1、3.1最小系统的原理图203.2报警电路的设计223.3 ADC0832 电路设计223.4 MAX 1501应用电路设计23第4章程序设计30致谢27附录一：系统原理图27附录二：参考文献30附录三：参考程序31第1章设计的背景目的及意义1.1设计的背景电池是经过能量转变电能的器件，是一种能将化学能直接转变成电能的装置。 电化学电源有一次电池和二次电池之分.一次电池用过后不能复原.二次电池充 电后能继续使用。社会在进步，人们的需求也在提高不管从节省本钱来说，还是 从保卫环境的角度来说，二次电池都比一次电池更有胜势，因此二次电池的市场 需求量也越来越大。锂离子电池亦是二次电池的一种。锂离子电池
2、自开创以后，以能量密度高和操纵寿命长而倍受看重。对于市场 的需求，环球各大电池生产商为了在市场上获得胜势，无不从事于开辟具备能量 密度高，小型化，薄型化,轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的新式电池。对此, 聚合物锂离子电池因为具备上述的各项长处，成为了各厂商从事研究的目的。聚 合物锂离子电池因其安全、轻薄等特点，大量运用于便携式器材，所以聚合物锂离 子电池是21世纪移动设备最好的电源处理方式。与液体锂离子电池相比较，聚合物锂离子具备良好的耐充放电特点，因而对 外维护电路方面的需求可以恰当放宽。在充电方面，聚合物锂离子可以使用IC 定电流的方法充电,实行起来也相对而言容易。中断充电电压的允许
3、误差为额定值的1%,过压充电会形成锂离子电池长久 性毁坏。充电速率常用为0. 5CICo使用0. 5C充电速率时，因其充电进程中的 电化学反应会出现热量，所以有一定的能量亏损。锂离子电池充电的温度范围为 0C60C,如果电流过大，会使温度过高。不但会毁坏电池,而且也许引发爆炸。 锂离子电池所规定的放电电压为2. 5V,如果过度放电锂离子便会报废。放电的电 池充电能够经过预处理实施补救，锂离子电池的额定电压为3. 6VO当锂离子电池 电压超过2. 5V,正常充电;若锂离子电池没有到达2. 5V,则换个方式使用小电流 充电，充到2. 5V后再按正常方法充电。1.2设计的目的锂离子电池还是一种智能电
4、池，它可以与专用原装智能充电器配合，达到最 短的充电时间、最大的寿命周期及最大的容量。氧化还原反应反映的是Li+MnO2=LiMnO2即我们称之为放电。因为锂金属的化学特质十分活跃，使得我们 对于锂金属的保存、运用、加工和环境需求格外的高。因此锂电池持久没有获得 使用。现在锂电池依然成为了主流。因为锂金属的化学特质十分活跃，所以我们 就在环境的要求非常严格锂电池的应用。随着社会文明不断地的进步，小型化的 设备日益增加，对电源建议了极高的需求。因此锂电池投入了大规模的有用阶段。 最初锂离子电池被用于心脏起搏器中。原因是放电电压非常缓慢，自放电率很低，。 使得起搏器引入人体持久运用变为可能。锂锰电
5、池一般有3. 0伏以上的标称电压, 经常作集成电路电源，被多次用于计算器、计算机中。现在，锂离子电池多量使 用在手机、电动工具、照相机、家用小电器上，可以说是被广泛应用。充电控制锂电池。锂离子电池通常包含管理芯片和充电控制芯片。容量、温 度、ID、充电状态、发电次数等数值是管理芯片的一连串的寄存器。这些数值会 在使用的过程中渐渐发生改变。尽管锂离子电池有以上各种长处和杰出的市场前程，但它对充电电路的需求 比较高，在其使用过程中，为了防止过度充电和过度放电的景象。锂离子电池的 充电过程如图1-2所示，在一个周期内，锂电池在开始充电前必须要检验电池的 温度和电压，判断可不可以充电，如果电池电压或温
6、度任何一个超过了规定的范 围，就不会再允许充电。每节电池的允许充电电压为2.5到4. 2V,温度则为2. 5 到50Co如果电池在深放电的状态下，一定会需要充电器具备预充过程，如果 电池满足了快速充电的要求，并遵循了电池厂商推荐的充电速度，对电池进行恒 流充电，便会看到电池电压在慢慢上升；只要电池电压达到所设置的终止电压， 恒流充电便会中断，充电电流就会马上减弱，充电进入满充过程；而在满充过程 中，充电的电流会渐渐变弱，终于满充时间超时就会进入顶端中止充电；顶端中 止充电时，充电器会以微弱的电流给电池增加电量；顶端中止充电过后，会关闭 充电。图1-2锂离子电池的充电过程1.3设计的意义因为充电
7、器多选用大电流的迅速充电法，在电池充满后假如不准时中断会使 电池发热，极度的充电会严重混坏电池的寿命。为了预防过度充电，一些低成本 的充电器会使用电压比较法，平常充电到90%就停止大电流充电转为快充，而后 使用小电流涓流补充充电。手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电流程紧密相关。锂电池是手机最 为常用的一种电池，因为锂电池可多次并反复充电，而且锂电池使用的寿命也很 长，价格也变得越来越低廉。锂电池对于充电器的需求比较严格，须要维护电路。 如果将锂电池的充电电压调到最大电压，就会更好的使用电池容量。但是过压充 电会把电池毁坏，这就需要很高的控制精度。因此这就需求设计出相对而言的科 学充电器，比
8、较好的方法是使用规定充电控制芯片协同单片机控制的方式。规定 的充电芯片可以检查出电池充电饱和时发出的电压变化信号，可以准确地中断充 电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以完成充电过程的智能化。而充电器 的智能化不仅减少了充电时使用的时间，同时又能够保护电池，增长电池使用寿 命。第2章系统器件的的选择系统主要有单片机最小系统和ADC0832模数转换电路、MAX1501电源管理 芯片组成。本设计是STC89C52单片机要完成功能就是检查锂电池充电状态并给出对应的指引，当电池接反的时候提醒报警。系统框图如下图2所示：能充电电 路单片STC89C52 单片机图2系统功能框图2.1 单片机 STC89
9、C52单片机是STC公司最新推荐的一种新型51内核的单片机。片内包含Flash 程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。封装图如下图2. 1：S 2. 1 51内核单片机封装图72.1.1主要特性1.内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟2.工作电压：5. 5V3. 3V3.工作频率范围:040MHz4.内部存储器：512B5.中断源:8个6.共有3个16位定时器/计数器。7.外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down模式可由外部 中断低电平触发中断方式唤醒8.通用异步串行口 （UART）,还可使用定时器软件实现多个UART9.工作温度范
10、围:-40+85C （工业级）/075C （商业级）2.1.2引脚功能VCC：电源电压VSS：接地P0端口： P0 口是一个漏极开路的8位双向I/O 口。P1端口： P1 口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P2端口： P2 口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口P3端口； P3 口是一组带有内部将用上拉电阻的8位双向I/O端口。P3. 0 RXD（串行输入口）P3. 1 TXD （串行输出口）P3. 2 （外部中断0）P3. 3 （外部中断1）P3.4 T0 （定时器0的外部输入）P3. 5 T1 （定时器1的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3. 7 （外部数据存储
11、器读选通）RST：复位输入。ALE/：地址锁存允许VPP：编程电源输入引脚 XTAL1：内部振荡器反相器输入端。XTAL2：内部振荡器反相器输出端。2.1.3外部中断单片机正在主程序里永无止境的反复的时候，忽然出现了一个危急事件，程 序就“飞”到了发生危急事件的地方执行，解决完危急事件后又自己“飞”回到 主程序中继续执行。中断允许寄存器IED7D6D5D4D3D2D1D0EA一ET2ESET1EX1ET0EXO8051系列单片机有5个事件可以中断单片机正在执行的主程序，分别是定 时器/计数器T0和T1计数容器溢出、外部引脚P3.2和P3. 3上的信号以及 串口通讯中断；8052系列单片机比80
12、51单片机多一个引起中断的事情就是定 时器T2,中断允许寄存器IE就是用于设置单片机，当对应的事情发生时是否 通知单片机的CPU中断当前执行的任务并“飞”出去做相应的处理的。下面分 别介绍中断允许寄存器IE中各位的功能。1、EX0当EXO=1时，允许ITNO申请中断；当EX0=0时，禁止ITNO申请中断2、ETO当ETO=1时，允许T0中断；当ETO=O时，禁止T0中断3、EX1当EX1=1时，允许INT1申请中断；当EX1=O时，允许INT1申请中断4、ET1当ET1=1时，允许T1中断；当ET1=O时，禁止T1中断5、ES当ES=1时，允许串行口中断；当ES=O时，禁止T1中断6、EAEA
13、 =1称为COU开中断，将EA位设置成0称为CPU关中断。2. 1.4、串口通信一条信息的各位数据被逐位顺序传达的通信方法称为串行通信。根据信息的 传送方向，串行通信能够进一步划分为单工、半双工和全双工3种。单工也就 是只发不收，列如广播和收音机；半双工也称为都发都可以但是不能同时进行列 如对讲机，全双工是收发都可以而且可以同时进行的列如手机。8051系列单片 机有一个全双工串行口，全双工的串行通信只须要一根输出线和输入线。串行通信又分为异步通信和同步通信这两种方式。同步通信是按照软件识别 同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通 信方式。8051系列单片机串行I
14、/O接口的工作原理就是：P0 口作为I/O端口使 用时，多路开关的控制信号为0,多路开关的控制信号同时与与门的一个输入端 是相接的，我们知道与门的逻辑特点是“全1出1,有0出0”那么控制信号是 0的话，这时与门输出的也是一个0,与让的输出是0, VI管就截止，在多路控 制开关的控制信号是0时，多路开关是与锁存器的Q非端相接的。UART是通用 异步收发传输器。SBUF是串口数据缓冲专用寄存器。串行口有两个在物理上独立的串行数据 缓冲寄存器SBUF,两个缓冲寄存器共用一个地址99H。99H表示发送SBUF。串行 接收时，CPU从SBUF读出数据，此时99H表示接收SBUF。串行接收时，CPU从 S
15、BUF读出数据，99H表示接收SBUFo发送缓冲寄存器SBUF只能写，不能读。若 接收数据，只需要在串口中断标志位置位后，就可读取SBUF中的内容了。SC0N是串行口控制寄存器，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据 的通信控制，单元地址是98H,其结构格式如下：MSBLSBSM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1SN0和SM1是串行口工作方式控制位，SMO, SM1工作方式对应4种工作方 式，如下表，Fosc是晶体振荡器的频率。SMO SM1工作方式功能波特率008位同步移位寄存器Fosc/1210110 位 UART可变211 位 UARTFosc/6 或 Fosc/323SM2仅用
16、于方式2和方式3的多机通信控制位。在工作方式0中，SM2必须 为0。在方式1中，若SM2=1,若RB8 = 1,可引起串行接收中断；若RB8 = 0,不 引起串行接收中断。SM2 = 0时，若RB8 = 1,可引起串行接收中断；若RB8 = 0, 亦可引起串行接收中断。此功能可用于多处理机通信。REN为串行接收允许位：0禁止接收；1允许接收。TB8是工作方式2和3要发送的第9位数据。RB8是工作方式2和3中接收到的第9位数据，这个数据来自TB8TI为发送中断标志位，发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平, 发送完一帧数据后，由硬件自动置1。如要再发送，必须用软件再清零。RI为接收中断标
17、志位接收中断标志位。接收前，必须用软件清零，接收过 程中RI保持零电平，接收完一帧数据后，由片内硬件自动置1。如要再接收， 必须用软件再清零。（1）工作方式0当设定SMI、SM0为00时，串口选择工作方式0,这叫做同步移位寄存器模 式。数据由RXD引脚输入或输出，同步信号由TXD引脚输出。接收/发送的为8 位数据，低位在前，帧格式如下： DO DI D2 D3 D4 D5 D6 D7 （2）工作方式1当设定SMI、SMO为01时，串口选择工作方式1,方式1为数据传输率可变 的8位异步通信方式，由TXD发 送，RXD接收，一帧数据为10位，1位起始位， 8位数据位（低位在前）和1位停止位（高电平
18、）。数据传输率取决于定时器1 或2的溢出速率和数据传输率是否加倍的选择位SMOD。帧格式如下：起始位0 DO DI D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位1类似于工作方式0,发送过程是由执行任何一条以SBUF为目的的寄存器指11 令引起的。（3）方式2和方式3这两种方式都是11位异步接收/发送方式。方式2的数据传输率固定，只 有两种选择，为振荡率的1/64或1/32 ,可由PCON的最高位选择。方式 3波特率同方式1（定时器1作为波特率时钟发生器）。方式2和方式3 2类似，唯一的区别是方式3的数据传输率是可变的。而帧格式与方式2 一 样为11位一帧。所以方式3也适合于多机通信。2.2ADC
19、0832模数转换2.2.1 ADC0832 的概述ADC0832是美国半导体公司广泛应用的8位串行A/D转换器。DC0832是双 通道输入，并且可以软件配置成单端或差分输入，其串行输出可以方便的和标准 的移位寄存器及微处理器接口。以下介绍ADC0832的引脚及功能。芯片如图2. 2.1 所示。2.2.2、ADC0832 特点：1、8位分辨率；2、双通道A/D转换；3、输入输出完全兼容TTL和CMOS电路;4、5V供电时输入范围：05V；5、全部非校准误差：1LSB；6、一般功耗仅为15mW；7、转换时间：Flock=250KHz 时为 32us；128、工作温度范围：0C到70C；芯片接口说明
20、：（1）CS_：片选，低电平有效。（2）CHO：模拟输入通端，有4种工作方式。（4）VSS：接地。（5）DI：输入命令使用。（6）DO：输出AD转换结果。（7）CLK：芯片时钟输入。（8）Vcc/REF：电源及参考电压输入。2.2.3、ADC0832 控制原理与单片机链接示意图：图2.2.3单片机链接示意图ADC0832采用8位串行A/D转换器，通过它对输出电压进行测量并输出数据 到控制器件，控制器件再根据测量数据和设定的输出电压值进行调控使输出电压 稳定于设定值。正常情况下ADC0832与单片机的接口是CS、CLK、DO、DI4条数据线。如 果DO和DI并联在一根数据线上使用，那么DO端与D
21、I端在通信时没有同时 有效并与单片机的接口是双向的。ADCO832有2个模拟输入通道，CHO为模拟输入通道0, CH1为模拟输入通道131,由DI端选择输入通道，但要进行A/D转换时，片选信号CS必须置为低电平，并且保持低电平转换完全结束。同时单片机向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲。图 2.2.4 ADC0832Timing作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V, 8位分辨率时的电压精度为5/256=19.53mV。2.3 MAX15012. 3. 1 MAX1501 简介MAXIM公司的MAX 1501是一种全新的温度调节线性充电器，其采用16引脚 TQFN封装，可为锂离
22、子、镍镉、镍氢电池进行充.MAX 1501的特点及其引脚功 能。它具有如下特点：1.单独运行或由微处理器控制的线性充电方案；2.电池电压下降4v以下后自动启动充电；3.薄型QFN封装的多化学类型充电器；4.输入大于6. 5v时充电停止；5.集成了 PMOSFET.反向阻断二极管和检测电流电阻6.无电池时仍然保持 稳定输出；7.电流检测监视器输出。14图2.3.1 MAX 1501封装图2.3.2 MAX1501引脚功能INP：高电流充电输入；IN:低电流充电输入；GND：地.连接外部开关到地；VL：线性输出调整器；SETI：电流传感跨导放大输出；TMAX：输入最大充电时间选择；IC： MAX1
23、501Z的内部连接.随浮动；FULLI：最大关闭电流选择输入；TEMP：衰耗温度选择输入；MODE:模式选择输入；CHGBN:充电启动输入；ACOK:输入电压范围指示器；BATT:电池连接口；SELV:电池电压选择输入；2.3.3锂离子电池充电器的应用MAX1501的最典型的使用是可以用10%的迅速充电电流对锂离子电池实施预 充电，使用一个软启动系统一直扩大充电电流。以每20ms扩大10%直至电压达 到2. 8V,当电池电压到达规格电压4. IV/4. 2V时进入常压状态并且减弱充电电 流。要使MAX1501远离过热，就要减少输入电流并且在SETI与地之间设置一个 晶体管来控制快速充电电流，温
24、度调节电路调节MAX1501的温度。当到达顶端关15断电流的关断值时RLED脚作用一个高阻抗*。进入低维护状态。当电池电压 低于95%时，SELV可以自动进行在充电。图2. 3. 3基于MAX1501的锂离子电池充电器电路图（1）设置充电电流设定电阻充电电流根据下列公式Rsm=I000*（1.4V/Ibati）如果VSBTL=1. 4V,电流控制回路控制电流充电。如果Vsetl1.4V,其他的两种控 制不是电压控制回路就是温度调节控制回路在运行，用监视器Vsbl和下列公式测 量标准的充电电流。VsBTL= （I SBTL/1000）*RSbti2.8K的电阻连接到SETL用来设置充电电流到50
25、0mA基SUp的锂电池充 电，将CHGEN打到低档来控制电池充电，为了能检测到输入的存在将CHGEN打到 高档使电池不可以继续充电，并且将100KR的上拉电阻从AC0K连接到逻辑序的 输入电压，逻辑输入电压一定要小于5. 5vo（2）设置电容为了取得适合的稳定性，可以用一个陶瓷电容最经常使用10uF5R陶瓷电容 来连接BATT到GNDo将IN和INP连接起来并且到GND用luF的陶瓷电容。 由于过高输入电压或过高充电电流，可已使用更大的输入路径电容来减弱噪声。16（3）设置温度调节在逻辑输入条件下设置规则的死机温度，MAX1501经过减弱充电电流来控 制由TEMP设定的死机温度值。MAX 15
26、01运行正常，温度环路不会显现特别情 况。TEMP允许在提供过多的能量丢失的保护的前提下将充电电流扩大到最大限 度。（4）设置充电时间在TMAX逻辑输入要求下配置最大充电时间。TMAX约束充电周期用来维 护电池充电过长。将TMAX与GND连接起来可将最长充电时间配置为三小时。 将TMAX悬空可将最大充电时间设置为4.5小时。将TMAX和VL连接起来可 将最长充电时间设置为6小时。（5）综述讨论MAX 1501和一个微处理器相联合进而决定它有较好的充电方案独用的热调 节电路用来控制电路节点温度，当迅速充电或当环境温度较高的时候保证最大充 电电流不会毁坏充电器，在无电池的状态下MAX1501供给可
27、调节的输出电压， 在准许电池充电的状态下这个配置有比较高的适当性，安全时间内可以供给一 个可调节的迅速充电电流,顶端关断电流，而且有热量方嵌条调整点.其它特征包 括输入电量检查ACOK并且有输入低的过压维护和规定了较低的控制输 入.MAX 1501能够接收一个4.5V到13V的电压供电.但是当输入电压超过6.5伏 时为了预防过多的能量损耗MAX 1501充电停止，MAX 1501扩展了温度范畴 （-40C to +85C）并且体积也减小了.2. 4 LCD1602 液晶2. 4. 1 LCD1602 的概述液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控 制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大 规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便 携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。17图 2.4.1 LCD16022. 4.2 LCD1602的操作时序2.4.3LCD1602的基本命令1、RAM地址映射图2、指令码一序号一指令RSR/WDO清显示光标返回
