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1、目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的主要工作32 锂电池充电器硬件设计32.1 单片机电路部分32.2 电压转换及光耦隔离电路部分72.3 电源产生电路部分82.4 充电控制电路部分103 锂电池充电器软件设计163.1程序功能163.2 主要变量说明173.3 程序流程图17结 论20致 谢21参考文献22附录1 电路原理图23附录2 主要源程序24摘 要本课题设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，详细说明了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器
2、的核心器件MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。该智能充电器具有检测锂离子电池的状态；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；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，延长了它的使用寿命。关键词：单片机；MAX1898；AT89C2051ABSTRACTThis topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip,
3、 in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail systems hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light
4、pair isolating circuit, and to this battery chargers core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated systems software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design
5、 and the code. Has realized systems reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion batterys condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable batterys charge needs; Battery charger has short circuit
6、 protection function; The charge condition demonstrations function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life，and lengthened the rechargeable batterys service life.Key words：SCM;MAX1898；AT89C20511 绪论1.1 课题研究的背景电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池是可多次反复使用的电池，它又称为可
7、充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下4个指标：工作电压：电池放电曲线上的平台电压。电池容量：常用单位为安时(Ah)和毫安时(mAh)。工作温区：电池正常放电的温度范围。电池正常工作的充、放电次数。二次电池的性能可由电池特性曲线表示，这些特性曲线包括充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线等。二次电池的安全性可用特性的安全检测方式进行评估。二次电池能够反复使用，符合经济使用原则。对于市场上二次电池的种类，大致分为：铅酸(LA)电池、镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池和锂离子(Liion)电池。 1
8、.二次电池的性能比较铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较见表1-1。表1-1 铅酸、镍镉、镍氢和锂离子电池的性能比较电池类型工作电压(V)重量比能量(Wh/kg)体积比能量(Wh/L)循环次数记忆效应自放电率(%/月)铅酸电池2.0400600无3镍镉电池1.250150400500有1530镍氢电池1.26080240300500无2535锂离子电池3.61201403001000无252.镍氢电池、镍镉电池与锂离子电池之间的差异(1)重量方面以每一个单元电池的电压来看，镍氢电池与镍镉电池都是1.2V，而锂离子电池为3.6V，锂离子电池的电压是镍氢、镍镉电池的3倍。并且，同型电池的重量锂离
9、子电池与镉镍电池几乎相等，而镍氢电池却比较重。但锂离子电池因端电压为3.6V，在输出同电池的情况下，单个电池组合时数目可减少2/3从而使成型后的电池组重量和体积都减小。(2)记忆效应镍氢电池与镍镉电池不同，它没有记忆效应。对于镍镉电池来说，定期的放电管理是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下的被动管理，甚至是在镍镉电池荷电量不确切的情况下进行放电(每次放电或者使用几次后进行放电都因生产厂的不同有所差异)，这种烦琐的放电管理在使用镍镉电池时是无法避免的。相对而言，锂离子电池没有记忆效应，在使用时非常方便，完全不用考虑二次电池残余电压的多少，可直接进行充电，充电时间自然可以缩短。记忆效应一般认为
10、是长期不正确的充电导致的，它可以使电池早衰，使电池无法进行有效的充电，出现一充就满、一放就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是，严格遵循“充足放光”的原则，即在充电前最好将电池内残余的电量放光，充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应，所以充电时要特别注意；镍氢电池理论上没有记忆效应，但使用中最好也遵循“充足放光”的原则，这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应而引起容量下降的电池，可以通过一次充足再一次性放光的方法反复数次，大部分电池都可以得到修复。(3)自放电率镍镉电池为15%30%月，镍氢电池为25%35%月，锂离子电池为2%5%。镍氢电池的自放电率最大，而锂离
11、子电池的自放电率最小。(4)充电方式锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。充电速率(蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量，例如用2A的电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C)通常不超过1C，最低放电电压为2.73.0V，如再继续放电，则会损害电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1C充电速率充电至4.1V时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充足电后，进入涓流充电过程。为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全机构，充电器也必须采取安
12、全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。3.课题研究的意义本课题研究的对象主要是锂离子电池的充电原理和充电控制。锂离子电池的充电设备需要解决的问题有:(1)能进行充电前处理，包括电池充电状态鉴定、预处理。(2)解决充电时间长、充电效率低的问题。(3)改善充电控制不合理，而造成过充、欠充等问题，提高电池的使用性能和使用寿命。(4) 通过加强单片机的控制，简化外围电路的复杂性，同时增加自动化管理设置，减轻充电过程的劳动强度和劳动时间，从而使充电器具有更高的可靠性、更大的灵活性，且成本低。本课题研究的意义在于：(1)充分研究锂离子电池的充放电特性，寻找有效的充电及电池管理途径。(2)使充电设备具有
13、完善的自诊断功能和适时处理功能。(3)实现充电器具备强大的功能扩展性，以便为该充电器的后续功能升级提供平台。1.2 课题研究的主要工作 本文主要研究锂电池的充电方法，在此基础上进行系统设计和电路设计，并通过实验结果对充电控制方法测试验证。具体结构如下:第一章 绪论。首先介绍了课题研究的背景，再介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及课题研究的意义和主要工作，这是该论文的设计基础。第二章 锂电池充电器电路设计。选择控制芯片进行介绍和比较。在此基础之上，对该电路的充电控制芯片进行选择、介绍与分析。第三章 通过C语言软件编程设计出锂电池快速充电器电路，来实现对锂电池的自动化控制充电。2 锂电池充
14、电器硬件设计2.1 单片机电路部分 1AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器图1-1(a) A
15、T89C51单片机 (b) AT89C2051单片机AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C系列单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。(1)主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路(2)管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定
16、义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
17、并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口
18、，如下表3-1所示：表2-1 P3口口管脚备选功能P3.0/RXD（串行输入口）P3.1/ TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变
19、的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部
20、程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。(3)振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。(4)芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电
21、擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2AT89C2051AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处
22、理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3所示。与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。AT89C2051芯片的20个引脚功能为：VCC 电源电压。GND 接地。RST 复位输入。当RST变为高电平并保
23、持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 来自反向振荡放大器的输出。P1口8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1” 后，可用作输入。在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。P3口 引脚P3.0P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。P3
24、.6在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。P3口也可用作特殊功能口，其功能见表1。P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。2.2 电压转换及光耦隔离电路部分 耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电源电路中常用的器件。耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号
25、驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。本次设计选择了6N137光耦合器：6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs
26、LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。特性：转换速率高达10MBit/s;摆率高达10kV/us;扇出系数为8;逻辑电平输出;集电极开路输出;工作参数：最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字
27、开关，马达控制系统和A/D转换等 6N137光耦合器的内部结构、管脚如图所示。6N137光耦合器的真值表输入使能输出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH图2-1 6N137光耦合器 6N137光耦合器的真值表 需要注意的是，在6N137光耦合器的电源管脚旁应有个0.1uF的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6N137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。6N137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6N137光耦
28、合器的第2脚和第3脚之间是一个LED，必须串接一个限流电阻。2.3 电源产生电路部分 1 LM7805介绍电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78系列和 图3-2 lm7805样品负电压输出的lm79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，且有一定的电压、电流输出，能够获得不同的电压和电流，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便
29、宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。2.LM7805 主要特点 输出电流可达 1A 输出电压有：5V 过热保护 短路保护 输出晶体管 SOA 保护内部结构框图如图3-3所示：图2-3 LM7805内部结构框图功能框图：图2-4 LM7805功能框图2.4 充电控制电路部分 2.4.1 MAX1898充电芯片1.如何选择电池充电芯片选择电池充电芯片时需要结合实际的应用，具体的选择标准有以下几点。封装：即芯片的大小，
30、对于体积有要求的场合需要选择合适的封装。电流大小：充电的电流大小决定充电时间。充电方式：即是快充、慢充还是可以控制充电过程。使用的电池类型：不同的电池需要不同的充电器。2MAX1898(1)如何使用MAX1898MAX1898是本次设计充电器中的一个关键的器件。首先需要了解MAX1898的一些基本的特性和功能。MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完成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使用寿命。充电电流由用户设定，采用内部检流，无需外部检流电阻。MAX1898提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与
31、充电器连接的输出指示和充电电路指示。MAX1898可对所有化学类型的锂离子电池进行安全充电。电池调节电压为4.2V，采用10引脚、超薄型MAX封装，在更小的尺寸内集成了更多的功能，只需少数外部元件。MAX1898的基本特点如下：4.5V12V输入电压范围；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；检流监视输出。MAX1898的引脚如图3-5所示。图2-5 MAX1898的引脚MAX1898的引脚功能如下。IN：传感器输入，检测输入电压和电流。CHG：LED驱动电路。EN/OK：逻辑电平输入允许/电源输入“好”。ISET：电流调节。CT：安全的充电时
32、间设置。RSTRT：自动重新启动控制引脚。BATT：接单个Li+的正极。GND：地。DRV：外接电阻驱动器。CS：电流传感器输入。MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂离子电池进行安全有效的快充，其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功效耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间限制为锂离子电池提供二次保护。MAX1898的典型充电电路如图3-6所示。图2-6中的MAX1898内部电路包括：输入调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。输入电流调节电路用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，当检测到输入电
33、流大于设定的限流门限时，通过降低电池充电电流可达到控制输入电流的目的。因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源(墙上适配器或其他直流电源)必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源设计。图2-6 MAX1898的典型充电电路()电源输入：锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般的，可以采用直流电源加上变压器提供。()输出：MAX1898通过外接的场效应管提供理电池的充电接口。()充电时间的选择：MAX1898充电时间
34、的选择是通过外接的电容大小决定的。标准的充电时间为1.5小时，最大不要超过3小时，根据这个标准，可以计算得到外接的电容的容值，如下所示：定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：CnF=34.33Tchghours()设置充电电流：MAX1898充电电流在限制电流的模式下，可以通过选择外接的电阻阻值大小决定。最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax1400/Rset当充电电源和电池充电电流达到快充电流的1%，或者是充电时间超出片上预置的充电时间。MAX1898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定
35、的门限时进入脉冲充电方式，P沟道场效应管打开时间会越来越短，充电结束时，LED指示灯将会呈现出周期性的闪烁。具体的闪烁含义如下表2-2所示：表2-2 LED指示灯状态说明充电状态LED指示状态电池或充电器没有安装关闭快充或脉冲浮充亮快充结束或初始化LED以2Hz频率闪烁充电结束LED闪烁周期为4s(2)如何在单片机系统中使用MAX1898锂离子电池具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长、价格也越来越低。锂离子电池的这些特点使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。然而，锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻，需要保护电路。为有效利用电池容量，需将锂
36、离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。针对这些应用特点，本设计提出了一种基于单片机AT89C2051和MAX1898的智能充电器，其基本的原理和功能如图3-7所示图2-7 基于MAX1989的智能充电器的原理图该充电器有如下的功能：具有预充电功能。具有充电保护功能。具有自动断电功能。具有充电完成报警指示功能。在MAX1898内置的充电状态控制和外围的单片机控制下，充电过程分为预充、快充、满充和报警5个部分。以下分别介绍。预充在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其
37、检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10%给电池充电，使电压、温度恢复到正常状体。预充电时间由CT口外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁。快充快充过程也称恒流充电，此时充电器以恒流电流对电池充电。根据电池厂商推荐的充电速率，一般锂离子电池大多选用标准充电速率，充满电池需要1个小时左右的时间。恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电池快速递减，充电进入
38、满充过程。满充在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下或满充时间超时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器以极小的充电电池为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减少了电池内阻和其他串联电阻对电流端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响，一般情况下，满充和顶端终止充电可以延长电池5%10%的使用时间。断电当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚发送的脉冲电平将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。此时，单片机将通过P1
39、.2口控制光耦，切断7805向MAX1898芯片的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减少功耗。报警当电池充满后，MAX1898芯片本身会向外接的LED灯发出指令，LED灯会闪烁。但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断MAX1898芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。2.4.2 充电控制电路的实现1电路原理和器件选择在这里列出和本次设计相关的、关键部分的器件名称及其在电路中的主要功能：AT89C2051:充电器的控制器，控制MAX1898的充电过程，并在充电完毕后切断电源和进行报警。MAX1898:电池充电芯片,在单片机的控制下实现对锂离子电池
40、的充电控制。LM7805:电压转换芯片，将外部的12V电压转化为5V电压，作为单片机和MAX1898的电源。PNP:P沟道场效应管或三极管。LEDR:红色的表贴发光二极管，表示电源接通。LEDG:绿色的表贴发光二极管，表示充电状态。U14:蜂鸣器。6N137:光耦，连接LM7805和MAX1898的电源输入端。2地址分配和连接只列出了和本次设计相关的、关键部分单片机与各个功能管脚的连接和相关的地址分配：CHG:MAX1898充电状态输出，连接到单片机的INT0,单片机判断充电完毕后，通过P1.2引脚切断MAX1898的电源输入。GATE:连接单片机的P1.2引脚，当单片机判断充电完毕后，P1.
41、2管脚输出低电平，光耦不导通，从而切断MAX1898的电源输入。BEEP:单片机控制蜂鸣器的引脚。5V:LM7805的输出端，为+5V电压。5VIN:光耦输出到MAX1898的电源输出端，该端口的导通与否是通过单片机的GATE信号控制的。3功能简介首先，监测MAX1898的输出信号CHG，当MAX1898将要完成充电时，该引脚会发出周期为4s的脉冲，单片机的INT0引脚接收中断后，产生中断，并使用单片机的T0计数器开始计数，当下一个脉冲到来时，在定时器程序中判断单片机的计数值是否在4s左右，如果是，则通过控制P1.2和P1.3引脚关断电源，并引发蜂鸣器报警。利用MAX1898、LM7805和A
42、T89C2051单片机共同构成的锂离子电池充电器电路，具体的电路如图3-8所示：图2-8 锂离子电池充电电路3 锂电池充电器软件设计3.1程序功能基于单片机AT89C2051和MAX1898的智能电池充电器的程序需要完成以下的功能：通过CHG信号引起INT0外中断。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P1.3引脚，输出低电平。3.2 主要变量说明程序中的变量及说明如表3-1所示。表3-1 变量及说明变量说明GATE单片机的P1.2口，控制电源的开关BEEP单片机的P1.3口，控制蜂鸣器t_countT0的计数值int0_count外部中断脉冲int0 ()
43、外中断0服务程序timer0 ()定时器0中断服务程序3.3 程序流程图单片机控制的智能充电器的程序流程图如图3-1所示开始初始化while(1)图3-1(a) 等待外部信号输入Y外部中断入口Int0_count=0?启动定时器0：t_count=0返回Int0_count+N图3-1(b) 外部中断程序YNNNYY定时器0服务程序关闭T0计数重设计数初值3st_count5s?Int0_count为1？充电完毕，蜂鸣器报警，切断电源关闭T0中断和外部0中断返回启动T0计时充电出错图3-1(c) 定时器程序Int0_count=0?t_count+图3-1 智能充电器的程序流程图外部中断0设为
44、边沿触发。程序的简单介绍：中断 第一个下降沿 T0开始计数 第二次下降沿 停止T0计数 读取T0计数器 中断返回结 论本论文描述了锂离子电池快速充电过程的基本原理,设计了对单节4.2V锂离子电池充电的充电器，它能够快速完成锂离子电池的充电过程。根据对锂离子电池的充放电特性和充电控制方法的分析得出：锂离子电池充电器常采用三段充电法，即预处理、恒流充电(快充)和恒压充电(充满)。开始以设定的恒流充电，锂离子电池的电压以较高的斜率增长，在充电过程中斜率逐步降低，充到接近4.2V时，恒流充电阶段结束，接着以4.2V恒压充电。在恒压阶段充电时，电压几乎不变(或稍有增加)，充电电流不断下降。当充电速率下降
45、到0.1C时，表示电池已充满，应终止充电。没有及时终止的话，此后最明显的特征是电池温度升高，发热，在整个快充电过程中都应当注意电池的温度，尤其是过充电时，锂离子电池温度过高，会造成过热而损坏电池或发生爆炸。在锂离子电池进入恒压充电状态前，必须适时停止快速充电。为此，设计了此种锂离子电池快速充电器, 利用快速充电的方法，并在此基础之上进行电压、温度的检测和控制来保证该充电器能对锂离子电池进行安全可靠而又快速的充电。本电路具有温度保护功能,当电池温度过高时, 即刻停止快速充电,这样就能避免过充电对锂离子电池造成的损害.根据锂离子电池的充电特性可知，锂电池或充电器在电池充满后应当停止充电，并不存在镍
46、电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充，反而会造成内压升高、电池发热等现象，而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是本次设计中当充满电后自动断开充电的一个理由。此外，不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。致 谢通过努力这次设计顺利完成了，并最终定稿，看着自己的劳动结晶，内心充满了感激，在此我要感谢我的指导老师魏强老师对我的悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，生芳老师在百忙之中还挤出休息时间给我用电子邮件和电话的方式为我指点
