基于單片機智能充電器畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，因此在充電時需要保證鎳鎘電池電量已經放完。單節的鎳鎘 /氫 電池為 ，放電終止電壓為 ，在生活中，基本很少出現單節電池的使用，基本都是兩節或者多節以上的電池串聯使用。 而鎳鎘 /氫 電池充電需要過充 10%—50%。雙節電池 標稱 電壓 為 ，因此方案設定鎳鎘 /氫 充電方式充電終止電壓為 ，在充電電壓達到 的時候采用涓流充電。 （ 3） 模式 3： 此模式為可調模式，可兼容 到 充電電壓，可根據自身需要進行采用不同廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 4 的電壓值進行充電。所選電壓為充電截止電壓，在終止電壓前 1V 采用涓流充電。適用于其他幅值的充電電池。 系統 研究 框圖 該系統 總體框圖如圖 所示： 圖 智能充電器的總體框圖 采用單 片機 STC12C5604AD 作為主控芯片，有主控芯片調制占空比產生一定脈寬 PWM 信號，所產生的脈寬信號進行濾波轉為直流信號，同時利用 LM358 接成電壓跟隨器， 負載能力提高，然后經過比較器控制晶體管的導通與截止，供給電池充電 [4]。并對電池電壓取樣反饋到比較器及主控芯片，由主控芯片進行 A/D 轉換處理，然后輸出 LCD1602 顯示。 第 3 章 智能充電器的硬件電路 研究 智能充電器的 研究 思想 本系統硬件 研究 的基本思想是采用模塊化 研究 ，把實現不同功能的部分電路做成獨立模塊，然后通過合理的連接組成一個具有特定功能 的產品。本 研究 主要由 單片機控制模塊、電源模塊、電荷泵升壓模塊、直流線性穩壓控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊 組成 。 單片機 控制模塊 單片機的主要功能 STC12C5604AC 單片機是 STC 生產的單時鐘 /機器周期 （ 1T） 的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051，但速度快 812 倍。內部集成 MAX810 專用復位電路、 PCA、 高速 10 位 A/D 轉換、數據存儲器、定時 /計數器、 I/O 接口、 SPI 接口、看 門狗 及片內RC 振蕩器等模塊。幾乎 包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統 。 如圖 31 為 STC12C5604AD 的內部結構框圖 ： 中央處理器 電源 按鍵 運放 PWM PNP 調整管 LED 指示 LCD 顯示 電 池 ADC 取樣 誤差放 大調節 廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 5 圖 31 STC12C5604AD 內部結構框圖 主要性能： 1． 增強型 8051CPU， 1T，單始終 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統 8051 2． 工作電壓： 3． 工作頻率范圍： 035MHz，相當于普通 8051 的 0420MHz 4． 用戶應用程序空間 4K 字節 5． 片上集成 768 字節 RAM 6． 通用 I/O，復位后為：準雙向口 /弱上拉（普通傳統 I/O 口） 可設置成四 種 模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 口驅動能力均可達到 20mA，單整個芯片最大不要超過 55mA 7． ISP（在 系統可編程 ） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片 8． 有 EEPROM 功能 9． 看門狗 10． 內部集成 MAX810 專用復位電路（外部晶體 20M 一下時，可省外部復位電路） 11． 時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內部 R/C 振蕩器還是外 部晶體 /時鐘 廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 6 常溫下內部 R/C 振蕩器頻率為： ~ 精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準 12． 共 6 個 16 位定時器 兩個與傳統 8051 兼容的定時器 /計數器， 16 定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2， PCA 模塊可再實現 4 個 16 位定時器 13． 2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 輸出時鐘，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘 14． 外部中斷 6 路，下降 沿中斷或低電平出發中斷， PCA 模式可分別或同時支持上升沿中斷 /下降沿中斷， Power Dowm 模式可由外部中斷喚醒 ， INT0/、 INT1/、 T0/、 xD/、 PCA0/、 PCA1/ 15． PWM（ 4 路） /PCA（可編程計數器陣列， 4 路） 也可用來當 4 路 D/A 使用 也可用來再實現 4 個定時器 也可用來再實現 4 個外部中斷（上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持） 16． A/D 轉換， 10 位精度 ADC，共 8 路 17． 通用 全 雙工異步串行口（ UART），由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定時器軟件實現多串口 18． SPI 同步通信口，主模式 /從模式 19． 工作溫度范圍： 0~75℃ 20． 封裝： TSSOP20（ 超小封裝 ） 單片機 控制 電路 如圖 32 所示為單片機 控制 電路。 圖 32 單片機 控制 電路 廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 7 主要管腳 用途 ： （ 1） XTAL1 腳和 XTAL2 腳為振蕩器輸入輸出端口，外接 12Mhz 晶振 [5]； （ 2） VCC、 GND 接 5V 電源 正 負端； （ 3） 、 分別接 LCD 顯示屏的 RS 與 EN 端 。 （ 4） 、 接開關電路 ，用來獲取開關信號 ； （ 5） 、 接兩發光二極 管，用來指示充電狀態； （ 6） 、 為 PWM 輸出端口，分別接直流穩壓電路以及電荷泵升壓電路，電荷泵升壓電路產生 +7V電壓為 LM358 芯片提供工作電源，直流穩壓電路控制一定的輸出電壓為電池充電； （ 7） 為數模轉換信號輸入端口，外接電池取樣電壓端； （ 8） 、 、 、 接 LCD1602 數據輸入端； （ 9） 接 LCD1602 背光源正極； （ 10） 接 TL431 穩壓管，為 提供 穩壓源； （ 11）本 研究 沒用到復位電路，所以復位端 RST 直接接地。 供電電源 USB5V 供電電源 USB 電源 主要由 USB 數據線為主要連通工具，接電腦 USB 接口或其他 +5V 電源如：移動電源、交換式電源供應器 ， 主要 為芯片和外部顯示屏及其他外部電路提供 工作電源。 因為 USB 輸入電壓雖然是單一方向，但是仍會含有交流 成分，因此，需要加電容濾波電路，輸出 平滑的直流電壓。如圖 33為 USB 電源電路 。 圖 33 USB 電源電路 電荷泵 升壓 （ 1） 電荷泵定義： 也稱為開關電容式電壓變換器，是一種利用所謂的 “ 快速 ” （ lying） “ 泵送 ”電容 （ 而非電感或變壓器 ） 來儲能的 DCDC（ 變換器 ） 它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 8 生負電壓。其內部的 FET 開關陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數 （ ,2 或 3） 倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調制過程可以保證高達 80%的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關工作的，電荷泵結構也會產生一定的輸出紋波和 EMI（ 電磁干擾 ） 。 （ 2） 電荷泵升壓電 路主要利用電容存儲電荷或電能，并按預先確定的速度和時間放電的特性。電路中電容一旦被加電，由于電容的寄生效應限制了峰值充電電流，并增加了電荷轉移時間，因此電容的電荷累積不能立即完成，也意味著電容兩端的初始電壓變化為零。使用這種方法可實現電壓的 倍 壓，開關信號的占空比設為 50%，能產生最佳的電荷轉移效率 。 （ 3） 電荷泵的工作過程為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。 （ 4） 電荷泵的 研究 主要 升壓驅動 LM358 芯片工作 ， 但是如果沒有電荷泵， LM358 的比較 輸出后，到達不了 5V，所以只能升壓驅動 LM358。電荷泵升壓電路圖如圖 34 所示， PWM 占空比為 50%的開關信號由單片機 提供。 圖 34 電荷泵升壓電路圖 直流線性穩壓控制電路 研究 單片機主控制芯片 根據不同的充電狀態 產生不同 PWM 脈沖信號電壓供電池充電。因而， 需要進行濾波， 因為濾波以后，負載能力差了，需要用到電壓跟隨器。 然后利用比較器與電池取樣電壓比較，控制輸出 [6]。 直流線性穩壓控制電路如圖 35 所示： 廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 9 圖 35 直流線性穩壓控制電路 LM358 雙運算放大器 LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的 雙運算放大器 ，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合 。 LM358 的 特征： （ 1） 內部頻率補償 （ 2） 直流電壓增益高 (約 100dB) （ 3） 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) （ 4） 電源電壓范圍寬：單電源 (3—30V) （ 5） 雙電源 (177。 177。15V) （ 6） 低功耗電流，適合于電池供電 （ 7） 低輸入偏流 （ 8） 低輸入失調電壓和失調電流 （ 9） 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 （ 10） 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 （ 11） 輸出電壓擺幅大 (0 至 ) LM358 接成電壓跟隨與電壓比較電路 ： PWM1 到 U2R1，這一段是把 PWM1 的負載能力提高，因為 PWM1 輸出的是方波，要轉成直流信號，就依靠兩級 RC 濾波電路，因為濾波以后，負載能力差了，所以用了電壓跟隨器； 右邊為比較器其實目的就是為了比較 PWM1 的電壓和 ADC0 的電壓，然后調整廣東海洋大學 20xx 屆本科生畢業 論文 10 Q1， Q2 的導通和截止，再供給電池。 擴流 直流線性穩壓控制電路后級輸出采用兩 S8550 并聯使用， +5V 電源在經兩晶體管調整后供給電池。因為 S8550 為低功率三級管，并聯使用可以提高輸出功率。兩個三級管存在放大差異問題，特性不可能 一致 ，所以用小電阻 歐電阻調整。 三極管 為低電平導通，高電平截止電路，前級電壓比較器， 比較電池取樣電壓及 PWM1 輸出電壓， 比較輸出低電平，兩三極管導通。 LCD1602 顯示電路 LCD1602 液晶顯示模