畢業(yè)設(shè)計（論文）基于91單片機的智能手機電池充電器的設(shè)計

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1、重慶理工大學 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目智能手機充電器（硬件設(shè)計） 二級學院 應(yīng)用技術(shù)學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 姓 名 學 號 指導教師 系 主 任 時 間 智能手機充電器的設(shè)計 第一章 緒論 一、目的和意義 隨著科技的發(fā)展

2、，人們對身邊電子產(chǎn)品的數(shù)字化、自動化，效率要求越來越高，本項目旨在解決日常生活中人們對電池充電的煩惱，該產(chǎn)品是基于單片機的硬件和軟件來實現(xiàn)的，它在很大程度上為解決電器充電有不可忽視的作用。為現(xiàn)代越來越快的生活節(jié)奏提供保障，而在戶外情況下對太陽能的利用，也是一種環(huán)保、節(jié)能的選擇，這使我們步入了新能源開發(fā)利用的行列。從而充電工人只擔任輔助性工作，更加人道化，也為充電技術(shù)和充電設(shè)備的智能化闖出了一條新路。目的：如今，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(shù)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，

3、以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。與此同時，對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60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到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）四種類型。 電池充電是通過逆向化學反應(yīng)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(zhì)的不同，電池有自己的特性。設(shè)計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充電而損壞電。 目前，市場上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意

4、義上被稱為智能充電器，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對充電過程進行更精確地監(jiān)控(例如對充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(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。 二、國內(nèi)外現(xiàn)狀 電池的化學成分和設(shè)計一起限定電池所能提供的電流。若沒有限制性能的實際因素，電池可產(chǎn)生無窮大的電流。限制電池性能的主要因素是化學成分的反應(yīng)率、電池設(shè)計和發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域。某些電池具有產(chǎn)生大電流的能力。一個新的可充電電池或電池組(一個電池組中有幾個電池)不能保證完

5、全充滿電。事實上它們很可能幾乎被放電。因此，第一件要做的事情是根據(jù)制造商提供的化學成分相關(guān)指南，對電池/電池組進行充電。 近幾年來，便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進了電池技術(shù)的更新?lián)Q代。其中鋰離子電池以高能量密度、高內(nèi)阻、高電池電壓、高循環(huán)次數(shù)、低自放電率等特性，脫穎而出，迅速成為市場的主流。據(jù)統(tǒng)計，在筆記本電腦和移動電話領(lǐng)域，鋰離子電池的市場占有率分別為80%和60%。根據(jù)日本矢野經(jīng)濟研究所的預測，鋰離子電池正以53.33%的年增長率快速取代傳統(tǒng)的鎳鉻和鎳氫電池市場。 充電器,英文名稱Charger,通常指的是一種為蓄電裝置提供能量的設(shè)備。充電器在各個領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于

6、手機、相機等等常見電器。 充電器是采用電力電子半導體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。 充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監(jiān)測、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動車蓄電池充電器、車充等。 充電器是一種將高壓交流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電的設(shè)備。充電器的用途十分廣泛，許多數(shù)碼產(chǎn)品如手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、筆記本電腦、MP3、MP4等都配有充電器，除了數(shù)碼產(chǎn)品以外，在我國普遍使用的電動自行

7、車也配有充電器。根據(jù)調(diào)查研究，在我國的充電器市場上手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、電動自行車這四種產(chǎn)品的充電器已經(jīng)占據(jù)了整個充電器市場份額的90%以上。 最近幾年，伴隨著手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品在我國市場的熱銷，我國充電器行業(yè)得到了迅速的發(fā)展。 在整個充電器市場中，不同產(chǎn)品的充電器占據(jù)不同的份額。就中國而言，在整個充電器市場中，手機充電器所占份額居第一位，占據(jù)了絕大部分的充電器市場的份額；排第二位的是筆記本電腦充電器；數(shù)碼相機充電器所占份額排在第三位；電動自行車充電器排第四位。這四種產(chǎn)品的充電器占據(jù)了整個充電器市場的94%，剩下的為其它產(chǎn)品充電器所占的份額。 我國手機充電技術(shù)主要

8、分布在如下領(lǐng)域： 第一，太陽能充電器。例如，200420040002．5號文獻涉及一種折疊式太陽能手機電池充電器。03202640．4號文獻涉及一種智能型太陽能交流兩用手機充電器，包括太陽能硅光電池、220V電子穩(wěn)壓開關(guān)電路、電池組CD、連接手機電池的輸出插孔等。02115872．X號文獻涉及一種增光式太陽能萬用充電器及電源。該充電器能增光和吸收一切光能和太陽能，轉(zhuǎn)換的電能可增加手機通話量2至5倍。200520077970．8號文獻涉及一種與手機一體的太陽能充電器。把太陽能電池板置于陽光下就能隨時對手機電池進行充電，突破了使用交流電源或者汽車電瓶給手機電池充電的局限。 第二，手動充電器。例

9、如，02230050．3號文獻涉及一種掌上型手動移動電話充電器，它用手動壓桿的一端連接齒條，壓桿另一端連接復位彈簧，齒條連接齒輪機構(gòu)，齒輪機構(gòu)連接電機。充電器通過一對棘爪換向組件使電機被連續(xù)帶動而供給3．6V至7．2V電壓的直流電。98249600．1號文獻涉及一種移動電話的自充電裝置，可采用外接充電器方式充電，也可通過發(fā)條式微型發(fā)電機給電池充電。200420053036．8號文獻涉及一種萬能充電器，包括手動充電裝置，可在任何場所對手機充電。 第三，車動充電器。例如，200510060811．1號文獻涉及一種依靠自行車車輪轉(zhuǎn)動力發(fā)電對小型充電電池進行充電的方法。它在自行車車架的前叉上設(shè)置微型

10、發(fā)電機，在車架把手上設(shè)置直流電池充電器。人們在騎車行駛時，車輪的轉(zhuǎn)動帶動微型發(fā)電機發(fā)電，提供給為充電電池使用。 第四，無線充電器。例如，200420006628．4號文獻涉及一種無線充電裝置，它設(shè)有充電感應(yīng)器和接收感應(yīng)器，充電感應(yīng)器由充電感應(yīng)線圈和電源電路構(gòu)成，接收感應(yīng)器由接收感應(yīng)線圈和充電電路構(gòu)成。它能實現(xiàn)手機、電腦的無線充電。200620013146．0號文獻涉及一種非接觸式充電器，它利用電磁耦合方式實現(xiàn)電能傳輸，不需要任何機械金屬點的連接。01270829．1號文獻涉及一種無接觸式充電器裝置。 第五，折疊充電器。例如，200620028238．6號文獻涉及一種折疊型手機充電器，其中，

11、電源盒由電池組、帶有發(fā)光二極管的功能電路、殼體及其外層的連接膜組成，電池組與功能電路相連。97215725．5號文獻涉及一種折疊式無線電話電池充電器，它的外殼里有變壓電路、充電電路，外殼上有內(nèi)藏式電源插頭。外殼由主殼和副殼組成，主殼與副殼連接在一起，形成無線電話電池插座。充電器折疊后，所有電源插頭和觸頭均為內(nèi)藏。 第六，干電池充電器。例如，01232765．4號文獻涉及一種移動電話應(yīng)急充電器，它可用普通干電池給移動電話充電。它包括電池盒、電池盒蓋、卡簧、卡簧盒、卡簧按鍵和充電插頭，電池盒、卡簧盒和充電插頭為一體結(jié)構(gòu)，組成充電器的本體，電池盒內(nèi)設(shè)有平行排列的三個電池艙；卡簧盒內(nèi)設(shè)有兩個卡簧，卡

12、簧盒的上蓋設(shè)有一個卡簧按鍵，卡簧按鍵的下端與上述兩個卡簧接觸。200420047899．4號文獻涉及一種移動電話簡易充電器，它可把其他電池組裝到充電器的導電側(cè)進行充電。 第七，重力充電器。例如，200520043512．2號文獻涉及一種人體行走重力發(fā)電手機充電器。它把人體行走的重力能轉(zhuǎn)化成機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化成電能并給手機充電。它包括鞋后跟鎖接機構(gòu)、踩頂桿機構(gòu)、儲存機械能機構(gòu)、超微型磁鋼式交流發(fā)電機、變壓整流穩(wěn)壓電路等。踩頂桿機構(gòu)中還裝有卸荷壓簧保險機構(gòu)等。 第八，照明充電器。例如，200520073858．7號文獻涉及一種照明式車載充電器。200520073860．4號文獻涉及一種照明

13、式手機充電器，包括內(nèi)裝電池的充電器本體，充電器本體上設(shè)有連接器公座，連接器公座可與手機連接并對手機充電。充電器本體上還設(shè)有蓋體，蓋體內(nèi)設(shè)有與連接器公座插接的連接器母座，連接器母座連接PCB基板，PCB基板連接LED燈。03261101．3號文獻涉及一種具有照明功能的手機用車輛充電器以及照明裝置。 第九，應(yīng)急充電器。例如，03219653．9號文獻涉及一種自充便攜式無線手機應(yīng)急充電器。它包括接交流電源的插頭、接手機的充電接口、微型電池等。插頭通過整流、變壓電路接電池，構(gòu)成充電電路，電池兩端引接到充電接口構(gòu)成放電電路。手機缺電時，將應(yīng)急充電器的充電接口與手機插接，即可隨時隨地通過放電電路對手機電

14、池充電。 第十，智能充電器。例如，200310102248．0號文獻涉及一種智能移動電源，包括智能電池組、智能充電器、輸出調(diào)節(jié)器等。智能充電器包括充電管理器、交流適配器、電量顯示器；輸出調(diào)節(jié)器包括控制器、液晶顯示器、輸出調(diào)節(jié)按鈕、功率輸出單元、控制信息存儲單元；智能電池組包括鋰電池管理器、鋰電池保護器、電池信息存儲單元、充電電量顯示器、電池組接口。它適合筆記本電腦、DVD播放機、移動電話、數(shù)碼相機、PDA以及其他便攜式電子設(shè)備使用。95229383．8號文獻涉及一種智能多功能快速充電器。 此外，200620117159．2號文獻涉及一種智能手機充電器，它在手機充電器線路板電源輸入端和插頭之

15、間串連一個開關(guān)和一個時間繼電器，在手機充電器線路板另一個電源輸入端與另一個電源插頭通過導線相連接，在手機充電器線路板的兩個電源輸入端和兩個電源插頭連接處，并聯(lián)一個指示燈，手機充電器線路板電源輸出端通過導線和手機充電接線插口相連接。 第十一，直流充電器。例如，200620088967．0號文獻涉及一種包括變壓電路的直流充電器。00236490．5號文獻涉及一種移動電話直流電源連接器，包括絕緣膠心、內(nèi)端子及外套管；絕緣膠心上具有側(cè)邊設(shè)有通至絕緣膠心底端的T形槽的矩形插桿；外套管為呈矩形斷面的金屬管體；內(nèi)端子插裝在絕緣膠心的T形槽內(nèi)，其外端顯露在絕緣膠心短形插桿的前端側(cè)邊；外套管系套裝在矩形插桿外

16、。 第十二，內(nèi)置式充電器。例如，200520028985．5號文獻涉及一種自帶充電功能的手機，它的內(nèi)部安裝了一個微型充電器，在需要時可按動按鈕，將充電器彈出進行充電。03218757．2號文獻涉及一種手機直接充電技術(shù)。其中，手機機殼外的上端設(shè)有天線，機殼外的前側(cè)面上設(shè)有顯示屏，顯示屏的下面設(shè)有按鍵，機殼內(nèi)設(shè)有機芯、電池，機殼內(nèi)還設(shè)有充電器，充電器通過導線與電池相連，機殼上設(shè)有電極板，電極板通過導線與充電器相連，機殼的側(cè)面設(shè)有一端與電極板相聯(lián)、另一端與滑動開關(guān)相聯(lián)的連動機構(gòu)。 第十三，戶外供電技術(shù)。例如，03273486．7號文獻涉及一種組合移動電源的戶外供電技術(shù)及其充電器。它包括能提供直流

17、電源的移動供電器、與負載相適配的輸出插頭，供電器輸出端與兼容穩(wěn)壓系統(tǒng)的輸入端相連，兼容穩(wěn)壓系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)輸出功率，并設(shè)有兩個輸出端，第一輸出端的輸出電壓與手機的工作電壓相匹配，第二輸出端的輸出電壓與手提電腦的工作電壓相匹配。常備可充電電源經(jīng)選擇開關(guān)的接線端與移動供電器的輸出端并接，它的另一個接線端與兼容穩(wěn)壓系統(tǒng)的第二輸出端相連。 第十四，數(shù)據(jù)線或者存儲器式充電器。例如，200520067752．6號文獻涉及一種集成數(shù)據(jù)傳輸功能的手機充電器。200420060248．9號文獻涉及一種與充電器合為一體的手機信息備份存儲器。01803086．6號文獻涉及一種通訊裝置控制設(shè)備和方法。其手機裝置帶有從

18、物理數(shù)據(jù)載體讀取數(shù)據(jù)的讀取器。物理數(shù)據(jù)載體置入手機附件，如充電器中。200510037381．1號文獻涉及一種在手機充電器內(nèi)備份手機內(nèi)信息的方法和裝置，包括電源轉(zhuǎn)換模塊、充電管理模塊、控制模塊、與手機的數(shù)據(jù)接口相適配的手機接口、半導體存儲介質(zhì)模塊等。充電管理模塊控制著電源轉(zhuǎn)換模塊流入正在充電手機內(nèi)的電流大??；控制模塊經(jīng)手機接口讀取手機中所存儲的信息并寫入半導體存儲介質(zhì)模塊。 常見充電電池特性及其充電方式 電池充電是通過逆向化學反應(yīng)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(zhì)的不同，電池的特性也不同，其充電的方式也不大一樣。 電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器( 即電池可以在小于3 個

19、小時的時間里充滿電，通常是一個小時) 需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進行精確地測量，在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。 充電方法 SLA 電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流； NiCd 電池和NiMH 電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個不同的停止充電的判斷方法。 最大充電電流 最大充電電流與電池容量(C) 有關(guān)。最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來表示。例如，電池的容量為750 mAh，充電電流為750 mA，則充電電流為1C (1 倍的電池容量)。若涓流充電時電流為C/40，則充電電流即為電池容量除以40。 過熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。能量以化學

20、反應(yīng)的方式保存了下來。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學能。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能，對電池起了加熱的作用。當電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電就會造成電池的損壞。因此，在設(shè)計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的。 現(xiàn)代消費類電器主要使用如下四種電池： ? 密封鉛酸電池 (SLA) ? 鎳鎘電池 (NiCd) ? 鎳氫電池(NiMH) ? 鋰電池(Li-Ion) 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。 密封鉛酸電池(SLA) 密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合，

21、如UPS和報警系統(tǒng)的備份電池。SLA 電池以恒定電壓進行充電，輔以電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定( 典型值為2.2V)， SLA 電池可以無限制地充電。 鎳鎘電池(NiCd) NiCd 電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點是相對便宜，易于使用；缺點是自放電率比較高。典型的NiCd 電池可以充電1000 次。失效機理主要是極性反轉(zhuǎn)。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉(zhuǎn)。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。NiCd 電池以恒定電流的方式進行充電。 鎳氫電池(NiMH) 在輕重量的手持設(shè)備中如手機、手持攝象

22、機，等等鎳氫電池是使用最廣的。這種電池的容量比NiCd 的大。由于過充電會造成NiMH 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。和NiCd 電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時電池也會損壞。NiMH 電池的自放電率大概為20%/ 月。和NiCd 電池一樣，NiMH 電池也為恒定電流充電。 鋰電池 (Li-Ion) 和本文中所述的其他電池相比，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(chǎn)商設(shè)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。 三、論文內(nèi)容 針對鋰電池

23、的充電規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)有鋰電池充電器的特點，本課題欲設(shè)計一款智能手機鋰電池充電器，要求以單片機為控制核心，選擇適當?shù)呐涮自?，設(shè)計硬件電路，并編制相應(yīng)軟件，使所設(shè)計的充電器具有智能化特點，能根據(jù)不同手機鋰電池的電參數(shù)自動確定相應(yīng)的充電控制規(guī)律，自動檢測、充電、斷電、報警等，達到理想的充電效果。 該論文描述了智能手機充電池的一些基本情況及國內(nèi)為現(xiàn)狀和分類，簡述了本設(shè)計的原理與方案，并詳細說明了硬件設(shè)計及仿真結(jié)果。 第二章 系統(tǒng)原理與方案設(shè)計 充電器實現(xiàn)的方式不同會導致充電效果的不同。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停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽

24、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，而采用小電流涓流補充充電。 手機電池的使用說明和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它具有教高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復充電多次，使用壽命較長，價格也越來越低。鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至作大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。[12] 一部好的充電器不但能在短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電

25、池起到一定的維護作用，修復由于使用不當造成的記憶效應(yīng)，即容量下降（電池活性衰退）現(xiàn)象。 要求設(shè)計一個智能手機充電器，能夠?qū)崿F(xiàn)電池預充、快充、恒壓充電；監(jiān)控充電狀態(tài)；太陽能供電以及充電保護。為實現(xiàn)對鋰電池的安全充電，我們采用AT89C51 單片機結(jié)合MAX1898鋰離子電池充電芯片，配合外部PNP 或PMOS 晶體管可以組成完整的單節(jié)電鋰離子(Li+)電池智能充電器。MAX1898 提供精確的恒流/恒壓充電。電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75%，提高了電池性能并延長了使用壽命。 總體電路包括：電源模塊；AT89C51單片機模塊；充電模塊；充電過程監(jiān)測模塊；電路保護模塊；外部太陽能電源模塊。 主

26、要器件及其功能 AT89C51引腳說明 圖2-1 AT89C51引腳分布圖 圖2-1是AT89C51的引腳分布圖。 其引腳說明如下： VCC：AT89C51電源正極輸入，接+5V 電壓。 GND：電源接地端。 XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時，些引腳應(yīng)接地。 XTAL2：接外部晶振的一個引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 RST：AT89C51的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片又時，只要將此引腳電

27、位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。 ALE/PROG：ALE 是英文"ADDRESS LATCH ENABLE"的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時，ALE 信號負跳變來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器 (如 74LS373)，將端口 P0 的地址總線(A0-A7)鎖存進入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時鐘輸入。當問外部存儲器期間，將以 1/12 振蕩頻率輸出。 EA/VPP：該引腳為低電平時，

28、則讀取外部的程序代碼 (存于外部 EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此在 8031 中，EA 引腳必須接低電位，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 AT89C51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內(nèi)部程序存儲器，當程序指針 PC 值超過片內(nèi)程序存儲器地址(如 8051/8751/89C51 的 PC 超過 0FFFH)時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運行。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM、89C51 內(nèi)部 FALSH 時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751 為 2lV、AT89C51 為 12V、8051 是由生產(chǎn)廠方一次性加工好)。

29、 PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生二次 PSEN 信號。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時，不產(chǎn)生 PSEN 信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時，亦不產(chǎn)生 PSEN 信號。 P0：P0 口(P0.0~P0.7)是一個 8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據(jù)時，它是地址總線（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I／O 口用。P0 口每一個引腳可以推動 8 個 LSTTL 負載。 P1：P1 口(P1.0~P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0

30、端口(準雙向并行 I/O 口)，其輸出可以推動 4 個 LSTTL 負載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。 P2：P2 口(P2.0~P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準雙向并行 I/O 口)，當訪問外部程序存儲器時，它是高 8 位地址。外部不擴展而單片應(yīng)用時，則作一般雙向 I/O口用。每一個引腳可以推動 4 個 LSTL 負載。 P3：P3 口(P3.0~P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/0 端口(準雙向并行 I/O 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其特殊功能引腳分配如下： P3.0 R

31、XD 串行通信輸入 P3.1 TXD 串行通信輸出 P3.2 INT0 外部中斷 0 輸入，低電平有效 P3.3 INT1 外部中斷 1 輸入，低電平有效 P3.4 T0 計數(shù)器 0 外部事件計數(shù)輸入端 P3.5 T1 計數(shù)器 1 外部事件計數(shù)輸入端 P3.6 WR 外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效 P3.7 RD 外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效[14] MAX1898引腳說明 圖2-2 MAX1898引腳分布圖 充電芯片MAX1898有10個引腳，其引腳分布如圖2-2所示。 其引腳功能如下： IN（1腳）：傳感輸入，檢測輸入的電壓或電流。 /CHG

32、（2腳）：充電狀態(tài)指示腳，同時驅(qū)動LED。 EN/OK（3腳）：使能輸入腳/輸入電源“好”輸出指示腳。EN為輸入腳，可以通過輸入禁止芯片工作；OK為輸出腳，用于指示輸入電源是否與充電器連接。 ISET（4腳）：充電電流調(diào)節(jié)引腳。通過串聯(lián)議和電阻到地來設(shè)置最大充電電流。 CT（5腳）：安全充電時間設(shè)計引腳。接一個時間電容來設(shè)置充電時間，電容為100nF時，幾乎為3個小時，此引腳直接接地將禁用此功能。 RSTRT（6腳）：自動重新啟動控制引腳。當此引腳直接接地時，如果電池電壓掉至基準電壓閥值以下200mV，將會重新開始一輪充電周期。此引腳通過電阻接地時，可以降低他的電壓閥值。此引腳懸空或者

33、CT引腳接地（充電時間設(shè)計功能禁用）時，自動重新啟動功能被禁用。 BATT（7腳）：電池傳感輸入腳，接單個LI+電池的正極。此引腳需旁接一個大電解電容到地。 GND（8腳）：接地端。 DRV（9腳）：外部晶體管驅(qū)動器，接晶體管的基極。 CS（10腳）：電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。 充電芯片MAX1898的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時器、溫度檢測器和主控制器。 輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負載電流與充電電流。當檢測到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時，通過降低充電電流從而控制輸入電流。因為系統(tǒng)工作時電源電流的變化范圍較大，如果充電器沒

34、有輸入電流檢測功能，則輸入電源必須能夠提供最大負載電流與最大充電電流之和，這將使電源的成本增高、體積增大，而利用輸入限流功能則降低充電器對直流電源的要求，同時也簡化了輸入電源的設(shè)計。 MAX1898外接限流型充電電源和P溝道場效應(yīng)管，可以對單節(jié)鋰電池進行安全有效的快充，其最大特點是：在不使用電感的情況下，仍能做到很低的功率耗散，可以實現(xiàn)預充電，具有過壓保護和溫度保護功能，最長充電時間的限制可為鋰電池提供二次保護。 本設(shè)計的核心器件是MAX189。MAX1898可對所有化學類型的LI+電池進行安全充電，它具有高集成度，在小尺寸內(nèi)集成了更多功能，盡可能多地覆蓋了基本應(yīng)用電路，只需要少數(shù)外部元件

35、。 MAX1898配合外部PNP或PMOS晶體管可以組成完整的單節(jié)鋰電池充電器。MAX1898提供精確的恒流/恒壓充電，電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75%，提高了電池性能并延長了電池使用壽命。充電電流可由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流，無須外部檢流電阻。MAX1898提供了充電狀態(tài)的輸出指示、輸入電源是否與充電器連接的輸出指示和充電電流指示。MAX1898還具有一寫功能，包括輸入關(guān)斷控制、可選的充電周期重啟（無須從新上電）、可選的充電終止安全定時器和過放電電流的低電流預充。 MAX1898的關(guān)鍵特性如下： l 簡單、安全的線形充電方式。 l 使用低成本的PNP或PMOS調(diào)整元件。 l 輸入電壓：4

36、.5~12V。 l 內(nèi)置檢流電阻。 l 0.75%電壓精度。 l 可編程充電電流。 l 輸入電源自動檢測。 l LED充電狀態(tài)指示。 l 可編程安全定時器。 l 檢流監(jiān)視輸出。 l 可選/可調(diào)節(jié)自動重啟。 l 小尺寸μMAX封裝。[13] 6N137引腳說明 圖2-3 6N137引腳分布圖 光藕模塊6N137的引腳分布圖如圖2-3所示。 其引腳功能如下： NC（1腳、4腳）：懸空。 +（2腳）、-（3腳）：發(fā)光二極管的正負極。 GND（5腳）：接地端。 OUTPUT（6腳）：輸出腳。 EN（7腳）：使能腳。為低時，無論有無輸入，輸出都為高。不使

37、用時，懸空即可。 VCC（8腳）：電源輸出腳。[15 第3章 智能手機充電器硬件設(shè)計 電池充電器電路設(shè)計包括單片機電路的設(shè)計、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路的設(shè)計、充電控制電路的設(shè)計和電源電路的設(shè)計。 3.1 單片機電路 智能充電器電路單片機部分如圖3.2，U1為單片機AT89C51，工作在11.0592MHz時鐘；U2為蜂鳴器，蜂鳴器由單片機的P1.2腳控制發(fā)出報警聲提示；單片機的P2.0腳輸出控制光藕器件，在需要的時候可以及時關(guān)斷充電電源；單片機的外部中斷0由充電芯片MAX1898的充電狀態(tài)輸出信號/CHG經(jīng)過反相后觸發(fā)。 圖3.1 手機鋰電池智能充電器電路單

38、片機部分原理圖 3.2 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路 耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器，簡稱光耦，是開關(guān)電源電路中常用的器件。耦合器以光為媒介傳輸電信號。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。本次設(shè)計選擇了6N137光耦合器。 6N137光耦合器是一款

39、用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850 nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速，5mA的極小輸入電流。 工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA 最大輸入電流，高電平：15mA 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：Vcc 最大電源電壓、輸出：5.5V 扇出(TTL負載)：8個(最多) 工作溫度范圍：-40C to +85C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等 6N137光耦合器

40、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如圖3.2所示。 圖3.2 6N137光耦合器 需要注意的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有—個0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。6N137光耦合器的使用需要注意兩點：第一是6N137光耦合器的第6腳Vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個電阻；第二是6N137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個LED，必須串接一個限流電阻。 圖3.3是電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖。U3為輸出

41、+5V的電壓轉(zhuǎn)換芯片M7805，它將12V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為固定的5v輸出；u4為光耦隔離芯片6N137，其輸入為LM7805產(chǎn)生的5V電壓，輸出為經(jīng)過隔離的5V電壓，U4的2腳和單片機的P2．0相連，由單片機控制適時地關(guān)閉充電電源。 圖3.3 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖 3.3 充電控制電路 圖3.4所示的為充電控制部分的電路原理圖，其核心器件為充電芯片MAX1898，其充電狀態(tài)輸出引腳/CHG經(jīng)過74LS04反相后與單片機INT0相連，觸發(fā)外部中斷。LED＿R為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電源接通；LED＿G為綠色發(fā)光二極管，綠燈表示處于充電狀態(tài)。Q1為P溝道的場效應(yīng)管，由MA

42、X1898提供驅(qū)動。圖中，R4為設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.8kΩ，設(shè)置最大充電電流為500mA;C11為設(shè)置充電時間的電容，容值為100nF，設(shè)置最大充電時間為3小時。 圖3.4 手機鋰電池智能充電器電路充電控制部分原理圖 首先，監(jiān)測MAX1898的輸出信號CHG，當MAX1898將要完成充電時，該引腳會發(fā)出周期為4s的脈沖，單片機的INT0引腳接收中斷后，產(chǎn)生中斷，并使用單片機的T0計數(shù)器開始計數(shù)，當下一個脈沖到來時，在定時器程序中判斷單片機的計數(shù)值是否在4s左右，如果是，則通過控制P1.2和P1.3引腳關(guān)斷電源，并引發(fā)蜂鳴器報警。 在MAXl898和外部單片機的共同作用

43、下，實現(xiàn)了如下的充電過程。 1． 預充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當充電器檢測到電池時將定時器復位，從而進入預充過程，在此期間充電器以快充電流的10％給電池充電，使電池電壓、溫度恢復到正常狀態(tài)。預充時間由外接電容CcT確定(100nF時為45分鐘)，如果在預充時間內(nèi)電池電壓達到2.5V，且電池溫度正常，則充電進入快充過程；如果超過預充時間后，電池電壓仍低于2.5V，則認為電池不可充電，充電器顯示電池故障，LED指示燈閃爍。 2． 快充 快充過程也稱為恒流充電，此時充電器以恒定電流對電池充電。恒流充電時，電池電壓緩慢上升，一旦電池電壓達到所設(shè)定的終止電壓，恒流充電終止，充電電流

44、快速遞減，充電進入滿充過程。 3． 滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或滿充時間超時，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。頂端截止充電時，充電器以極小的充電電流為電池補充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達到終止電壓時有充電電流通過電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截止充電過程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其他串聯(lián)電阻對電池端電壓的影響，但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對電池終止電壓的檢測有影響。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長電池5％～10％的使用時間。 4． 斷電 當電池充滿后，MAXl898芯片的2號管腳發(fā)送的脈沖電平會由低變高，這將會被單片機檢測到，引起

45、單片機的中斷，在中斷中，如果判斷出充電完畢，則單片機將通過P2.0口控制光耦6N137，切斷LM7805向MAXl898的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。 5． 報警 當電池充滿后，MAXl898芯片本身會熄滅外接的LED綠燈。但是，為了安全起見，單片機在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后，不僅會自動切斷MAXl898芯片的供電，而且會通過蜂鳴器報警，提醒用戶及時取出電池。當充電出錯時，MAXl898芯片本身會控制LED綠燈以1．5Hz左右的頻率閃爍，此時不要切斷芯片的供電，要讓用戶一直看到此提示。 3.4 電源電路設(shè)計 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78系列

46、和負電壓輸出的lm79系列。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 1 LM7805 主要特點 ① 輸出電流可達 1A ② 輸出電壓有：5V ③ 過熱保護 ④ 短路保護 ⑤ 輸出晶體管 SOA 保護 如圖3.5所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。 圖3.5 LM7805構(gòu)成的5V穩(wěn)壓電源電路 輸出電阻 輸入電壓為Ube，輸出電壓為Uo，Auo為放大倍數(shù) Auo=Uo/Ube=-p1p2Yfe/G （3.1） G=C1p1p1+C2+C3p3p3 （3.2）