基于单片机智能充电器毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机智能充电器毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，因此在充电时需要保证镍镉电池电量已经放完。 单节的镍镉 /氢 电池为 ，放电终止电压为 ，在生活中，基本很少出现单节电池的使用，基本都是两节或者多节以上的电池串联使用。 而镍镉 /氢 电池充电需要过充 10%—50%。 双节电池 标称 电压 为 ，因此方案设定镍镉 /氢 充电方式充电终止电压为 ，在充电电压达到 的时候采用涓流充电。 （ 3） 模式 3： 此模式为可调模式，可兼容 到 充电电压，可根据自身需要进行采用不同广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 4 的电压值进行充电。 所选电压为充电截止电压，在终止电压前 1V 采用涓流充电。 适用于其他幅值的充电电池。 系统 研究 框图 该系统 总体框图如图 所示： 图 智能充电器的总体框图 采用单 片机 STC12C5604AD 作为主控芯片，有主控芯片调制占空比产生一定脉宽 PWM 信号，所产生的脉宽信号进行滤波转为直流信号，同时利用 LM358 接成电压跟随器， 负载能力提高，然后经过比较器控制晶体管的导通与截止，供给电池充电 [4]。 并对电池电压取样反馈到比较器及主控芯片，由主控芯片进行 A/D 转换处理，然后输出 LCD1602 显示。 第 3 章 智能充电器的硬件电路 研究 智能充电器的 研究 思想 本系统硬件 研究 的基本思想是采用模块化 研究 ，把实现不同功能的部分电路做成独立模块，然后通过合理的连接组成一个具有特定功能 的产品。 本 研究 主要由 单片机控制模块、电源模块、电荷泵升压模块、直流线性稳压控制模块、键盘模块、显示模块 组成。 单片机 控制模块 单片机的主要功能 STC12C5604AC 单片机是 STC 生产的单时钟 /机器周期 （ 1T） 的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路、 PCA、 高速 10 位 A/D 转换、数据存储器、定时 /计数器、 I/O 接口、 SPI 接口、看 门狗 及片内RC 振荡器等模块。 几乎 包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。 如图 31 为 STC12C5604AD 的内部结构框图 ： 中央处理器 电源 按键 运放 PWM PNP 调整管 LED 指示 LCD 显示 电 池 ADC 取样 误差放 大调节 广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 5 图 31 STC12C5604AD 内部结构框图 主要性能： 1． 增强型 8051CPU， 1T，单始终 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 2． 工作电压： 3． 工作频率范围： 035MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz 4． 用户应用程序空间 4K 字节 5． 片上集成 768 字节 RAM 6． 通用 I/O，复位后为：准双向口 /弱上拉（普通传统 I/O 口） 可设置成四 种 模式：准双向口 /弱上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，单整个芯片最大不要超过 55mA 7． ISP（在 系统可编程 ） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8． 有 EEPROM 功能 9． 看门狗 10． 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 20M 一下时，可省外部复位电路） 11． 时钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外 部晶体 /时钟 广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 6 常温下内部 R/C 振荡器频率为： ~ 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 12． 共 6 个 16 位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器， 16 定时器 T0 和 T1，没有定时器 2， PCA 模块可再实现 4 个 16 位定时器 13． 2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 输出时钟，可由 T1 的溢出在 输出时钟 14． 外部中断 6 路，下降 沿中断或低电平出发中断， PCA 模式可分别或同时支持上升沿中断 /下降沿中断， Power Dowm 模式可由外部中断唤醒 ， INT0/、 INT1/、 T0/、 xD/、 PCA0/、 PCA1/ 15． PWM（ 4 路） /PCA（可编程计数器阵列， 4 路） 也可用来当 4 路 D/A 使用 也可用来再实现 4 个定时器 也可用来再实现 4 个外部中断（上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持） 16． A/D 转换， 10 位精度 ADC，共 8 路 17． 通用 全 双工异步串行口（ UART），由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定时器软件实现多串口 18． SPI 同步通信口，主模式 /从模式 19． 工作温度范围： 0~75℃ 20． 封装： TSSOP20（ 超小封装 ） 单片机 控制 电路 如图 32 所示为单片机 控制 电路。 图 32 单片机 控制 电路 广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 7 主要管脚 用途 ： （ 1） XTAL1 脚和 XTAL2 脚为振荡器输入输出端口，外接 12Mhz 晶振 [5]； （ 2） VCC、 GND 接 5V 电源 正 负端； （ 3） 、 分别接 LCD 显示屏的 RS 与 EN 端。 （ 4） 、 接开关电路 ，用来获取开关信号 ； （ 5） 、 接两发光二极 管，用来指示充电状态； （ 6） 、 为 PWM 输出端口，分别接直流稳压电路以及电荷泵升压电路，电荷泵升压电路产生 +7V电压为 LM358 芯片提供工作电源，直流稳压电路控制一定的输出电压为电池充电； （ 7） 为数模转换信号输入端口，外接电池取样电压端； （ 8） 、 、 、 接 LCD1602 数据输入端； （ 9） 接 LCD1602 背光源正极； （ 10） 接 TL431 稳压管，为 提供 稳压源； （ 11）本 研究 没用到复位电路，所以复位端 RST 直接接地。 供电电源 USB5V 供电电源 USB 电源 主要由 USB 数据线为主要连通工具，接电脑 USB 接口或其他 +5V 电源如：移动电源、交换式电源供应器 ， 主要 为芯片和外部显示屏及其他外部电路提供 工作电源。 因为 USB 输入电压虽然是单一方向，但是仍会含有交流 成分，因此，需要加电容滤波电路，输出 平滑的直流电压。 如图 33为 USB 电源电路。 图 33 USB 电源电路 电荷泵 升压 （ 1） 电荷泵定义： 也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的 “ 快速 ” （ lying） “ 泵送 ”电容 （ 而非电感或变压器 ） 来储能的 DCDC（ 变换器 ） 它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 8 生负电压。 其内部的 FET 开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数 （ ,2 或 3） 倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。 这种特别的调制过程可以保证高达 80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。 由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和 EMI（ 电磁干扰 ）。 （ 2） 电荷泵升压电 路主要利用电容存储电荷或电能，并按预先确定的速度和时间放电的特性。 电路中电容一旦被加电，由于电容的寄生效应限制了峰值充电电流，并增加了电荷转移时间，因此电容的电荷累积不能立即完成，也意味着电容两端的初始电压变化为零。 使用这种方法可实现电压的 倍 压，开关信号的占空比设为 50%，能产生最佳的电荷转移效率。 （ 3） 电荷泵的工作过程为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。 （ 4） 电荷泵的 研究 主要 升压驱动 LM358 芯片工作 ， 但是如果没有电荷泵， LM358 的比较 输出后，到达不了 5V，所以只能升压驱动 LM358。 电荷泵升压电路图如图 34 所示， PWM 占空比为 50%的开关信号由单片机 提供。 图 34 电荷泵升压电路图 直流线性稳压控制电路 研究 单片机主控制芯片 根据不同的充电状态 产生不同 PWM 脉冲信号电压供电池充电。 因而， 需要进行滤波， 因为滤波以后，负载能力差了，需要用到电压跟随器。 然后利用比较器与电池取样电压比较，控制输出 [6]。 直流线性稳压控制电路如图 35 所示： 广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 9 图 35 直流线性稳压控制电路 LM358 双运算放大器 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的 双运算放大器 ，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的 特征： （ 1） 内部频率补偿 （ 2） 直流电压增益高 (约 100dB) （ 3） 单位增益频带宽 (约 1MHz) （ 4） 电源电压范围宽：单电源 (3—30V) （ 5） 双电源 (177。 177。 15V) （ 6） 低功耗电流，适合于电池供电 （ 7） 低输入偏流 （ 8） 低输入失调电压和失调电流 （ 9） 共模输入电压范围宽，包括接地 （ 10） 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 （ 11） 输出电压摆幅大 (0 至 ) LM358 接成电压跟随与电压比较电路 ： PWM1 到 U2R1，这一段是把 PWM1 的负载能力提高，因为 PWM1 输出的是方波，要转成直流信号，就依靠两级 RC 滤波电路，因为滤波以后，负载能力差了，所以用了电压跟随器； 右边为比较器其实目的就是为了比较 PWM1 的电压和 ADC0 的电压，然后调整广东海洋大学 20xx 届本科生毕业 论文 10 Q1， Q2 的导通和截止，再供给电池。 扩流 直流线性稳压控制电路后级输出采用两 S8550 并联使用， +5V 电源在经两晶体管调整后供给电池。 因为 S8550 为低功率三级管，并联使用可以提高输出功率。 两个三级管存在放大差异问题，特性不可能 一致 ，所以用小电阻 欧电阻调整。 三极管 为低电平导通，高电平截止电路，前级电压比较器， 比较电池取样电压及 PWM1 输出电压， 比较输出低电平，两三极管导通。 LCD1602 显示电路 LCD1602 液晶显示模。