電子與信息工程畢業(yè)論文車載手機(jī)充電器設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　車載手機(jī)充電器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著能源、環(huán)保問(wèn)題的日益突出，汽車上的車載能源越來(lái)越受到重視，要

3、完全用動(dòng)力電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽油，除了改進(jìn)電池性能外還要發(fā)展完善的輔助充電設(shè)備，因而研制一種方便、快捷、高效的充電器是必不可少的。</p><p>　　本文的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一個(gè)體積小、質(zhì)量輕，能為不同手機(jī)電池進(jìn)行充電的車載手機(jī)充電器。論文首先對(duì)充電器的發(fā)展史和目前國(guó)內(nèi)外的充電器動(dòng)態(tài)進(jìn)行了介紹，接下來(lái)對(duì)常用的蓄電池種類、特性以及手機(jī)充電方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單明了地介紹，也對(duì)充電器的控制方法進(jìn)行了介紹。接下來(lái)本文對(duì)充電器的總體結(jié)構(gòu)

4、進(jìn)行了探討和設(shè)計(jì)，本文采用芯片MC34063作為降壓芯片，控制方式為電壓型，恒壓恒流涓流的充電方法。接下來(lái)本文對(duì)這種控制方式和充電方法的原理，存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，對(duì)問(wèn)題的根源進(jìn)行了分析，得出了比較好的解決方法。隨后，本文對(duì)車載手機(jī)充電器進(jìn)行了實(shí)物的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括兩部分，分別是充電電路設(shè)計(jì)和時(shí)間顯示電路設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)任務(wù)書(shū)上所涉及的設(shè)計(jì)要求，包括充電器自動(dòng)啟動(dòng)充電和自動(dòng)停止充電，充電時(shí)間顯示，還有計(jì)時(shí)功能，即當(dāng)停止充電后，計(jì)時(shí)也

5、隨即停止。</p><p>　　本文研究的車載手機(jī)充電器有較高的實(shí)用價(jià)值，并且為今后繼續(xù)深入研究積累了很多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有較高的研究?jī)r(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：降壓；控制方法；驅(qū)動(dòng)；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In pace with the worse of

6、energy and environmental problems, vehicle-mounted recharger becomes increasingly important. In order to totally use dynamic battery instead of petrol, we have to improve the battery performance as well as perfecting cha

7、rging devices. In consequence, it is necessary to develop a convenient, rapid, and efficient recharger.</p><p>　　The thesis aims to design a small, light vehicle-mounted recharger which can charge for differ

8、ent cell phone battery. Firstly, thesis make a brief introduction of recharger’s history; Then introduce some common types of storage battery, features and cell phone charging methods as well as controlling ways of recha

9、rger.To decrease the volume and weight, this paper focuses on overall structure of recharger in the following paragraphs. Apply for MC34063 as Voltage regulator, voltage type as control </p><p>　　The vehicle

10、-mounted recharger with high practical value, it provides a amount of experience for intensive study in the near future.</p><p>　　Key word ：Step-down；Control Method；Driver；MCU</p><p><b>　　

11、目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題的提出1</p><p>　　1.1.1 充電器的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2 充電器的發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.1.3充電器的種類1</p>

12、;<p>　　1.2 電池特性及常用充電方法介紹2</p><p>　　1.2.1常用蓄電池的電池特性及各自特點(diǎn)2</p><p>　　1.2.2常用充電方法介紹3</p><p>　　1.3車載充電器控制方法概述5</p><p>　　1.3.1常用的控制方式分析5</p><p>　　1.3

13、.2本設(shè)計(jì)采用的控制方式5</p><p>　　1.4車載手機(jī)充電器的使用方法6</p><p>　　1.5本文的研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)6</p><p>　　第2章 車載手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)7</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案比對(duì)7</p>

14、<p>　　2.3系統(tǒng)工作流程圖8</p><p>　　2.4充電方法選擇8</p><p>　　2.5充電結(jié)束控制方法的確定9</p><p>　　2.6判斷電池是否處于充電狀態(tài)9</p><p><b>　　2.7本章小結(jié)9</b></p><p>　　第3章 車載手機(jī)

15、充電器的硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1充電電路10</p><p>　　3.1.1降壓電路10</p><p>　　3.1.2輸出極性交換電路12</p><p>　　3.1.3恒流控制電路13</p><p>　　3.1.4涓流控制電路15</p><p>　　3.1.5

16、恒壓控制電路16</p><p>　　3.2時(shí)間顯示電路18</p><p>　　3.3本章小結(jié)23</p><p><b>　　總 結(jié)24</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]25</b></p&g

17、t;<p>　　附1 實(shí)驗(yàn)總電路圖26</p><p>　　附2 總電路PCB圖27</p><p><b>　　附3 實(shí)物圖28</b></p><p>　　附4 單片機(jī)程序29</p><p>　　附5 器件清單31</p><p><b>　　第1章 緒 論

18、</b></p><p><b>　　1.1 課題的提出</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題要求越來(lái)越高的情況下，汽車工業(yè)的發(fā)展也出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，主要的問(wèn)題集中在車載能源問(wèn)題上，改進(jìn)電池特性是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，那么在車載電池能量不足時(shí)，需要用充電設(shè)備及時(shí)地對(duì)電池充電。本文就是基于這樣一個(gè)背景，以車載手機(jī)充電器為研究對(duì)象。對(duì)控

19、制方法進(jìn)行了研究，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1.1 充電器的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，在電池能量有限的情況下，研制一種快速能為電池補(bǔ)充能量的充電設(shè)備，是必不可少的。目前，國(guó)內(nèi)外充電設(shè)備大體可以分為兩種，即接觸式和感應(yīng)式[1,2]。</p><p>　　接觸式充電器是通過(guò)金屬連接器將汽車與充電器和公共網(wǎng)絡(luò)連接，以達(dá)到傳遞能

20、量的目的。這種方式的能量傳遞優(yōu)點(diǎn)在于能量傳遞效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而造價(jià)低，目前很多汽車廠商開(kāi)發(fā)的充電器均采用這種方式。但這種方式的缺點(diǎn)在于它的安全性與通用性。</p><p>　　感應(yīng)式充電是近年來(lái)興起的一種利用高頻變壓器將公用電網(wǎng)與汽車相隔離的充電方法。由于感應(yīng)式充電器與汽車之間沒(méi)有任何金屬的接觸，所以使得汽車的充電通用性好，且更為安全可靠。這也就是接觸式充電器與感應(yīng)式充電器的區(qū)別之所在。目前美國(guó)和日本的很多汽車廠

21、商所開(kāi)發(fā)的充電器都是采用這種形式，但這種方式的缺陷在于體積非常龐大。</p><p>　　根據(jù)手機(jī)充電器是否適合安裝在汽車上[3]，又可以把充電器分為非車載手機(jī)充電器和車載手機(jī)充電器兩種。本文主要研究是車載手機(jī)充電器，能為不同類型的手機(jī)電池充電。它的特點(diǎn)主要是有較為簡(jiǎn)單的充電方式，但有較長(zhǎng)的充電時(shí)間。但受限于車上的空間，盡量要求所設(shè)計(jì)的車載充電器做到體積小、重量輕。</p><p>　　目

22、前我國(guó)市場(chǎng)上的一些充電器的控制電路的主題仍然是模擬電路，外圍器件多，且電路復(fù)雜，可靠性并不高。因而，充電器作為汽車重要的輔助充電設(shè)備，對(duì)它的研究還是有很大的發(fā)展空間的。</p><p>　　1.1.2 充電器的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　車載充電器的改進(jìn)方向主要是小型化、快速化和智能化[4]。</p><p>　　1、小型化：盡量減小整個(gè)系統(tǒng)的體積，充分利用數(shù)字化

23、技術(shù)，，通過(guò)高頻率的方法，選用新型功率器件和充分利用數(shù)字化技術(shù)。</p><p>　　2、快速化：根據(jù)電池的特性，選擇最優(yōu)充電曲線進(jìn)行充電，加快充電速率，減少充電等待時(shí)間。</p><p>　　3、智能化：主要表現(xiàn)可以按照用戶設(shè)定的充電曲線為電池進(jìn)行充電，也可以根據(jù)電池種類自動(dòng)選擇優(yōu)化充電曲線；當(dāng)充電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，具有系統(tǒng)故障保護(hù)功能，及時(shí)切斷電源。</p><p&g

24、t;　　1.1.3充電器的種類</p><p>　　目前手機(jī)充電器主要分為座式、旅行式、車載等[5]。</p><p>　　座式：這類充電器的形狀一般是雙槽，一次性能為兩節(jié)電池進(jìn)行充電，除了用戶正在給手機(jī)上的電池進(jìn)行充電外，還可以再充一塊電池。但座式的缺點(diǎn)在于充電時(shí)間較長(zhǎng)。</p><p>　　旅行式：這類充電器攜帶方便，對(duì)于經(jīng)常出外旅行的人來(lái)說(shuō)比較適合。在現(xiàn)在大多

25、數(shù)手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置中只有旅行式。其對(duì)電池充電的效果和座式是一樣的。</p><p>　　車載：這類充電器使用戶方便在汽車上為手機(jī)充電，是汽車重要的車載能源。但手機(jī)不宜長(zhǎng)時(shí)間在汽車中充電，不然就會(huì)造成手機(jī)損壞。</p><p>　　1.2 電池特性及常用充電方法介紹</p><p>　　隨著日益發(fā)展的便攜式電子產(chǎn)品對(duì)可充電電池的容量和循環(huán)壽命等性能要求越來(lái)高，目前市場(chǎng)上常

26、用的充電電池有四大類，分別是鉛酸蓄電池[6]、鎳鎘電池[7]、鎳氫電池[8]和鋰離子電池[9]。下面首先對(duì)這些電池進(jìn)行介紹沒(méi)然后多常用的充電方法進(jìn)行研究。</p><p>　?。ū碇蠧為電池的標(biāo)準(zhǔn)容量，單位為AH（安時(shí)），A表示充電恒流恒壓）</p><p>　　表1.1 電池特性表</p><p>　　1.2.1常用蓄電池的電池特性及各自特點(diǎn)</p>

27、<p><b>　　1、鉛酸蓄電池</b></p><p>　　對(duì)于SLA電池來(lái)說(shuō)，充電方式可選用2.27V/單元的恒壓充電，這種方案優(yōu)點(diǎn)在于既不會(huì)過(guò)充電池，也有利于穩(wěn)壓設(shè)備電壓，對(duì)于要經(jīng)常離線充放電實(shí)用SLA電池的場(chǎng)合，應(yīng)該實(shí)用先0.2C恒流，再2.45V/單元恒壓，電池充好后即時(shí)進(jìn)入2.27V/單元恒壓的“三段式”充電方法，整個(gè)充電時(shí)間大約為8到10小時(shí)。</p>

28、;<p><b>　　2、鎳鎘電池</b></p><p>　　NI﹒CD電池允許有一定電流的過(guò)充，因此選用0.1C電流的簡(jiǎn)單恒流源充電器既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。NI﹒MH電池對(duì)過(guò)充電較為敏感，即使使用0.1C的電流，如果充電超過(guò)14個(gè)小時(shí)或?qū)σ殉浜玫碾姵卦俪鋷讉€(gè)小時(shí)，對(duì)電池的壽命都有較大的損害，電池充好時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)斷電流或?qū)⒊潆婋娏鹘档偷?.02C以下進(jìn)行涓流控制，即使對(duì)0.1C夜間慢充

29、型NI﹒MH充電器也是如此。最大充電電流達(dá)到2C﹒3C左右的智能型快速充電器已經(jīng)有很多成功的案例：這類充電器一般都必須在充電進(jìn)程的各個(gè)階段隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓、溫度等參數(shù)，當(dāng)電池快要充滿電時(shí)自動(dòng)降低充電電流倍率，這樣可以將電池過(guò)充引起的過(guò)溫過(guò)壓風(fēng)險(xiǎn)降低。</p><p><b>　　3、鎳氫電池</b></p><p>　　NI﹒CD 和NI﹒MH兩類電池的充電特性非常相

30、似，只是NI﹒MH電池在充電過(guò)程中發(fā)熱更多一些、峰值電壓更不明顯一些;這兩類電池在快速充電時(shí)都采用下面幾種條件之一來(lái)作為快充電終止的條件：包括電壓上升斜率（dV/dt）、電壓負(fù)增長(zhǎng)（-dV）和電池溫度上升斜率（dT/dt）；還有三個(gè)條件是設(shè)置為異常保護(hù)條件下進(jìn)行動(dòng)作的：最高電池溫度、最高電池電壓和充電器內(nèi)置定時(shí)器，要實(shí)現(xiàn)這些監(jiān)測(cè)和智能切換動(dòng)作，在充電器技術(shù)和成本都有一定的提升，但是如果沒(méi)有這些措施，電池將面臨著容量下降、循環(huán)壽命降低甚至

31、漏液爆炸等安全隱患。</p><p><b>　　4、鋰離子電池</b></p><p>　　LI﹒ION和SLA電池的充電方式較為相似，都要求先恒流再恒壓，區(qū)別是鋰離子電池對(duì)充電恒壓階段的電壓精度要求較高（<1%）；由于鋰離子電池的安全性是一個(gè)致命的隱患，因此要求在充電結(jié)束控制和保護(hù)方面要特別小心；對(duì)于不同電器產(chǎn)品的應(yīng)用，鋰離子電池（包含鋰聚合物電池）都會(huì)內(nèi)置

32、有充放電保護(hù)電路，以便更安全使用及保護(hù)電池不發(fā)生意外。</p><p>　　1.2.2常用充電方法介紹</p><p>　　影響蓄電池的壽命主要有兩個(gè)因素：電池質(zhì)量和充電控制方法。長(zhǎng)期以來(lái)人們都對(duì)便攜式充電設(shè)備有一定的研究。快速充電的控制方法始終是一個(gè)比較重要的問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，人們不斷地對(duì)充電方法進(jìn)行研究和改進(jìn)。接下來(lái)介紹幾種主要的傳統(tǒng)的充電方法[10]：</p><p

33、><b>　　恒壓充電控制方式</b></p><p>　　圖1.1 恒壓方式充電曲線</p><p>　　恒壓充電控制方式是最基本的控制方式。充電電壓與充電電流關(guān)系如上圖1.1所示。開(kāi)始時(shí)，有一個(gè)期望電壓值，當(dāng)開(kāi)始充電后，隨著充電的不斷進(jìn)行，充電電流減??；在小于一定值后，充電過(guò)程也隨之結(jié)束。</p><p>　　恒壓充電控制方式的最大

34、優(yōu)點(diǎn)在于控制比較簡(jiǎn)單，但由于假設(shè)的恒壓值和待充電電池的初始電壓之間存在較大誤差，導(dǎo)致在開(kāi)始時(shí)有很大的充電電流，然而電流過(guò)大會(huì)使電池板發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電池?fù)p壞。因此保護(hù)措施一定要加在充電開(kāi)始階段，以制約電流的最大值。</p><p><b>　　恒流充電控制方式</b></p><p>　　圖1.2 恒流方式充電曲線</p><p>　　恒流充

35、電控制方式非常流行于現(xiàn)在工程上。其控制過(guò)程可根據(jù)圖1.2。開(kāi)始時(shí)，充電器以較大的恒定電流為電池進(jìn)行充電，當(dāng)電池即將充滿時(shí)，需改用較小的恒定電流為電池充電，也就是進(jìn)入涓流控制階段，涓流的作用是用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量。其充電速率相對(duì)來(lái)講都比較低。根據(jù)充電率的大小，又可分為下面幾種情況：</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)充電：其充電率在0.1C上下，大約充電時(shí)間在14小時(shí)左右；</p><p>

36、;　　涓流充電：又稱浮充充電，其充電率在C/50以下；</p><p>　　快速充電：其充電率在0.3C以上，充電時(shí)間大約在3小時(shí)左右。</p><p>　　這種方式的特點(diǎn)是，可避免電流過(guò)大的問(wèn)題，將電流限制在某一個(gè)恒定值，但由于電流不能調(diào)節(jié)，一定程度上會(huì)影響充電速度。</p><p>　　3、恒流恒壓充電方式</p><p>　　圖1.3

37、 恒壓恒流方式充電曲線</p><p>　　這種充電方式建立在上面兩種基本充電方式優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，在最初階段采用恒流控制，當(dāng)充電達(dá)到一個(gè)程度后采用恒壓控制，這種形式的充電方式也是實(shí)際中常用的，如圖1.3所示。</p><p>　　前面三種充電方式均采用是連續(xù)充電的充電電流模式，它們共同的問(wèn)題在于，連續(xù)充電的充電電流會(huì)使蓄電池產(chǎn)生副反應(yīng)，且發(fā)生極化現(xiàn)象，不僅縮短電池壽命，也會(huì)使充電電流的增加受到

38、限制，這也是充電速度受限的根本原因[11,12]。因此在充電過(guò)程中，假如能夠使極化現(xiàn)象不發(fā)生，使實(shí)際的充電電流始終等于或近乎于蓄電池可以承受的最大電流，那么能大大加快充電速度，而且也能使析氣率控制在很低的范圍。下面提出的兩種充電方法均采用斷續(xù)的電流作為電池充電，目的是為了解決極化現(xiàn)象，提高充電的速度，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的調(diào)研得出這樣的充電方式能取得更好的充電效果。 </p><p><b>　　4、脈沖充電方式&

39、lt;/b></p><p>　　圖1.4 脈沖充充電方式曲線</p><p>　　脈沖充電方式的最大特點(diǎn)在于其利用脈沖充電截止時(shí)，可為電池提供了一定的休息時(shí)間，讓電池的電化反應(yīng)能獲得充分的中和時(shí)間，增加了電池的使用壽命。其充電方式如圖1.4所示。由于電池有了充分的充電休息時(shí)間，且在充電時(shí)為其提供了接近電池可以接受的最大脈沖峰值電流，這樣就加快了充電速度，從而減短了充電時(shí)間。<

40、;/p><p>　　5、REFLEX充電方式</p><p>　　圖1.5 REFLEX充放電方式</p><p>　　這種方法建立在上一方法的改進(jìn)之上，在充電過(guò)程進(jìn)行中，不僅提供正方向充電脈沖，而且提供反方向放電脈沖。在一個(gè)Ts里，先是用Tp的時(shí)間提供正向脈沖電流Ip，在延遲Tdelay1后，在接下來(lái)的TN里，提供反向的放電脈沖IN，放電結(jié)束后延遲Tdelay2，等

41、待下一個(gè)周期的開(kāi)始。其充電方式如圖1.5所示。</p><p>　　放電脈沖主要目的是將充電過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡移走，幫助極板和電解液進(jìn)行中和效應(yīng)。這種反極化作用可以降低充電過(guò)程中電池的應(yīng)力、溫度、異己內(nèi)阻抗。使得充電能量完完全全轉(zhuǎn)化成電池能量，提高了充電效率，同時(shí)縮短了充電時(shí)間，延長(zhǎng)了電池壽命。</p><p>　　1.3車載充電器控制方法概述</p><p>　　為

42、了能精確對(duì)電池進(jìn)行充電且根據(jù)充電控制曲線進(jìn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)高質(zhì)量的直流電源是必不可少的?，F(xiàn)在市場(chǎng)上常用的電源大致可分為兩種，即線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩類。線性電源優(yōu)點(diǎn)在于功耗大，但缺點(diǎn)是效率低且體積大，不適合大功率的輸出。同線性電源相比較，當(dāng)輸出功率相同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源的散熱要小得多且效率高，因而本文所采用的是開(kāi)關(guān)電源方式。</p><p>　　1.3.1常用的控制方式分析</p><p>　　根據(jù)不

43、同的控制方式，開(kāi)關(guān)電源又可分為兩種，即電流型和電壓型[13， 14]。電壓型控制方式只能檢測(cè)出輸出電壓，并對(duì)其直接進(jìn)行控制，系統(tǒng)只有一個(gè)反饋系統(tǒng)。電流型控制方式的特點(diǎn)是能同時(shí)對(duì)輸入電流和輸出電壓進(jìn)行控制。系統(tǒng)具有兩個(gè)反饋系統(tǒng)，一個(gè)是對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢驗(yàn)，一個(gè)是對(duì)流過(guò)功率管的電流進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　1.3.2本設(shè)計(jì)采用的控制方式</p><p>　　本文采用的控制方式是電流型，輸入

44、12V電壓后通過(guò)芯片MC34063進(jìn)行降壓，同時(shí)控制輸入電流和輸出電壓。在此系統(tǒng)中有兩個(gè)反饋系統(tǒng)，一個(gè)檢測(cè)輸出電壓，一個(gè)檢測(cè)流過(guò)的電流。</p><p>　　1.4車載手機(jī)充電器的使用方法</p><p>　　車載充電器是用汽車點(diǎn)煙器作為電源插座直接為手機(jī)充電。車載充電器的一端插入點(diǎn)煙器，另一端連接手機(jī)。在車載充電器原有的充電功能基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求又增加了些其他輔助功能，包括充電時(shí)間顯示

45、、計(jì)時(shí)功能，這些功能的添加使充電器的功能更加完善和多樣性。車載充電器的發(fā)展是為了方便車主能利用車載電源隨時(shí)隨地為數(shù)碼產(chǎn)品進(jìn)行充電，這是汽車上備急的最好選擇。</p><p>　　1.5本文的研究?jī)?nèi)容和論文結(jié)構(gòu)</p><p>　　每一種電池都有自己特有的充電特性曲線，在一般情況下充電器是不能通用的，也就是說(shuō)，對(duì)于不同的電池，電池充電所需要的充電控制策略是不同的。本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是研制一種能

46、夠?yàn)槎喾N蓄電池充電的車載充電器。</p><p>　　下面對(duì)本文的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，第一章緒論部分首先對(duì)課題來(lái)源進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)各中蓄電池的特性以及常用的充電方法和控制方式進(jìn)行介紹。</p><p>　　第二章對(duì)總體方案進(jìn)行介紹，包括充電方法選擇，充電結(jié)束控制方法確定，第三章是電路的硬件設(shè)計(jì)部分，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括兩部分，分別是充電電路和時(shí)間顯示電路，在這兩個(gè)電路模塊中，分別介紹了器件的選擇、各器

47、件功能的介紹和計(jì)算方法。完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上所包含的設(shè)計(jì)內(nèi)容即電池自動(dòng)啟動(dòng)充電和自動(dòng)停止充電，充電時(shí)間顯示，當(dāng)停止充電后，計(jì)時(shí)也隨即停止。這兩章是本論文的核心部分。</p><p>　　最后，對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。</p><p>　　第2章 車載手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　此章節(jié)對(duì)車載手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探討和研究，這一章節(jié)是論文的核心部分，主要圍繞

48、系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和功能要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)</p><p>　　系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求有：</p><p>　　充電過(guò)程可以在系統(tǒng)的控制下快速的完成；</p><p>　　自動(dòng)啟動(dòng)充電，電池充滿電后，自動(dòng)結(jié)束充電；</p><p><b>　　充電時(shí)間顯示；<

49、;/b></p><p>　　計(jì)時(shí)功能：停止充電后，計(jì)時(shí)也隨即停止。 </p><p>　　系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)包括：</p><p>　　輸入直流電壓：12V；</p><p>　　輸出直流電壓：5V；</p><p>　　自動(dòng)檢測(cè)整個(gè)電池的充電時(shí)間；</p><p><b>　

50、　系統(tǒng)具有計(jì)時(shí)功能。</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案比對(duì)</b></p><p><b>　　1、方案一</b></p><p>　　直接將車載12V電源經(jīng)一片7805變成5V，再通過(guò)十幾個(gè)100K電阻分壓，得到4.5-4.8V的電壓即可。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于輸出的電流比較大，缺點(diǎn)在于在電路中效

51、率較低并且不易控制，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電和自動(dòng)停止充電。</p><p><b>　　2、方案二</b></p><p>　　該方案采用芯片34063實(shí)現(xiàn)低端車載充電器，如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 單片34063實(shí)現(xiàn)的低端車載充電器方案示意圖</p><p>　　該方案的優(yōu)點(diǎn)在于成本低；缺點(diǎn)在于：1

52、、可靠性差，功能單一；沒(méi)有過(guò)溫度保護(hù)，短路保護(hù)等安全性措施；2、輸出雖然是直流電壓，但控制輸出恒流充電電流的方式為最大開(kāi)關(guān)電流峰值限制，精度不夠高；3、由于MC34063為1.5A開(kāi)關(guān)電流PWM+PFM模式，其車充方案輸出直流電壓電流的紋波比較大，不夠純凈；輸出電流能力也非常有限。</p><p><b>　　3、方案三</b></p><p>　　此方案是本文所采用

53、的方案，本文采用MC34063作為降壓芯片，控制方式為電流型，恒壓恒流涓流的充電方法。能完成任務(wù)書(shū)上所涉及的設(shè)計(jì)要求，包括充電電路設(shè)計(jì)和時(shí)間顯示電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)充電器自動(dòng)啟動(dòng)充電和自動(dòng)停止充電，充電時(shí)間顯示、計(jì)時(shí)功能。</p><p>　　2.3系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　車載手機(jī)充電器工作流程圖：</p><p>　　圖2.2 車載手機(jī)充電器工作流程圖&l

54、t;/p><p><b>　　2.4充電方法選擇</b></p><p>　　充電控制技術(shù)是充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。本論文的設(shè)計(jì)中，我在傳統(tǒng)充電方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了三階段充電法，即恒流、涓流、恒壓。</p><p><b>　　1、恒流充電</b></p><p>　　一開(kāi)始MC34063輸出一個(gè)4V左

55、右的電壓，放上電池板后，使四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的輸出極性交換可以識(shí)別電池的正負(fù)極和電位。此時(shí)電路通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的電位識(shí)別，線電池輸入，通過(guò)電阻R5時(shí)，且一段時(shí)間積累后可以形成一個(gè)電位，電位通過(guò)型號(hào)為L(zhǎng)M324（即U4B）的運(yùn)算放大器進(jìn)行正向放大，將輸出一個(gè)1.85V的電壓，此時(shí)D4通，使MC34063電壓穩(wěn)住，就可往外輸出一個(gè)恒定的電流，這就是恒流控制。</p><p><b>　　2、恒壓充電</b&

56、gt;</p><p>　　等到電池即將飽和時(shí)流到R5的電流會(huì)逐漸減小，因此在R8兩端的電壓會(huì)逐步的下降。使型號(hào)為L(zhǎng)M324（即U4C）的運(yùn)算放大器的第10腳下降，而第9腳不變，這樣一來(lái)第8腳就會(huì)輸出一個(gè)低電平，從而使運(yùn)算放大器LM324(即U4D)開(kāi)始工作，也就是恒壓控制開(kāi)始，此時(shí)充電電池電壓穩(wěn)住，不會(huì)使其處于過(guò)充狀態(tài)。</p><p><b>　　3、涓流充電</b&g

57、t;</p><p>　　該階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量。電池開(kāi)始充電時(shí)電壓較低，充電開(kāi)始后，電壓增大，電流減小，隨著充電時(shí)間地不斷延長(zhǎng)，電壓緩慢上升，流過(guò)電池板的電流會(huì)緩慢減小，R5端的電壓降低即運(yùn)算放大器第5腳電壓降低，輸出的R5端的電壓為0.5V，而根據(jù)之前設(shè)的運(yùn)算放大器第7腳輸出的電壓為1.85V，所以二極管導(dǎo)通需0.6V，不能通過(guò)二極管D4，所以截止。此時(shí)恒流結(jié)束，恒壓開(kāi)始。R5端的電壓經(jīng)過(guò)

58、運(yùn)算放大器的第10腳和第5腳，一開(kāi)始第10腳電壓大，假定第9腳是一個(gè)較小的電壓，兩者比較，則運(yùn)算放大器第8腳輸出高電平，其最高電壓為3.3V。通過(guò)R11與R12取到高于1V的電位,R8與R12為分壓電阻，分壓取電位1V。但是通過(guò)涓流控制，運(yùn)算放大器第8腳輸出一個(gè)3.3V的高電平，使R12上端電流升高，從而使R12上端電壓升高，涓流控制是為恒壓控制所設(shè)計(jì)的。</p><p>　　2.5充電結(jié)束控制方法的確定<

59、/p><p>　　一開(kāi)始，電壓低，電流高，通過(guò)電阻R5，輸入到運(yùn)算放大器的第10腳，恒壓控制時(shí)，恒流涓流也同時(shí)開(kāi)始，3.3V電壓下來(lái)給電阻R15一個(gè)較小電壓，此時(shí)運(yùn)算放大器第10腳為高電平，9腳為低電平，8腳輸出高電平，電阻R11端的電壓被拉高，使運(yùn)算放大器第13腳電位變高，剛開(kāi)始的時(shí)候電阻R2和R18之間電位設(shè)為1V，電阻R11與R12間的電位略高于1V，運(yùn)算放大器13腳電位高，12腳電位低，14腳輸出低電平，D3

60、指示燈變亮，D3指示燈指示恒流控制。隨著充電時(shí)間延長(zhǎng)，電壓變高，電阻R5端電流變低，運(yùn)算放大器第10腳電位變低，設(shè)9腳電位高于10腳，8腳輸出為低電平，電阻R11與R12間電位小于1V，設(shè)12腳電位高于1V，輸出高電平（為3.3V）,D6指示燈變亮，而D3指示燈不變，電壓經(jīng)過(guò)D5，電阻R14與R16匹配，設(shè)電阻R14端電位略大于1.25V，穩(wěn)定輸出5V電壓，電壓不變，電流變，開(kāi)始恒壓控制。P2電壓上升控制在4.2V左右，停止充電。<

61、;/p><p>　　2.6判斷電池是否處于充電狀態(tài)</p><p>　　二極管D4的負(fù)端電平高于1V, 運(yùn)算放大器LM324（即U4A）的第3腳高于1V，把第2腳設(shè)定為恒壓1V，兩者進(jìn)行比較，可判斷輸出的第1腳為高電平，此時(shí)處于充電狀態(tài)，單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)。反之D4的負(fù)端電平低于1V, 運(yùn)算放大器LM324（即U4A）的第3腳低于1V，第1腳輸出的為低電平，單片機(jī)開(kāi)始停止工作。</p>

62、<p><b>　　2.7本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)介紹了車載手機(jī)充電器設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)，還比對(duì)了更個(gè)充電方案，也對(duì)充電方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單地介紹，本論文的設(shè)計(jì)中，我們?cè)趥鹘y(tǒng)充電方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了三階段充電法，最后還確定了充電結(jié)束控制方法，這些都是以后硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)。</p><p>　　第3章 車載手機(jī)充電器的硬件設(shè)計(jì)<

63、;/p><p>　　此章節(jié)是車載手機(jī)充電器的硬件設(shè)計(jì)部分，主要包括充電電路和時(shí)間顯示電路，能實(shí)現(xiàn)充電器自動(dòng)啟動(dòng)充電和自動(dòng)停止充電，充電時(shí)間顯示、計(jì)時(shí)等功能。下面分別來(lái)介紹這兩部分。</p><p><b>　　3.1充電電路</b></p><p>　　此電路可由以下幾個(gè)模塊組成：降壓電路、輸出極性交換電路、恒流控制電路、涓流控制電路、恒壓控制電路

64、。</p><p><b>　　3.1.1降壓電路</b></p><p>　　圖3.1 降壓電路圖</p><p>　　該模塊主要是由芯片MC34063構(gòu)成的一個(gè)降壓電路，如圖3.1所示。P1端口輸入12V直流電壓，經(jīng)過(guò)芯片MC34063，由第2腳輸出降壓后的電壓。電壓由恒壓和恒流來(lái)控制它的電流輸出，輸出的電流由電感L1來(lái)限流，防止電流過(guò)大

65、。</p><p>　　芯片MC34063介紹[15]：其是一單片雙極型線性集成電路，專用于DC-DC變換器控制部分。它由基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發(fā)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DC／DC變換器[17]僅用少量的外部元器件，主要應(yīng)用于以微處理器（MPU）或單片機(jī)（MCU）為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。本設(shè)計(jì)主要用到它的降壓變換器，即起到

66、降壓作用。本文是輸入12V電壓，經(jīng)過(guò)34063的降壓作用，把電壓降到5V。</p><p>　　MC34063的基本結(jié)構(gòu)及引腳功能介紹，如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 MC34063的基本結(jié)構(gòu)及引腳</p><p>　　1腳：開(kāi)關(guān)管Q1集電極引出端；</p><p>　　2腳：開(kāi)關(guān)管Q1發(fā)射極引出端； </p>

67、<p>　　3腳：定時(shí)電容Ct接線端；調(diào)節(jié)Ct可使工作頻率在100—100kHz范圍內(nèi)變化；</p><p><b>　　4腳：接地端； </b></p><p>　　5腳：電壓比較器反相輸入端，同時(shí)也是輸出電壓取樣端；外接兩個(gè)分壓電阻；</p><p><b>　　6腳：電源端； </b></p>

68、;<p>　　7腳：負(fù)載峰值電流取樣端；6，7腳之間接一個(gè)阻值較小的取樣電阻；</p><p>　　8腳：驅(qū)動(dòng)管Q2集電極引出端。</p><p>　　MC34063組成的降壓電路的工作原理，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 MC34063降壓電路圖</p><p>　　1、5腳的比較器反相輸入端外接兩個(gè)分壓電

69、阻R1、R2，其可檢測(cè)輸出電壓。其中,輸出電壓可由式U0=1.25(1+ R2/ R1)得知。其僅與R1、R2值有關(guān)，若R1、R2阻值穩(wěn)定，U0亦穩(wěn)定。</p><p>　　2、5腳電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)5腳電壓值低于1.25V時(shí)， R-S觸發(fā)器的S腳控制門開(kāi)啟，R-S觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部振蕩器，使Q端輸出高電平， T2導(dǎo)通，T1亦導(dǎo)通。</p><p>　　3、反之，當(dāng)5腳的電壓值高于 1

70、.25V時(shí)，R-S觸發(fā)器的S腳控制門被封鎖，Q端輸出低電平，T2截止，T1亦截止。</p><p>　　4、6，7腳之間接一個(gè)阻值較小的取樣電阻，作用是把電流送回34063的第7腳，起到過(guò)流保護(hù)作用。</p><p>　　5、3腳外接100pF的電容，作用是為芯片MC34063提供振蕩頻率。</p><p>　　用此芯片設(shè)計(jì)車載手機(jī)充電器主要優(yōu)點(diǎn)在于成本低，但也存在

71、很多缺點(diǎn)：</p><p>　　1、效率偏低。對(duì)于降壓電路，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時(shí)效率更低，這就使它不能應(yīng)用在某些嚴(yán)格要求功耗的場(chǎng)合，比如電源由USB提供的應(yīng)用。</p><p>　　2、占空比范圍偏小，一般在15%～80%，這就限制了它的動(dòng)態(tài)范圍，不適合應(yīng)用在某些輸入電壓變化較大的場(chǎng)合。</p><p>　　3、占空比不能鎖定，這會(huì)給電路參數(shù)的選擇帶

72、來(lái)麻煩，電感量和電容量必須高于理論計(jì)算值數(shù)倍，才能達(dá)到預(yù)期的效果。雖然芯片MC34063有許多缺點(diǎn)，但對(duì)產(chǎn)品利潤(rùn)空間十分有限的制造商來(lái)說(shuō)，它還是設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的很好選擇。</p><p>　　其他元器件說(shuō)明：電阻R1為取樣電阻，可取0. 5Ω，作用是把電流送回芯片MC34063的第7引腳，起到過(guò)流保護(hù)作用；電容C1取47uF,起到穩(wěn)壓的作用；電容C2取10uF，起穩(wěn)壓作用。電容C3取100pF,作用是為芯片MC34

73、063提供振蕩頻率；D1、D2是型號(hào)為1N5819的肖特基二極管[17]。D1可用作開(kāi)關(guān)使用；D2的作用是續(xù)流，由于電源工作狀態(tài)不斷處于開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，而電感不能突變，因此需要涉及二極管續(xù)流。下面簡(jiǎn)單介紹下肖特基二極管：其利用金屬與N型半導(dǎo)體接觸在交界面形成勢(shì)壘的二極管。與一般二極管相比，肖特基二極管有兩個(gè)重要的差別：1、由于制作原理不同，肖特基二極管是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子在PN結(jié)附近積累和消耗的過(guò)程，所以電容效應(yīng)非常小

74、，工作速度非?？?，特別適合于高頻或開(kāi)關(guān)狀態(tài)；2、由于肖特基二極管的耗盡區(qū)只存在于N型半導(dǎo)體一側(cè)，相對(duì)較薄，故其正向?qū)ㄩT坎電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管（約低0.2V）。</p><p>　　3.1.2輸出極性交換電路</p><p>　　圖3.4 輸出極性交換電路圖</p><p>　　該模塊主要是由四個(gè)型號(hào)為MG4953[18]的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的輸出極性交換電路

75、，如圖3.4所示，其采用H橋，對(duì)角工作，可用作開(kāi)關(guān)。其主要功能是識(shí)別電池的極性和電位。</p><p>　　當(dāng)欠電壓充電時(shí)，電流有兩種工作方式，電路圖如3.5所示。</p><p>　　圖3.5 輸出極性交換電流工作方式</p><p>　　型號(hào)為MG4953的場(chǎng)效應(yīng)管介紹[18]：</p><p>　　場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型晶體管，由多數(shù)

76、載流子參與導(dǎo)電。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有功耗低、噪聲小、輸入電阻高（108～109Ω）、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。</p><p>　　它有以下特點(diǎn)：1、其是電壓控制型器件，ID可通過(guò)UGS來(lái)控制；2、電流在輸入端較小，導(dǎo)致其輸入電阻很大；3、溫度穩(wěn)定性較好，由于其利用多數(shù)載流子導(dǎo)電；4、三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)大于由它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)；5、抗輻射能

77、力強(qiáng)；6、噪聲低，因?yàn)槠洳淮嬖陔s亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲。</p><p>　　其工作原理：漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID，用以門極與溝道間的PN形成的反偏的門極電壓控制ID。</p><p>　　作用：1、由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，所以場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大，其不必使用電解電容器，因?yàn)槠漶詈想娙萑萘枯^小，；2、其常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換，是因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管有很高的輸入阻抗，

78、且非常適合作阻抗變換，；3、場(chǎng)效應(yīng)管可用作恒流源，也可用作可變電阻.；5、可用作電子開(kāi)關(guān)。</p><p>　　3.1.3恒流控制電路</p><p>　　圖3.6 恒流控制電路圖</p><p>　　如圖3.6，該模塊一開(kāi)始的時(shí)候電壓較低，電流較大，流過(guò)取樣電阻R5，該電阻的作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，同時(shí)將電壓信號(hào)反饋給恒流控制的運(yùn)算放大器的第5腳，假設(shè)通

79、過(guò)電阻R5兩端的電流為100mA，其本身電阻為5Ω，則電阻R5兩端的電壓為0.5V，而其供電方式采用單電源供電形式，因此需給它提供一個(gè)中間直流電位，這個(gè)中間直流電位可通過(guò)電阻R10、R13、P3、R15為運(yùn)算放大器的第6腳設(shè)置一個(gè)中間電位。U4B構(gòu)成的是一個(gè)同相放大電路，其中由電阻R9、R13、P3、R15構(gòu)成一個(gè)增益電路，為其提供放大倍數(shù)，其中電壓增益計(jì)算公式如下：Av=vo/vi=R1+R2/R1=1+R2/R1,根據(jù)公式可得增益電

80、壓為2.94V，D4輸出的電壓為1.25V,而運(yùn)算放大器第7腳輸出的電壓達(dá)到1.85V，此時(shí)D4通，反饋的電壓提供給芯片MC34063的第5個(gè)引腳，而芯片MC34063的第2個(gè)引腳輸出的電壓不穩(wěn)定，電流穩(wěn)定，就可往外輸出一個(gè)恒定的電流，此控制方式為恒流控制。</p><p>　　器件說(shuō)明：P3可最為可調(diào)電阻，阻值為2KΩ，可調(diào)節(jié)0.5V的電壓范圍。電阻R10、R13、P3、R15為運(yùn)算放大器的第6腳設(shè)置一個(gè)中間電

81、位；U4B構(gòu)成的是一個(gè)同相放大電路，其中由電阻R9、R13、P3、R15構(gòu)成一個(gè)增益電路，R9為其提供放大倍數(shù)。</p><p>　　同相放大電路介紹[20]：</p><p>　　圖3.7 同相放大電路圖</p><p>　　電路如圖3.7所示，輸入信號(hào)電壓vi(=vp)加到運(yùn)算放大器的同相輸入端“+”和地之間，輸出電壓v0通過(guò)R2與R1的分壓作用，得vn=v

82、f= R1 v0/( R1+ R2),作用于反向輸入端“—”。由于vn是由輸出電壓v0經(jīng)過(guò)反饋元件R1、R2送回到運(yùn)算放大器的反向輸入端“—”，所以vf在此成為反饋電壓。在同相放大電路中，加到兩輸入端的電壓大小接近相等，相位相同是它在閉環(huán)工作狀態(tài)下的重要特征。</p><p>　　如圖3.8為增益電路[20]：</p><p>　　圖3.8 增益電路圖</p><p&

83、gt;<b>　　電壓增益計(jì)算：</b></p><p>　　Av=vo/vi=R1+R2/R1=1+R2/R1，式中Av為接入負(fù)反饋后的電壓增益。Av為正值，表示vo與vi同相，并且總大于1，至少等于1.從式中可以看出，由于電路中引入負(fù)反饋，Av的值只取決于運(yùn)算放大器外部電路的元件值，即取決于R1 、R2，而與運(yùn)算放大器本身的Av0、ri、和r0無(wú)關(guān)。</p><p&g

84、t;<b>　　各電阻值確定：</b></p><p>　　從R5出來(lái)的電壓為0.5V,其流向2個(gè)方向，一個(gè)給運(yùn)算放大器的10腳，一個(gè)給運(yùn)算放大器的5腳，假設(shè)9腳的電壓為0.1V，根據(jù)0.4/0.1=（R13+2）/R15，設(shè)R13為3.9KΩ，可得R15為1.2KΩ；R10可根據(jù)式0.5/（3.3-0.5）=( R13+ R15+2)/ R10，得R10=39KΩ；R9可根據(jù)式（1.25+

85、0.6）/0.5=1+ R9/（R13+ R15+2），得R9=15KΩ。 </p><p>　　3.1.4涓流控制電路</p><p>　　圖3.9 涓流控制電路圖</p><p>　　涓流控制又稱浮充充電控制，如圖3.9所示，該階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量。電池開(kāi)始充電時(shí)電壓較低，充電開(kāi)始后，電壓增大，電流減小，隨著充電時(shí)間地不斷延長(zhǎng)，電壓緩慢上升

86、，流過(guò)電池板的電流會(huì)緩慢減小，電阻R5端的電壓降低即運(yùn)算放大器第5腳電壓降低，輸出的電阻R5端的電壓為0.5V，而根據(jù)之前設(shè)的運(yùn)算放大器第7腳輸出的電壓為1.85V，所以導(dǎo)通需0.6V，不能通過(guò)二極管D4，所以截止。此時(shí)恒流結(jié)束，恒壓開(kāi)始。R5端的電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的第10腳和第5腳，一開(kāi)始第10腳電壓大，假定第9腳是一個(gè)較小的電壓，兩者比較，則運(yùn)算放大器第8腳輸出高電平，其最高電壓為3.3V。通過(guò)電阻R11與電阻R12取到高于1V的電

87、位（即1.2V左右）,電阻R8與電阻R12為分壓電阻，分壓取電位1V。但是通過(guò)涓流控制，運(yùn)算放大器第8腳輸出一個(gè)3.3V的高電平，使電阻R12上端電流升高，從而使電阻R12上端電壓升高，涓流控制是為恒壓控制所設(shè)計(jì)的。</p><p>　　3.1.5恒壓控制電路</p><p>　　圖3.10 恒壓控制電路圖</p><p>　　恒壓控制如圖3.10所示，一開(kāi)始，電

88、壓低，電流高，通過(guò)電阻R5，輸入到運(yùn)算放大器的第10腳，恒壓控制時(shí)，恒流涓流也開(kāi)始，3.3V電壓下來(lái)給電阻R15一個(gè)較小電壓，此時(shí)運(yùn)算放大器第10腳為高電平，9腳為低電平，8腳輸出高電平，電阻R11端的電壓被拉高，使運(yùn)算放大器第13腳電位變高，剛開(kāi)始的時(shí)候電阻R2和R18之間電位設(shè)為1V，電阻R11與R12間的電位為1.2V，運(yùn)算放大器13腳電位高，12腳電位低，14腳輸出低電平，D3指示燈變亮，D3指示燈指示恒流控制。隨著充電時(shí)間延長(zhǎng)

89、，電壓變高，電阻R5端電流變低，運(yùn)算放大器第10腳電位變低，設(shè)9腳電位為略高于10腳電位，8腳輸出為低電平，電阻R11與R12間電位小于1V，設(shè)12腳電位高于1V，輸出高電平（為3.3V）,D6指示燈變亮，而D3指示燈不變，電壓經(jīng)過(guò)D5，電阻R14與R16匹配，設(shè)電阻R14端電位略大于1.25V，穩(wěn)定輸出5V電壓，電壓不變，電流變，開(kāi)始恒壓控制，控制電路如3.10所示。P2電壓上升控制在4.2V左右，停止充電。</p>&

90、lt;p>　　器件說(shuō)明：D3、D6為指示燈，其中D3指示燈控制恒流，D6指示燈控制恒壓；電阻R14與R16為匹配電阻；二極管D5的作用是為防止電流回流，利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，可防止二極管D4端電流回到運(yùn)算放大器的14腳。</p><p><b>　　各電阻值確定：</b></p><p>　　輸出電壓可測(cè)得為4V,設(shè)運(yùn)算放大器的12腳電壓為1V,即4/1= R

91、2/R18，可得R2、R18的阻值,分別為10KΩ、3KΩ；根據(jù)（3.3-1）/1= R8/ R12，可得R8與R12的阻值，分別是47KΩ、20KΩ；根據(jù)（3.3-1.2）/1.2= R12/R11，可得R11阻值為15KΩ；根據(jù)(3.3-0.6-1.25)/1.25= R16 / R14，可得R14與R16的組織分別為2.4KΩ、2.7KΩ。 </p><p><b>　　其他元器件說(shuō)明：</

92、b></p><p>　　如3.11為L(zhǎng)M324運(yùn)算放大器的管腳連接圖[23]。</p><p>　　圖3.11 LM324管腳連接圖</p><p>　　LM324為運(yùn)算放大器，其帶有真差動(dòng)輸入,它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由四組形式完全相同的運(yùn)算放大器組成，除電源共用外，四組運(yùn)放是相互獨(dú)立的。與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器在單電源應(yīng)用場(chǎng)合相比，它們有以下優(yōu)點(diǎn)。該四組放大器可以工作在3

93、-32V的電源下。負(fù)電源在共模輸入范圍內(nèi)，使得在許多應(yīng)用場(chǎng)合中沒(méi)有必要使用外部偏置元件。每一組運(yùn)算放大器可用圖3-11所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為電源正、負(fù)端，“Vo”為輸出端。在兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi+（+）為同相輸入端，表示該輸入端的相位與運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)相同；Vi-（-）為反相輸入端，表示該輸入端的位與運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)相反。</p><p&g

94、t;<b>　　其參數(shù)描述：</b></p><p>　　表3.1 LM324參數(shù)表</p><p>　　特點(diǎn)：1、真差動(dòng)輸入；2、可單電源工作：3-32V；3、低偏置電流：最大為100nA；4、短路保護(hù)輸出；5、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；6、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?、輸入端具有靜電保護(hù)功能。</p><p><b>　　3.2時(shí)間顯示電

95、路</b></p><p>　　圖3.12 時(shí)間顯示電路圖</p><p>　　時(shí)間顯示電路如圖3.12所示，此電路可由以下幾個(gè)模塊組成：7805的直流電源、晶振、AT89C52單片機(jī)、CD4511驅(qū)動(dòng)芯片、液晶顯示屏。</p><p>　　其工作原理是：一開(kāi)始7805穩(wěn)壓電源電路為AT89C52單片機(jī)、CD4511驅(qū)動(dòng)芯片、液晶顯示屏提供電源，電阻R

96、3與R4的作用是使運(yùn)算放大器的第2腳電位在1V，二極管D4端工作時(shí)高于1V（為1.25V）,輸?shù)竭\(yùn)算放大器的第3腳，則 1腳輸出高電平，程序掃描P0.0/T2端口，檢測(cè)為高電平，單片機(jī)開(kāi)始工作，計(jì)時(shí)開(kāi)始，開(kāi)始自動(dòng)充電。通過(guò)端口P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，給CD4511驅(qū)動(dòng)芯片供電，液晶顯示屏顯示數(shù)字，等P2飽和時(shí)，二極管D1輸出電壓通過(guò)恒壓控制，使運(yùn)算放大器第12腳電位降低，而13腳不變，輸出低電平，無(wú)法通過(guò)二極管D5，二極

97、管D4端電位為0,運(yùn)算放大器第3腳無(wú)電位，輸出低電平，無(wú)法工作，充電自動(dòng)停止。</p><p>　　其他元器件說(shuō)明：電容C6、C7：范圍是20pF-40pF，可取33pF，直接把外部時(shí)鐘信號(hào)輸入到XTAL2上，而把XTAL1接地，也就是給晶振頻率分頻；電阻R26、R27、R28起限流作用，三極管作用：輸入高電平，三極管導(dǎo)通，液晶屏量，開(kāi)始工作。</p><p><b>　　主要元

98、器件說(shuō)明：</b></p><p><b>　　1、晶振</b></p><p>　　晶振的頻率范圍一般在1到70MHz之間。本論文的晶振頻率選擇12MHz。</p><p>　　晶振在單片機(jī)系統(tǒng)里的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，

99、那么單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。</p><p>　　2、AT89C52單片機(jī)[23]</p><p>　　（1）AT89C52單片機(jī)不同封裝的引腳分配如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 AT89C52的DIP、LCC、QFP封裝引腳示意圖</p><p>　?。?）單片機(jī)需設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)[24]</p><

100、;p>　　1)單片機(jī)最小系統(tǒng)是利用最少的外圍器件而使單片機(jī)工作的電路組織形式。其最小系統(tǒng)只包含單片、振蕩器結(jié)構(gòu)、復(fù)位電路和電源系統(tǒng)，如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　電源端（Vcc、Vss）：AT89C52的第40管腳和20管腳分別為電源端和接地端，其供電電壓范圍為直流+4.0V-+5.5V。</p><p&

101、gt;　　時(shí)鐘信號(hào)（XTAL）：?jiǎn)纹腦TAL1(19管腳)和XTAL2(18管腳)接晶振。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)晶振、電容C6和C7與單片機(jī)XTAL1和XTAL2相連，與單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源，作為單片機(jī)的工作時(shí)序。這種使用晶振配合產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方法稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式。晶振的頻率決定了該系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)速度的要求，一般選擇12MHZ的晶振。電容C6和C7容量可選取20-40pF，本設(shè)計(jì)中取33pF,給晶振頻率分頻</p&

102、gt;<p>　　復(fù)位（RST）：第9管腳是AT89C52的復(fù)位端。最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路就是在RST端與Vcc之間連接一個(gè)10uF電解電容C8。當(dāng)打開(kāi)單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源時(shí)，Vcc的電壓瞬間變?yōu)?5V,電解電容對(duì)于這個(gè)瞬間的電壓突變相當(dāng)于短路，于是Vcc（高電平）相當(dāng)于直接加到了RST端上。正是這個(gè)RST上的瞬間高電平使單片機(jī)復(fù)位。很快，電解電容充滿電，在電路中相當(dāng)于斷路，于是RST端電平由高轉(zhuǎn)低。單片機(jī)隨即開(kāi)始執(zhí)行程序。&l

103、t;/p><p>　　外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制端（EA/Vpp）:如果單片機(jī)接高電平Vcc，單片機(jī)則執(zhí)行本單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序，并在讀取完AT89C52單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的0FFFH后自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取外部的程序存儲(chǔ)器；如果EA/Vpp管腳接低電平，則單片機(jī)訪問(wèn)的全部是外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　2)單片機(jī)能識(shí)別的高低電平范圍</p><p>　　低電平：-

104、0.5V~+0.9V；高電平：+1.9V~+5V。在+0.9V~+1.9V為單片機(jī)不能確定的范圍，無(wú)法識(shí)別其是高電平還是低電平，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要避開(kāi)此范圍。</p><p>　　3)單片機(jī)程序流程圖，如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 單片機(jī)程序流程圖</p><p>　　3、CD4511驅(qū)動(dòng)芯片[25]</p><p>　

105、　CD4511是一個(gè)七段碼譯碼器，其用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED顯示器的BCD碼，有以下特點(diǎn)：具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器，在其內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。</p><p>　　（1）其引腳排列如圖3.16所示。</p><p>　　圖3.16 CD4511引腳排列圖</p><p>　　各引腳的

106、名稱:其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D，其表示輸入端；5、4、3分別表示LE 、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示A、B、C、D、E、F、G，其表示輸出端，輸出為高電平1時(shí)有效。</p><p><b>　　其功能介紹如下：</b></p><p>　　BI：4腳是消隱功能輸入端，當(dāng)BI=0時(shí)，無(wú)論其它輸入端狀態(tài)怎么樣，數(shù)碼管不顯示數(shù)字

107、，且處于熄滅（消隱）狀態(tài)。</p><p>　　LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0時(shí)，譯碼器輸出全為1，不管其他輸入狀態(tài)怎么樣，均發(fā)亮，顯示“8”。它的作用主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。</p><p>　　LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，準(zhǔn)許譯碼器輸出。當(dāng)LE=1時(shí)譯碼器是保持鎖定狀態(tài)，譯碼器輸出的數(shù)值被保持在LE=0時(shí)。</p><p>　?。?）CD4

108、511的工作原理</p><p>　　表3.2 CD4511真值表</p><p><b>　　1)鎖存功能</b></p><p>　　譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成，傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)決定。</p><p><b>　　2)譯碼</b></p><

109、;p>　　CD4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出 四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。</p><p><b>　　3)消隱</b></p><p>　　BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。</p><p>　　J==（C+B）D+BI

110、如不考慮消隱BI項(xiàng)，便得J=（B+C）D</p><p>　　根據(jù)上式，當(dāng)輸入端BCD代碼為1010——1111時(shí)，J端都為“1”電平，從而使顯示器中字形消隱。</p><p>　　選用共陰極液晶屏，對(duì)于CD4511,它與液晶屏的基本連接方式如圖3.17所示。</p><p>　　圖3.17 CD4511與液晶屏基本連接方式圖</p><p&g