智能型充电器控制电路的设计毕业设计 54页

盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）毕业设计说明书智能型充电器控制电路的设计1nn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。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　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：　　　　　n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。作者签名：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n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nn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n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（在所选等级前的□内画“√”）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n智能型充电器控制电路的设计摘要:电子信息技术的快速发展使得各种各样的电子产品不断涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，这也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池，由于它们各自的优缺点使得它们在相当长的时期内将共存发展。由于不同类型的电池的充电特性不同，目前通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，这在实际使用中有诸多不便。本文设计了一种通用型的充电器，介绍了基于单片机89C51的智能型充电器。设计的充电器可以通过电流传感器MAX471和多路模拟转换开关CD4051实时采集电池的电压、电流，并将采集到的信息经过模数转AD574转换后送入单片机进行处理后由单片机的一个端口输出合适宽度的PWM脉冲对开关电源进行控制，从而对充电过程进行智能控制，并由单片机计算剩余的充电时间；还可以通过并口和LED数码管连接给用户显示必要的信息；另外，它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。关键词:单片机；充电器nnIntelligentChargercontrolcircuitdesignAbstract:Electronicinformationtechnologymakestherapiddevelopmentofawidevarietyofelectronicproductscontinuetoemerge,andinthesmallportableandlightweighttrendofdevelopment,andthismakesmoreelectricbatteryproductsbasedonthepowersupplysystem.Atpresent,moreuseofanickel-cadmiumbatteries,nickelhydrogen,lithiumbatteriesandlead-acidbatteries,astheirrespectiveadvantagesanddisadvantagesofallowingthemforalongperiodoftimewillbethedevelopmentofcoexistence.Isdifferentasaresultofthedifferenttype'sbattery'schargecharacteristic,atpresentusuallytodifferenttype,evendifferentvoltage,thecapacityrank'sbatteryusedifferentbatterycharger,thishasmanyinconveniencesintheactualuse.Inthispaper,ageneral-purposedesignofthecharger,basedontheMCU89C51intelligentcharger.ChargerdesignedbycurrentsensorMAX471andmulti-channelanalogswitchCD4051real-timeacquisitionofthebatteryvoltage,currentandcollectedtheinformationisanalog-digitalconversionAD574convertedintotheSCMprocessedbytheMCUAportoutputofthePWMpulsewidthoftherighttoswitchpowertocontrol,thustheprocessofchargingintelligentcontrolbytheSCMcalculationofthechargeremainingtimecanalsoparallelportandLEDdigitaldisplayofusersconnectedtothenecessaryinformationInaddition,italsocanchangetheparameterstoadapttothedifferentbatterycharging.Keywords:SCM;chargern目录1概述12课题研究背景与意义22.1课题研究背景22.2课题研究意义23系统的硬件设计23.1PWM控制电路33.2电源变换电路43.3采样电路的设计53.4单片机控制电路及A/D转换电路63.5键盘输入电路123.6显示接口电路124系统软件功能154.1系统软件功能154.2系统主程序164.3系统主要子程序165结束语25致谢26参考文献27附录28附录1程序清单28附录1.1系统主程序清单28附录1.2系统主要子程序29附录1.2.1充电策略选择子程序29附录1.2.2充电控制子程序清单29附录1.2.3数据采集子程序清单34附录1.2.4显示子程序35附录2设计图纸38附录2.1智能型充电器控制电路的原理图38附录2.2智能型充电器控制电路的PCB图39n智能型充电器控制电路的设计1概述随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。本设计系统可以实时采集电池的参数，对充电过程进行智能控制；可以将单片机通过并行口与LED数码管相连，对电池的各项参数进行实时显示；还可以根据不同的电池调整充电方法。充电时间约为120分钟。镍镉电池的恒流充电电流为0.9C，镍氢电池的恒流充电电流为0.5C，锂离子电池的恒流充电电流为0.3C。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。这里列举几种不同的电池充电试验,来说明智能充电器的实用价值。现代消费类电器主要使用如下三种电池：a.镍镉电池b.镍氢电池c.锂电池在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。镍镉电池：镍镉电池的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的镍镉电池可以充电1000次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V就必须停机。镍镉电池以恒定电流的方式进行充电。镍氢电池：镍氢电池在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机等等中是使用最广的。这种电池的容量比镍镉的大。由于过充会造成镍氢电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。镍氢电池的自放电率大概为20%/月，镍氢电池也为恒定电流充电。锂电池：锂电池和其他电池相比，锂电池具有最高的能量/重量比和能量/体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于:手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。41n2课题研究背景与意义2.1课题研究背景现代通讯设备、便携式电子产品、笔记本电脑、电动汽车、小卫星等普遍使用蓄电池作为电源,应用非常广泛。然而大多数设备中的蓄电池,只能使用专用的充电器,而且普通的充电器大多充电时间长,无法判断其充电参数和剩余的充电时间。随着便携式设备日新月异的发展，电源技术己经越来越多得到人们的重视。随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，功能越来越强大，对电源系统的要求也越来越高。智能化主要体现在对电池的充电算法和对环境的自适应性方面，一个新型的充电系统要能自动识别被充电电池的类别，根据电池的参数以及环境温度等自适应地生成充电曲线，以最佳的方式完成快速充电工作。随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。2.2课题研究意义现代日常生活中普遍使用的镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池作为电源，应用广泛。电池充电形成了先小电流预充，以适应在低温等条件下的充电，再大电流快速充电，接近满时进入小电流的涓流充电模式，但如果电池很空时，可能处于受损情况，要改变充电方式。这时可以采用脉冲充电方式修复，根据电池受损程度设置不同充电脉宽比。本设计中的充电器有恒压充电、恒流充电、涓流充电等多种充电方式。随着智能电池在国内的日益普及，智能充电器也己经成为国内电源行业研究的新热点，其技术生命力和应用前景将非常广阔。3系统的硬件设计本设计介绍了基于单片机89C51的数字化充电器。设计的充电器可以通过电流传感器MAX471和多路模拟转换开关CD4051实时采集电池的电压、电流，并将采集到的信息经过模数转换AD574转换后送入单片机进行处理后由单片机的一个端口输出合适宽度的PWM脉冲对开关电源进行控制，从而对充电过程进行智能控制，并由单片机计算剩余的充电时间；还可以通过并口和LED数码管连接给用户显示必要的信息；另外它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。基于单片机89C51的数字化充电器原理框图如图3-1所示。主要包括电源变换电路、采样电路、单片机控制电路、脉宽调制控制器、显示器和电池组等,形成一个闭环系统。交流电源经电源变换电路变换成供电池充电的直流电源，直流电源经PWM控制器后对电池进行充电，并且通过单片机对充电41n过程中的电池的各项参数进行采集与处理，由单片机的一个端口输出合适的脉冲宽度来控制开关电源，从而使主电路输出合适的充电电流对电池进行充电，系统中显示电路用来对充电过程中电池的各项参数进行显示。电池组PWM控制器电源变换电路单片机控制器采样电路显示电路图3-1智能充电器原理框图3.1PWM控制电路控制器采用脉宽调制方式控制供电电流的大小。用PWM方式控制的开关电源可以减小功耗,同时便于进行数字化控制。单片机的一个端口输出一个合适的高电平信号后，高电平信号驱动光电耦合器后对主回路上的MOSFET进行驱动。通过MOSFET导通时间长短来调整脉冲从而控制充电电流的大小。PWM控制电路如图3-2所示。图3-2PWM控制电路3.1.1脉冲宽度调制41nPWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。3.1.2光电隔离器光电隔离器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的元件。通常把发光器与受光器封装在管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现“电—光—电”转换。普通光耦合器只能传输数字信号，不适合传输模拟信号。近年来线性光耦合器能够传输连续变化的模拟电压或模拟电流信号，使其应用领域大为拓宽。光耦器件的典型应用有3种：微机接口电路中的光电隔离，功率驱动电路中的光电隔离和远距离的隔离传送。本设计中PWM信号通过光电隔离驱动主回路上的MOSFET，在微机控制系统中，大量应用是对开关量的控制，这些开关量经过I/O口输出，而I/O的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动接口电路，为避免微机受影响，须采取隔离措施。3.2电源变换电路电源变换电路由交流变压器和单相桥式整流电路组成。将输入为220V、50HZ的交流电压经过交流变压器变换为合适的交流电压后，由单相桥式整流电路整流后输出给开关电源的直流电压，然后经过电容滤波后作为开关电源的电源输入。电源变换电路如图3-3所示。图3-3电源变换电路41n3.3采样电路的设计图3-4采样电路采样电路连接如图3-4所示。本设计中充电电流通过电流传感器MAX471转换为电压值。电流采样的电压值和池组的端电压值两者经过模拟开关CD4051,再经过电压跟随器输入到模数转换器AD574分别进行转换,其结果由单片机读取,并进行存储和处理。3.3.1多路模拟转换开关计算机为了从多个模拟量中选取一个进行输入，通常采用模拟多路开关实现信号的分时切换。本设计中采用CD4051作为多路模拟转换开关。转换过程在允许输入端控制下进行的，当INH=1时，通道断开。当INH=0时，其中一个通道接通。将控制输入端A、B、C分别与P1.5、P1.6、P1.7和相连，通过输出不同高低电平，改变A、B、C值。当ABC的值为110时，Y6通道的电流采样电压信号选通；当ABC的值为111时，Y7通道的电池端电压信号选通。3.3.2传感器芯片MAX471A.MAX471芯片的特点、功能a.具有完美的高端电流检测功能。b.内含精密的内部检测电阻。c.工作温度范围内，其精度为2%。d.具有双向检测指示，可监控充电和放电状态。e.内部检测电阻和检测能力为3A，并联使用时还可扩大检测电流范围。f.最大电源电流为100μA。g.关闭方式时的电流仅为5μA。h.电压范围为3～36V。i.采用8脚DIP/SO/STO三种封装形式。41nB.MAX471的引脚功能说明图3-5MAX471芯片引脚图MAX471引脚排列如图3-5所示。各引脚功能如下：SHDN：关闭端。正常运用时连接到地。当此端接高电平时，电源电流小μA。RS+：内部电流检测电阻电池（或电源端）。GND：地或电池负端RS-：内部电流检测电阻的负载端。SIGN：集电极开路逻辑输出端。低电平表示电流从RS-流向RS+。当SHND为高电平时，SIGN不为高阻抗，如果不需要SIGN，可将其悬空。OUT：电流输出，它正比于流过TSENSE被测电路的幅度，此引脚到地之间应接一个2k电阻，每一安培被测电流将产生大小等于1V的电压本设计中将MAX471串接到充电回路中，电流输出端通过电阻实现以地为参考点的电流到电压的转换，然后将转换后的电压信号接入多路转换器。3.4单片机控制电路及A/D转换电路转换电路及单片机控制电路如图3-6所示。采样的电池电流信号和端电压信号经多路转换器分时输出后，输出到模数转换器AD574，由模数转换器将采样的模拟量转换成数字量，再输出到单片机，交给单片机处理后，由一个端口输出合适脉冲信号，从而控制充电电流大小。41n图3-6单片机控制电路及A/D转换电路3.4.1单片机89C51芯片89C51单片机内部有两个定时器、两个外部中断和一个串口中断、三个八路的I/O口,采用11.0592MHZ的晶振。89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能8位微处理器。单片机的任务是通过采样电路实时采集电池的充电状态,通过计算决定下一阶段的充电电流，然后发送命令给控制器控制电流的大小。单片机通过8255A并行接口与显示器相连,用于存储数据和虚拟显示。89C51单片机引脚如图3-7所示。41n图3-789C51单片机A.89C51引脚功能说明Vss:电路接地端。Vcc:电源电压。P2.0～P2.7:8位拟双向通道。P1.0～P1.7:8位拟双向通道。P0.0～P0.7:8位漏极开路的双向通道。X1:内部振荡器外接晶振的一个输入端。X2:内部振荡器外接晶振的另一个输入端。:外部数据存储器读脉冲。:外部数据存储器写脉冲。T0:定时器/计数器0外部事件脉冲输入端。T1:定时器/计数器1外部事件脉冲输入端。INT0:外部中断0输入口。INT1:外部中断1输入口。RXD:串行输入口。TXD:串行输出口。PSEN:程序选通有效信号，低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上。ALE/:地址锁存有效信号，主要作用是提供一个适当的定时信号。41n/Vp:片选使能，当保持TTL高电平时,执行内部ROM指令；当使TTL为低电平时，从外部程序存储器取出所有指令。B.89C51主要性能参数a.与MCS-51产品指令系统完全兼容b.4K字节可重擦写Flash闪速存储器c.1000次擦写周期d.全静态操作：0HZ-24MHZe.三级加密程序存储器f.128×8字节内部RAMg.32个可编程I/O口线h.2个16位定时/计数器i.6个中断源g.可编程串行UART通道C.单片机时钟电路设计时钟电路是单片机不可缺少的电路组成部分，在一个单片机系统中，没有晶振，就没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。在本设计中89C51单片机采用11.0592MHZ的晶振。振荡电容值无严格要求，但它对晶振输出频率的稳定性、大小、振荡电路的起振速度有一些影响。本设计采用22pF的电容。在实际应用中，要根据实际起振情况选择。单片机89C51的时钟电路如图3-8所示。图3-8时钟电路D.单片机复位电路设计41n单片机在工作之前都要有个复位过程，复位对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。复位电路实现一般有俩种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源控制；另一种方法是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平，控制单片机的复位。本设计采用上电复位电路，复位电路由10μF电容和10K的电阻及1N4001二极管组成。在满足单片机可靠复位的前提下，该电路优点在于降低复位引脚的对地阻抗，可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管可以实现快速释放电容电量的功能，满足短时间复位的要求。上电复位电路如图3-9所示。图3-9单片机复位电路3.4.2A/D转换电路本设计中电压和电流采样采用模/数转换器AD574，本次设计选用单极性输入范围为0～20V的模拟量输入端20Vin。通过89C51的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3这四个端对AD574的转换形式进行控制，摸数转换结束后由AD574的12位数据输出端按双八位形式通过89C51的P1口输出到单片机对转换后的数字量进行处理。AD574为±15V双电源供电,12位输出,最大误差为±4bit,合计电压0.01V。A/D转换器是数据采集系统的核心，担负着将模拟信号变换成适合于数字处理的二进制代码的任务。A.A/D转换器的主要参数　a.分辨率分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。　b.量化误差　A/D转换是将连续的模拟量转换为离散的数字量。对一定范围连续变化的模拟量只能反映成同一个数字量。这个误差是量化过程不可避免的。　c.精度　　除了量化误差，还有其他因素，如非线性引起的误差。在手册中，将这种附加误差的总和，称为总不可调误差，实际上就是A/D调整到最精确情况下还存在的附加误差。精度指量化误差和附加误差之和。d.转换时间41n　　A/D转换时间指的是从发出启动转换命令到转换结束获得整个数字信号为止所需的时间间隔。B.A/D转换芯片AD574　　AD574是一个通用A/D转换器芯片，利用微机系统的中断和端口技术都很容易与AD574接口，进行数据传送。C.AD574的引脚功能　　AD574是一种逐次副近型12位A/D转换器芯片，也可以用作8位A/D转换，转换时间为15～35μs。若转换成12位二进制数，可以一次读出，也可分成两次读出，即先读出高8位，后读出低4位，AD574内部自动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用十分方便。AD574芯片引脚如图3-10所示。图3-10AD574芯片引脚图AD574芯片引脚定义如下：：片选信号。/C：读或转换选择。12/：输出数据选择，当接高电平时，输出数据是12位字长；当接低电平时，是将转换输出的数据变成两个8位字输出。CE：芯片允许信号，用来控制转换或读操作，它为高电平并且＝0时，/C信号的控制才起作用，也就是说，CE、、/C信号共同控制操作。A0：转换数据长度选择，如果A0为高时，启动A/D转换，进行8位转换；如果A0为低时，启动A/D转换，则为12位转换。VCC：正电源，其范围为11.4V～16.5V。REFIN：参考电压输入。41nREFOUT：＋10V参考电压输出，具有1.5mA的带负载能力。BIPOFF：双极性偏移，当单极性或双极性输入时，该端加相应的偏移电压，用于零点调整。10VIN：单极性输入0～10V输入端，双极性输入±5V输入端。20VIN：单极性输入0～20V输入端，双极性输入±10V输入端。AGND：模拟信号公共端，微机使用时，可作为模拟地。STS：状态输出信号，转换时为高电平，转换结束时为低电平。D0～D11：输出转换结果的数据线。3.5键盘输入电路本设计中89C51单片机的P2.3、P2.4和P2.5三个输入输出接口通过S1、S2和S3按钮接到一个的电源上，读入这三个端口的状态来选择合适的充电方式，三个端口分别对应了镍镉电池、锂离子电池和镍氢电池的充电方式的选择。当不充电时，三个按钮处于断开状态，单片机的三个端口为低电平；当充电时，依照电池类型按下对应的按钮，单片机的三个端口为高电平。3.6显示接口电路本设计中采用8255A芯片作为单片机89C51的I/O扩展芯片，74LS244芯片驱动数码管和74LS07芯片对数码管进行位选。显示电路用来对充电过程中电池的各项参数进行显示，它也可以改变参数以适应各种不同电池的充电。。3.6.1并行接口芯片8255A芯片具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。A.8255A芯片结构8255A芯片由4部分组成：a.数据总线缓冲器。b.读/写控制逻辑。c.A组和B组的控制电路。d.三个8位端口PA、PB和PC，其中PC口可分为两个4位端口，可分别同端口A和端口B配合使用，可以用作控制信号输出等。B.8255A芯片的引脚功能说明41n图3-118255A芯片引脚图8255A芯片的引脚如图3-11所示。a.面向系统总线的信号线有：D0～D7：双向数据线。CPU通过它向8255A发送命令、数据；8255A通过它向CPU回送状态、数据。：选片信号线，该信号低电平有效，由系统地址总线I/O地址译码器产生。CPU通过发高位端口地址信号使它变成低电平时，才能对8255A进行读写操作。当CS为高电平时，切断CPU与芯片的联系。A1，A0：芯片内部端口地址信号线，与系统地址总线低位相连。该信号用来寻址8255A内部寄存器。两位地址,可形成片内四个端口地址。：读信号线，该信号低电平有效CPU通过执行IN指令，发读信号将数据或状态信号从8255A读至CPU。：写信号线，该信号低电平有效，CPU通过执行OUT指令，发写信号，将命令代码或数据写入8255A。RESET：复位信号线，该信号高电平有效。它清除控制寄存器并将8255A41n的A、B、C三个端口均置为输入方式；输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24条面向外设的信号线呈现高阻悬浮状态。这种势态一直维持，直到用方式命令才能改变，使其进入用户所需的工作方式。b.面向I/O设备的信号线有：PA0～PA7：端口A的输入输出线PB0～PB7：端口B的输入输出线PC0～PC7：端口C的输入输出线C.8255A的工作方式8255A有三种工作方式：方式0、方式1和方式2a.方式0——基本输入/输出在此工作方式下，每个口都作为基本的输入输出口，C口的高4位和低4位以及A口和B口都可独立地设置为输入口和输出口。在此工作方式下：输出的数据被锁存，而输入的数据不被锁存。b.方式1——选通输入/输出在此工作方式下，三个端口分为A、B两组，A、B两个口仍用作数据输入输出口，而C口分成两部分，分别作为A口和B口的联络信号。在8255A中，联络信号是3位，两个数据口，共用去C口的6位，剩余的两位仍可作为数据位使用。c.方式2——双向选通输入/输出只限于A组使用，它用A口的8位数据线，用C口的5位进行联络。工作时输入输出都能被锁存。当A口工作在方式2时，B口可以在方式0或方式1工作。3.6.2数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。本设计采用的是4位八段数码管作为显示器，对电池的各项参数进行实时显示。A.数码管的驱动方式根据数码管的驱动方式不同，可以分为静态式和动态式两大类。a.静态显示驱动静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用诸如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。b.动态显示驱动动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟哪个数码管显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，使各个数码管轮流受控显示，41n这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能节省大量的I/O端口，而且功耗更低。本设计中采用的是8段LED数码管来显示电压值。它由8个发光二极管组成，其中7个按‘8’字型排列，另一个发光二极管为圆点形状，位于右下角，常用于显示小数点。把8个发光二极管连在一起，公共端接高电平，叫共阳极接法，相反，公共端接低电平的叫共阴极接法。当发光二极管导通时，相应的一段笔画或点就发亮，从而形成不同的发光字符。其8段分别命名为a、b、c、d、e、f、g、dp。数码管的管脚如图3-12所示。图3-12数码管的管脚图3.6.3LED驱动电路一般I/O接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED，此时就需要增加LED驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL或MOS集成电路驱动器，在本设计中采用了74LS244芯片增大总线驱动负载的能力驱动数码管和74LS07对四个数码管进行位选。4系统软件功能4.1系统软件功能a.根据S1,S2和S3按钮开关的开关状态，读入P1、P2和P3三个输入输出端口的高低电平，从而选择合适的充电程序。b.对充电参数进行显示。41n4.2系统主程序主程序主要进行初始化，分配内存单元及设置定时器参数，以便系统正常工作。本系统的采样周期为5s，采用两个定时器串联，即设T0为定时方式，设T1为计数方式。设T0为定时方式1，时间间隔为50ms，时钟频率为12MHZ。代入公式T=（2-X）×12×1/f，可得T0应装入的时间常数X=3CB0H，可分别装入TH0和TL0。设T1为计数方式2，计数值为100（即64H）。系统主程序流程图如图4-1所示。开始清数据区AT89S52初始化置采样周期计数值8255A初始化置中断字开中断等待中断图4-1系统主程序流程图4.3系统主要子程序4.3.1充电策略选择程序当充电器开始充电前，首先由单片机读入开关按钮S1、S2和S3对应的输入输出口的对应状态，选择合适的充电策略。程序流程如图4-2所示。41nN中断P2.5为高?NP2.4为高?P2.3为高?NYYY充电策略3充电策略2充电策略1图4-2充电策略选择程序流程图4.3.3充电策略1当对镍镉电池进行充电时，按下对应的开关按钮，对应的输入输出口为高电平，该状态由单片机读入转入充电策略1的控制程序。充电策略1的程序流程图如图4-3所示。41n开始初始化4分钟预充1C电流快充电流充足NY转入涓流N2小时到Y停止图4-3策略1的程序流程图A.为了在低温条件下也能对镍镉电池充电的特殊要求，本系统充电初有4分钟预充。预充是为了提高电池的温度，第一分钟以0.1C的电流充电，第二分钟以0.3C的电流充电，第三分钟以0.5C的电流充电，第四分钟以0.7C的电流充电，从第五分钟进入快充阶段。要完成的工作如下：a.定时控制。每一分钟的充电电流都不同，软件须分辨出预充的各个阶段。b.稳流控制。预充的每个阶段，电流相对不变，必须调节电流的PI调节程序。c.电流和电压采样并进行软件滤波。预充阶段流程图如图4-4所示。41n充电策略N是否慢充?YY4分钟到?N设定充电电流0.7CY设定充电电流0.9C3分钟到?Y设定充电电流0.5CN2分钟到?Y设定充电电流0.3CN1分钟到?快充程序N图4-4预充阶段的流程图B.快充阶段软件设计4分钟预充结束后，进入快充阶段。软件除控制充电电流外，就是判断电池何时充足电，以便及时转入涓流充电。软件还要控制充电开关管交替开通和关断从而形成快速充电要的脉冲充电波形。快充阶段软件流程如图4-5所示。41n开充电管，延时500ms采样充电电流并校正N987ms到？Y开充电管，延时2ms采样电池电压Y充足N转涓流延时10ms图4-5快充阶段流程图4.3.3充电策略2对于锂离子电池，采用恒流-恒压充电方式，充电过程包括小电流预充、大电流充电、恒压充电等几个部分。充电控制流程如图4-6所示。41n中断读取电池参数YNV<3v小电流充电YNNV<2.4v大电流充电YNV=2.4v恒压充电I<1/20C?Y充电完毕V>4.2v或I>1CYN关断电路完毕YN重新启动其它图4-6充电策略2程序流程图4.3.4充电策略3本系统设置了4分钟的充电预设，来四月在低温条件下对镍氢电池充电。设置的预充电流为C/10，四分钟预充结束后转入充电电流为C/2的快充阶段，电池充满后转入涓充，整个过程设为2小时，时间到后结束充电。程序流程如图4-7所示。41n开始初始化四分钟C/10电流预充N四分钟到？YC/2电流快充N电流充满？YC/20电流涓充N二小时到？Y停止图4-7充电策略3程序流程图4.3.5A/D转换子程序AD574为±15V双电源供电，12位输出，最大误差为±4bit，合计电压0.01V。A/D转换器是数据采集系统的核心，担负着将模拟信号变换成适合于数字处二进制代码的任务。A/D转换流程如图4-8所示。41n置采样次数10A/D置位采样NYT0=1?A/D置为保持读转换结果采完10次否NY返回图4-8A/D转换流程图4.3.6采样子程序采样部分由电流传感器、电压跟随器和多路转换器组成。程序流程图如图4-9所示。41n送采样地址和采样次数设通道值送出通道号延时，使S/H稳定启动A/D转换延时，读A/D数据修改通道号和地址号各通道采样一次？采样次数到？启动T0重装定时器0返回修改地址NN采样程序图4-9采样子程序程序4.3.7显示子程序显示子程序采用动态扫描法实现数码管的显示。转换数据放在内存单元中，测量数据在显示时转换成十进制存放在内存单元中。41n5结束语此次我的毕业设计课题是“单片机控制数字化充电器的设计”。设计内容包括充电器硬件电路的设计，充电器软件设计和应用实验。在毕业设计的开始阶段，老师为我指出了此课题的大概方向和需要查阅的相关书籍以及在后面会遇到的主要问题，当时可谓受益颇多。接下来便是查阅相关的文献资料，关于软件部分，汇编语言由于当时学的不是很精通，所以我用了两周左右的时间对汇编语言重新学习了一遍，虽然过程很辛苦，参考了很多资料，查看了很多书籍，但收获很多，这也为后面的实际编程打下了基础。在这次的设计，绘图部分也很重要，虽然以前学习过电子绘图，但由于这次的原理图中有很多芯片，而且需要自己绘制后导入，所以需要了解许多新的绘图知识，经过自己的努力和同学老师的帮助，最终顺利完成图形的绘制。我也了熟练掌握了电子绘图软件的使用，对绘制电路图有了进一步的了解，巩固了以前所学习的知识。随着生活节奏的日益加快，一般的专用充电电池已经不能够满足人们对于高速和智能的需要，单片机控制数字化充电器必将越来越受到人们的欢迎。41n致谢当毕业设计写到这里的时候，为期一学期四个月的毕业设计基本要画上句号了，四个月的时间可以说长也可以说短，但这一百多天的时间里，在杨汉华老师的耐心指导下，自己可谓有了一个全新的提高,毕业设计也较顺利圆满地完成了。在查阅了相当多的资料后，我便开始了实际的设计部分，在这个过程中确实也遇到了相当多的问题和困难，比如控制电路的设计和电路原理图绘制等方面，在老师和同学的热心帮助下，最终顺利的解决了这些问题。在此我也要感谢老师和同学在此过程中给与的耐心指导。实践是检验真理的唯一标准，经过几年的理论学习而这次在即将走向工作岗位的时候能将理论与实践相结合的机会来锻炼自己可谓是难得的一次提高，在此感谢学校为我们安排的这个教学环节，也感谢在此次设计过程中给与我极大帮助的杨汉华老师以及同学们。在老师的指导以及自己的努力下，本次毕业设计完成！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!2011-05-2541n参考文献[1]南建辉,熊鸣，军茹.MCS-51单片机原理及应用实例[M].北京：清华大学出版社，2003.[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社,2003.[3]实用电子电路手册（数字电路分册）编写组.实用电子电路手册（数字电路分册）[M].北京：高等教育出版社，1992.[4]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，1999.[5]王国定.专用集成电路原理和应用[M].上海：上海科学技术文献出版社，1985.[6]郭振波.深入浅出VisualBasic6.0中文版[M].北京：人民邮电出版社，1999.285-345.[7]美D.H.Sheingold.模数转换技术[M].南京:江苏科学技术出版社，1985.[8]中国集成电路大全编写委员会.中国集成电路大全TTL集成电路[M].北京：国防工业出版社，1985.[9]冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，2005.[10]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，1999.41n附录附录1程序清单附录1.1系统主程序清单PCTL89C51EQU0F103HCOUNTEQU22HCDATAEQU00HCHADDREQU23HBUFFEQU24HICL7109EQU0FC00HAREADEQU0FF80HORG0000HJMPMAINORG0003HORG0100H0100H758169MAIN:MOVSP,#69H0103H7480MOVA,#80H0105H90F103MOVDPTR,#0F103H0108HF0MOVX@DPTR,A0109H7800MOVR0,#00H010BH7910MOVR1,#10H010DH7400MOVA,#00H010FH75A0F0MOVP2,#F0H0112HF8MOVR0,A0113H08INCR00114HD9FCDJNZR1,0112H0116H7400MOVA,#00H0118HF523MOV23H,A011AHF522MOV22H,A011CHF524MOV24H,A011EH758961MOVTMOD,#61H0121HD297SETBP1.70123H758D92MOVTH1,#92H0126H758B92MOVTL1,#92H0129HD28ESETBTR1012BH758C3CMOVTH0,#3CH012EH758AB0MOVTL0,#B0H0131H1203F9LCALL03F9H0134HD28CSETBTR00136HD2A9SETBET00138HD2ABSETBET1013AHD2AFSETBEA013CH7803MOVR0,#03H41n013EH7488MOVA,#88H0140HF2MOVX@R0,A0141H020144LJMPXUANZE附录1.2系统主要子程序附录1.2.1充电策略选择子程序0141H020144XUANZE:LJMP0144H0144H20A303JBP2.3,CHONGDIAN10145H20A404JBP2.4,CHONGDIAN20146H20A405JBP2.5,CHONGDIAN30147H020144LJMP0144H附录1.2.2充电控制子程序清单014AH757F50CHONGDIAN1:MOV7FH,#50H014DH90F7FFMOVDPTR,#0F7FFH0150HE57FMOVA,7FH0152HF0MOVX@DPTR,A0153HC23DCLR3DH0155HD23CSETB3CH0157HD23ESETB3EH0159HE527MOVA,27H015BH90BFFFMOVDPTR,#0BFFFH015EHF0MOVX@DPTR,A015FHD292SETBP1.20161HC293CLRP1.30163HE57AMOVA,7AH0165H20E420JBACC.4,0188H0168H02016BLJMPZHI_15016BH90DF0EZHI_15:MOVDPTR,#0DF0EH016EH742FMOVA,#2FH0170HF0MOVX@DPTR,A0171HA3INCDPTR0172H740DMOVA,#0DH0174HF0MOVX@DPTR,A0175HA3INCDPTR0176H74A0MOVA,#A0H0178HF0MOVX@DPTR,A0179HA3INCDPTR017AH740DMOVA,#0DH017CHF0MOVX@DPTR,A017DHA3INCDPTR017EH7469MOVA,#69H0180HF0MOVX@DPTR,A0181HA3INCDPTR41n0182H740BMOVA,#0BH0184HF0MOVX@DPTR,A0185H02019ELJMPZHI_120188H90DF0EZHI_12MOVDPTR,#0DF0EH018BH748AMOVA,#8AH018DHF0MOVX@DPTR,A018EHA3INCDPTR018FH740CMOVA,#0CH0191HF0MOVX@DPTR,A0192HA3INCDPTR0193H740CMOVA,#0CH0195HF0MOVX@DPTR,A0196HA3INCDPTR0197H740CMOVA,#0CH0199HF0MOVX@DPTR,A019AHA3INCDPTR019BH740BMOVA,#0BH019DHF0MOVX@DPTR,A019EH12046DJIANCEO:LCALLADC01A1H1203C5LCALLREAD_DALLAS01A4HE56EMOVA,6EH01A6HB40103CJNEA,#01H,MIN1101A9H0201FALJMPMIN201ACH12046DMIN11:LCALLADC01AFH855076MOV76H,50H01B2H855177MOV77H,51H01B5H1203C5LCALLDIANLIUPINGYI01B8H1203C5LCALLI8PINGJUN01BBH12046DLCALLADC01BEH12048FLCALLPID01C1H90F7FFMOVDPTR,#0F7FFH01C4HE57FMOVA,7FH01C6HF0MOVX@DPTR,A01C7H12046DLCALLADC01CAH1203C5LCALLDIANYAOPINGYI01CDH1203C5LCALLV8PINGJUN01D0H12046DLCALLADC01D3H756600MOV66H,#00H01D6H756700MOV67H,#00H01D9H757814MOV78H,#14H01DCH120484MINN1:LCALLDELAY5MS01DFH120484LCALLDELAY5MS01E2H120484LCALLDELAY5MS01E5H120484LCALLDELAY5MS41n01E8H120484LCALLDELAY5MS01EBHD578EEDJNZ78H,MINN101EEH1203F9LCALLDELAY5MS01F1H752332MOV23H,#32H01F4H752408MOV24H,#08H01F7H0201A1LJMPMIN101FAH1203C5MIN2:LCALLREAD_DALLAS01FDHE56EMOVA,6EH01FFHB40203CJNEA,#02H,MIN220202H02025FLJMPMIN30205H12046DMIN22:LCALLADC0208H855076MOV76H,50H020BH855177MOV77H,51H020EH1203C5LCALLDIANLIUPINGYI0211H1203C5LCALLI8PINGJUN0214H12046DLCALLADC0217H12048FLCALLPID021AH90F7FFMOVDPTR,#0F7FFH021DHE57FMOVA,7FH021FHF0MOVX@DPTR,A0220H12046DLCALLADC0223H1203C5LCALLADC_8PINGJUV0226H1203C5LCALLDIANYAPINGYI0229H1203C5LCALLV8PINGJUN022CH12046DLCALLADC022FH756600MOV66H,#00H0232H756700MOV67H,#00H0235H757814MOV78H,#14H0238H120484MINN2:LCALLDELAY5MS023BH1203C5LCALLWDOG023EH120484LCALLDELAY5MS0241H120484LCALLDELAY5MS0244H120484LCALLDELAY5MS0247HD578EEDJNZ78H,MINN2024AH120484LCALLDELAY5MS024DHD578E8DJNZ78H,MINN20250H120484LCALLDELAY5MS0253H1203F9LCALLDISPLAY0256H752394MOV23H,#94H0259H52408MOV24H,#08H025CH0201FALJMPMIN2025FH1203C5LCALLREAD_DALLAS0262HE56EMOVA,6EH0264HB40303CJNEA,#03H,MIN3341n0267H0202B5LJMPMIN4026AH12046DMIN33:LCALLADC026DH1203C5LCALLADC_8PINGJUI0270H855076MOV76H,50H0273H855177MOV77H,51H0276H1203C5LCALLDIANLIUPINGYI0279H1203C5LCALLI8PINGJUN027FH855076MOV76H,50H0282H855177MOV77H,51H0285H1203C5LCALLDIANLIUPINGYI0288H1203C5LCALLI8PINGJUN028BH12046DLCALLADC028EH12048FLCALLPID0291H90F7FFMOVDPTR,#0F7FFH0294HE57FMOVA,7FH0296HF0MOVX@DPTR,A0297H120484MINN3:LCALLDELAY5MS029AH120484LCALLDELAY5MS029DH120484LCALLDELAY5MS02A0H120484LCALLDELAY5MS02A3H120484LCALLDELAY5MS02A6HD578EEDJNZ78H,MINN302A9H1203F9LCALL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学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。41