畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的智能充電器

1、<p><b>　　長(zhǎng)江學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　題目 基于單片機(jī)的智能充電器</p><p>　　院 （系） 機(jī)械與電子工程系 </p><p>　　專 業(yè) 自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　指導(dǎo)教師 老師 </p><p><b>　　2015年06月</b></p>

3、;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　便攜式應(yīng)用的發(fā)展與普及提高了對(duì)充電電池性能的要求，而鋰離子電池憑借其獨(dú)特的有點(diǎn)，如能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、放電電壓高和無(wú)記憶效應(yīng)等，成為了便攜式電子產(chǎn)品的首選電池。然而，鋰離子電池相對(duì)脆弱的特性，如過(guò)充電和高溫可能對(duì)電池造成極大的破壞，對(duì)其充電電路提出了嚴(yán)格的要求，作為便攜式產(chǎn)品的充電器，高集成度，高效率和準(zhǔn)確的控制都是

4、必須的特點(diǎn)。</p><p>　　針對(duì)鋰離子電池的充電管理問(wèn)題，本文采取了一種基于單片機(jī)控制的智能充電方法，通過(guò)單片機(jī)與充電管理IC的配合，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池充電保護(hù)電路，從而達(dá)到了提高充電效率，延長(zhǎng)電池壽命和節(jié)能的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鋰離子電池；智能充電器；單片機(jī)；節(jié)能</p><p><b>　　Abstract</b>

5、</p><p>　　The development and prevalence of portable applications require better performance of rechargeable batteries, while the Li-Ion battery becomes the best choice of portable electronic products becaus

6、e of its unique advantages, such as high energy density, long circle life, high voltage and absence of memory effects. However, the comparative fragility of Li-Ion battery, for example, to overcharging and high temperatu

7、re, imposes stringent charge requirements on chargers. As portable applications, th</p><p>　　In order to manage the charge process of Li-Ion battery, the design and implementation of a Li-Ion battery charge

8、protection integrated circuit based on intelligent control approach was presented by MCU assort with charge management IC. So as to achieve improved charging efficiency and prolong battery life and energy-saving effect.&

9、lt;/p><p>　　Keywords：Li-Ion；Intelligent charger；MCU；Energy-saving</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1單片機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用2</p>

10、<p>　　1.1.1單片機(jī)的特點(diǎn)2</p><p>　　1.1.2單片機(jī)的應(yīng)用3</p><p>　　1.2飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī)簡(jiǎn)介5</p><p>　　1.3實(shí)現(xiàn)智能充電的意義6</p><p>　　第二章 充電方案選擇7</p><p>　　2.1恒流充電(CC

11、)7</p><p>　　2.2恒壓充電法(CV)8</p><p>　　2.3恒壓限流充電8</p><p>　　2.4恒流恒壓充電法(CC/CV)9</p><p>　　2.5分級(jí)定電流充電法9</p><p>　　2.6脈沖充電方法10</p><p>　　2.7定

12、化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)充電法11</p><p>　　2.8變電流間歇/定電壓充電法11</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)思路分析12</p><p>　　3.1.1脈寬PWM法充電12</p><p>　　3.1.2電源管理IC控制充電13</p>

13、<p>　　3.2電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.1MAX1898電源管理IC15</p><p>　　3.2.2AMT1001溫濕度傳感器17</p><p>　　3.2.3其他外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)介紹19</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1程序流程設(shè)

14、計(jì)23</p><p>　　4.2程序功能模塊設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.2.1電池狀態(tài)檢測(cè)子程序24</p><p>　　4.2.2鍵盤掃描子程序24</p><p>　　4.2.3倒計(jì)時(shí)子程序24</p><p>　　4.2.4顯示子程序25</p><p>　　

15、4.2.5A/D轉(zhuǎn)換子程序25</p><p><b>　　第五章 調(diào)試26</b></p><p>　　5.1硬件調(diào)試26</p><p>　　5.1.1靜態(tài)測(cè)試26</p><p>　　5.1.2聯(lián)機(jī)調(diào)試26</p><p>　　5.2軟件調(diào)試27</p>

16、<p>　　5.3系統(tǒng)調(diào)試27</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　附錄32</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)設(shè)計(jì)源代碼32</p><p><b>　　緒論</b></p><p>

17、　　鋰離子電池具有較高的重量比、無(wú)記憶效應(yīng)、可重復(fù)充電多次、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。因此，在便攜式產(chǎn)品向更小更輕方向發(fā)展的今天，選用單節(jié)鋰離子電池供電已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的首要選擇。</p><p>　　鋰離子電池因易受到過(guò)充電、深放電以及短路的危害，單體的鋰離子電池的充電電壓必須嚴(yán)格控制。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1A的電流對(duì)500mAh的電池充電，充電速率就是2

18、C；同樣地，用1A的電流對(duì)1Ah的電池充電，充電速率就是1C）通常不超過(guò)1C，最低放電電壓為2.7V~3.0V，如果再繼續(xù)放電則會(huì)損害電池。</p><p>　　鋰電池的充電過(guò)程一般包括預(yù)充電、恒流充電（CC）和恒壓充電（CV）三個(gè)過(guò)程。預(yù)充電以小電流對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，當(dāng)電池電壓上升到預(yù)充電閾值以上時(shí)，以大電流對(duì)電池進(jìn)行恒流充電；當(dāng)電池電壓接近浮充電壓閾值（4.2V），充電器逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐耗Ｊ匠潆?，充電電流逐漸

19、減?。划?dāng)電流減小到終止電流 錯(cuò)誤!未找到引用源。時(shí)，充電過(guò)程結(jié)束。</p><p>　　在深入了解了鋰離子電池的充電原理和充電控制方法后，我發(fā)現(xiàn)鋰離子電池的充電設(shè)備需要解決一下幾個(gè)問(wèn)題：</p><p>　　能進(jìn)行充點(diǎn)前處理，包括電池充電狀態(tài)鑒定、預(yù)處理。</p><p>　　解決充電時(shí)間長(zhǎng)、充電效率低的問(wèn)題。</p><p>　　改善因充電

20、控制不合理而造成電池過(guò)充、欠充等問(wèn)題，提高電池的使用性能和使用壽命。</p><p>　　通過(guò)加強(qiáng)單片機(jī)控制，簡(jiǎn)化外圍電路的復(fù)雜性，同時(shí)增加自動(dòng)化管理設(shè)置，減輕充電過(guò)程的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間，從而使充電器具有更高的可靠性、更大的靈活性，并且達(dá)到節(jié)能的效果。</p><p>　　本論文主要針對(duì)鋰離子電池充電器的研究，設(shè)計(jì)了一款單節(jié)鋰離子電池智能充電器，并且可以從USB接口充電。該充電器可以實(shí)時(shí)

21、采集電池的電壓和電流，并對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能控制，可在無(wú)過(guò)熱危險(xiǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)電池充電速率的最大化，并且系統(tǒng)中的管理電路還具有保護(hù)功能，可防止電池的過(guò)充和過(guò)放電對(duì)電池造成損壞。同時(shí)，系統(tǒng)采用了充滿電后自動(dòng)斷電措施，有效的防止了多數(shù)情況下在充滿電后充電器始終連在電源上造成的電能浪費(fèi)。</p><p>　　單片機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)微

22、型化的需要，將微型計(jì)算機(jī)的基本部件：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O）接口、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等多種資源集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，使得一塊集成電路芯片就能構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。這種集成電路芯片被稱為單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，它的軟、硬件系統(tǒng)及I/O接口控制能力等方面都有獨(dú)到之處，具有強(qiáng)而有效的功能。從其組成、邏輯功能上來(lái)看，單片機(jī)具備了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

23、的基本部件。</p><p>　　目前，各種類型單片機(jī)在應(yīng)用產(chǎn)品中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)品眾多，已有幾十個(gè)系列、幾百種型號(hào)，除了通用單片機(jī)以外，集成更多資源，如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、“看門狗”（Watchdog）電路、LCD控制器、網(wǎng)路控制模塊等，將單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)好Internet連接起來(lái)已是一種趨勢(shì)。還有專用單片機(jī)產(chǎn)品，如專門用于數(shù)據(jù)處理（圖像和語(yǔ)言處理等）的單片機(jī)（DSP）?？傊?，單片機(jī)正在向微型化、低功耗、

24、高速、高集成度、多資源、網(wǎng)絡(luò)化、專用型方向發(fā)展。</p><p><b>　　單片機(jī)的特點(diǎn)</b></p><p>　?。?）高集成度，體積小，高可靠性</p><p>　　單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指

25、令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。</p><p><b>　?。?）控制功能強(qiáng)</b></p><p>　　為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作和位處理能力，非常適用于專門的控制功能。</p><p>　　（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式

26、產(chǎn)品 </p><p>　　為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。</p><p><b>　?。?）易擴(kuò)展</b></p><p>　　片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。</p&g

27、t;<p>　?。?）優(yōu)異的性能價(jià)格比</p><p>　　單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。</p><p&g

28、t;<b>　　單片機(jī)的應(yīng)用</b></p><p>　?。?）單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用</p><p>　　在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。</p><p>　　（2）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 </p><p>　　機(jī)電一體化是機(jī)

29、械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。</p><p>　?。?）單片機(jī)在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　　自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器

30、、電子玩具、 電飯煲、視聽(tīng)音響設(shè)備等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。</p><p>　?。?）在實(shí)時(shí)過(guò)程控制中的應(yīng)用</p><p>　　用單片機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　?。?）辦公

31、自動(dòng)化設(shè)備</p><p>　　現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機(jī)。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)、電話以及通用計(jì)算機(jī)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動(dòng)等。</p><p><b>　?。?）商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備</b></p><p>　　在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子稱、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉(cāng)儲(chǔ)安全監(jiān)

32、測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等都采用了單片機(jī)控制。</p><p>　?。?）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作

33、中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)、路由器等。</p><p>　?。?）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。</p><p><b>　　（9）汽車電子產(chǎn)品</b></p><p>　　現(xiàn)

34、代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開(kāi)單片機(jī)，并且在汽車技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，單片機(jī)更是在汽車系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用。</p><p>　?。?0）航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用更是不言而喻。例如導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)，智能機(jī)器人等，正是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用，使得武器設(shè)備變得越來(lái)越智能，減少了人工的干預(yù)，

35、增強(qiáng)了穩(wěn)定性和安全性。</p><p>　　綜合所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。</p><p>　　飛思卡爾MC9S12XS128

36、單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　本文設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)型號(hào)為MC9S12XS128MAL（圖1.1），為了解和方便使用，在此做簡(jiǎn)單介紹。MC9S12XS128（以下簡(jiǎn)稱XS128）是Freescale公司推出的S12XS系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)，S12XS系列單片機(jī)是在S12XE系列的基礎(chǔ)上去掉XGate協(xié)處理器的單片機(jī)，該系列單片機(jī)采用CPU12X V2內(nèi)核，可運(yùn)行在40MHz總線頻率上。不僅在汽車

37、電子、工業(yè)控制、中高檔機(jī)電產(chǎn)品等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途，而且在FLASH存儲(chǔ)控制機(jī)加密方面也有很強(qiáng)的功能。</p><p>　　圖 1.1 MC9S12XS128MAL單片機(jī)</p><p>　　MC9S12XS128單片機(jī)的特點(diǎn)：</p><p>　　存儲(chǔ)器：128KB FLASH；2KB EEPROM；8KB RAM；</p><p>　

38、　A/D：16通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（本設(shè)計(jì)中用到），可選8位、10位和12位精度；</p><p>　　PWM：8位8通道或16位4通道PWM；</p><p>　　串行口：2個(gè)異步串行通訊SCI和2個(gè)同步串行設(shè)備接口SPI；</p><p>　　CRG時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器：鎖相環(huán)、看門狗、實(shí)時(shí)中斷；</p><p><b>　　增強(qiáng)型捕捉定

39、時(shí)器；</b></p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源?？偩€；</p><p>　　CAN總線：3個(gè)1Mbps的CAN總線，兼容CAN 2.0 A/B；</p><p>　　背景調(diào)試模式（BDM）；</p><p>　　封裝：LQFP-112。</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)智能充電的意義<

40、;/b></p><p>　　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(shí)停止會(huì)使電池發(fā)燙，過(guò)度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p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(guò)充，一般充電到90%就停止大電流快充，采用小電流涓流補(bǔ)充充電。</p><p>　　鋰離子電池是便攜設(shè)備最為常用的一種電池，鋰離子電池的使用壽命和單次使用時(shí)間與充電過(guò)程密切相關(guān)，對(duì)于充電器的要求比較苛刻

41、，需要保護(hù)電路。為了有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，同時(shí)防止過(guò)壓充電造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。另外，對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。一部分的充電器不但能在很短時(shí)間內(nèi)將電量充足，而且還可以對(duì)電池起到一 定的維護(hù)作用，修復(fù)由于使用不當(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(jì)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(jī)控制的方式。專用的充電芯片具

42、有業(yè)界公認(rèn)較好的△v 檢測(cè)，可以檢測(cè)出電池充電飽和時(shí)發(fā)出的電壓變化信號(hào)，比較精確地結(jié)束充電工作，通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些芯片的控制，可以實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化。例如，在充電后增加及時(shí)關(guān)段電源、蜂鳴報(bào)警和液晶顯示等功能。充電器的智能化可以縮短充電的時(shí)間，同時(shí)能夠維護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。</p><p><b>　　充電方案選擇</b></p><p>　　充電管理是鋰離子電池

43、管理系統(tǒng)的重要組成部分，它對(duì)電池的特性及壽命有著至關(guān)重要的影響。隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，充電的手段越來(lái)越豐富，充電方式對(duì)電池及應(yīng)用環(huán)境的針對(duì)性也越來(lái)越強(qiáng)。目前針對(duì)各種各樣的可充電電池，存在的主要充電方法包括：恒流充電法、恒壓充電法、恒壓限流充電法、恒流恒壓充電法、分級(jí)定流充電法、脈沖式充電法、定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)充電法、變電流間歇／恒壓充電法及變電壓間歇充電法等。這些充電方法根據(jù)各自特點(diǎn)，被運(yùn)用在不同充電管理系統(tǒng)中。</p>&

44、lt;p><b>　　恒流充電(CC)</b></p><p>　　恒流充電根據(jù)其充電電流的大小，又可分為浮充充電(又稱涓流充電)、標(biāo)準(zhǔn)充電及快速充電。該方法在整個(gè)充電過(guò)程中采用恒定電流對(duì)電池進(jìn)行充電，充電曲線如圖2.1所示。這種方法操作簡(jiǎn)單，易于做到，特別適合對(duì)由多個(gè)電池串聯(lián)的電池組進(jìn)行充電。但由于鋰離子電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，在充電后期，若充電電流仍然

45、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，影響鋰離子電池的壽命。</p><p>　　圖 2.1 恒流方式電池充電曲線</p><p><b>　　恒壓充電法(CV)</b></p><p>　　在恒壓充電法中，充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著鋰離子電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸

46、減少。充電曲線如圖2.2所示。從圖中可以看到，充電初期充電電流過(guò)大，這樣對(duì)鋰離子電池的壽命會(huì)造成很大影響。與恒流充電一樣，該方法操作簡(jiǎn)單，易于做到。但在電池放電深度過(guò)深時(shí)，充電初期電流過(guò)大，容易對(duì)電池及電路造成損傷。</p><p>　　圖 2.2恒壓方式電池充電曲線</p><p><b>　　恒壓限流充電</b></p><p>　　該方法

47、在恒壓充電的基礎(chǔ)上，通過(guò)在充電設(shè)備輸出電壓與電池之間增加限流元件(一般為電阻)來(lái)對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)整。充電初期，充電電流大，電阻上的壓降也大，充電設(shè)備輸出的電壓損失也大，充電電流被限制在一定范圍以內(nèi)。充電結(jié)束時(shí)，電流減小，充電設(shè)備輸出的電壓損失也小，充電曲線如圖2.3所示。該方法克服了恒壓模式下電流過(guò)大的缺點(diǎn)。但由于增加了限流電阻，充電效率降低。</p><p>　　圖 2.3恒壓限流方式電池充電曲線</p&

48、gt;<p>　　恒流恒壓充電法(CC/CV)</p><p>　　在CC/CV充電器中，充電通過(guò)恒定電流開(kāi)始。在恒流充電CC周期中，為了防止過(guò)度充電而不斷監(jiān)視電池端電壓。當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定的端電壓時(shí)，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(qiáng)度進(jìn)行充電，這期間電池被充電到大約85％的容量。在CV充電周期中，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／

49、10C容量時(shí)，充電周期完成。恒流恒壓充電曲線如圖2.4所示。</p><p>　　圖 2.4 普通恒流恒壓方式電池充電曲線</p><p><b>　　分級(jí)定電流充電法</b></p><p>　　分級(jí)定電流充電法與恒流恒壓充電方法相似。它根據(jù)電池充電過(guò)程中不同充電階段的特性，將充電過(guò)程劃分為幾個(gè)階段，在不同的階段采用不同的充電電流或電壓，這種

50、充電方法在恒流恒壓充電方法的基礎(chǔ)上，將充電過(guò)程進(jìn)一步細(xì)劃，可以達(dá)到保護(hù)電池和快速充電的目的，是目前運(yùn)用最廣泛的充電方法。在鋰離子電池充電管理中所采用的三階段充電法，基本上就是這種方法在應(yīng)用過(guò)程中的一種變體。三階段充電法將鋰電池充電過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段為小電流充電階段，主要起保護(hù)電池的作用；第二階段為恒流充電階段，采用固定電流對(duì)電池充電以實(shí)現(xiàn)快速充電的目的：第三階段為恒壓階段，主要是保證電池充滿及防止過(guò)充電。該方法充電曲線如圖2.5

51、所示。</p><p>　　圖 2.5 電池分級(jí)定電流充電曲線</p><p><b>　　脈沖充電方法</b></p><p>　　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(duì)電池的恒流充電開(kāi)始的，大部分的能量在恒流充電過(guò)程中被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當(dāng)電池電壓上升到充電終止電壓 錯(cuò)誤!未找到引用源。后，脈沖充電法由恒流轉(zhuǎn)入真正的脈沖充電階段

52、。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(duì)電池進(jìn)行充電。每次充電時(shí)間為 錯(cuò)誤!未找到引用源。后，然后關(guān)閉充電回路。充電時(shí)由于充電電流的存在，電池電壓將繼續(xù)上升并超過(guò)充電終止電壓 錯(cuò)誤!未找到引用源。；當(dāng)充電回路被切斷后，電池電壓又會(huì)慢慢下降。電池電壓恢復(fù)到 錯(cuò)誤!未找到引用源。時(shí)，重新打開(kāi)充電回路，開(kāi)始下一個(gè)脈沖充電周期。在脈沖充電電流的作用下，電池會(huì)漸漸充滿，電池端壓下降的速度也漸漸減慢，這一過(guò)程一直持續(xù)到電池電

53、壓恢復(fù)到 錯(cuò)誤!未找到引用源。的時(shí)間達(dá)到某個(gè)預(yù)設(shè)的值 錯(cuò)誤!未找到引用源。為止，可以認(rèn)為電池已接近充滿，充電曲線如圖2.6所示。</p><p>　　圖 2.6 脈沖充電法電池充電曲線圖</p><p>　　定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)充電法</p><p>　　定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)充電是近幾年提出來(lái)的充電方法。采用這種方法充電，充電設(shè)備的閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受的充電電流。這樣

54、充電電流始終與電池可接受的充電電流保持良好的匹配關(guān)系，使充電過(guò)程在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，充電曲線如圖2.7所示。這種充電方式具有充電效率高，充電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。但其電路系統(tǒng)較為復(fù)雜，造價(jià)高，不易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖 2.7 定化學(xué)狀態(tài)充電法曲線圖</p><p>　　變電流間歇/定電壓充電法</p><p>　　變電流間歇／定電壓充電法與變電壓間歇充電法也是近幾年

55、提出來(lái)的充電方法。該方法目前主要用于對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。它們采用分級(jí)電流或電壓對(duì)電池進(jìn)行間歇式充電，以提高充電效率和速度。目前對(duì)鋰電池仍然以恒流恒壓的充電方法為主。充電初期一般采用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)處理，防止電池過(guò)放電帶來(lái)的影響；接著用大電流快速充電；在電池電壓達(dá)到額定充電終止電壓時(shí)，轉(zhuǎn)為恒壓模式確保電池充滿。本文采用目前廣泛充電方法分級(jí)定電流充電模式，雖然這種方法電路相對(duì)復(fù)雜，但充電時(shí)間短，效率高，因此在鋰離子電池充電方案中占主導(dǎo)地

56、位。</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路分析</b></p><p>　　在詳細(xì)的了解了鋰離子電池的充電原理和查閱有關(guān)充電方案后，本文提出了兩種智能充電控制的方案，并通過(guò)比較兩種充電方案的優(yōu)缺點(diǎn)選擇最佳的充電方案。</p><p><b>

57、;　　脈寬PWM法充電</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鋰離子電池智能充電器中采用的脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。脈寬PWM法的基本思想就是

58、利用單片機(jī)具有的PWM端口和PWM控制恒壓恒流源芯片配合，在不改變PWM方波周期的前提下，通過(guò)軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來(lái)調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電壓和電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件。</p><p>　　脈寬PWM法充電具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　可控制涓流大小。在PWM控制充電的過(guò)程中,單片機(jī)可實(shí)時(shí)檢測(cè)ADC端口上充

59、電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進(jìn)行比較，以決定PWM占空比的調(diào)整方向。</p><p>　　電池喚醒充電。單片機(jī)利用ADC端口與PWM的寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對(duì)于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時(shí)間的方式進(jìn)行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對(duì)電池的沖擊破壞也較小。</p><p>　　電流控制精度低。充電電流的大小的感知是

60、通過(guò)電流采樣電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機(jī)的ADC輸入端口，單片機(jī)讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為R（單位為Ω），采樣電阻的壓降為V（單位為mV）， 10位ADC的參考電壓為5.0V。則ADC的1 LSB對(duì)應(yīng)的電壓值為 5000mV/1024≈5mV。一個(gè)5mV的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是50mA，所以軟件PWM電流控制精度最大為50mA。若想增加軟件PWM的電流控制精度，可以設(shè)法降低ADC的參考電壓或采用

61、10位以上ADC的單片機(jī)。</p><p>　　PWM采用軟啟動(dòng)的方式。在進(jìn)行大電流快速充電的過(guò)程中，充電從停止到重新啟動(dòng)的過(guò)程中，由于磁芯上的反電動(dòng)勢(shì)的存在，所以在重新充電時(shí)必須降低PWM的有效占空比,以克服由于軟件調(diào)整PWM的速度比較慢而帶來(lái)的無(wú)法控制充電電流的問(wèn)題。</p><p>　　充電效率不是很高。在快速充電時(shí)，因?yàn)椴捎昧顺潆娷泦?dòng)，再加上單片機(jī)的PWM調(diào)整速度比較慢，所以實(shí)際

62、上停止充電或小電流慢速上升充電的時(shí)間是比較大的。</p><p>　　電源管理IC控制充電</p><p>　　由于充電管理IC將充電各個(gè)階段的充電電路集成在了芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了功能的模塊化，相比較PWM控制的分立恒壓源恒流源充電電路，具有電路簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，并且提高了充電效率，降低了軟件編程算法難度和設(shè)計(jì)成本，缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)USB模式的智能充電。但是通過(guò)比較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文選擇方案

63、二作為智能充電器的設(shè)計(jì)的最終方案。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)中采用鋰離子電池充電IC是MAX1898（圖3.1）。MAX1898和外部晶體管PNP或PMOS組成一個(gè)鋰離子充電器，可精確地恒流/恒壓充電，電池電壓精度可達(dá)±0.75%。MAX1898有兩種型號(hào)，MAX1898EUB42應(yīng)用于4.2V的鋰離子電池，類似的MAX1898EUB41用于4.1V的鋰離子電池。MAX1898具有以下功能：<

64、/p><p>　?。?）電壓精度達(dá)±0.75%</p><p><b>　?。?）充電電流可控</b></p><p>　?。?）帶自動(dòng)輸入電源監(jiān)視器</p><p><b>　　（4）內(nèi)部檢流電阻</b></p><p>　?。?）LED充電狀態(tài)指示器</p&g

65、t;<p>　　（6）可控的安全充電時(shí)間</p><p>　?。?）電流大小監(jiān)視輸出</p><p>　　（8）可選擇的自動(dòng)重啟</p><p>　　圖 3.1 MAX1898</p><p>　　MAX1898充電過(guò)程如下：</p><p><b>　　預(yù)充</b></p&g

66、t;<p>　　在安裝好電池后，接通電源，當(dāng)充電器檢測(cè)到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過(guò)程，在此期間充電器以快充電流的10%給電池充電，使電壓、溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。預(yù)充電時(shí)間由外接電容C9確定，如果在預(yù)充時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到2.5V，且電池溫度正常，則進(jìn)入快充過(guò)程；如果超過(guò)預(yù)充時(shí)間后，電池電壓低于2.5V，則認(rèn)為電池不可充電，充電器顯示電池故障，由單片機(jī)發(fā)出故障指令，LED指示燈閃爍。</p><p&g

67、t;<b>　　快充</b></p><p>　　快充就是以恒定電流對(duì)電池充電，恒流充電時(shí)，電池的電壓緩慢上升，一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓時(shí)，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入滿充過(guò)程。</p><p><b>　　滿充</b></p><p>　　在滿充過(guò)程中，充電電流逐漸遞減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或

68、滿充超時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池 補(bǔ)充能量。由于充電器在檢測(cè)電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)有充電電流通過(guò)電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截至充電過(guò)程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其它串聯(lián)電阻對(duì)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(duì)電池終止電壓的檢測(cè)有影響。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長(zhǎng)電池5%～10%的使用時(shí)間。</p><p><b>

69、　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以飛思卡爾MC9S128XSMAL單片機(jī)為核心，以電源管理芯片、溫濕度傳感器、蜂鳴器、繼電器、LCD顯示屏、鍵盤、充電保護(hù)電路等外設(shè)組成，由于便攜設(shè)備內(nèi)部有保護(hù)電路因此無(wú)法利用充電管理IC直接為其充電，因此充電分為電池直接充電和USB充電兩部分，而USB充電采用恒壓充電，具體充電可以通過(guò)程序設(shè)定，系統(tǒng)框圖（圖3.2）如下：</p>&

70、lt;p>　　圖 3.2 系統(tǒng)框圖</p><p>　　MAX1898電源管理IC</p><p>　　表3-1 MAX1898引腳定義：</p><p>　　電流設(shè)定：MAX1898充電電流通過(guò)線性控制外部晶體管PMOS或PNP，最大的充電電流通過(guò)連接ISET與GND的外部電阻來(lái)設(shè)定，選擇電阻通過(guò)如下公式：</p><p>　　（單位

71、是安培，單位是歐姆） （4-1）</p><p>　　ISET可用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際的充電電流。ISET端有1mA輸出的電流就表明充電電流為1A，ISET端的輸出電壓正比與充電電流。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　在快速充電階段通常ISET端的電壓為1.4V，電池充滿時(shí)將隨著充電電流下降

72、。</p><p>　　狀態(tài)輸出： 是一個(gè)漏極開(kāi)路輸出，可以監(jiān)視電池的充電狀態(tài)。有5mA的限定電流，因此LED可以直接連接在IN與之間作為充電狀態(tài)標(biāo)志。另外，可以通過(guò)上拉電阻（通常100kΩ）輸出邏輯電平。</p><p>　　充電周期重新開(kāi)始：當(dāng)電池電壓降到電池額定電壓下0.2V時(shí)，配置MAX1898能夠使充電周期自動(dòng)重新開(kāi)始（將RSTRT接GND），重啟閾值可以通過(guò)在RSTRT與GND

73、間接外部電阻來(lái)降低。假如不需要自動(dòng)重啟，可以懸空RSTRT。自動(dòng)重啟功能無(wú)效時(shí)，充電只能通過(guò)清零在置高EN/OK來(lái)重新開(kāi)始新的周期，或者先斷開(kāi)輸入電源后重新接入電源。</p><p>　　EN/OK(EN輸入，OK輸出)：EN/OK有兩種功能，可以作為邏輯輸入（高電平）使能充電。除了開(kāi)/關(guān)控制之外，EN/OK也可以反應(yīng)出輸入電源是否接入。當(dāng)輸入電源接IN（> ， >4.25V）,EN/OK輸出高電平3

74、V，通過(guò)內(nèi)部上拉100kΩ電阻。因此EN/OK可以作為輸出來(lái)反映AC適配器接入情況，同時(shí)通過(guò)漏極開(kāi)路的驅(qū)動(dòng)可以開(kāi)/關(guān)充電。假如IN沒(méi)有電壓或不足，EN/OK將保持低電平，充電將關(guān)閉。下面是MAX1898的應(yīng)用電路（圖 3.3）：</p><p>　　圖 3.3 MAX1898充電驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)電池充滿后，MAX1898芯片的2腳發(fā)送的脈沖電平會(huì)由低變高，這個(gè)狀態(tài)變化會(huì)傳遞

75、給單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)到電池充滿狀態(tài)后會(huì)根據(jù)程序設(shè)置做相應(yīng)判斷，當(dāng)單片機(jī)確定電池充滿電后會(huì)通過(guò)蜂鳴器和顯示提示用戶電池充滿，并自動(dòng)斷電。</p><p>　　AMT1001溫濕度傳感器</p><p>　　AMT1001 （圖3.4）是濕敏電阻型溫濕度傳感器，傳感器信號(hào)采用模擬電壓輸出方式，具有精度高，可靠性高，一致性好，且已帶溫度補(bǔ)償，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，使用方便及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，尤其適合對(duì)

76、質(zhì)量、成本要求比較苛刻的企業(yè)使用。本設(shè)計(jì)中分別使用單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換接口AN00和AN01來(lái)接收傳感器的溫度和濕度數(shù)據(jù)（圖 3.5）。當(dāng)環(huán)境溫度或濕度超過(guò)充電器工作條件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警并自動(dòng)斷電。</p><p>　　圖 3.4 AMT1001溫濕度傳感器</p><p>　　傳感器參數(shù)及引腳分配如下：</p><p>　　（1）供電電壓（Vin）： DC 4

77、.75~5.25V </p><p>　?。?）消耗電流： 約2mA </p><p>　?。?）使用溫度范圍： 0～60℃ </p><p>　?。?）溫度檢測(cè)范圍： 0～60℃ </p><p>　?。?）使用濕度范圍： 20～95%RH </p><p>　?。?）濕度檢測(cè)范圍： 20～90%RH </p&

78、gt;<p>　?。?）保存溫度范圍： 0～60℃ </p><p>　?。?）保存濕度范圍： 95%RH以下（非凝露） </p><p>　?。?）濕度檢測(cè)精度： ±5%RH（條件:at25℃,60%RH） </p><p>　?。?0）溫度檢測(cè)精度： ±0.5℃（條件:at25℃） </p><p>　　

79、（11）標(biāo)準(zhǔn)濕度輸出電壓（免調(diào)試）：（條件:at25℃,Vin=5V）</p><p>　　表 3-2 引腳定義：</p><p>　　圖 3.5 溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　其他外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)介紹</p><p>　　1.LCD1602顯示由單片機(jī)PB3-PB5引腳控制位選及讀寫(xiě)信號(hào)V0、RS和RW，PA0-PA7引腳來(lái)控制數(shù)據(jù)

80、信號(hào)，供電電壓5V（圖3.6）。</p><p>　　圖 3.6 LCD1602驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.鍵盤由單片機(jī)PK0-PK2引腳來(lái)控制，引腳接1KΩ上拉電阻拉至高電平并與鍵盤相連，鍵盤另一端接地，如圖3.7。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)I/O口電平會(huì)被拉低，從而感應(yīng)出鍵盤的操作。</p><p>　　圖 3.7 鍵盤驅(qū)動(dòng)電路</p>&l

81、t;p>　　3.USB充電控制電路由三極管S8550、S8050、KA431組成恒壓限流驅(qū)動(dòng)電路，防止電流過(guò)大損害USB設(shè)備，如圖3.8。如果直接將電源連接在USB設(shè)備上會(huì)出現(xiàn)USB設(shè)備不識(shí)別電源和充電電流高于額定充電電流引起電池發(fā)熱的問(wèn)題，因此利用三極管的限流作用組成USB設(shè)備的供電電路對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行充電。</p><p>　　圖 3.8 USB充電電路</p><p>　　4.

82、繼電器和蜂鳴器分別有單片機(jī)PB0、PB1-PB2引腳控制，由三極管S8050驅(qū)動(dòng)，繼電器驅(qū)動(dòng)電路（圖 3.9）如下：</p><p>　　圖 3.9 繼電器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路與繼電器驅(qū)動(dòng)電路類似，不同的地方在于蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有反向電流保護(hù)的二極管，同時(shí)增加了硬件開(kāi)關(guān)和LED指示燈，方便用戶隨時(shí)開(kāi)啟蜂鳴器提醒模式，省去了繁瑣的軟件設(shè)置步驟，簡(jiǎn)單易操作。如圖3.10

83、</p><p>　　圖 3.10 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　繼電器驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)也是智能充電器的安全保護(hù)電路，融合了個(gè)人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。充電器采用觸發(fā)式啟動(dòng)方式，而不是日常生活中普遍采用的開(kāi)關(guān)式啟動(dòng)，當(dāng)電源按鈕被按下3秒時(shí)繼電器接通系統(tǒng)電源，否則系統(tǒng)仍然會(huì)是斷電狀態(tài)，這樣能夠防止誤操作而接通充電器的電源；當(dāng)充電器工作出現(xiàn)異常或者電池充滿時(shí)，繼電器起到及時(shí)切斷系統(tǒng)電源的作用，實(shí)現(xiàn)充電器

84、與電源的完全電氣隔離，提高了充電器的安全性。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序流程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于硬件充電電路分為兩部分，因此程序設(shè)計(jì)兩種充電的模式，默認(rèn)模式0為電池充電，模式1為USB充電。程序初始化后分別啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換程序、電池檢測(cè)程序、LCD顯示程序，

85、同時(shí)開(kāi)始定時(shí)器，程序流程圖（圖4.1）如下：</p><p>　　圖 4.1 程序流程圖</p><p><b>　　程序功能模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了增加程序的可讀性和靈活性，程序的各個(gè)功能采用分塊編寫(xiě)的方式，每一個(gè)功能模塊調(diào)試通過(guò)后就不再影響系統(tǒng)的其他程序，這樣既達(dá)到了方便調(diào)試的目的，同時(shí)也將程序的執(zhí)行效率優(yōu)化到最佳狀態(tài)。&

86、lt;/p><p><b>　　電池狀態(tài)檢測(cè)子程序</b></p><p>　　void battery_detect(void);</p><p>　　電池檢測(cè)的原理是根據(jù)IC在接通電池后引腳狀態(tài)的改變，因此在執(zhí)行此程序模塊時(shí)連續(xù)檢測(cè)引腳狀態(tài)50次，并記錄高電平狀態(tài)的次數(shù)，如果高于實(shí)驗(yàn)值10次則可判斷檢測(cè)到電池，這樣保證了檢測(cè)的正確性，降低檢測(cè)錯(cuò)

87、誤的概率。在檢測(cè)到電池后，系統(tǒng)全局變量g_bf置為1，系統(tǒng)通過(guò)這個(gè)標(biāo)志位執(zhí)行相應(yīng)功能。</p><p><b>　　鍵盤掃描子程序</b></p><p>　　void keyscan(void);</p><p>　　這段程序用于模式1充電時(shí)Menu按鍵狀態(tài)的檢測(cè)，在模式1充電方式中，Menu鍵通過(guò)連續(xù)按的方式改變?cè)O(shè)置狀態(tài)，分別是設(shè)置時(shí)、設(shè)置

88、分和確定，在不同的設(shè)置狀態(tài)返回全局變量g_funtion不同的標(biāo)志位，同時(shí)程序還有一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)，通過(guò)標(biāo)志位g_s判斷按鍵按下的狀態(tài)，防止長(zhǎng)按Menu鍵造成的功能跳躍。</p><p><b>　　倒計(jì)時(shí)子程序</b></p><p>　　void timer(void);</p><p>　　這段程序用于模式1狀態(tài)下所有功能的實(shí)現(xiàn)，包括時(shí)間設(shè)

89、置、倒計(jì)時(shí)功能和倒計(jì)時(shí)結(jié)束的操作，具體操作根據(jù)全局變量g_funtion的值。g_funtion=OK時(shí)為時(shí)間設(shè)置提示界面；g_funtion=SetH和SetM分別為小時(shí)和分的設(shè)置，其中時(shí)最大值為6小時(shí)；g_funtion=Start和Finish分別為開(kāi)始計(jì)時(shí)和結(jié)束計(jì)時(shí)的標(biāo)志。</p><p><b>　　顯示子程序</b></p><p>　　void Welc

90、ome(void);</p><p>　　void LCM1602_Init(void);</p><p>　　void LCM1602_ClrScreen(void);</p><p>　　void LCM1602_SendCmd(uchar cmd);</p><p>　　void LCM1602_SendData(uchar dat);

91、</p><p>　　uchar LCM1602_ReadData(void);</p><p>　　void LCM1602_ChkBusy(void);</p><p>　　void LCM1602_PrintStr(uchar x,uchar y,char* str);</p><p>　　void display(int H,int

92、M,int S);</p><p>　　welcome子程序定義了系統(tǒng)初始化時(shí)的歡迎界面。LCM1602系列子程序相當(dāng)于1602液晶顯示屏的底層驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)定義驅(qū)動(dòng)引腳及讀寫(xiě)狀態(tài)時(shí)引腳的邏輯電平變化達(dá)到通過(guò)調(diào)用程序就能顯示任何字符的功能，并且方便任何程序調(diào)用。display顯示子程序負(fù)責(zé)除了初始化界面以外所有狀態(tài)的顯示，同倒計(jì)時(shí)子程序一樣，該子程序通過(guò)全局變量g_funtion的值來(lái)判斷該顯示什么。</p

93、><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換子程序</b></p><p>　　void ADCInit(void);</p><p>　　uint16 ADCValue(uint8 channel);</p><p>　　uint16 ADCMid(uint8 channel);</p><p>　　uint1

94、6 ADCAve(uint8 channel, uint8 n);</p><p>　　ADCInit子程序負(fù)責(zé)A/D通道的初始化，包括采樣時(shí)間和頻率的設(shè)置和采樣分辨率的設(shè)置；ADCValue子程序負(fù)責(zé)獲取A/D通道轉(zhuǎn)換的結(jié)果；ADCMid子程序負(fù)責(zé)將A/D通道轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行中值濾波；ADCAve子程序負(fù)責(zé)將中值濾波之后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行n次均值濾波，并輸出最后結(jié)果。</p><p><b

95、>　　調(diào)試</b></p><p><b>　　硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查印制電路板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無(wú)誤后，可通電檢查L(zhǎng)CD 顯示器的顯示狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試相互密切聯(lián)系，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的，但是一般還是盡可能地先排除硬件故障后，再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。</p><p>

96、;<b>　　靜態(tài)測(cè)試</b></p><p>　　在樣機(jī)加電之前，首先要進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，主要內(nèi)容有：</p><p>　　1．檢查線路。通過(guò)目測(cè)和使用萬(wàn)用表，檢查樣機(jī)連線的正確性，注意各電路板之間的連線完好。 </p><p>　　2．核對(duì)元器件。檢查所有的元器件是否有插錯(cuò)或損壞現(xiàn)象。</p><p>　　3．檢查電源系

97、統(tǒng)。將樣機(jī)中所有芯片都從插座上拔下，給樣機(jī)加電。檢查完整流穩(wěn)壓電路后，逐一檢查各芯片插座上電源引腳的電壓是否有異常情況。一切正常時(shí)，斷電，插上一個(gè)芯片，重復(fù)檢查電壓，并試摸該芯片是否發(fā)熱。電源電壓正常，芯片沒(méi)有過(guò)熱現(xiàn)象。當(dāng)插上某個(gè)芯片后對(duì)電源系統(tǒng)沒(méi)有影響。</p><p>　　4．外圍電路調(diào)試。將所有能進(jìn)行硬件單獨(dú)調(diào)試的外圍電路如檢測(cè)信號(hào)放大 電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等都調(diào)試好。進(jìn)行局部電路調(diào)試，提供有關(guān)模擬信號(hào)或開(kāi)關(guān)

98、信號(hào)。 </p><p><b>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試是軟硬件結(jié)合調(diào)試，即利用簡(jiǎn)單的調(diào)試程序來(lái)調(diào)試硬件系統(tǒng)。進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，用專用仿真插頭將樣機(jī)和仿真器連接起來(lái)，分別打開(kāi)樣機(jī)和仿真器的電源，按以下步驟進(jìn)行具體調(diào)試： </p><p>　　1．測(cè)試 I/O 口和 I/O 設(shè)備。對(duì)于單片機(jī)本身的輸出口，用仿真器內(nèi)部特殊功

99、能寄存器修改命令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出口或運(yùn)行一段給輸出口賦值的程序， 然后檢查輸出口的相應(yīng)狀態(tài)及所接設(shè)備的狀態(tài)，如與寫(xiě)入的內(nèi)容一致，說(shuō)明輸出口及輸出設(shè)備工作正常。對(duì)于單片機(jī)本身的輸入口，通過(guò)輸入設(shè)備給輸入口設(shè)置一定的狀態(tài)，然后用讀特殊功能寄存器命令讀出相應(yīng)輸入接口寄存器的狀態(tài)，與設(shè)定的狀態(tài)一致，輸入口工作正常。擴(kuò)展I/O口大多是可編程的。檢查時(shí)先向其控制(命令)寄存器寫(xiě)入控制字，設(shè)定接口的工作狀態(tài)，然后再用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)命令來(lái)檢查 I/O

100、 口的狀態(tài)。I/O 口狀態(tài)與讀寫(xiě)數(shù)據(jù)一致，工作正常。</p><p>　　2．試驗(yàn)預(yù)充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成報(bào)警提示功能，借助程序進(jìn)行。 </p><p><b>　　軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試是在編譯器下進(jìn)行的。首先要將用C語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序進(jìn)行編輯、編譯，變成目標(biāo)程序(機(jī)器代碼程序)，然后才能調(diào)試，最后可結(jié)合硬件實(shí)

101、時(shí)調(diào)試。因此，軟件調(diào)試實(shí)際上可分為編輯、編譯和調(diào)試兩部分。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的是飛思卡爾單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件CodeWarrior Development Studio for S12(X) V5.0。應(yīng)用程序應(yīng)分成若干個(gè)功能模塊來(lái)編寫(xiě)和調(diào)試，單個(gè)程序模塊都調(diào)試通過(guò)后，將它們組合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。模塊程序從調(diào)試方法來(lái)說(shuō)分成兩類情況。</p><p>　　一類是各種計(jì)算程序已經(jīng)代碼

102、轉(zhuǎn)換程序、靜態(tài) I/O 程序。這類程序如果不能正常運(yùn)行，程序中的錯(cuò)誤是靜態(tài)的固定的錯(cuò)誤，因此可以用單拍或帶斷點(diǎn)運(yùn)行方式來(lái)調(diào)試。另一類是I/O 實(shí)時(shí)處理程序和通訊程序。調(diào)試這類程序不能用單拍或慢速斷點(diǎn)方式，而必須采用全速斷點(diǎn)或全速連續(xù)運(yùn)行方式。這是因?yàn)閷?shí)時(shí)事件的發(fā)生是隨機(jī)的或不能停止的。如果有問(wèn)題，需要從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行檢查和解決。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b></

103、p><p>　　當(dāng)硬件調(diào)試和軟件分模塊調(diào)試完成以后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)將全部硬件電路都接上，應(yīng)用程序也都組合好，進(jìn)行全系統(tǒng)軟硬件的統(tǒng)調(diào)。系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù)是排除軟硬件中的殘留錯(cuò)誤，使整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)能夠完成預(yù)定的工作任務(wù)，達(dá)到要求的技術(shù)性能指標(biāo)。系統(tǒng)調(diào)試如圖5.1所示。</p><p>　　在系統(tǒng)調(diào)試中要注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1.對(duì)于有電氣控制負(fù)

104、載的系統(tǒng)，先試空載，空載正常后在試驗(yàn)負(fù)載情況。</p><p>　　2.要試驗(yàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，避免遺漏。仔細(xì)調(diào)整有關(guān)軟件或硬件，使檢測(cè)和控制達(dá)到要求的精度。</p><p>　　3.系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，仿真器采用全速斷點(diǎn)或連續(xù)運(yùn)行方式，在綜合調(diào)試的最后階段應(yīng)使用樣機(jī)中的晶振。</p><p>　　4.系統(tǒng)要連續(xù)運(yùn)行相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，以考驗(yàn)硬件部分的穩(wěn)定性。</p>

105、<p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)以充電芯片MAXl898的使用為主體，利用單片機(jī)配合實(shí)現(xiàn)智能化充電的便攜設(shè)備充電器。目前，充電電池的種類繁多，因此在充電器的方案創(chuàng)建時(shí)需要針對(duì)不同的電池選擇不同的充電芯片。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是單節(jié)鋰離子電池充電器，因此選用了芯片MAXl898作為充電芯片。設(shè)計(jì)在選擇芯片后進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)。</p

106、><p>　　在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，需著重把握的是：預(yù)充、快充、滿充等充電方式的工作原理；MAXl898 的充電狀態(tài)指示輸出信號(hào) 在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；在整體設(shè)計(jì)中自動(dòng)斷電功能的實(shí)現(xiàn)；MAXl898在外圍電路的設(shè)計(jì)中，其中包括設(shè)置充電電流的電阻和充電時(shí)間的電容數(shù)值的選取以及如何在單片機(jī)程序中判斷出充電完成還是充電出錯(cuò)，并做出相應(yīng)的處理。采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，首先是要盡可能地采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，這樣就使整

107、個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)清晰，易于調(diào)試和維護(hù)。</p><p>　　雖然設(shè)計(jì)的最終結(jié)果與最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)有一定的差距，有些功能還沒(méi)有來(lái)的及實(shí)現(xiàn)，但是智能充電器在生活中有十分重要的推廣意義，就目前實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)說(shuō)，智能充電器還有很大的發(fā)展空間，未來(lái)的智能充電器功能將更加完善，充電過(guò)程將更加智能，并且在通用性上有更好的表現(xiàn)。這次設(shè)計(jì)的過(guò)程使我積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是從硬件設(shè)計(jì)上還是程序編寫(xiě)上的能力都有很大的提高。</

108、p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文順利的完成，我的大學(xué)生涯也漸漸接近了尾聲。在這里我首先感謝我的導(dǎo)師給與我的幫助和指導(dǎo)。在畢設(shè)準(zhǔn)備的初期，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的功能還很單一，通過(guò)老師的建議和指導(dǎo)使得畢業(yè)設(shè)計(jì)功能不斷完善，最終完成了現(xiàn)在的畢設(shè)作品。沒(méi)有老師的指導(dǎo)，我就不會(huì)有那么多的靈感去完成我的畢設(shè)作品。</p><

109、;p>　　同時(shí)還要感謝對(duì)我的作品提出的寶貴的創(chuàng)意和意見(jiàn)的同學(xué)們，在我遇到困難的時(shí)候給予我?guī)椭椭С?，在我取得進(jìn)展的時(shí)候?yàn)槲壹佑?，如果不是你們，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品不會(huì)這么完美，謝謝你們！</p><p>　　面對(duì)即將畢業(yè)的分離，我想到了所有陪伴我走過(guò)四年大學(xué)時(shí)光的老師和同學(xué)們給我?guī)?lái)的美好回憶。衷心的感謝大學(xué)四年里所有教過(guò)和幫助過(guò)我的老師們，你們不僅把知識(shí)傳授給我們，也在生活方面給予我們很大的幫助和支持，謝謝你

110、們對(duì)我的教誨和關(guān)愛(ài)！也衷心的感謝所有同學(xué)們?cè)谒哪甑墓馐a里攢下點(diǎn)點(diǎn)滴滴的友誼，你們將是我人生中最大的一筆財(cái)富！</p><p>　　生我者父母。感謝生我養(yǎng)我，含辛茹苦的父母。是你們，為我的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了條件；是你們，一如既往的站在我的身后默默的支持著我，沒(méi)有你們就不會(huì)有我的今天。謝謝你們，我的父親母親！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&

111、lt;p>　　[1] 中國(guó)鋰電池網(wǎng)(DB/OL).http：// www．1ibatterv．com．cn/.</p><p>　　[2] 王鴻麟，錢建立，周曉軍.《智能快速充電器設(shè)計(jì)與制作》[M]，科學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[3] 郭炳妮、徐徽.《鋰離子電池》[M]，長(zhǎng)沙中南大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[4] 鐘國(guó)華、吳玉廣

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