手机锂电池智能充电器设计

随着手机的普及，手机充电器已经成为现代家庭中常用的电器之一。虽然手机的品牌和型号众多，各种手充电器形状和接口不同，但它们的原理和功能基本一样，电路结构大同小异。所有手机充电器其实都是由一个稳定电源加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。本论文将以单片机和充电芯片MAX1898为核心来构建一种智能充电器。对基于单片机的充电器的智能部分的设计与实现的研究，是本论文研究的主要任务。本论文的重点有两方面内容：1.充电的实现；2.智能化的实现。论文共分为五章。第一章是绪论部分。综述了电池、充电知识与充电器，提出了本论文的研究内容以及系统设计的目标。第二章是手机锂电池智能充电器的硬件结构设计部分，该部分是本论文的重点之一。首先介绍了设计思路和主要器件，然后详细地介绍了手机锂电池智能充电器硬件部分的总体结构设计和各部分电路的设计，并给出了相应原理图。第三章是手机锂电池智能充电器软件设计部分，该部分是本论文的另一个重点。这一章详细地介绍了手机锂电池智能充电器软件的总体构架及程序说明；最后介绍了主要功能的具体实现。第四章是系统实现及调试部分。这一章主要介绍了软硬件调试环境，调试过程，调试中碰到的问题及其解决方法，并给出了系统部分调试的结果。最后一章后对本文的研究内容做了总结，并对基于单片机的手机智能充电器的发展作了展望。关键字：智能充电器；MAX1898预充；充电保护；充电报警AbstractAsthepopularizationofthemobilephone,themobilechargerbecomestheuniversalelectricapplianceinfamily.Althoughthedifferenceofthebrandsandmodelsexists,theprincipleandfunctionofmobilephoneandmobilechargeraresimilar,andtheircircuitsarealsoresemblance.Theentiremobilephonechargercontainsaconstantvoltagesourceandsomecircuitsthatcontainstheconstantcurrent,limitvoltageorlimittime.Inthisthesis,anintelligentchargerwiththecenterofMCUandachargechipMAX1898iselaborates.ThemaintaskoftheprojectisthedesignandrealizationofanintelligentphonechargerbasedontheMCU.Theemphasisofthisthesiscontainstwoparts:first,realizationofcharge,second,realizationofintelligence.Therearefivechapterscomposedthisthesis.Thefirstpartispreface.Itelaboratestheknowledgeaboutbattery,chargerandhowtochargethebattery.Italsointroducesthetaskoftheprojectandthepurposeofthisdesign.ThesecondpartintroducesthehardwareconstructionofthedesignedintelligentmobiletelephonechargerforLithiumbattery.Itisoneoftheemphasesofthisthesis.Itintroducesthedesign'thoughtandthemainchips,andthen,introducesthemainconstructionandallpartsofthecircuitindetail.Italsogivestheprincipleschemes.Thethirdchapterisanotheremphasisofthisthesis.Itissoftwaredesignofmobilephonebatterycharger.Thispartintroducesthemainconstructionandprocedureofthechargerindetail.Itintroduceshowtorealizethefunctionatlast.Theforthpartintroduceshowtorealizeanddebugthischargesystem.Itcontainstheenvironmentofdebugginghardware/software,debuggingprocedure,theproblemthatwillbefoundindebugandhowtodealwithitandalsogivessomeresultofdebugging.ThelastchapteristosummarizethisresearchandgivestheprospectofMCUsmobilephoneintelligentcharger.Keywords:intelligentcharger;MAX1898;pre-charge;chargeprotect;chargealarm.TOC\o"1-5"\h\z第1章绪论，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，1充电电7简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1电池定义,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1电池充电，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，1常见充电电池,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3充电知识简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4充电方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4快速充电的基本原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4充电器知识简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5充电器要求，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，5充电终点控制方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5手机锂电池充电知识简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6锂电池，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，6锂电池充电,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,7现代锂离子电池充电器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,7本课题的设计任务,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8第2章手机锂电池智能充电器硬件设计，,,,,,,,,,,,,,,，9设计思路分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9充电器的智能化要求,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9充电器智能化实现,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9主要器件及其功能,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9AT89C51引脚说明，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，9MAX1898引脚说明，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，116N137引脚说明,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,13电路原理图及说明,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,14单片机电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,14电压转换及光藕隔离部分电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15充电控制电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15充电过程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,16预充，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，16快充，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，16满充，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，16断电，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，17报警，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，17第3章手机锂电池智能充电器软件设计,,,,,,,,,,,,,,,,18实现功能，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，18程序程序图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,18流程图一，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，18流程图二,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,19流程图三，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，19程序说明,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,21第4章系统调试,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,24硬件调试,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，24软件调试,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，24第5章展望,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，25设计总结，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，25智能充电器发展展望，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，25结束语26,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,致谢词27,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,参考文献，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，28附录一：原理图，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，29附录二：PCB^图，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，31附录二：程序，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，32第1章绪论充电电池简介电池定义电池的应用从来没有像现在这么广泛。电池正在变得更小、更轻，在单位容积内可容纳更多能量。电池发展的主要驱动力来自便携装置（移动电话，膝上电脑，摄录像机，MP3播放机）的发展。电池称之为能量储存系统，这也包括续流和时钟源。从现代技术的角度看，电池通常是产生电能的自储化学系统的便携装置。一次性电池（称之为不可充电或初级电池）从恒定变化电池的化学反应产生电能。一次性电池的放电引起电池化学成分的永久性和不可逆变化。反之,可充电电池称之为二次电池，二次电池由充电器充电而在应用中放电。因此,二次电池可以多次产生能量和多次储存能量。充电或放电电流（安培）通常表示为额定容量的倍数（称之为C率）。例如，额定为1安培一小时（1Ah）的电池，C/10放电电流为1Ah/10=100mA。电池的额定容量（Ah或mAh）是在特定条件下完全充电时所能储存（产生）的电量。因此，电池的总能量是容量乘电压，其量度为瓦特一小时。电池的化学成分和设计一起限定电池所能提供的电流。若没有限制性能的实际因素，电池可产生无穷大的电流。限制电池性能的主要因素是化学成分的反应率、电池设计和发生反应的区域。某些电池具有产生大电流的能力。没有一个电池能永久地储存能量。不可避免地，电池化学反应能力逐渐下降导致电池储存电荷减少。电池容量和重量（或尺寸）之比称之为电池的存储密度。在给定尺寸和重量的电池中，高存储密度意味着可储存更多能量。[1]电池充电卜面六个图是不同的充电方式的时间与电流、电压关系示意图图1-1半恒流充电（主要用在电动剃刀，数字无绳电话和玩具等应用中）)图1-2图1-3终止充电（应用在电动工具和电气工具中）终止充电（应用在电动工具和电气工具中）图1-4-dT/dt图1-5一个新的可充电电池或电池组（一个电池组中有几个电池）不能保证完全充满电。事实上它们很可能几乎被放电。因此，第一件要做的事情是根据制造商提供的化学成分相关指南，对电池/电池组进行充电。每次充电操作根据电池的化学成分依序加电压和电流。因此，充电器和充电算法满足电池化学成分的不同要求。锲和锂基电池要求不同的充电算法。Li+电池需要保护电路来监控和保护过流，短路，过压和欠压以及过温。电池充电经常遇到的术语是：用于NiCl和NiMH电池的恒流（CC）和用于锂离子和锂聚合物电池的恒流/恒压（CC/CV）。常见充电电池现在，常见的充电电池有锲氢NiMH锲镉NiCd和锂离子LiB电池。由于各自的电化学反应机理不尽相同，因此也各有其特点和不同的应用领域。

NiCd电池是依靠OH禹子快速移动，反应比铝酸蓄电池平稳。因此，他的重要特征是放电容量尽管在大电流放电时也不出现低下现象（可维持1.2V端电压）。结晶结构基本上不因充放电而变化，使用寿命较长。NiMH电池的负极材料结构和电化学反应机理不同于NiCd电池，它的能量密度和使用寿命都比NiCd电池优越，从而也能拓出更广阔的应用市场。正是由于这种缘故，世界个工业发达国家都高度重视NiMH电池的研究和开发。L旧的主要特点是具有较高的重量能量密度，平稳的放电电压为3.6V,可在-20C〜60c的温度范围内工作，无存储效应，自放电率低（因而不能大电流放电）。为了安全地使用L旧，要求具备严防充电和过充电的保护设施。[2]充电知识简介充电方法铅酸电池、镉锲电池、氢锲电池、锂离子电池等二次电池，也叫蓄电池或可充电池，充电器对这些电池充电时，可把市售的EEAF交流电变成一定电压的直流电，使电能转化为电池内的化学能贮存起来。[3]充电有两种不同的方法，即对电池进行大电流充电和小电流充电，也就是快速充电和慢速充电。充电主要是通过快速充电来完成。[4]快速充电的基本原理1967年美国人J.A.MAS以最低析气率为前提，找出了蓄电池能够接受的最大充电电流和可以接受的充电电流曲线，如图1-7所示，方程见式（1）。i=I0e-at（1）式中i一任意时刻t时蓄电池可接受的充电电流10—最大初始可接受充电电流a一衰减率常数，也称充电接受比时何图1-T充电谷触£时何图1-T充电谷触£J.A.MASE实验的基础上提出，蓄电池在采用任一放电电流后，其充电接受比和放电放掉的容量的平方根成反比，即：a=K/C1/2o其中，K为常数，勃放电容量。可见，a值越大，充电接受电流越大。MAS5指出，对于任何放电深度，一个电池的充电接受比a是和放电电流Id

化。⑸可见,时间放电,因此,放电措施,的对数成正比，即化。⑸可见,时间放电,因此,放电措施,蓄电池在充电过程中采取电量相对很小，而幅度较大且时间很短的将恢复或提高蓄电池的充电接受率，从而增大了充电电流，只要对出气率及温升等现象控制得当，就不会对电池的寿命影响太大，而同时却加快了充电速率，缩短了时间，其程度可因不同的设计而成倍缩短。正是在这一理论的基础上，产生了不同于常规充电制度的脉冲充电、放电去极化的快速充电技术。[6][7]脉冲充电放电去极化技术发展到现在，因不同的使用对象其分类很多，如定电压、定电流、定周期、定出气率及各种方案的综合等，优劣各不同。许多优秀的快充电设备采用闭环控制，因而对蓄电池充电程度和是否充满电以及对其他现象的检测技术也非常重要，如温开出气与效率等。[7]1.3充电器知识简介充电器要求人们对充电器的要求是：在电池充足电、但不过量充电而把电池充坏的前提下，尽量方便使用。我们用氢锲电池在充电时电池内部发生的变化，如电压、温度和内阻等的变化，来说明什么样的充电器才是合适的。充电终点控制方法目前市售的充电器中，控制充电终点的方法大致有5种。.最高电压法（Vmax）：这种方法考虑到氢锲电池充电时的最高端电压为1.4〜1.6V,从充电开始，充电器就不断自动检测电池端电压，当发现电池端电压达到制造者预先设定的电压值后，认为电池已被充足电，则停止充电。这种充电方法叫定电压充电法，充电刚开始时电流很大，随着电压差的减小，充电电流逐渐变小，直至停止。这种方法的缺点是氢锲电池的内阻会随着电池使用循环次数的增加而增加，新电池能够充足，用一段时间后的电池就充不足了，如果把预设定电压定得太高，过大的初始电流又会充坏电池。而且由于不同厂家的电池内阻不同，充足时的最高电压也不同，制造者不好设定一个都适用的最高电压值。.恒流定时法（IXT）:使用这种方法的充电器,预设定充电电流在IC以下，人工或自动控制充电时间，以充入的电量为电池容量的120%-140%为限。市售最常见的，早已用在单体镉锲电池上的充电器，预设定电流一般为50〜100mA充电12〜14h,由使用者自行终止充电。因为充电电流不大，稍微过量的充入也不会损坏电池，所以充电终止时间不十分严格。下班时开始充电，充一夜，上班时再拔下充电器插头，不误使用。这种充电方法的缺点一是耗时，二是不管电池状态怎样（是否还有剩余电量、循环使用过多少次、电池实际容量已降低等），不到设定时间不停止充电。在这种情形下，若充电量太多，就会把电池充坏。.最高温度法（Tmax）：在充电器上设置一个热敏元件探头，随时检测电池的温度，当电池的温度达到或超过预设定的温度时，减小或中断充电电流。如果充电器和电池配套制造和销售时，可以采用这种方法。但在充电器上对不同厂家生产的电池就很难设定一个都适合的温度。而且充电器检测电池温度还会受到环境温度的影响，导致充电器误动作，所以这种控制方法很有局限性。.温升速率法（dT/dt）:与最高温度法一样，在充电器上设置一个热敏元件探头。随时检测电池的温度，但是这种方法不是设定最高温度限制，而是设定温升速率的允许值，也就是不断把检测值与上次检测值进行比较。计算出电池在单位时间内温度的变化量，在充电器上预先规定了这个变化量的大小。温升速率过大，则减小或终止充电电流。这种方法的局限性，也和最高温度法.零电压降或负电压降法（△V=0£-△Vw0）:在定电流充电过程中，充电器不断自动检测电池端电压，当检测到电池的电压不再升高，或是有所下降时，也就是充电电压变化曲线上，出现水平段或出现下降时，认为电池正极上活性物质已全部反应完，即电池已经被充足电了，从而终止充电。这种方法的根据是：充足电时电池内有较大热量产生，电压会突然下降，而小电流充电时，即使充足电，电池的端电压也没有明显的突变。而且对于电池组来说，参与组合的单体电池性能不一致，到达充足的时间不同，电压变化此起彼伏，就不容易测到明显的总电压变化。若预先把-△Vfi设定得太小，则容易受外电路波动的影响而停止充电，使电池充不足电；若-4V值设定得太大，电池端电压的降低不能控制充电器充电，容易给电池过充电。再说这种方法实质上是在测定电池温度变化后电池端电压的变化，所以也受充电环境温度的影响。综上所述，在充电器充电过程中，各种控制充电终点的方法都有一定的局限性。有的充电器制造商同时采用几种方法，层层设防，以求万无一失。这里需要指出的是：在一定环境下、对一定电池，充电器上纵然有多种手段，只有一种控制方法在起作用。所以根据不同环境、不同使用要求实际制造不同的充电器，比起设计制造赤道、极地通用、高速慢速都行、各类电池皆可的“万能“充电器来，可能会降低制造成本，也会增加使用可靠性。[3]手机锂电池充电知识简介锂电池锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，正负两极有两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极采用锂化合物LixCoO2,LixNiO2或LiMn2O2,负极采用锂-碳层间化合物LixC6,电解质为LiPF6和LiAsF2等的有机溶液。经过Li+在正负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电的过程。充电时，Li+正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态。放电时则相反。[8]锂电池充电近几年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。具中锂离子电池以高能量密度、高内阻、高电池电压、高循环次数、低自放电率等特性，脱颖而出，迅速成为市场的主流。据统计，在笔记本电脑和移动电话领域，锂离子电池的市场占有率分别为80%口60%根据日本矢野经济研究所的预测，锂离子电池正以53.33%的年增长率快速取代传统的锲铭和锲氢电池市场。Li+锂电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在GSM/CDMA和数码相机、摄像机及PDA?高端便携式产品中被广泛应用.它们都需要在内建立一个高性能的锂离子电池充电器，以保证Li+电池在使用中避免过充电、过放电等损害现象的发生，从而,随之带来的是要求锂电池充电器具有严格与完善的保护电路，才能真正实现各项安全保护特性。网其实，锲基电池的充电器是限流型的，而锂离子电池充电器是限制电压和电流。第1代锂离子电池充电电压限制在4.10V/电池。较高的电压意味着较大的容量，通过增加化学添加剂实现了4.20V电池电压。现代锂离子电池一般充电到4.20V（容差±0.05V/电池）。在充电端电压达到电压阀值和充电电流降到0.03C（接近于3%Ich）之后达到满充电。大多数充电器达到满充电的时间大约为3小时，而一些线性充电器声称大约一小时充电Li+电池。这种充电器通常在电池端电压达到4.2V时终止充电。然而，这种规定只充电电池到其容量的70%较大的充电电流不能使充电时间缩短太多。较大的充电电流能较快地达到电压峰值，但浮充需较长时间。凭经验，浮充是初始充电时间的两倍。锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等一系列优点。但是必须正确使用，特别是保证正确充电，否则电池的使用性能将受到严重影响甚至于被损坏。设计锂离子电池充电器要考虑以下几个原则：应充足实际容量，以延长电池的一次充电使用时间，同时又要严格防止过充电。充电电流要有一定限制，以防止电池过热，发生意外。为了使新旧电池能够达到可充”状态，需要一个预充过程。安全合理地缩短充电时间，方便使用。[10]现代锂离子电池充电器第一代的锂离子电池具有电子保护电路，但只是通过被动措施进行电池保护。而最新一代的保护电路在充电保护程序中就变得较为主动，使电池充电要求更加复杂化。锂离子充电过程与汽车中的密封铅酸电池充电相似。两者都只能在一个限制的温度范围内充电，而且必须在一个电流限制的电压下充电，直到达到特定的电压。他们还需要保持恒定电压，直到电池完全充满。最后，当充电电流达到零时，两者在恒定电压完全充电。对锂离子电池而言，充电的规格限制在0c到50c温度范围，而且必须不能超过电池最大充电速率“C'的1/10或C/10,直到电池电压高于2.5V。视其特定的锂离子化学成分，当开路电池电压达到4.1V或4.2V时电池完全充好。现在，几乎所有的锂离子电池都是4.2V。电压必须精确，因为超过最大充电电压会造成电池灾难性的问题。要了解锂电池充电器，应该了解这些电池的特点、整个充电过程，并把它们分成不同的阶段。第一是预调整充电阶段。这个阶段只能在电池容量处于0份量点以下才会出现。充电器在C/10或低于C/10充电时回检测电池电压，直到电压恢复到电池2.5V以上。通常，要求一个时限以检测无法回复到2.5V以上的损坏电池。第二是恒定电流充电阶段。需要时限以检测电池无法达到4.2V电压限值的情况，这种情况表明充电过程中可能出现了问题。第三是恒定电压充电阶段。特定的电池化学成分决定终止电压。当电池电压距终止电压只差10%或更小时，充电电流即开始下降。用一个时限以检测电池不能下降到零电流满充电状态。第四是结束充电阶段。这实际第三阶段的延续，仅仅是因为现实的技术问题而存在，这与充电器在真正零电流充电状态下的充电器电流监测精确性有关。一般情况下，充电电流降至C/10水平时这个阶段开始。需要一定的时限来表明充电结束并防止连续的浮动充电。第五也是最后一个阶段是维护。充电器监控开路电池电压。当电池电压降至设定的重启点，即3.90V〜4.05V之间时，充电器会重新工作，并提供充电电流使电池电压恢复到4.2V0[11]本课题的设计任务针对锂电池的充电规律，结合现有锂电池充电器的特点，本课题欲设计一款智能手机锂电池充电器，要求以单片机为控制核心，选择适当的配套元件，设计硬件电路，并编制相应软件，使所设计的充电器具有智能化特点，能根据不同手机锂电池的电参数自动确定相应的充电控制规律，自动检测、充电、断电、报警等，达到理想的充电效果。第2章手机锂电池智能充电器硬件设计设计思路分析充电器的智能化要求:充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。手机电池的使用说明和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有教高的能量重量比、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。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至作大电压，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。[12]一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。充电器智能化的实现设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的一△V检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池的使用寿命。目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准：电池类型、电池数目、电流值和充电方式。本设计要实现的是手机的单节锂电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，因此选择Maxim公司的MAX1898乍为电池充电芯片。主要器件及其功能AT89C51引脚说明

P1.0匚P1.1P1.0匚P1.1□P1.2匚P1.3匚P14匚P1.5匚F1.6匚PV7匚RST匚(RXD)P3。匚<TXD)P3.1匚(INTO)P3.2匚(1NT1)P3.3匚(TO)P3.4匚(T1)P35匚(WR}P3.6匚(RD)P37匚XTAL2匚XTAL1匚GND匚14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021□VCC□POX)(AD-O)PO.1(AO1)P0.2(AD2)PO.3(AD3)P0.4(AD4)PO.5(AD5)P06(AO6)□PO.7(AD7)□EA/VPPALE/PROGPSEINP27(A1S)P2.6(A14)P25(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A1O)P2.1(AS)P20(A8)图2-1AT89C51引脚分布图图2-1是AT89C51的引脚分布图。其引脚说明如下：VCCAT89C5也源正极输入，接+5V电压。GND电源接地端。XTAL1:接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。XTAL2接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。RSTAT89C5的复位信号输入弓唧，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C5便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。ALE/PROGALE是英文"ADDRESSLATCHENABL的缩写，表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE信号负跳变来触发外部的8位锁存器（如74LS373）,将端口P0的地址总线（A0-A7）锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16,因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以1/12振荡频率输出。EA/VPP该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031中，EA引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用AT89C5做其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针PC值超过片内程序存储器地址（如8051/8751/89C51的PC超过0FFFH）时，将自动转向外部程序存储器继续运行。止匕外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM89C51内部FALSH时，可以利用此引脚来输入提供编程电压（8751为2lV、AT89C51为12V、8051是由生产厂方一次性加工好）。PSEN此为"ProgramStoreEnable"的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次PSEN信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生PSEN信号，在访问外部数据时，亦不产生PSEN信号。P0:P0口（P0.0~P0.7）是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。P1:P1口（P1.0~P1.7）口是具有内部提升电路的双向I/0端口（准双向并行I/O口），其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P2:P2口（P2.0~P2.7）口是具有内部提升电路的双向I/0端口（准双向并行I/O口），当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。P3:P3口（P3.0~P3.7）口是具有内部提升电路的双向I/0端口（准双向并行I/O口），它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。具特殊功能引脚分配如下：P3.0RXD串行通信输入P3.1TXD串行通信输出P3.2INT0外部中断0输入，低电平有效P3.3INT1外部中断1输入，低电平有效P3.4T0计数器0外部事件计数输入端P3.5T1计数器1外部事件计数输入端P3.6WR外部随机存储器的写选通，低电平有效P3.7RD外部随机存储器的读选通，低电平有效[14]MAX1898引脚说明

TNCHGEMOKISET国回国日旧GNDHATT图2-2MAX1898引脚分布图国回国日旧GNDHATT充电芯片MAX189的10个引脚，其引脚分布如图2-2所示。其引脚功能如下：IN（1脚）：传感输入，检测输入的电压或电流。/CHG（2脚）：充电状态指示脚，同时驱动LEDEN/OK（3脚）：使能输入脚/输入电源“好”输出指示脚。EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；OK为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接。ISET（4脚）：充电电流调节引脚。通过串联议和电阻到地来设置最大充电电流。CT（5脚）：安全充电时间设计引脚。接一个时间电容来设置充电时间，电容为100nF时，几乎为3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能。RSTRT（6脚）：自动重新启动控制引脚。当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阀值以下200mV将会重新开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，可以降低他的电压阀值。此引脚悬空或者CT引脚接地（充电时间设计功能禁用）时，自动重新启动功能被禁用。BATT（7脚）：电池传感输入脚，接单个LI+电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地。GND（8脚）：接地端。DRV（9脚）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。CS（10脚）：电流传感输入，接晶体管的发射极。充电芯片MAX1898勺内部电路包括输入电流调节器、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。输入电流调节器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。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。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降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。MAX189的卜接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂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

率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间的限制可为锂电池提供二次保护。本设计的核心器件是MAX189MAX1898T对所有化学类型的LI+电池进行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路，只需要少数外部元件。MAX1898E合外部PNPEPMOSj体管可以组成完整的单节锂电池充电器。MAX189毗供精确的恒流/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。MAX189毗供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898®具有一写功能，包括输入关断控制、可选的充电周期重启（无须从新上电）、可选的充电终止安全定时器和过放电电流的低电流预充。MAX1898勺关键特性如下：简单、安全的线形充电方式。使用低成本的PNP或PMOSI整元件。输入电压：4.5~12VO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pMAW装。[13]6N137引脚说明山田E1E1山田E1E1图2-36N137引脚分布图光藕模块6N137的引脚分布图如图2-3所示,其引脚功能如下：NC（1脚、4脚）：悬空。+（2脚）、-（3脚）：发光二极管的正负极。

GND（5脚）:接地端。OUTPUT6脚）:输出脚。EN（7脚）：使能脚。为低时，无论有无输入，输出都为高。不使用时,悬空即可。VCC（8脚）：电源输出脚。[15]电路原理图及说明硬件电路由单片机电路、电压转换及光藕隔离电路、充电控制电路3部分组成。单片机部分的电路原理图如下图2-4:单片机电路图2-4中，U1为单片机AT89C51工作在11.0592MHz时钟；U2为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的P1.2脚控制发出报警声提示；单片机的P2.0脚输出控制光藕器件，在需要的时候可以及时关断充电电源；单片机的外部中断0由充电芯片MAX1898勺充电状态输出信号/CHG经过反相后触发。UIPLjO(T2)PL1(T2EX)Pl2JIXPP3.2(INTO)P33(IHT1)P34(TO)P35(Tl)WVPPXTALOXTAL1P36(西P3.7PLjO(T2)PL1(T2EX)Pl2JIXPP3.2(INTO)P33(IHT1)P34(TO)P35(Tl)WVPPXTALOXTAL1P36(西P3.7(画RESET图2-4手机锂电池智能充电器电路单片机部分原理图POOPO1P02PO3P04P0.5P06P0.7P2OP21P22P23P24P25P26P27VSSVCC(RXD)P3.0(TXD)PS1ALE(FROG)PSEN393837茄3534希3221GATE10rr30电压转换及光藕隔离部分电路图2-5所示的为电压转换及光藕隔离部分电路的原理图12VU3L.M7S05IMOUTJ0.33ufWC+-OUTPUTMCGNDU412VU3L.M7S05IMOUTJ0.33ufWC+-OUTPUTMCGNDU46N1373Wv1GATE^~2□.□InfW图2-5手机锂电池智能充电器电路电压转换及光藕隔离部分原理图图2-5中，U3为输出+5V的电压转换芯片LM7805它将12V的输入电压转换为固定的5V输出；U4为光藕隔离芯片6N137,其输入为LM7805产生的5V电压，输出为经过隔离的5V电压，U4的2脚和单片机的P2.0相连，由单片机控制适时地关闭充电电源。充电控制电路图2-6所示的为充电控制部分的电路原理图，其核心器件为充电芯片MAX1898其充电状态输出引脚/CHG经过74LS04反相后与单片机INT0相连，触发外部中断。LED_R为红色发光二极管，红灯表示电源接通；LED_G为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。Q1为P沟道的场效应管，由MAX1898提供驱动。图4中，R4为设置充电电流的电阻，阻值为2.8kQ,设置最大充电电流为500mA;C11为设置充电时间的电容，容值为100nF,设置最大充电时间为3小时。

,I,I74LS04图2-6手机锂电池智能充电器电路充电控制部分原理图充电过程在MAX189刎外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。预充在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时简化定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10%合电流充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容C11控制（100nF时为45分钟）。如果在预充时间内电池电压达到2.5V,且电池温度正常，则充电进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压仍低于2.5V,则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，LED旨示灯闪烁。快充快充过程也称为恒流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。包流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，包流充电终止，充电电流快速减缓，充电进入满充过程。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流为电流补充能量。由于充电器在检测电池电压是否到达终止电压时有充电电流通过电池电阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的影响，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。满充和顶端截止充电可以延长电池5%10%勺使用时间。断电当电池充满后，MAX189必片的2引脚/CHG发送的脉冲电平会由低到高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，中断后，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.0口控制光藕6N137,切断LM7805向MAX1898勺供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小损耗。报警当电池充满后，MAX1898E片本身会熄灭外接的LED绿灯。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®片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。当充电出错时，MAX1898K片本身会控制LED绿灯以1.5Hz左右的频率闪烁，此时不要切断芯片的供电，要让用户一直看到此提示。第3章手机锂电池智能充电器软件设计实现功能充电器的充电过程主要由MAX1898空制，而单片机芯片主要是对电池起保护作用。其主要功能如下：当MAX189咏成充电时，其/CHG弓唧会产生由高到低的跳变，该跳变引起单片机的INT0中断。/CHG输出为高存在3种情况：一是电池不在位或无充电输入，二是充电完毕，三是充电出错(此时，实际上/CHG会以1.5HZ频率反复跳变)。显然前两种情况单片机都可以直接控制光藕切断充电电源，所以,程序中只要区别对待第3种充电出错的情况即可。因此，在此中断中，如果判断出不是充电出错，则控制P2.0脚切断电源，控制P2.1脚启动蜂鸣器报警。程序流程图程序是用C语言编写，通过编译之后自动生成机器语言。单片机控制智能充电器工作的程序流程分为平行执行的三部分，分别如下图3-1、图3-2、图3-3。流程图一图3-1所示流程图的子程序的作用是：先初始化，然后通过While(1)语旬达到无限循环的目的。图3-1手机锂电池智能充电器程序流程图子图1

流程图二图3-2所示流程图的子程序的作用是：判断当int0_count为0时则启动定时器0,同时将计数器清零，int0_count自力口；否则int0_count直接自加。图3-2手机锂电池智能充电器程序流程图子图2流程图三图3-3所示流程图的子程序的作用是：先关闭T0计数，重设计数初值，t_count自加，如果t_count大于600即第一次外部中断0产生后3s时，当int0_count为1,充皿完毕，蜂鸣器报警，切断充电电源，关闭T0中断和外部中断0,当int0_count不为1,充电出错，直接关闭T0中断和外部中断0；否则，启动T0计数。图3-3手机锂电池智能充电器程序流程图子图3if(t_count>600)if(t_count>600){.if(int0_count==1)电完毕一{GATE=0;BP=0;)else{GATE=1;BP=1;)程序说明主要程序代码及说明如下:#idefineucharunsignedchar#defineduintunsignedintsbitGATE=P2A0;sbitBP=p2A1；/*定时器0中断服务子程序*/voidtimer0()interrupt1using1(TR0=0;//停止计数TH0=-5000/256;//重设计数初值TL0=-5000%256;t_count++;//第一次外部中断0产生后3s//还没有出现第二次外部中断0,则认为充//关闭充电电源//打开蜂鸣器报警//否则即是充电出错ET0=0;EX0=0;////关闭T0中断关闭外部中断0int0_count=0;t_count=0;).//启动//启动T0计数TR0=1;)/*外部中断0服务子程序*/voidint0()interrupt0using1(if(int0_count==0)(TH0=-5000/256;TL0=-5000%256;TR0=1;t_count=0;)int0_count++;).//5ms定时//启动定时/计数器0计数//产生定时器0中断的计数器清零/*初始化*/voidinit()(EA=1;PT0=1;TMOD=0x01;//打开CPlfr断//T0中断设为高优先级//模式1,T0为16位定时/计数器ET0=1;IT0=1;EX0=1;GATE=1;BP=1;int0_count=0;////////打开T0中断外部中断0设为边沿触发打开外部中断0光耦正常输出电压//关闭蜂鸣器//产生外部中断0的计数器清零)voidmain()(/*调用初始化函数*/init();/*无限循环*/while(1);)第4章系统调试硬件调试硬件的调试部分主要是针对单片机电路和充电控制电路。单片机电路相对较简单，所用到的输入/输出口只有P2.0和P2.1,P2.0是用来输出信号控制光藕期间，在需要的时候可以及时关断充电电源，而P2.1则是用于打开蜂鸣器报警。还有用到的就是P3.2口，即INT0外部中断00充电控制电路的核心器件是MAX1898其充电状态输出引脚/CHG经过74LS04反相后与单片机INT0相连，触发外部中断，同时MAX1898H空制LED_G绿灯的亮灭，当处于充电状态时绿火T亮，充满时绿灯灭。而红灯LED_R则和电源接通时一直保持亮着的状态。而PNP®效应管则由MAX1898勺CS和DRV分别连接发射极和基极，输出电流对锂电池充电。对照功能分别检测即可知道硬件电路是否正确。软件调试软件主要是控制充电过程的实现。首先在装好电池后，接同支流电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，打开计数器开始计数，当超过预充时间后，电池电压仍低于2.5V,则控制LED指示灯闪烁表明电池故障。当电池充满后，单片机接收到MAX1898K片/CHG发送的脉冲电平会由低变高，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则P2.0脚输出0切断LM7805向MAX1898勺供电，同时P2.1脚也输出0打开蜂鸣器报警。如果上述功能都能实现则表明程序没有错误，否则根据错误修改程序。第5章展望设计总结本设计以充电芯片MAX1898勺使用为例，介绍了如何利用单片机实现智能化的手机充电器。目前，充电电池的种类繁多，因此在充电器的方案设计时需要针对不同的电池选择不同的充电芯片。本设计实现的是单节锂离子电池充电器，因此选用了MAX1898乍为充电芯片。在本设计中，需要重点把握以下几点。预充、快充、满充等充电方式的工作原理。MAX1898勺充电状态指示输出信号/CHG在本设计中的应用。MAX189孙围电路的设计，其中包括设置充电电流的电阻和充电时间的电容数值的选取。如何在单片机程序中判断出充电完成还是充电出错，并作出相应的处理。从本系统地提供的功能和硬件结构上看，只是一个模拟系统，基本达到了设计任务的要求，但离实际的应用系统还有一定的差距，有很多地方需要进一步改进和完善。智能充电器发展展望2006年12月18日，信息产业部正式公布移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法”通信行业标准，这个标准将改善目前市场上不同手机使用不同充电器技术指标和接口的现状。此外手机电池标准化问题目前也正在调研规划中，明年上半年手机电池标准化规定也极可能出台。据了解，该标准在接口方面参照了USB类型的接口规范，并将统一的连接接口设在充电器的一侧。通用的充电器标准将有利于提高使用效率，且对手机的个性化设计没有影响。据统计，我国每年更换的手机超过1亿部，因不同手机充电器无法互换而造成的设备浪费极为可观。而智能充电器具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示等功能在人们日常工作和生活中，使用将越来越受欢迎c结束语本文是一篇关于手机锂电池智能充电器设计的论文，也是对作者毕业实习的总结。本文主要讲述了作者针对锂电池的充电规律，结合现有锂电池充电器的特点，设计一款智能手机锂电池充电器，要求以单片机为控制核心，选择适当的配套元件，设计硬件电路，并编制相应软件，使所设计的充电器具有智能化特点，能根据不同手机锂电池的电参数自动确定相应的充电控制规律，自动检测、充电、断电、报警等，达到理想的充电效果。但是由于实习时间有限，本次改善的结果与目标有一定的差距，不过也取得了一定的效果。本文也简单介绍了充电电池的基本知识和不同的充电方式的时间与电流、电压关系等，以及信息产业部正式公布移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法”通信行业标准以后智能充电器的发展展望等。由于时间仓促，再加上作者水平有限，本文不免有很多错误，恳请各位读者批评指正。致谢词本论文从着手开始准备至今，前后共经历了半年的时间。在论文即将完成之际，我由衷的感谢各位老师、同学的关心和爱护。特别要感谢的是贺良华老师对我的悉心指导，正是在他的精心指导和耐心帮助下，本论文才得以已顺利完成。在论文完成之后，我也就结束了四年的大学生活。在此，我