基于单片机的智能型充电器电源和显示的设计

摘 要

由于人们生活条件的日益改善，接触电子产品的机会越来越多。从MP3到数码相机，从手机到笔记本电脑，无疑都充斥着我们的生活，大部分所用到的电池设备都用到了充电器，随着充电器的种类日渐繁多，一个轻巧智能得充电器被人们所需求。从严格意义上说，只有单片机参与的充电器才是智能充电器。

该设计用89S52、处理控制能力来实现充电器的智能化。在单片机的控制下，实现了预充，自动断电和充电完成报警提示。除了AT89S52外，该电路还包括MAX1898,6N137 ,ADC0832,DS18B20芯片共同完成智能化。 其中可以对Li电池安全充电是充电过程的核心芯片，通过它和外部电路可以实现预充、快充、满充、断电和报警整个过程；6N137 光电耦合芯片，使在满充时能够及时的切断电源；ADC0832是一串口器件，配合这显示器能随时显示出电池两端的温度和电压，从而实现充电器件的保护；DS18B20为一线式数字温度传感器，与数码管合用可以随时显示出电池两端的温度，使充电过程中温值更加明显。

关键字：智能充电器，AT89S52，MAX1898,显示

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目 录

摘 要 .............................................................................................................................................. I 1绪 论 ............................................................................................................................................. 1 2基本方案 ....................................................................................................................................... 2 2.1单片机模块 ............................................................................................................................ 3 2.2充电过程模块 ....................................................................................................................... 3 2.3光耦模块 .................................................................................................................................. 4 2.4充电电压提供模块 ............................................................................................................ 5 3软硬件设计 .................................................................................................................................. 6 3.1硬件设计 .................................................................................................................................. 6 3.2软件设计 ................................................................................................................................ 13 4软硬件仿真 ................................................................................................................................ 16 5设计体会 ..................................................................................................................................... 16 参考文献.......................................................................................................................................... 17 致谢 ..................................................................................................................................................... 18

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1绪 论

电池就是通过将化学能转化成电能的电能器件。电池可分为一次电池和二次电池，一次电池顾名思义为一次性使用的，二次电池就是可以反复使用的电池。显而易见，二次电池是发展的趋势，其中锂电池就是二次电池的一种。

手机电池的使用寿命和每次充电所使用的时间和过程密切相关，手机电池大多都是锂电池，它具有较高的重量比、能量比和记忆功能，可多次反复使用，使用寿命较长。锂电池对电路的需求也是比较高的，需要保护电路，为了有效的利用电池的容量，必须将锂电池的充点达到最大电压值，但过压又会导致电池的损坏，这就需要一个显示，来提醒着。 锂离子电池的充电要求有：

① 终止充电电压的允差为额定值的±1%,过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。

② 充电速率常用为0.5C—1C。采用0.5C充电速率时，因充电过程中的电化学反应会产生热量，所以有一定的能量损失。

③ 锂离子电池充电的温度范围为0℃—60℃，如果电流过大，会使温度过高。不仅会损坏电池，而且可能引起爆炸。

④ 锂离子电池的终止放电电压为2.5V，严重过放电可能造成锂离子电池失效。对过放电的电池充电可以通过预处理进行补救，当锂离子电池电压大于2.5V，则按正常方式充电；若锂离子电池低于2.5V，则用小电流充电，充到2.5V后再按正常方式充电。

下面对电池基本参数进行简单的介绍。 1. 额定电压：

额定电压是指电池正常工作时正极与负极之间的的电压，通常锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满电时的电压与电池的阳极材料有关：阳极材料为石墨时，电池电压为4.2V；阳极材料为焦炭，电池电压为4.1V。通常锂离子电池的铭牌上标识的是加阳极材料的压降后的电压。即通常是4.2V或4.1V。 2. 电池容量：

电池容量是指电池存储电量的大小。电池容量的单位是mAh，中文名称是毫

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安时（在衡量大容量电池如铅蓄电池时，为了方便起见，一般用Ah来表示，中文名是安时，1Ah=1000mAh）。定义是以20小时为标准。例如800mAh电池是指连续放电电流为40mA,放电完毕共耗时20小时。另一种是以W/CELL计算,即单位极板消耗功率，定义是以15分钟为标准.例如1221W电池为每一CELL供电21W可供电15分钟。 3. 充放电速率：

有时率和倍率两种表示法。时率是以充放电时间表示的充放电速率，数值上等于电池的额定容量(安·小时)除以规定的充放电电流（安）所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表示法，其数值为时率的倒数。原电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到终止电压的时间来表示。单位为C。放电速率对电池性能的影响较大。一般地，对于每块电池厂家都有规定的充放电速率，充电速率过大，很可能造成过电流充电，使电池内部消耗较大的能量，产生热能，对电池不利；充电速率过小意味着充电时间较长。

4. 充电速率，电池容量，充电时间及充电电流之间的关系：

以下电池容量是指电池铭牌上标识的容量，充电电流是连续的充电电流[1]。 充电速率?充电电流 （0-1）

电池容量1充电速率? （0-2）

充电时间充电时间?电池容量 （0-3）

充电电流满足电池的的需求，设计了该智能型充电器，可以在单片机的控制下能控制电池的预充、充电保护、自动断电和充电完成自动报警提示的功能。比起一般的充电器，该充电器可以完整的显示充电的全过程，更智能化。

2基本方案

该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现智能充电器的显示。

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2.1单片机模块

智能的实现利用单片机控制，经过分析，机可以选择ATMEL公司的AT89S52，其中该单片机含有8位CPU，8KB可编程的ROM，6个中断源，可扩展64KB的ROM和64KB的RAM，看门狗定时器等，通过AT89S52来控制充电充满时蜂鸣器的警报声，以及通过中断来控制光耦器件的通电和断电[2]。

2.2充电过程模块

根据目前市场存在大量的电池芯片，它们可以直接用于进行充电器的设计。在选择电池充电芯片时，需要参考以下标准。

● 电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池等）需选择不同的充电芯片。

● 电池数目：可充电池的数目。

● 电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 ● 充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。

该设计要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。

MAX1898配合外部可以组成完整的单节锂电池充电器。MAX1898提供精确的恒流/恒压充电，电池电压调节精度为?0.75%，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流， 无须外部检流电阻。MAX1898提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898还具有其他一些功能，包括输入关断控制、 可选的充电周期重启（无须重新上电）、 可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。MAX1898的关键特性如下。

● 简单、 安全的线性充电方式。 ● 使用低成本的PNP。 ● 输入电压： 4.5~12V。 ● 内置检流电阻。 ● ?0.75%电压精度。

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