单片机的锂电池充电器设计
单片机的锂电池充电器设计[20200131184738]
【摘要】
在我们的日常生活中,越来越多的电子产品被发明出来，也就使得电池的发展加快了速度，如今市场上常见的电池有很多种，目前比较好的也就是锂电池。市场上鱼龙混杂的充电器很多，对于锂离子电池，我们该选择什么样的充电器来充电呢？
本论文首先分析了锂离子电池的主要特点，充电原理与充电方法进行了详尽的描述，并提出了充电器的设计思想和系统结构。并在此基础上提出了基于单片机控制的锂电池智能充电器设计方案。本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、开关控制电路组成。实现了电池充电、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。可以广泛应用于室内外单节锂离子电池的充电，如手机、数码产品电池等。
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关键字:】锂离子电池,充电器,单片机。
第一章 引言 1
1.1选题背景 1
1.2 锂电池的主要特点 1
1.3 锂电池的充电特性 2
第二章 锂电池充电器的硬件设计 2
2.1锂电池充电器模块设计思路 2
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计 3
2.3单片机功能特点及原理 5
2.4指示灯电路 6
2.5电源电压与环境温度采样电路 6
2.6精确基准电源产生电路 7
2.7开关控制电路 8
第三章 锂电池充电器的软件设计 8
3.1锂电池充电器设计思路 8
3.2锂电池充电器模块的主程序设计 9
3.3充电流程设计 10
3.4锂电池充电器的源程序设计 11
第四章 结束语与展望 12
参考文献 13
致谢 13
附录 14
第一章 引言
1.1选题背景
随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。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，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。
锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。基于市场的要求，全球好多电池生产商为了在市场领域里取得优势，都致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的好电池。对此，如今锂离子电池具有上面的所说优点，是各厂商拼命研究的方向。锂离子电池有安全、轻而且薄等特点，广泛应用于便携式设备，所以锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案。
与液体锂离子电池相比，聚合物锂离子具有较好的耐充放电特性，因此对外保护电路方面的要求可以适当放宽。在充电方面，聚合物锂离子可以利用IC定电流的方式充电，实现起来也比较容易。
本论文从锂电池技术特性、充电技术、充电器电路结构、充电器典型电路和电池保护等方面，多角度地阐述了充电技术发展和应用。
1.2 锂电池的主要特点
1）高能量密度，锂离子电池是相同容量的镍镉或镍氢类电池重量的一半，体积是镍镉的40%~50%，镍氢的20%~30%.因此，锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比。
2）高电压，单节锂电池电压平均为3.6V，等于三只镍镉或镍氢电池串联的电压。
3）自放电小，存放时间久。
4）没有记忆的效应，锂电池不存在镍镉电池的记忆的效应，所以说锂电池在充电前不用放电。
5）寿命长，在平常工作条件时，锂电池充放电循环次数远大于500次。
6）多个锂电池可以随意并联使用。
7）无污染，由于锂电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染。
8）快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可使锂电池在1-2小时内得到满充。锂电池与其他可充电电池相比，其价格相对较高。但是随着技术的发展，锂电池的性价比越来越高，目前已广泛应用在各类便携式移动设备上。
1.3 锂电池的充电特性
锂离子电池易受到过充电、过放电以及短路所造成的损害，所以充电电压一定严格限制。
充电速度通常不超过1.1C，最低放电电压为2.65～3.0V，如果继续放电会损坏电池。锂离子电池会以正常恒流转恒压方式进行充电。采用1.1C恒流充电至4.0 V（或4.1V）时，充电器会迅速转成恒压充电，充电电流会慢慢减小，当电池充电完成后，会进入涓流充电阶段，如图1.1所示。
图1.1 锂离子电池的充电曲线图
为了避免过量充电或过度放电，锂离子电池在内部设有安全部分，充电器也
须采取安全保护措施，以检测电池的充放电状态。
第二章 锂电池充电器的硬件设计
2.1锂电池充电器模块设计思路
锂离子电池在充、放电使用中必须注意保护。用一个形象的肥皂泡沫做比喻，锂离子电池如同一堆肥皂泡沫，泡内存储的就是电能。充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限值时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶型，造成永久性损坏；若过度放电，则会造成气泡塌陷、消失，这样下次充电时气泡就充不起来，导致锂电池失效。
设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。为了保证充电不对电池造成永久性损坏，在设计中必须考虑保护措施（包括过流保护、过压保护和温度保护）。另外，充电器充电过程包括了恒流工作阶段和恒压工作阶段，且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。图2.1所示时系统的设计框架，包括电压/温度采样模块、开关控制模块、保护机制模块和充电模块。
图2.1 系统框架设计图
保护机制：该模块将系统的工作状态实时显示出来，并根据事先编写的软件响应监控信号。在实现时，该模块电路被分散在其他3个模块的实现电路中。
开关控制：该模块利用A/D采样检测充电恒流，在非法工作时关断系统电源。
充电功能模块：该模块的主要功能是产生精确的基准电压，完成电池充电，并实时采样系统状态。
温度/电压采样：该模块完成充电器电源电压和环境温度的采样，并根据采样值决定系统的工作状态。
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计
锂电池充电器模块硬件电路图如图2.2所示（见下页）。
2.2锂电池充电器模块原理图
2.3单片机功能特点及原理
2.3.1单片机89C51的功能特点
图2.3单片机引脚图
单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
1、电源: （1）VCC - 芯片电源，接+5V；⑵ VSS - 接地端；
2、时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
3、控制线：控制线共有4根。
（1）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程时，此引脚输入编程的脉冲。
（2）PSEN：外部ROM读取选通的信号。
（3）RST/VPD：复位/备用用的电源。
RST（reset）功能：用于复位信号的输入端。
VPD功能：在Vcc断电的情况时，接上备用的电源。
（4）EA/Vpp:内外ROM的选择切换/片内的EPROM编程用电源。
EA功能：内外ROM的选择端口。
VPP功能：片内会有EPROM芯片， EPROM在编程时候，会加编程的电源Vpp。
4、I/O线
【摘要】
在我们的日常生活中,越来越多的电子产品被发明出来，也就使得电池的发展加快了速度，如今市场上常见的电池有很多种，目前比较好的也就是锂电池。市场上鱼龙混杂的充电器很多，对于锂离子电池，我们该选择什么样的充电器来充电呢？
本论文首先分析了锂离子电池的主要特点，充电原理与充电方法进行了详尽的描述，并提出了充电器的设计思想和系统结构。并在此基础上提出了基于单片机控制的锂电池智能充电器设计方案。本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、开关控制电路组成。实现了电池充电、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。可以广泛应用于室内外单节锂离子电池的充电，如手机、数码产品电池等。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】锂离子电池,充电器,单片机。
第一章 引言 1
1.1选题背景 1
1.2 锂电池的主要特点 1
1.3 锂电池的充电特性 2
第二章 锂电池充电器的硬件设计 2
2.1锂电池充电器模块设计思路 2
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计 3
2.3单片机功能特点及原理 5
2.4指示灯电路 6
2.5电源电压与环境温度采样电路 6
2.6精确基准电源产生电路 7
2.7开关控制电路 8
第三章 锂电池充电器的软件设计 8
3.1锂电池充电器设计思路 8
3.2锂电池充电器模块的主程序设计 9
3.3充电流程设计 10
3.4锂电池充电器的源程序设计 11
第四章 结束语与展望 12
参考文献 13
致谢 13
附录 14
第一章 引言
1.1选题背景
随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。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，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。
锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。基于市场的要求，全球好多电池生产商为了在市场领域里取得优势，都致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的好电池。对此，如今锂离子电池具有上面的所说优点，是各厂商拼命研究的方向。锂离子电池有安全、轻而且薄等特点，广泛应用于便携式设备，所以锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案。
与液体锂离子电池相比，聚合物锂离子具有较好的耐充放电特性，因此对外保护电路方面的要求可以适当放宽。在充电方面，聚合物锂离子可以利用IC定电流的方式充电，实现起来也比较容易。
本论文从锂电池技术特性、充电技术、充电器电路结构、充电器典型电路和电池保护等方面，多角度地阐述了充电技术发展和应用。
1.2 锂电池的主要特点
1）高能量密度，锂离子电池是相同容量的镍镉或镍氢类电池重量的一半，体积是镍镉的40%~50%，镍氢的20%~30%.因此，锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比。
2）高电压，单节锂电池电压平均为3.6V，等于三只镍镉或镍氢电池串联的电压。
3）自放电小，存放时间久。
4）没有记忆的效应，锂电池不存在镍镉电池的记忆的效应，所以说锂电池在充电前不用放电。
5）寿命长，在平常工作条件时，锂电池充放电循环次数远大于500次。
6）多个锂电池可以随意并联使用。
7）无污染，由于锂电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染。
8）快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可使锂电池在1-2小时内得到满充。锂电池与其他可充电电池相比，其价格相对较高。但是随着技术的发展，锂电池的性价比越来越高，目前已广泛应用在各类便携式移动设备上。
1.3 锂电池的充电特性
锂离子电池易受到过充电、过放电以及短路所造成的损害，所以充电电压一定严格限制。
充电速度通常不超过1.1C，最低放电电压为2.65～3.0V，如果继续放电会损坏电池。锂离子电池会以正常恒流转恒压方式进行充电。采用1.1C恒流充电至4.0 V（或4.1V）时，充电器会迅速转成恒压充电，充电电流会慢慢减小，当电池充电完成后，会进入涓流充电阶段，如图1.1所示。
图1.1 锂离子电池的充电曲线图
为了避免过量充电或过度放电，锂离子电池在内部设有安全部分，充电器也
须采取安全保护措施，以检测电池的充放电状态。
第二章 锂电池充电器的硬件设计
2.1锂电池充电器模块设计思路
锂离子电池在充、放电使用中必须注意保护。用一个形象的肥皂泡沫做比喻，锂离子电池如同一堆肥皂泡沫，泡内存储的就是电能。充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限值时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶型，造成永久性损坏；若过度放电，则会造成气泡塌陷、消失，这样下次充电时气泡就充不起来，导致锂电池失效。
设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。为了保证充电不对电池造成永久性损坏，在设计中必须考虑保护措施（包括过流保护、过压保护和温度保护）。另外，充电器充电过程包括了恒流工作阶段和恒压工作阶段，且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。图2.1所示时系统的设计框架，包括电压/温度采样模块、开关控制模块、保护机制模块和充电模块。
图2.1 系统框架设计图
保护机制：该模块将系统的工作状态实时显示出来，并根据事先编写的软件响应监控信号。在实现时，该模块电路被分散在其他3个模块的实现电路中。
开关控制：该模块利用A/D采样检测充电恒流，在非法工作时关断系统电源。
充电功能模块：该模块的主要功能是产生精确的基准电压，完成电池充电，并实时采样系统状态。
温度/电压采样：该模块完成充电器电源电压和环境温度的采样，并根据采样值决定系统的工作状态。
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计
锂电池充电器模块硬件电路图如图2.2所示（见下页）。
2.2锂电池充电器模块原理图
2.3单片机功能特点及原理
2.3.1单片机89C51的功能特点
图2.3单片机引脚图
单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
1、电源: （1）VCC - 芯片电源，接+5V；⑵ VSS - 接地端；
2、时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
3、控制线：控制线共有4根。
（1）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程时，此引脚输入编程的脉冲。
（2）PSEN：外部ROM读取选通的信号。
（3）RST/VPD：复位/备用用的电源。
RST（reset）功能：用于复位信号的输入端。
VPD功能：在Vcc断电的情况时，接上备用的电源。
（4）EA/Vpp:内外ROM的选择切换/片内的EPROM编程用电源。
EA功能：内外ROM的选择端口。
VPP功能：片内会有EPROM芯片， EPROM在编程时候，会加编程的电源Vpp。
4、I/O线
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