時，系統(tǒng)會檢測有無零增量出現(xiàn)，若出現(xiàn)V，就會認為電池正常充滿，進入浮充維護狀態(tài)；在充電過程中，系統(tǒng)會一直判斷充電時間、電池溫度及端電壓是否已經到達或超過了充電保護條件。若其中有一個條件滿足，系統(tǒng)會終止現(xiàn)有充電方式，進入浮充維護狀態(tài)。.;第第 3 3 章章 鋰電池充電器硬件設計鋰電池充電器硬件設計 3.13.1 單片機電路部分單片機電路部分1.AT89C51AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)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，

38、俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)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反復擦除 1000 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(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 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(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。結構如下圖所示：（1）主要特性：與 MCS-51 兼容4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命：1000 寫/擦循環(huán)數據保留時間：

39、10 年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定1288 位內部 RAM32 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）特性概述：.;AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內部RAM，32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時/計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數器，串行通信口及中

40、斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。（3）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 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當P0 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/地址的低八位。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 外部必須接上拉電阻。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。P

41、1 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 口作為低八位地址接收。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，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(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀

42、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）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷 0）P3.3 /INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（計時器 0 外部輸入）

43、P3.5 T1（計時器 1 外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）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低位字節(jié)。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

44、出可在 SFR8EH 地址上置0。此時， ALE 只有在執(zhí)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(zhí)行狀態(tài) 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(xiàn)。/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

45、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。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。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(fā)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

46、任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)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(tǒng)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。串口通訊單片機的結構和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是 SCON，TCON，TMOD，SCON 等，各代表什么含義呢？SBUF 數據緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都

47、只是使用到同一個寄存器 SBUF？而不是收發(fā)各用一個寄存器。 ”實際上 SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址99H。CPU 在讀 SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，數據沒有被取走，下一幀數據已到來，而造成的數據重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數據。操作SBUF 寄存器的方法則很簡單，只要把這個 99H 地址用關鍵字 sfr 定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如 sfr SBUF

48、= 0 x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的 reg51.h 或 at89x51.h 等頭文件中已對其做了定義，只要用#include 引用就可以了。SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋.;址地址是 98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制 51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用 SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 為串行

49、口工作模式設置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置。SM0 SM1 模式 功能 波特率0 0 0 同步移位寄存器 fosc/120 1 1 8 位 UART 可變1 0 2 9 位 UART fosc/32 或 fosc/641 1 3 9 位 UART 可變在這里只說明最常用的模式 1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關的硬件資料查看。表中的 fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。SM2 在模式 2、模式 3 中為多處理機通信使能位。在模式 0 中要求該位為0。

50、REM 為允許接收位，REM 置 1 時串口允許接收，置 0 時禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳 P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入 REM=0 來禁止接收，在子程序結束處加入 REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入 REM=0 來進行實驗。TB8 發(fā)送數據位 8，在模式 2 和 3 是要發(fā)送的第 9 位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是

51、數據幀。RB8 接收數據位 8，在模式 2 和 3 是已接收數據的第 9 位。該位可能是奇偶位，地址/數據標識位。在模式 0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式 1 中，當 SM2=0，RB8 是已接收數據的停止位。TI 發(fā)送中斷標識位。在模式 0，發(fā)送完第 8 位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請中斷，CPU 響應中斷后，發(fā)送下一幀數據。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到 SBUF 后，硬件發(fā)送數據，中斷響應（如中斷打開） ，這時 TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。RI 接

52、收中斷標識位。在模式 0，接收第 8 位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請中斷，要求 CPU 取走數據。但在模式 1 中，SM2=1 時，當未收到有效的停止位，則不會對 RI 置位。同樣 RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式 1 是傳輸 10 個位的，1 位起始位為 0,8 位數據位，低位在先，1 位停止位為 1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器 1 或定時器 2 的定時值（溢出速率） 。AT89C51 和AT89C2051 等 51 系列芯片只有兩個定時器，定時器 0 和定時器 1，而定時器2 是 89C52 系列芯片才有的。波特率

53、在使用串口做通訊時，一個很重要的參數就是波特率，只有當上下位機的波特率一樣時才能進行正常通訊。波特率是串行端口每秒內可以傳輸的波特位數。如用串口模式 1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數據字節(jié)就要.;占用 10 個二進位，9600 波特率用模式 1 傳輸時，每秒傳輸的字節(jié)數是960010=960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式 0 的波特率是固定的，為fosc/12，以一個 12M 的晶振來計算，那么它的波特率可以達到 1M。模式 2 的波特率是固定在 fosc/64 或 fosc/32，具體用那一種就取決于 PCON 寄存器中的SMOD 位，如 SMOD 為 0，波特率為 focs/64

54、,SMOD 為 1，波特率為 focs/32。模式 1 和模式 3 的波特率是可變的，取決于定時器 1 或 2（52 芯片）的溢出速率。我們怎么才能計算這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？我們可以用以下的公式去計算。波特率=（2SMOD32）定時器 1 溢出速率上式中如設置了 PCON 寄存器中的 SMOD 位為 1 時就可以把波特率提升 2 倍。通常會使用定時器 1 工作在定時器工作模式 2 下，這時定時值中的 TL1 做為計數，TH1 做為自動重裝值 ，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1 的值會自動裝載到 TL1，再次開始計數，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模

55、式 2 下定時器 1 溢出速率的計算公式如下：溢出速率=（計數速率）/(256TH1)上式中的“計數速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在 51 芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器 TH 的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知 51 芯片的計數速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個 12M 的晶振用在 51 芯片上，那么 51 的計數速率就為 1M。通常用11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到 9600 的波特率，晶振為 11.0592M 和 12M，定時器 1 為模式 2，SMOD 設為 1，分別看看那所

56、要求的 TH1 為何值。代入公式：11.0592M9600=(232)(11.0592M/12)/(256-TH1)TH1=25012M9600=(232)(12M/12)/(256-TH1)TH1249.49上面的計算可以看出使用 12M 晶體的時候計算出來的 TH1 不為整數，而TH1 的值只能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能產生精確的 9600 波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用 11.0592M 的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是微乎其微的，可以忽略不計。2. AT89C20C51AT89C2051 單片機

57、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(jié)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(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM 和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)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

58、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?yōu)楦唠娖讲⒈３?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

59、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 口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。3.23.2 電壓轉換及光耦隔離電路部分電壓轉換及光耦隔離電路部分耦合器（optical co

60、upler，簡稱 OC）又稱光電隔離器，簡稱光耦，是開關電源電路中常用的器件。耦合器是以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有很好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到很廣泛的應用。目前它已經成為種類最多、用途最廣泛的光電器件之一。光耦合器由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收和信號放大。輸入的電信號驅動發(fā)光二極管（LED） ，使其發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收到從而產生光電流，再經過進一步放大以后輸出。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之間隔離，電信號傳輸具有單向性的特點，所以具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又因為光耦合器的輸入端屬于電流型工作