单片机的锂电池充电器设计
单片机的锂电池充电器设计[20200128191219]
【摘要】
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、精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。本文对锂离子电池的参数特性、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。该电路具有安全快速充电功能，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,硬件电路,软件设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2锂电池的工作原理及结构 1
1.3锂电池充电器的充电特性 3
第二章 系统硬件平台设计架构 5
2.1锂电池充电器模块设计思路 5
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计 5
2.3单片机功能特点及原理 6
2.4系统指示灯电路 7
2.6精确基准电源产生电路 9
2.7开关控制电路 9
第三章 系统软件平台设计框架 11
3.1设计思路 11
3.2锂电池充电器模块的主程序设计 11
3.3充电流程设计 13
3.4锂电池充电器的源程序设计 13
第四章 结束语与展望 34
参考文献 35
致 谢 36
第二章 系统硬件平台设计架构
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2.1.1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2.1.1 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2.2.1所示。
图2.2.1 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2.3.1 单片机引脚图及引脚图
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。
（4）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
（5）PSEN：外ROM读选通信号。
（6）RST/VPD：复位/备用电源。
（7）EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
（8）I/O线：80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。
（9）振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。
（10）复位管脚：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。
（11）EA管脚：EA管脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。
在该图中，微处理器MPU处接一个液晶显示，可以根据时间来显示充电的状态以达到智能的功能。
2.4系统指示灯电路
系统指示灯有两个：红色LED和绿色LED。
当电池处于充电状态时，充电器的红色指示灯亮，绿色指示灯熄灭；当电池充电基本完成，进入涓流阶段时，充电器的绿色指示灯亮，红色指示熄灭；若出现异常状况，则红色指示灯闪烁，绿色指示灯熄灭。
如图2.4.1所示，LED直接连接至单片机I/O口，RES2电阻利用分压原理得到LED的工作电位差，并利用与LED串联的特点限制其工作电流，起过载保护的作用。
【摘要】
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、精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。本文对锂离子电池的参数特性、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。该电路具有安全快速充电功能，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,硬件电路,软件设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2锂电池的工作原理及结构 1
1.3锂电池充电器的充电特性 3
第二章 系统硬件平台设计架构 5
2.1锂电池充电器模块设计思路 5
2.2锂电池充电器模块的硬件电路设计 5
2.3单片机功能特点及原理 6
2.4系统指示灯电路 7
2.6精确基准电源产生电路 9
2.7开关控制电路 9
第三章 系统软件平台设计框架 11
3.1设计思路 11
3.2锂电池充电器模块的主程序设计 11
3.3充电流程设计 13
3.4锂电池充电器的源程序设计 13
第四章 结束语与展望 34
参考文献 35
致 谢 36
第二章 系统硬件平台设计架构
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2.1.1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2.1.1 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2.2.1所示。
图2.2.1 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2.3.1 单片机引脚图及引脚图
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。
（4）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
（5）PSEN：外ROM读选通信号。
（6）RST/VPD：复位/备用电源。
（7）EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
（8）I/O线：80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。
（9）振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。
（10）复位管脚：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。
（11）EA管脚：EA管脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。
在该图中，微处理器MPU处接一个液晶显示，可以根据时间来显示充电的状态以达到智能的功能。
2.4系统指示灯电路
系统指示灯有两个：红色LED和绿色LED。
当电池处于充电状态时，充电器的红色指示灯亮，绿色指示灯熄灭；当电池充电基本完成，进入涓流阶段时，充电器的绿色指示灯亮，红色指示熄灭；若出现异常状况，则红色指示灯闪烁，绿色指示灯熄灭。
如图2.4.1所示，LED直接连接至单片机I/O口，RES2电阻利用分压原理得到LED的工作电位差，并利用与LED串联的特点限制其工作电流，起过载保护的作用。
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