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1、智能稳压充电器的设计与制作摘要在电子技术高速发展的今日，人们对于电子产品的要求也越来越趋于成本低，方便携带，智能化。而电子产品大多依靠电池供电，现在存在市面上的电池种类有镍氢、镍镉、铅蓄电池、锂电池。由于各个电池充电特性不同，各有利弊，导致他们同时存在于市面上，同时使得各种类型充电器相应而生。目前人们对于充电器的使用越来越广泛，几乎所有配备电池的设备都需要充电器，充电器也给人们出差办公或外出旅游等社交活动提供很大的便利。本课题设计一种以单片机控制为核心的智能手机充电器，单片机普遍适用于充电器领域，并与充电器有着良好的兼容性。我们依靠单片机的控制、处理能力来完成对充电器智能化的实现。从严谨方面来
2、说，智能充电器必须有单片机参与其中充电过程。在本次设计中，使用的元器件比较普遍并且具有很高的效率，所编写的程序比较稳定、简洁。详细说明了智能充电器的结构组成，并对使用的元器件进行详细的介绍，着重介绍了充电器的核心元器件单片机AT89S52和充电芯片MAX1898。设计的电路包括电压转换电路、充电控制电路、单片机电路。在软件设计中，以C语言为开发工具，进行了详细的设计，保证了硬件设计的所需功能，实现了系统的稳定性，可靠性、安全性。该充电器具有检测电池充电进度，实时显示输出电压；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能。使电池防受损能力大大增强，提高了电池的可使用时间。关键词：
3、智能充电器；单片机；MAX1898The Design and Manufacture of Intelligent Voltage ChargerABSTRACTIn the rapid development of electronic technology today，To the requirement of electronic products is becoming more and more people tend to be low cost, convenient to carry, intellectualization，And electronic products m
4、ostly rely on battery power,The types of batteries have on market now exist nickel metal hydride, nickel cadmium, lead-acid batteries, lithium batteries，Because each battery charging characteristic is different, each have advantages and disadvantages, cause they exist in the market at the same time,
5、 also make all kinds of charger accordingly，Now people for the use of the charger is more and more widely. Almost all equipped with battery equipment need charger. Office or travel charger is on a business trip to people and other social activities to provide great convenience.This topic design a ki
6、nd of mobile phone battery charger based on MCU,MCU are widely used in the field of battery chargers, we use it to control and processing capacity to implement the intelligent of the charger. In a strict sense, only single chip microcomputer control and processing of the charger can called smart cha
7、rger.Universal and efficient in the design, the choice of hardware, design software of reliable and stable. Details the structure of the charger, the composition of hardware and the introduction of components, including the charging voltage conversion circuit, control circuit, single chip microcompu
8、ter circuit .And the charger of core components - and AT89S52 MCU chip MAX1898 has carried on the detailed introduction .In software design, C language as the development tool, has carried on the detailed design and implement the system stability, reliability and security.The charger has a test batt
9、ery charging schedule, real-time display output voltage; Automatic switch charging mode to meet the needs of the rechargeable battery charge; The charger short circuit protection function. Better protect the battery and prolong the service life of the battery.Key Words: Intelligent charger；Single ch
10、ip microcomputer；MAX1898目录第一章绪论11.1 课题研究的意义11.2 充电器发展状况11.3 课题研究主要内容及组织结构1第二章电池的充电方法与充电控制技术32.1 电池的充电方法32.2 单片机控制的充电器的优点42.3 电池的充电控制技术42.3.1锂电子电池简介42.3.2快速充电器介绍42.3.3快速充电终止控制方法52.4 本章小结7第三章智能稳压充电器的硬件设计83.1 系统框图83.2 单片机控制模块83.3 充电控制模块103.3.1MAX1898的特性103.3.2MAX1898充电工作原理113.4 充电电压转换模块133.5 液晶显示模块143.
11、6 蜂鸣报警模块153.7 本章小结15第四章智能稳压充电器的软件设计164.1 程序功能以及主要变量说明164.2 程序流程图164.3 本章小结18第五章测试19第六章结论21参考文献22附录23致谢27第一章绪论1.1 课题研究的意义随着科学技术的不断进步，易携带的电子产品以很快的速度更新换代，使得电池的续航时间大大增长，而作为电子产品不可或缺的一部分，运用到电池的地方越来越多，导致可充电电池的需求量也与日俱增，同时对充电器的要求也变得以低成本，低功耗，易携带，高充电率、体积小、而且安全实用为主要指标。智能充电器是依靠先进的单片机控制技术所制造出来的充电器，它充斥着我们的生活。对充电器进
12、行设计，可以更加清楚的知道充电器的制作流程，提高我们对电子产品的设计能力，增强了我们的实际动手操作能力。让我们能够拥有更加严谨的设计思维、更好的搜集、整合相关的先进信息、了解前沿的科技和生产技术、充分把我们学过的各种知识，应用在设计思路，模型的建立、以及实物的制作中。1.2 充电器发展状况充电器的发展经历了三个阶段：1.限流限压式充电器：这是充电器发展史的第一个阶段，这种充电器起初的充电方法是限压式充电，后来演变成限流限压式充电，充电器以使用时间长短为衡量基准，一般是810年左右，与充电次数的多少无关，浅充浅放。2.恒流/限压式充电器：充电器发展史的第二个阶段，这种充电方式在充电器发展历程中运
13、用了大概50年的时间，其工作原理是用恒定电流充电到预定好的电压值，然后剩下的部分用恒定电压完成，两个阶段切换的电压就是第一阶段的最终电压，也就是第二阶段的恒定电压1。这种充电器的缺点是效率不高，对电池的保护不够，极易降低电池保护寿命。3.自适应智能充电器：充电器发展史的第三个阶段，随着科技发展，先进的工艺制造，更高端集成化电路也与充电器结合起来，使得充电器的设计越来越体积小，智能化。充电器设计进入全新的阶段，这就是第三代充电器。这种充电器遵循各种电池的工作原理，由单片机进行控制通过转换各种充电模式对电池进行充放电，并且有温度保护功能，不需要人工参与，减少失误，有效的保护了电池，延长了使用寿命。
14、1.3 课题研究主要内容及组织结构本课题要求设计一种智能稳压的充电器，掌握相关的充电控制技术，设计的充电器能够满充自动断电，蜂鸣报警提示、液晶显示充电进度、充电电压以及温度。充电器智能化能过更好的对电池充电过程进行保护，提高电池的使用时间，同时大大减少电池充电时间。对充电器进行硬件与软件的设计，包括设计单片机控制模块、充电芯片模块、外部显示模块等等。第一章 绪论。介绍了课题研究的意义，充电器的发展情况,以及介绍了设计的主要内容、主要工作，这是论文的设计基础。第二章 电池的充电方法与充电控制技术。本章描述了几种电池充电方法的优缺点，介绍了由单片机控制充电过程的充电器的优点，以及电池终止充电的几种
15、控制方法，有效保证电池在充电控制过程中不过充。第三章 智能稳压充电器硬件设计。设计系统框图及原理图，各个电路模块及介绍所用到的元器件。第四章 智能稳压充电器软件设计。对单片机程序进行C语言编程以实现充电器的各个模块功能。第五章 测试结果。通过对制作出来的实物进行上电测试，展示测试结果。第六章 结论。总结了本次课题设计的完成情况以及还有哪些做得不足的地方，并提出如何加以改进优化的设想。27第二章电池的充电方法与充电控制技术2.1 电池的充电方法1.恒流充电（1）恒流充电采用恒流充电，电池的充电效率很高，同时可以改变充电电池的节数，充电终止由时间控制，但因为外部电源输入不稳定，必须外接一个直流恒流
16、源，但直流恒流源造价偏高，性价比不高，所以准恒流充电相应而生。（2）准恒流充电准恒流充电，意思是在直流输入电源与电池之间连接一个可变的电阻，经过调节可变电阻的阻值来保证电源稳定的输入，由于此种充电方式电路设计简单，性价比高于恒流充电，所以被广泛使用。2.恒压充电在这种充电方式下。充电电流由两端的电压所决定的，充电初期所需要的电流较大，后期需要的电流较小，充电电流一般选用电压最大时，效率最高。另外，充电最后阶段电压达到最大值后会有小幅的降低，而电流却持续增大，这样会很损害充电电池的使用寿命，使充电电池过热，造成热损耗，所以也不推荐使用恒压充电方式。3.涓流方式 涓流方式一般在不能切断电源的地方使
17、用，例如应急电源，备用照明设备。这种充电方式电池一段与负载相连接，另一端与充电器直流电源相连接，只有当直流电源两端电压小于电池两端电压，或者直流电源停止对电池进行供电了，电池才开始对负载进行供电。4.浮充方式浮充方式的意思是，为了使用电器时常维持在满电状态，电池用小电流（C/30）进行充电，以防不时之需。5.分阶段充电分阶段充电的意思是起初充电电流很高，当达到电压设定的临界值时，改为小电流充电，这是最理想的充电方式，但是缺点是造价昂贵，电路复杂。6.快速充电用大电流对电池进行快速充电的时候，为了防止电池损坏，在充电后期需要外接控制电路，它可以实时监测电池电压的变化，从而对电池充电状态进行控制。
18、（1）电池电压检测用较大电流给电池充电，充电后期监测电池的电压，当电池电压达到设定值时，用小电流充电替换大电流。小电流充电可以有效保证充电饱和度。控制电路设置的充电截止电压应低于充电峰值电压。（2）检测电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的，采用控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断2。2.2 单片机控制的充电器的优点现在，市面上各式各样的充电器，充电器的充电方式不同导致充电效果也不尽相同，一些采用大电流充电的充电器，虽然充电时间缩短，但是在充满后如果不能及时关闭电源，会造成电池的发烫，损害电池的
19、使用时间，一些小成本制作的充电器选用的监测方式是电压比较法，当检测到充电已到85%-95%时，就采用涓流充电，直至充满，但是容易造成过充电。所以，比较科学的充电器能有效检测电压，采用不同方式进行充电，并且对电池充满以后可以及时关闭电源，这都必须有专业的芯片进行控制，本次设计用单片机和充电芯片共同协作工作，采用公认较好的检测技术，精确检测电压信号变化，对充电进行控制。2.3 电池的充电控制技术2.3.1锂电子电池简介锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电子电池能量高、电能存储密度大、漏电量小，工作电压高，还可以制作成任意形状，适应不同产品的需要3。锂电池于镍类电池
20、相比，在相同输出功率条件下，重量减少一半，体积减少20%。锂电子电池没有记忆效应，可在任意时间点充电，并且有效的保持电荷，但是使用中要尽量避免过充过放，损坏电池4。2.3.2快速充电器介绍快速充电器，顾名思义，充电时间很短，所以采用大电流进行快充，常用的电流值为0.32小时率电流。小时率电流值的计算公式是C(Ah)/t(h)，其中C代表电池出厂设定的容量，t代表时间。 其中的主控电路有多种类型：1.定时型主控电路：定时型主控电路是通过定时电路来对充电进行控制，充电时间由输入电流决定。定时电路通过对时间的控制，来使不同的电流对电池进行充电，由于定时器比较普通，所以制作比较容易，常用它作为自制快速
21、充电器的主要器件。2.电压峰值增量型：有的充电电池的充电电流随两端电压变化，端电压升高，充电流升高，而当充足电时，电压会有小幅的下降，利用该特性对充电器进行设计，当检测到电压微量下降的时候，关闭电源，控制充电结束，这种方法称为法。这种方法不适合自制，控制部分电路复杂，而且成本较高。3.其他主控电路：除了定时型还有电压峰值增量型主控电路，还有温度检测控制电路，这种电路需要依靠热敏电阻对电池的温度进行实时监控，当发现电池的温度升高到超过设定的安全温度时，控制充电器停止充电，当温度下降了，也不会继续充电，除非手动复位，才能转到下一次充电。2.3.3快速充电终止控制方法充电控制技术是充电器系统中软件设
22、计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2.1所示。图2.1 电池的电压曲线Fig.2.1 The battery voltage curve由于锂电池的最佳充电过程无法用单一实现，在这三段应分别采用不同的控制方式，具体为:进入BC段之前，电池电量基本用完，这时候采用恒定的小电流充电；当进入BC段时，若采用恒流充电，电流过大会损坏电池，电流过小使充电时间过长，则根据电压变化情况控制充电电流，使电池充满，若此时停止充电，则电池会自放电。5为防止自放电现象发生，采用浮充方式充电，用小电流进行涓流充电。在恒流充电状态下，不断检测电池端电压，当电池电压达到饱和电压时，恒流
23、充电状态终止，自动进入恒压充电状态；恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流的1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。6电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法。71.定时控制该方法适用于恒流充电。充电的时候，因为是恒定电流，根据电池的容量还有充电电流的大小，可以很容易推算出来所需的充电时间。当达到充电时间后，定时器会发出信号停止进行充电或者改为浮充
24、状态维持充电电流，这样可以有效的避免大电流充电对电池造成的损伤。这种控制方法的缺点是，充电前，电池的容量没法准确的去得知，而且在充电过程中也会有元器件的发热，导致一定的功率损耗，所以实际的充电时间不能准确得到8。该方法充电时间固定，不能自动及时调整充电模式，所以有可能充不足电或者过充。2.电池电压控制在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：电压负增量()：在充电过程中，负增量的出现不受电池电压、外界温度、充电速率的影响。所以，通过监测负增量可以准确判断出是否已经充满电。这种方法的缺点是：在电池充满电之前，会有局部出现电压负增量，此时会误判电池已经充满电而停止快充；还有
25、镉镍电池在充满电以后由于出现负增量的现象比较缓慢，所以有可能在监测到负增量前电池就已经过充了，长期过充会损害电池的寿命。电压零增量()：锂电池充电器中，为了避免因为负增量出现延迟而使电池过充，所以采用一种0控制法。这种方法通过比较电压的变化而对充电进行控制。缺点是由于监测元器件不是很灵敏，所以当充电时出现电压变化很小的情况，元器件会监测不出来变化，从而进行误操作，所以采用这种方法应选用高灵敏度0监测器件。最高电压(VMAX)：从特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，表示电池充满电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，立即停止快速充电9。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随充电速率、周
26、围环境温度而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也不同，因此采用这种方法并不能十分准确判断出电池是否充满电10。3.电池温度控制因为大电流充电会造成电池发热，所以当温度过高超过设定的数值时，应立即停止充电。常用的温度控制方法有：最高温度(TMAX)：通常在电池充电过程中，设定的温度是40，当热敏电阻检测到温度超过40时，立即停止快速充电。这种方法的缺点是，热敏电阻响应有些滞后。温度变化率(/)：电池在充满电后温度会持续上升，而且上升的速率/是基本相同的，所以当电池温度每分钟上涨一度的时候，应立即停止充电，这种方式的优点是由于热敏电阻的阻值与温度是非线性的，所以为了提高精度，应该设法减少非线
27、性带来的影响11。采用温度控制法时，由于热敏电阻响应滞后，而且是非线性的，所以不能准确检测到充满电的状态。4.综合控制法以上的控制法各有利弊，为了能够准确的检测出充满电状态，需要各种控制法共同协作，这就是综合控制法，包括定时控制、温度控制、电池电压控制。2.4 本章小结本章节通过对电池的充电方法介绍以及充电控制的介绍，可以更加清楚的知道现在流行的充电方法以及如何充电才能更好的保护电池，采用先进的终止充电控制技术保证电池不过充也不会充不满,极大的提高了电池的使用效率。第三章智能稳压充电器的硬件设计 3.1 系统框图图3.1 智能稳压充电器系统框图Fig.3.1 The Charger Syste
28、m diagram智能稳压充电器系统框图如图3.1所示，本课题所设计的充电器由单片机和充电集成电路协同进行充电控制，其中外部显示电路包括充电指示灯，蜂鸣报警器以及液晶显示屏，显示屏显示充电进度，输出电压以及温度，可以更加直观的给使用者展示充电状态，其中单片机控制部分选用由Atmel公司生产的At89s52，充电部分选择充电芯片Max1898，由模/数转换器ADC0832进行转换，显示部分选择1602显示器。3.2 单片机控制模块AT89S52单片机简介：AT89S52是由Atmel公司开发的一种低功耗，高性能CMOS 8位单片机，该单片机功能强大，主要功能特性如下： 兼容MCS-51指令系统
29、8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-33MHz 全双工UART串行中断口线 256bytesRAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针图3.2 单片机AT89S52引脚图Fig.3.2 AT89S52 microcontroller pinmap单片机引脚如图3.2所示：第40管脚（VCC）是电源端；20管脚（GND）是单片机的接地端；第9管脚（RST）是单片机的复
30、位端；第18、19管脚（XTAL1、XTAL2）是单片机外接振荡器和外部时钟信号输入端；31管脚（/VPP）是外接程序存储器访问控制端,输入为高电平时，可以访问片内和片外的程序存储器，输入为低电平时，智能访问片外程序存储器；30管脚（ALE/PROG）只读存储器和地址锁存脉冲输入引脚，输入高电平时，作为地址锁存允许控制信号使用，输入低电平时，作为内部只读存储器脉冲输入端；9管脚RST复位用。I/O口端口结构：1.p0端口结构：I/O口P0.0P0.7为8个管脚，8个管脚连接P1口的驱动，P1口驱动连接P1口锁存器 ，锁存器连接总线。P0口除了作为一般的I/O口使用外，还有第二个功能，就是作为地
31、址和数据线与程序地址寄存器进行交互。2.p1端口结构：P1口除了作为一般的I/O口使用外，还用于在线编程，P1.0P1.7中的P1.5、P1.6、P1.7三个管脚与下载线中三个端口相连，作为下载接口，所以P1口部分的I/O口有双重功能。3.p2口结构：p2口除了当作普通I/O口，第二功能与P0口相同，作为地址和数据线与程序地址寄存器进行交互。4.p3内部结构：p3口同样可作为普通I/O口，它与P0、P1、P2口一样，也具有第二功能，第二功能为与中断、串行口通信还有定时器进行相关的信息交互。单片机电路部分原理图如图3.3所示。图3.3 单片机部分原理图Fig.3.3 MCU part diagr
32、am由图3.3可知，晶振Y、电容C5，C6与单片机XTAL1和XTAL2相连，与单片机内部结构组成一个时钟信号源，作为单片机的工作时序。这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式，晶振频率决定该时钟频率，这里单片机工作频率就是12MHZ。3.3 充电控制模块3.3.1MAX1898的特性图3.4 MAX1898芯片引脚图Fig.3.4 The MAX1898 chip pinMAX1898引脚图如图3.4所示：1脚（IN）输入管脚，实时监测输入电压、电路大小。2脚（CHG）：充电状态指示管脚，同时驱动LED，给用户更直观的感受。3脚（EN/OK）：输入/输出管脚，EN为输入端，可以控制
33、（禁止）芯片工作；OK为输出端，用于显示充电器是否与输入电源连接正常。4脚（ISET）：调节输入电流管脚。设置最大输入电流时应该串联一个电阻接地。5脚（CT）：设置充电时间管脚。充电时间长短由一个时间电容来控制，CT引脚接地表示该功能停止使用。6脚（RSTRT）：控制重新启动管脚。引脚直接接地，如果输入电压低于临界电压，将开始一个新的周期的充电；引脚通过串联一个电阻接地时，可使临界值降低，引脚置空，表示该功能停止使用。7脚（BATT）：电池输入脚，接单节电池正极，需要搭配一个电解电容接地。8脚（GND）：接地端。9脚（DRV）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。10脚（CS）：电流传感输入，接
34、晶体管的发射极。MAX1898关键特性如下：简单、安全的线性充电方式。使用低成本的PNP或PMOS调整元件。输入电压：4.5-12V。内置检流电阻。0.75%电压精度。可编程充电电流。输入电源自动检测。LED充电状态指示。可编程安全定时器。检流监视输出。可选/可调节自动重启。小尺寸MAX封装。3.3.2MAX1898充电工作原理充电芯片MAX1898内部电路包括如下的几个部分：输入电流调节器、电流检测器、电压检测器、温度检测器、主控制器、定时器12。输入电流调节器用来控制电源总输入电流（总输入电流指的是充电电流与负载电流之和），如果检测到总输入电流大于门限电流，则可以通过降低充电电流来降低总输
35、入电流，由于工作时电源电流变化幅度较大，没有输入电流调节器来控制的话，会给输入电源造成很大压力，同时设计输入电源时成本和体积也会增加，所以输入电流控制器有效的降低了成本，同时也使电源设计不复杂，更加简明。图3.5 充电控制部分原理图Fig.3.5 The charging control sectiondiagram电路具体说明如下：电压的允许输入范围为4.5V-12V。通过外接场效应管提供锂电池充电接口13。通过外接电容C来设置充电时间T，这里的时间指的是快充的最大充电时间，它和定时电容C关系如式3.1所示。 C=34.33T 其中，T单位为小时，C单位为nF。一般情况下，C取值100nF，
36、表示最大充电时间大概3小时。在限制电流的模式下，通过外一个电阻来设置最大充电电流，关系式如式3.2所示。 式中，单位为欧姆，单位为nF。当充电电源跟电池在正常的温度下工作时，连接电池将进行一次充电过程。充电时间超出片上设定的最大充电时间时，充电周期结束。MAX1898可以自动检测是否有充电电源接入，如果检测不到就会自动关闭，从而达到降低电池漏电的目的，开始充电后，接通外接的场效应管，当检测到电池电压达到门限电压的时候将进入脉冲充电方式。在控制芯片MAX1898和外围的单片机AT89S52协同控制下，充电过程分为预充、快充、满充、断电和报警5个部分14。以下对五个部分的分别介绍。1.预充预充阶段
37、称为涓流充电，在连接好电池以后，接通电源，检测到充电信号以后，充电器将定时器复位，然后开始进入预充阶段，预充阶段输入电流为快充阶段电流的10%，起初电池电压低使用小电流充电能更好的保护电池元器件，充电一段时间后，电压逐渐上升，当在定时器设置的充电时间内达到预定的电池电压2.9V时，进入快充阶段；如果超过了定时器设定的时间电池电压没有达到2.9V，则充电器默认为此电池已坏，单片机产生故障信号，引脚CHG控制LCD灯指示。2.快充快充阶段也称恒流充电，当电池的电压大于2.9V以上时，足够承受大电流了，所以采用大电流充电，进入快充阶段，采用大电流充电，可以有效的缩短充电时间，充电时间大约一个小时左右
38、，当电池电压达到或者接近充满电压4.2V左右时候，则开始进入满充阶段。3.满充满充阶段也成恒压充电，当电池进入满充阶段后，应逐渐减少充电电流，由恒流转为恒压充电，如果不减少充电电流，会造成充电电压进一步升高，有过充的危险，恒压充电的过程也不短，此阶段电池充进去的电量大约是总体的20%。4.断电当检测到电池已经完全充满后，MAX1898芯片的2引脚（CHG）发送的脉冲信号将会被单片机检测到，引起单片机的中断，从中可以检测到电池充满电的状态14。此时，单片机将切断CW7805向MAX1898芯片的供电，极大的提高了电池的安全性，同时减少了元器件损耗5.报警当电池充满后，MAX1898将会熄灭连接电
39、池的指示灯（绿灯），同时切断MAX1898供电的芯片，并且通过单片机控制蜂鸣器，使其报警，给用户以提示。3.4 充电电压转换模块图3.6 电压转换图Fig.3.6 Voltage transition diagram如图3.6所示，由220V交流电经过电磁线圈耦合成低频的12V直流电，经过CW7805把12V输出电压转换为固定的5V输出。CW7805是三端口正电源稳压元器件，它的封装形式为TO-220.它性价比很高，应用范围非常广泛。工作时由于有过热限制以及工作区保护，元器件不易损坏，但是工作时会温度很高。散热问题有待加强3.5 液晶显示模块图3.7 液晶显示屏Fig.3.7 Liquid c
40、rystal display如图3.7所示，液晶显示器具有体积小、显示十分清晰、功耗低等特点。现在市场上主流的液晶显示器是字符型液晶显示器，它也成为单片机跟用户交互的最直接的器件，同时也是单片机电路设计中常用的显示元器件。1602引脚说明：1602采用单列直插式设计，标准的16脚接口，1602可以显示2行共16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，带有背光显示清晰15。1脚（VSS）：电路公共接地端电压（地电源）。2脚（VDD）：器件内部的工作电压（正电源）。3脚（V0）：液晶显示器对比度调整端，连接地电源对比度最高，连接正电源对比度最低。通常情况
41、下，用一个10左右电位器调节对比度。4脚（RS）：RS为选择寄存器，低电平0是选择指令寄存器，高电平1时选择数字寄存器。5脚（RW）：RW为读写控制端，低电平0时候写入数据，高电平1时候读取数据。6脚（E）：使能端，写数据时候，下降沿使能。7脚14脚（D0D7）：8位双向数据端口。15脚（BLA）：LED背光正极，开通背光需要串联一个限流电阻接VDD。16脚（BLK）：LED背光负极，接地。3.6 蜂鸣报警模块图3.8 报警器原理图Fig.3.8 The principle diagram of the alarm如图3.8所示，Sp是蜂鸣器，它的正极与三极管Q的发射极相连，负极与地线相连。工
42、作过程为：I/O口输入高电平时，三极管Q的基极得到高电平，三极管导通，电流Vcc经集电极流向发射极，并流入蜂鸣器SP。3.7 本章小结本章对智能稳压充电器进行了硬件设计，设计了充电器各个模块的组成以及模块在电路中的作用，对设计中所采用的元器件以及管脚进行了介绍，可以更清楚的了解了充电器的组成以及可实现的功能。第四章智能稳压充电器的软件设计4.1 程序功能以及主要变量说明充电过程由充电芯片MAX1898控制，单片机协助MAX1898对电路进行控制和保护，设计程序的具体功能如下：1.通过CHG信号引起INT0外中断。2.在两次中断中使用T0计数，判断是否充电完毕。如果充电完毕，则控制P1.2和P1
43、.3引脚，输出低电平。当MAX1898确认充电完成后，会在其2脚（CHG）输出又低电平向高电平的跳变，该高电平信号将会引起INT0外部中断，一般有三种情况会使CHG引脚输出为高：一是电池与充电器未连接好，二是确认已经充电完成，三是检测到充电出现异常。前两种情况通过单片机直接切断充电电源即可，所以只要通过程序判断是不是出现充电出错就好，如果确定不是充电出错，则单片机P2.0脚控制切断电源，P3.5脚启动蜂鸣器报警，提示用户。程序中的变量及说明如表4.1所示。表4.1 变量及说明Table 4.1 Variables and instructions变量说明GATE单片机的P2.0口，控制电源充电
44、的开关BEEP单片机的P3.5口，控制蜂鸣器t_countT0的计数值int0_count外部中断脉冲int0 ( )外中断0服务程序timer0 ( )定时器0中断服务程序4.2 程序流程图本次设计的充电器，要实现实时显示充电进度，充电电压，监控温度变化，并且由单片机控制电流输出，更好的保护电池，系统总流程图如下：系统上电，初始化，等待信号指示，单片机控制充电信号输入，实时监测电压和温度并进行转换，在液晶屏上显示。图4.1 系统主程序流程Fig.4.1 The System of the main program flow图4.2 外部中断以及定时器程序Fig.4.2 External in
45、terrupt and timer program单片机有五个中断源：外部中断0、外部中断1、定时器0中断、定时器1中断、串行通信中断，任何中断发生时，单片机会去对应的地址执行中断服务子程序。中断服务子程序起始地址如表4.2所示。表4.2 AT89S52中断向量表Table 4.2 AT89S52 Interrupt Vector Table 中断源向量地址中断标志位外部中断0（INT0管脚）0003HIE0定时器0中断000BHTF0外部中断1（INT1管脚）0013HIE1定时器1中断001BHTF1串行通信终端0023HTI/RI表4.2为中断服务的指挥官，当外部中断1发生时，单片机会到
46、0013H寻找中断服务子程序，此表不可更改。定时器0程序说明：程序开始，停止定时器0计数，重设计数初值5ms，判断外部中断0是否产生3s5s的信号，产生进入下一步，如果外部中断0没再次出现，则认为完成充电，蜂鸣器报警，关闭外部中断0，否则则认为充电出错。4.3 本章小结本章设计了主系统流程图、中断和定时器流程图，通过C语言软件编程对各个模块进行了程序设计，对单片机进行充电控制提供了软件支撑。更好的实现了充电器各个模块的功能，体现智能化。第五章测试图5.1 实物展示图Fig.5.1 Object display如图5.1所示，图中为经过买电路元器件，制作电路板，焊接电路板所制作出来的实物。图5.2 接通电源图Fig.5.2 Connect the power supply如图5.2所示，图中显示的是接通电源后的情况，电源指示灯（红灯）会亮，液晶显示屏显示温度，充电进度还有输出电压，这里没连接电池的时候，进度默认为100%。图5.3 连接电池图Fig.5.3 Connect the battery
