锂电池充电芯片测试电路设计毕业设计.docx
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锂电池充电芯片测试电路设计毕业设计
本科毕业设计
题目
锂电池充电芯片测试电路设计
学院
专业
班级
学号
学生姓名
指导教师
完成日期
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日 期:
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日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
锂电池由于其高电压、高容量、安全性好等优点在各种行业运用广泛。
但相对而言锂电池对充电器要求则相对较高,需要充电管理芯片对整个充电过程控制,以实现安全快速的充电过程。
本文在对充电芯片进行深入分析的基础上,提出了基于单片机的能够测试充电芯片质量好坏的测试电路设计方案。
本课题以研究通过AD模数转换器采集到充电电路的各路测试数据,传送到单片机进行数据分析判断,并将结果显示在LCD液晶显示器上。
实验证明,该测试系统能够快速有效的判断出充电芯片质量的好坏。
具有操作方便、运行稳定和成品价格低廉等优点。
关键词:
锂电池;单片机;充电芯片;AD转换器;LCD液晶显示器
ABSTRACT
Lithiumbatteriesarewidelyusedinvariousindustriesowingtotheiradvantages,suchashighvoltage,highcapacityandsafety.Butrelatively,lithiumbatterieshavehigherrequirementsforcharger,whichneedchargingmanagementcontrolchiptocontrolallthechargingprocess,inordertoachievesafeandfastcharging.Basedonathoroughanalysisofchargingchip,thisthesisputsforwardadesignproposal,theonethatisbasedonmicrocontrollercantestthequalityofchargechip.
Thisprojectaimsatcollectingallcircuits’testdatafromchargingcircuitsthroughADconverter,thentransitingthedatatomicrocontrollerforanalysis,andtheresultwillbeshownontheLCDmonitor.Theexperimentshowsthatthetestsystemcanestimatethequalityofchargechip.Thesystemhastheadvantagesofeasy,reliableoperationandlowcost.
Keywords:
LithiumBattery;Microcomputer;ChargingChip;ADConverter;LCD
1引言
电子信息时代对移动电源的需求快速增长。
锂离子电池具有高电压、高容量的优点,且使用寿命长、安全性能好,在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域具有广阔的应用前景,成为近几年关注的热点。
然而,锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻。
充电管理芯片是对充电过程进行管理。
以合适的电流给电池充电,一般会经过涓流充电,恒流充电,恒压充电三个阶段。
以确保锂电池能够安全快速的完成充电过程。
集成电路芯片的出现与发展,给人类进入信息时代提供了源动力。
在日新月异的信息时代,集成电路芯片正被广泛的运用到工作、生活和生产中。
随着集成芯片的大量生产,芯片测试仪的出现是必然的。
单片机在控制显示芯片测试成果方面有着突出的功效,单片机的应用正在不断地走向深入,同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。
现在市场上的测试仪器都是价格昂贵,对于一般的电子爱好者和各大院校的学生来说,这是一个不能承受的价格。
运用单片机控制,分析AD转换采集到的数据,判断芯片好坏。
设计这样的一款小型测试仪,不仅成本低,而且便于批量推广使用。
所以一款价廉物美的充电芯片测试仪的市场前景是十分可观的。
2概述
2.1锂电池充电芯片测试系统概述
当今社会科学技术的发展与日俱增,人们生活水平也是日益提高,各种家用电器、电子器件对充电锂电池的运用越来越多。
各种锂电池充电管理芯片充斥整个市场。
针对这种情况,设计出一种锂电池充电管理芯片测试电路是必需的,这种芯片测试电路可以极有效的判断出充电管理芯片的质量好坏。
电池寿命无疑是目前许多便携式电子产品中最重要的特性。
虽然许多便携式电子行业已经广泛采用锂离子电池,因为这种电池具有容量大、尺寸小、重量轻和可靠耐用的特点,但对电池充电器芯片还没有达成一个同样统一的意见。
作为控制锂离子充电状态的功率器件,电池充电器芯片在便携式系统设计中扮演着重要的角色。
然而,设计师们还在使用着从较老并且相对粗糙和低成本的充电器件、到较新的更复杂芯片等各种各样的器件,而后者集成了越来越复杂的智能,可以延长电池寿命,保护被充电系统不受损害。
锂电池的充电相对于镍镉等普通充电电池要求较高:
根据锂电池的结构特性,最高充电终止电压应为4.2V,不能过充,否则会因正极的锂离子拿走太多,而使电池报废。
其充放电要求较高,可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。
通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电,当恒压充电电流降至100mA以内时,应停止充电。
充电电流(mA)=0.1~1.5倍电池容量(如1350mAh的电池,其充电电流可控制在135~2025mA之间)。
常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右,充电时间约为2~3小时。
AD模数转换,将模拟信号变成数字信号,便于数字设备处理。
AD转换器主要有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
AD转换器的主要技术指标包括分辩率(Resolution)、转换速率(ConversionRate)、量化误差(QuantizingError)、偏移误差(OffsetError)、满刻度误差(FullScaleError)和线性度(Linearity)。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:
CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机的集成度很高,它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点,尤其耗电少,又可使供电电源体积小、质量轻。
所以特别适用于“电脑型产品”,它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品(家电、玩具)等各种领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
单片机特别适合把它做到产品的内部,取代部分老式机械、电子零件或元器件。
可使产品缩小体积,增强功能,实现不同程度的智能化。
LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称,LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。
比CRT要好的多,但是价钱较其贵。
2.2本设计方案思路
本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。
此类单片机的运算能力强,软件编程灵活,自由度大,市场上比较多见,价格便宜且技术比较成熟容易实现。
本设计以AD模数转换,单片机控制LCD显示为主要研究内容。
要着重解决的问题有:
(1)HB6298充电芯片的工作原理;
(2)对于HB6298的充电测试电路的修改;
(3)测试信号的采集转换;
(4)控制LCD的字符输出。
2.3研发方向和技术关键
(1)合理设计硬件电路,使各模块功能协调;
(2)充电芯片的测试信号分析;
(3)充电芯片的信号采集分析;
(4)单片机对IO口的操作;
2.4主要技术指标
(1)充电芯片输入电流在0~5mA之间
(2)充电信号为低;
(3)充电结束信号为高;
(4)充电芯片的固定电压输出端为3.2V;
(5)单节电池电压输出在4.1~4.3之间;
(6)充电电流输出在0.92~1.08之间。
(本设计以单块锂电池充电为标准)
3总体设计
3.1系统工作原理
锂电池充电测试系统主要分为信号数据采集和LCD字符控制输出两部分。
信号数据采集主要由AD转换器才完成对测试输出信号的采样,输出12位数据,高位先送出,输出数据为二进制的格式,这样控制字的高4位为通道号,低4位均为0。
在单片机对数据判断完成之后,控制输出模块,在存储器中进行寻址找出相对应的显示代码或汉字字模,提取后作为显示信息送液晶显示器显示。
3.2系统总体架构设计
本设计主要研究并设计一个基于单片机判断AD转换信号数据输出,并显示在LCD液晶显示屏上,设计能够测试充电芯片质量好坏的测试电路。
控制系统主要是由MCS-51系列单片机、芯片充电测试电路、AD转换电路、LCD显示电路等部分组成,AD采集测试数据到单片机,单片机控制输出到LCD液晶显示器。
系统框图如下:
图3-1系统框图
3.3系统方案的可行性论证
3.3.1实用性
本系统具有实时性、灵活性、稳定性以及可视性等优点,方便用户直观快捷的判断出测试结果。
3.3.2经济可行性
现在市场上的测试仪器都是价格昂贵,对于一般的电子爱好者和各大院校的学生来说,这是一个不能承受的价格。
运用单片机控制,分析AD转换采集到的数据,判断芯片好坏。
设计这样的一款小型测试仪,不仅成本低,而且便于批量推广使用。
3.3.3技术可行性
单片机对数据进行处理,通过对ST7920的数据寄存器DR和指令寄存器IR的控制,可以实现对显示字符的输出。
4硬件设计
4.1主控芯片AT89S51
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。
4.1.1主要特性
•8031CPU与MCS-51兼容
•4K字节可编程FLASH存储器(寿命:
1000写/擦循环)
•4.0-5.5V的工作电压范围
•全静态工作:
0Hz-33MHz
•三级程序存储器保密锁定
•128*8位内部RAM
•32条可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•6个中断源
•全双工串行UART通道
•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
•低功耗空闲和掉电模式
图4-1AT89S51芯片引脚
•灵活的在系统编程(ISP字节或页写模式)
4.1.2功能概述
AT89S51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,看门狗(WDT),两个数据指针,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89S51方框图:
图4-2AT89S51内部功能框图
4.1.3引脚功能说明
Vcc:
电源电压(5V)。
GND:
电源接地。
P0:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/0口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在F1ash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1:
Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,Pl的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“l”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
Flash编程和程序校验期间,Pl接收低8位地址。
P2:
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@Ri指令)时,P2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。
P3:
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/0口。
P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“l”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
作输入端时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
P3口除了作为一般的I/0口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示:
表1P3口的第二功能
端口引脚
第二功能
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/计数器0外部输入)
P3.5
T1(定时/计数器1外部输入)
P3.6
(外部数据存储器写选通)
P3.7
(外部数据存储器读选通)
RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRT0位(地址8EH)可打开或关闭该功能。
DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。
ALE/
:
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对F1ash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE无效。
:
程序储存允许(
)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S51由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次
有效,即输出两个脉冲。
当访问外部数据存储器,没有两次有效的
信号。
EA/VPP:
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器中的指令。
F1ash存储器编程时,该引脚加上+12V的编程电压Vpp。
XTALl:
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
4.1.4时钟电路
AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器,振荡电路参见图13。
外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容Cl、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。
对外接电容Cl、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温
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- 关 键 词:
- 锂电池 充电 芯片 测试 电路设计 毕业设计