內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）PAGE鋰電池充電器的設計摘要鋰離子電池由于能量密度高和長循環(huán)壽命等優(yōu)點，在便攜式設備中得到了廣泛的應用。充電管理是鋰電池管理的重要組成部分，安全、可靠、快速、高效的鋰電池充電器對鋰電池的性能及應用起著至關重要的作用。本文從鋰電池的結構原理著手，通過對鋰電池性能及常用充電方法的研究，分析了充電過程及充電方法對鋰電池性能的影響，并在此基礎上設計了一款智能鋰離子的充電器。此充電器可對目前市場上具有的各種型號和容量的鋰電池進行快速安全的充電。采用這種方案進行鋰電池充電器的開發(fā)具有成本廉價和易于編程升級的優(yōu)點，有著廣闊的市場前景。在硬件方面，完成了單片機系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)電壓、電流、溫度的采樣及功能按鍵等。軟件方面，采用模塊化的程序設計，介紹了模塊劃分和各模塊的功能，實現(xiàn)的具體算法，給出了流程圖，并根據(jù)系統(tǒng)工作需求進行了低功耗和軟件抗干擾設計，確保了系統(tǒng)運行的可靠穩(wěn)定性。本設計提高了充電器智能化水平，更精確的實現(xiàn)充電過程控制，保護電池，延長電池壽命。關鍵詞：ADC（模數(shù)轉換）；PWM（脈寬調(diào)制）；C8051F300單片機ThedesignoflithiumbatterychargerAbstractLithiumbatteryisbeingwidelyusedinthesuitableselectionforportableapplicationfortheirhighenergydensityandlonglife.Chargingmanagementistheessentialpartinbatterymanagement.Safe,reliable,fastandhighefficientchargerguaranteesgoodperformanceandapplicationofthebattery.Thestructure,performanceandchargingmethodofLithiumbatteryisstudiedinthisthesis.Anddifferentimpactsontheperformanceofbatteryviadifferentchargingwaysandprocessareanalyzedindetail,basedonwhich,anintelligentchargerforLithiumbatteryisdesigned.Thechargercanchargeallkindsoflithiumbatteriesquicklyandsafely.Exploitingthechargeroflithiumbatteriesthiswayhastheadvantageoflowcostandeasytoupgradeinprogramming,whichhasavastmarketprospect.Inhardware，thethesisachievesthehardwaredetailcircuitincludingtheMCUsystem，voltage，current，temperaturesamplingcircuitandkey-press.Insoftware,thedesignadoptsmodularprocedures，whichanalysistheplottingandfunctionofeachmodule，andthespecificwayofrealization，areintroduced.Accordingtotheworkdemandsofthesystem，lowpowerconsumptionandsoftwareanti-interferencearedesigned，whichinsurethesafetyandreliabilityofthesystem.Thedesigncanimprovestheintellectualizationlevelofthebatterycharger,realizethecontroltothechargeprocessmoreprecisely,andlengthensthebatterylife.KeyWords:ADC;PWM;C8051F300目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1課題背景 11.2鋰離子電池的工作原理 21.3鋰離子電池的電特性及充電方式 31.3.1鋰離子電池的充放電特性 31.3.2鋰電池的充電方法 41.4課題意義 7第二章系統(tǒng)的硬件設計 82.1系統(tǒng)的整體設計方案 82.2充電電路的設計與實現(xiàn) 102.2.1單片機選型 102.2.2電源模塊的設計 112.2.3單片機外圍電路的設計 122.2.4快速轉換器的設計 132.2.5快速調(diào)節(jié)器操作 142.2.6選擇快速轉換器的電感 152.2.7JTAG口設計 152.3鋰離子電池的充電過程 172.4充電過程參數(shù)控制 18第三章PCB板布線 20第四章系統(tǒng)的軟件設計 224.1系統(tǒng)軟件設計的組成部分 224.1.1主程序 224.1.2校準ADC子程序 244.1.3監(jiān)測電池子程序 254.1.4快速充電子程序 264.1.5低電流充電子程序 274.1.6關閉PWM子程序 284.1.7測量子程序 284.1.8調(diào)節(jié)電壓子程序 294.1.9調(diào)節(jié)電流子程序 304.1.10中斷服務程序 314.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 32第五章結論 34參考文獻 35附錄A鋰電池充電器原理圖 36附錄B鋰電池充電器的PCB板 37附錄C鋰電池充電器程序設計 38致謝 58第一章緒論1.1課題背景隨著信息技術的迅猛發(fā)展，信息化正以不可思議的速度滲透到各個領域，電池作為一項傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，正經(jīng)歷著前所未有的變革，特別是在通信、動力及軍用領域，對電池均有新的要求，為了滿足市場的需求，智能電池應運而生。多年來，小型電子系統(tǒng)和設備一直以鎳鎘電池作為其標準電源配置。少數(shù)較大的設備如便攜式計算機、高功率無線電設備等則靠密封型免維護鉛酸蓄電池供電。其后由于環(huán)境問題及對電池要求的提高，新的電池技術得到發(fā)展產(chǎn)生了鎳氫（NiMH）電池、可充電堿性電池和鋰電池。與之相適應的更復雜的電池充電和保護電路應運而生。最近幾年電池技術的革新主要體現(xiàn)在鋰電池技術上。鋰電池的容量比目前大批量生產(chǎn)的任何可充電電池（如NiCd、NiMH）電池的容量都大。雖然以體積作為度量尺度時鋰電池的容量僅比同樣體積大小的NiMH電池容量僅大10%-30%，但是對于便攜式設備體積大小并非其唯一重要指標，設備的輕重度同樣很重要。當以單位重量計算儲能多少時，鋰電池的優(yōu)勢一下體現(xiàn)出來了。NiMH電池相對鋰電池而言要重些，同等質(zhì)量的容量相比，鋰電池將近是NiMH電池的兩倍。

目前流行的鉛酸密封蓄電池充電器大多采用三段式（恒流、恒壓、浮充）充電方法，充電時間長，效率低，對電池的保護差，容易發(fā)生過充電或者充電不足的現(xiàn)象。過充電，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水；充電不足，可使蓄電池內(nèi)化學反應不充分，并且長期充電不足會導致電池容量下降。以上兩種情況都會降低蓄電池的使用壽命。由此可見，充電器性能的好壞直接影響到蓄電池的使用效果和使用壽命。

通常來說，簡易充電器是不能夠為不同工藝所制造的電池或者是相同工藝但是容量、電壓不同的電池充電的。用簡易的充電器為上述不同的電池充電，輕則造成電池充電不當，重則會釀成一系列的安全事故。用微控制器則可以解決上述問題。將微控制器用于電池充電的場合，除了智能控制的優(yōu)勢之外，還有降低成本、結構簡單的特點。使用微控制器能夠在很短的周期內(nèi)開發(fā)出可應用于各種場合，功能完善的智能充電器，另外微控制器也能狗輕松實現(xiàn)串行通信、實時數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)測。1.2鋰離子電池的工作原理鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（PLIB）兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指以Li＋嵌入化合物為正負極的二次電池。正極采用鋰離子化合物鋰鈷氧化物（LiCoO2），鋰鎳氧化物（LiNiO2）或鋰錳氧化物（LiMn2O4），負極采用鋰－碳層間化合物LixC6電解質(zhì)為溶解有鋰LiPF6,LiAsF6等有機溶劑。聚合物鋰電池的正極和負極與液態(tài)鋰離子電池相同。只是原來的液態(tài)電解質(zhì)改為含有鋰鹽的凝膠聚合物電解質(zhì),而目前主要開發(fā)的就是這種。對于鋰離子電池，使用不同的活性材料，包括電池的正極材料，負極材料和電解質(zhì)，電池的性能特性也會有所區(qū)別。負極材料中，目前常用的有焦碳和石墨。其中，石墨由于低成本、低電壓（可以得到高的電池電壓）、高容量和高可恢復的優(yōu)點，被廣泛采用。正極材料中，主要以鋰金屬氧化物為主。目前常用的有鋰鈷氧化物（LiCoO2）、鋰鎳氧化物（LiNiO2）、鋰錳氧化物（LiMn2O4）以及納米錳氧化物。其中，鋰鈷氧化物具有電壓高、放電平穩(wěn)、適合大電流放電、比能量高、循環(huán)性好的優(yōu)點，并且生產(chǎn)工藝簡單、電化學性質(zhì)穩(wěn)定，其作為鋰離子電池的正極材料，適合鋰離子的嵌入和脫出。鋰鎳氧化物自放電率低，沒有環(huán)境污染，對電解液的要求較低,與鋰鈷氧化物相比，具有一定的優(yōu)勢。鋰錳氧化物優(yōu)點是穩(wěn)定性好，無污染，工作電壓高、成本低廉。鋰離子電池中的電解質(zhì)使用有機溶劑作為鋰離子的傳輸介質(zhì)。鋰離子電池對電解質(zhì)溶劑的要求是：高導電性、高分解電壓、無污染、安全。鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池，正負兩極由兩種鋰離子嵌入化合物組成。充電時，Li＋從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡，放電時則相反，Li從負極脫嵌，經(jīng)電解質(zhì)嵌入正極（這種循環(huán)被形象的稱為搖椅式機制）。在正常的充放電情況下，鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構氧化物層間嵌入嵌出，因為過渡金屬氧化物LiCoO2，LiNiO2中低自旋配合物多，晶格體積小，在鋰離子嵌入脫嵌時，晶格膨脹收縮性小，結晶結構穩(wěn)定，因此循環(huán)性能好，而且充放電過程中，負極材料化學結構基本不變，因此從充放電反應的可逆性看鋰離子電池反應是一種理想的可逆過程。1.3鋰離子電池的電特性及充電方式1.3.1鋰離子電池的充放電特性根據(jù)鋰離子電池本身的結構特征，其充放電有著與鎳基材料化學電池完全不同的充放電特性。它的充電過程一般采用恒流轉恒壓的充電模式。充電開始為恒流充電階段：電池的電壓較低，充電的電流基本不變，充電的速率一般為1C(C=充電電流/電池容量)，對于500mAh的電池即為500mA的充電電流。隨著充電的繼續(xù)進行，電池的電壓逐漸上升。當單體電池的電壓升到4.2V時，充電器立即轉入恒壓充電：恒壓充電時，單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴格保持在4.2V±50mV，若充電電壓超過4.5V可能造成理離子電池的永久性破壞。此階段為恒壓充電階段，充電電流下降較快，溫度上升，最后當電流下降到某一范圍，進入涓流充電階段：涓流充電也稱維護充電，在維護充電狀態(tài)下，充電器以某一充電速率給電池繼續(xù)補充電荷，最后使電池處于充足狀態(tài)。用這種方法，第一個小時可充入電池額定容量的80%，兩小時后電池即可充到額定容量。電池充電終止的檢測方法是判斷充電電流，當充電電流降到某一定值時終止充電。例如充電電流降80mA(典型值為起始充電電流的10%左右)時終止充電，也可以在檢測到電池電壓達到4.2V時啟動定時器，在一定的延時后終止充電。鋰離子電池典型充電特性曲線如圖1-1所示：圖1-1鋰電池充電曲線示意圖鋰離子電池的放電特性比較簡單。一般，鋰離子電池放電起始電壓為4.2V，放電終止電壓約為2.5V，放電終止時，電池電壓不得低于2.2V，否則將造成電池的永久性損壞。此外鋰離子電池的放電電流也不應過大，放電電流一般不應超過3C，否則也會嚴重影響電池壽命與使用質(zhì)量。需強調(diào)的一點是，不同的放電速率放出鋰離子電池額定容量的程度也不同，例如容量為500mAH的鋰電池用0.2C(100mA)的放電速率放電時，可放出全部額定容量，而采用1C(500mA)的放電速率，只能放出額定容量的90%。鋰離子電池的一個特點是比較容易顯示剩余電量，因為其工作電壓隨時間徐徐下降，而鎳鎘電池鎳氫電池則保持一定的電壓值，直到放電末期，電壓才急速下降。因此鋰離子電池放電過程，可通過對照放電特性曲線圖，測量電池兩端的電壓來判斷剩余電量。圖1-2鋰電池放電特性示意圖1.3.2鋰電池的充電方法鋰離子電池的更高化學能量密度和更高電池電壓使得我們可以為便攜式應用制造出更小和更輕的電池，更輕和更小的電源對便攜式應用而言常常是至關重要的。不過，要想充分利用電池容量或延長電池壽命，必須極其嚴格地控制充電參數(shù)。在充電過程中，施加電壓的精度對提高電池的效率和延長電池的壽命具有非常重要的作用。超過充電終止電壓將導致過充電，這在短期內(nèi)會增加電池的供電量，但長期來說則會導致電池失效并產(chǎn)生安全問題。充電終止電壓每提高1%，電池的初始容量就會增大約5%。這種顯而易見的短期增益效應會對電池的充電/放電次數(shù)產(chǎn)生嚴重的后果。過充電導致了充電次數(shù)的減少。另一方面，欠充電盡管不會產(chǎn)生安全問題，但會顯著減小電池的容量。因此，延長電池壽命的關鍵是合理選擇充電方法及參數(shù)，如電流、電壓和溫度。目前鋰電池充電主要有四種方法：恒流充電、恒壓充電、恒流恒壓充電和脈沖充電。1.恒流充電（CC）恒流充電根據(jù)其充電電流的大小，又可分為浮充充電（又稱涓流充電）、標準充電及快速充電。該方法在整個充電過程中采用恒定電流對電池進行充電，如圖1-3所示。這種方法操作簡單，易于做到，特別適合對由多個電池串聯(lián)的電池組進行充電。但由于鋰電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，在充電后期，若充電電流仍然不變，充電電流多用于電解質(zhì)，產(chǎn)生大量氣泡，這不僅消耗電能，而且容易造成極板上活性物質(zhì)脫落，影響鋰電池的壽命。圖1-3橫流充電法曲線2.恒壓充電法（CV）在恒壓充電法中，充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著鋰電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。充電曲線如圖1-4所示。從圖中可以看到，充電初期充電電流過大，這樣對鋰電池的壽命會造成很大影響。圖1-4恒壓充電法曲線3．恒流恒壓充電法（CC/CV）在CC/CV充電器中，充電通過恒定電流開始。在恒流充電CC周期中，為了防止過度充電而不斷監(jiān)視電池端電壓。當電壓達到設定的端電壓時，電路切換為恒定電壓充電，直到把電池充滿為止。在CC充電期間，電池可以以較高電流強度進行充電，這期間電池被充電到大約85%的容量。在CV周期中，電池電壓恒定，充電電流逐漸下降，在電流下降到低于電池的1/10容量時，充電周期完成。恒流恒壓充電曲線如圖1-5所示。圖1-5恒流恒壓充電法曲線4.脈沖充電法脈沖充電方式是比較新的一種充電方式。脈沖充電法是從對電池的恒流充電開始的，大部分的能量在恒流充電過程中被轉移到電池內(nèi)部。當電池電壓上升到充電終止電壓VCV后，脈沖充電法由恒流轉入真正的脈沖充電階段。在這一階段，脈沖充電方式以與恒流充電階段相同的電流值間歇性的對電池進行充電。每次充電時間為TC后,然后關閉充電回路。充電時由于充電電流的存在，電池電壓將繼續(xù)上并升超過充電終止電壓VCV；當充電回路被切斷后，電池電壓又會慢慢下降。電池電壓恢復到VCV時，重新打開充電回路，開始下一個脈沖充電周期。在脈沖充電電流的作用下，電池會漸漸充滿，電池端壓下降的速度也漸漸減慢，這一過程一直持續(xù)到電池電壓恢復到VCV的時間達到某個預設的值TO為止，可以認為電池已接近充滿，如圖1-6所示。圖1-6脈沖充電法曲線在以上四種充電方法中，鋰電池充電仍以恒流恒壓的方法為主。雖然恒流恒壓充電需要復雜得多的電路來實現(xiàn)，但由于其充電時間短，充電效率高，因此在鋰離子電池充電中占主導地位。本文所設計的充電器也將采用這種充電方法。1.4課題意義隨著信息技術的發(fā)展，鋰電池得到了越來越廣泛的應用。傳統(tǒng)的充電器采用的充電技術主要是恒流、恒壓或者是兩者相結合，這些充電方法很容易造成鋰電池過沖或者是充電不足，并且充電時間很長，在一定程度上縮短了蓄電池的使用壽命，為使用者造成一定的經(jīng)濟損失。據(jù)此，研制出一種快速充電且能延長鋰電池電池壽命的充電器就成為一項很重要的任務。本課題的目的是設計出一款用單片機控制實現(xiàn)的智能鋰電池充電器。此充電器可對目前市場上具有的各種型號和容量的鋰電池進行快速安全的充電。采用這種方案進行鋰電池充電器的開發(fā)具有成本廉價和易于編程升級的優(yōu)點，有著廣闊的市場前景。第二章系統(tǒng)的硬件設計2.1系統(tǒng)的整體設計方案本設計要實現(xiàn)對單節(jié)鋰電池的快速充電，需要使用C8051F300單片機作為控制核心和控制橋梁；下載端口采用JTAG口實現(xiàn)程序的下載與燒錄;實現(xiàn)漸弱終止充電的快速轉換器。本設計實現(xiàn)了充電電壓、電流、電池溫度的實時檢測。在電池充電的最后階段，可以通過監(jiān)測電流電壓或兩者的值來決定何時結束充電。同時，如果電池溫度超過最大設定值，應立即結束充電。實現(xiàn)了對充電過程的智能控制。系統(tǒng)設計的參數(shù)如下所示：電壓輸入：8V-15V電池參數(shù)：單節(jié)鋰電池、額定電壓4.2V、容量150mAh低電流充電電流大?。?7.5mA快速充電電流大?。?50mA低電流充電最長時間：90min快速充電最長時間：90min電池額外充電時間：30min電池溫度下限：-10電池溫度上限：50最低快速充電電壓：3V系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)框圖由系統(tǒng)框圖可知，本設計主要由四模塊構成：電源模塊、單片機模塊、JTAG下載端口模塊、快速轉化器模塊。電源模塊本設計電源模塊采用LM340低壓差線性穩(wěn)壓器以及一些濾波整流電路組成，由于本設計采用的單片機的工作電壓為3.3V，所以電壓經(jīng)線性穩(wěn)壓器降壓后輸出電壓為3.3V。單片機模塊本設計采用新華龍公司生產(chǎn)的C5051F300作為控制核心。JTAG下載端口模塊本設計采用JTAG下載端口進行程序下載與燒錄。連線簡單，使用方便。快速轉化器模塊實現(xiàn)一個漸弱終止充電器的最經(jīng)濟的方法就是用一個快速轉換器?？焖俎D換器是一個用一個電感和/或一個變壓器（需要隔離的時候用變壓器）作為能量存儲單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關調(diào)節(jié)器。反饋電路通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時也作為過濾開關，以確保電壓或電流在負載時保持恒定。系統(tǒng)硬件設計分為三部分：電源模塊的設計、單片機和JTAG口的連接設計、快速轉化器的設計。系統(tǒng)軟件設計分為十部分：主程序設計、校準ADC子程序設計、監(jiān)測電流子程序、快速充電子程序、低電流充電子程序、關閉PWM子程序、測量子程序、調(diào)節(jié)電壓子程序、調(diào)節(jié)電流子程序、中斷服務程序。軟件設計框圖如圖2.2所示：圖2.2軟件設計框圖2.2充電電路的設計與實現(xiàn)2.2.1單片機選型本設計采用新華龍公司生產(chǎn)的C8051F300單片機作為控制核心。C8051F單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片（SoC），具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設及其他功能部件；內(nèi)置FLASH程序存儲器、內(nèi)部RAM，大部分器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲器空間的RAM，即XRAM。C8051F單片機具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過10腳的JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。下面列出了一些主要特性：全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）真正8位500ksps的11通道ADC，帶PGA和模擬多路器。高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器2/4/8K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器256字節(jié)片內(nèi)RAM3個通用的16位定時器具有3個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA）片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器片內(nèi)電壓比較器8個端口I/O（容許5V輸入）C8051F300系列器件使用SiliconLabs的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51與MCS-51指令集完全兼容，可以使用標準803x/805x的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51內(nèi)核具有標準8052的所有外設部件，包括兩個標準的16位計數(shù)器/定時器、一個具有外部振蕩器輸入的增強型16位計數(shù)器/定時器、一個具有增強波特率配置的全雙工UART、256字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及8個I/O端口。C8051F300器件內(nèi)部有兩個電壓比較器，可以由用戶軟件使能/禁止和配置。所有端口I/O引腳都可被配置為比較器輸入。如果需要，可以將兩個比較器輸出連到端口引腳：一個鎖存輸出和/或一個未鎖存的輸出（異步）。比較器的響應時間是可編程的，允許用戶在高速和低功耗方式之間選擇。比較器的正和負回差電壓也是可配置的。2.2.2電源模塊的設計電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應器，本設計的電源模塊采用LM2937-3.3作為穩(wěn)壓器件，LM2937-3.3是一種正電壓調(diào)整器，能提供500mA負載電流，并且能理想地把5V至26V的輸入電壓降低為3.3V電壓來作為特定用途集成電路的電源。當輸入電壓超過5V時，其內(nèi)部組成特殊的電路使LM2937500mA滿負載時，靜電流減小到10mA以內(nèi)。以下簡單介紹此電壓模塊的幾個主要特點：（1）工作溫度在-40℃到+125（2）輸出電流一般為500mA；（3）在所有工作條件下，輸出誤差在5%以內(nèi)；（4）有較寬的輸出電容ESR范圍（0.01Ω-5Ω）；（5）內(nèi)部有瞬間短路保護、超負荷熱量保護、短暫60V高電壓輸入保護和鏡像插口保護；（6）輸入電壓為4.75V-26V，輸出電壓為3.3V；輸出滿負載電流為500mA時，靜電流為2mA。DS1是經(jīng)過調(diào)整、穩(wěn)壓后的輸出電壓VDD的電源指示燈，用來檢查整個系統(tǒng)的供電情況。此外，在電源模塊電路中加上了高頻濾波電路，目的是將電壓信號中的高頻信號濾除，減少電源噪聲對系統(tǒng)的影響，增強系統(tǒng)的抗干擾能力。電源模塊電路設計圖如圖2.3所示：圖2.3電源模塊電路圖2.2.3單片機外圍電路的設計本設計單片機外圍電路設計十分簡單。單片機電源引腳上加一旁路電容，目的是為了使電路工作更穩(wěn)定，減少振蕩。因為電路板上的印刷電路存在電阻和電感成分，在電路板上，數(shù)字IC的安裝位置可能距離提供穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓IC較遠，因而電源銅箔的電阻及電感就較大。當數(shù)字IC的輸出在進行"L/H"的轉換時，在穩(wěn)壓IC的電源銅箔及地線銅箔上就流過高頻脈沖電流。由于電感對于高頻信號具有高的阻抗，就會在IC的VDD端子上引起大的電壓波動，造成數(shù)字IC的工作不穩(wěn)定。所以，在單片機的VDD引腳要就進對地接一旁路電容。單片機的XTAL1引腳作為PWM輸出與快速轉化器連接。單片機的P0.7、RST引腳與JTAG口連接，作為程序下載端口。P0.4、P0.5、P0.6引腳作為電池電壓、電流、溫度的檢測端口與快速轉換器連接。單片機外圍電路圖如圖2.4所示：圖2.4單片機外圍電路圖2.2.4快速轉換器的設計實現(xiàn)一個漸弱終止充電器的最經(jīng)濟的方法就是用一個快速轉換器，快速轉換器是一個用一個電感和/或一個變壓器（需要隔離的時候用變壓器）作為能量存儲單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關調(diào)節(jié)器。反饋電路通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時也作為過濾開關，以確保電壓或電流在負載時保持恒定。設計中為了減小電流的脈動，降低輸出紋波，在體積和成本允許的情況下設計選用飽和電流比較大的電感，因為當磁芯接近飽和時損耗增大，會降低轉換效率。電感的飽和電流至少應大于充電回路中的峰值電流。同時，電感的直流電阻會消耗一定的功率，在體積和成本許可的情況下設計選用直流電阻盡量小的電感。另外對于低噪聲應用，為降低電源的電磁干擾，設計選用具有閉合磁芯的電感。肖特基二極管D2的作用是吸收電感的反向電動勢，保護MOSFET開關管Q1。快速轉換器如圖2.5所示：圖2.5快速轉換器2.2.5快速調(diào)節(jié)器操作快速調(diào)節(jié)器的操作是通過控制一個晶體管開關的占空比來實現(xiàn)的。占空比會自動增加以使電池流入更多的電流。當VBATT<VREF時，一個比較器會將開關閉合。如圖2.6所示，電流流入電池和電容C。這個電流同時也存儲在電感L中。VBATT持續(xù)升高，直到超過VREF，此時比較器將開關斷開（參見圖2.7）。存儲在電感中的電流迅速下降直到二極管偏置，使得電感電流以減速度流入電池。電容C在電感電流衰減后開始放電，并且最后VBATT開始下降。當VBATT低于VREF時,比較器再次將開關閉合并開始另一次循環(huán)。在較大的范圍內(nèi)，如果減小占空比（縮短閉合的時間），平均電壓就會下降，反之亦然。因此，可以通過控制占空比的方法調(diào)節(jié)電壓或電流至所需要的值?？焖僬{(diào)節(jié)器操作如圖2.6和2.7所示：圖2.6快速轉換器開關“開”圖2.7快速轉換器開關“關”2.2.6選擇快速轉換器的電感要確定快速轉換器中電感的大小，首先應假定晶體管的占空比為50%，因為此時的轉換器操作操作效率最高。占空比由方程式1給出，其中T是PWM的周期在（本設計中T=10.5μS）。占空比=ton/T方程式1占空比至此，就可以選擇一個PWM的轉換頻率。如方程式2所示，PWM的轉換頻率越大，則電感的值越?。ㄒ苍焦?jié)約成本）。本設計配置C8051FF300的8位硬件PWM是使用內(nèi)部24.5MHz主時鐘的256分頻來產(chǎn)生一個95.7kHz的轉換速率。L=（Vi-Vsat-Vo）ton/2Iomax方程式2電感值的確定現(xiàn)在我們可以計算電感的大小了。假定充電電壓Vi的值為15V，飽和電壓Vsat的值為0.5V，需要獲得的輸出電壓值為4.2V,并且最大輸出電流Iomax為1500mA，那么電感的值至少應選為18μH。需要注意的是，在本電路中的電容僅僅是一個紋波衰減器。因為紋波與電容的大小成反比例關系，所以電容的值越大衰減效果越好。2.2.7JTAG口設計本設計程序下載與調(diào)試端口采用JTAG口。JTAG是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議,如DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO,分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。相關JTAG引腳的定義為：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復位，輸入引腳，低電平有效。JTAG最初是用來對芯片進行測試的,基本原理是在器件內(nèi)部定義一個TAP（TestAccessPort測試訪問口）通過專用的JTAG測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起,形成一個JTAG鏈,能實現(xiàn)對各個器件分別測試?，F(xiàn)在，JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP（In-SystemProgrammable;在線編程），對FLASH等器件進行編程。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程,從而大大加快工程進度。JTAG接口可對PSD芯片內(nèi)部的所有部件進行編程。在硬件結構上，JTAG接口包括兩部分：JTAG端口和控制器。與JTAG接口兼容的器件可以是微處理器（MPU）、微控制器（MCU）、PLD、CPL、FPGA、ASIC或其它符合IEEE1149.1規(guī)范的芯片。IEEE1149.1標準中規(guī)定對應于數(shù)字集成電路芯片的每個引腳都設有一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元BSC。它將JTAG電路與內(nèi)核邏輯電路聯(lián)系起來，同時隔離內(nèi)核邏輯電路和芯片引腳。由集成電路的所有邊界掃描單元構成邊界掃描寄存器BSR。邊界掃描寄存器電路僅在進行JTAG測試時有效，在集成電路正常工作時無效，不影響集成電路的功能。JTAG接口電路如圖2.8所示：圖2.8JTAG接口電路圖2.3鋰離子電池的充電過程電池的特性唯一地決定其安全性能和充電的效率，電池的最佳充電方法是由電池的化學成分決定的。本設計鋰電池的充電方案都包含下面的三個階段：1.低電流調(diào)節(jié)階段2.恒流階段3.恒壓階段/充電終止所有電池都是通過向自身傳輸電能的方法進行充電的，一節(jié)電池的最大充電電流取決于電池的額定容量（C）。例如一節(jié)容量為1000mAh的電池在充電電流為1000mA時，可以充電1C(電池容量的1倍)。也可以用1/50C(20mA)或更低的電流給電池充電。盡管如此，這只是一個普通的低電流充電方式，不適用于要求短充電時間的快速充電方案?，F(xiàn)在使用的大多數(shù)充電器在給電池充電時都是既使用低電流充電方式又使用額定充電電流的方法（即所謂的容積充電）。低充電電流通常使用在充電的初始階段，在這一階段，需要將會導致充電過程終止的芯片初期的自熱效應減小到最低程度。容積充電通常用在充電的中級階段，電池的大部分能量都是在這一階段存儲的。在電池充電的最后階段（通常充電時間的絕大部分都是消耗在這一階段），可以通過監(jiān)測電流、電壓或兩者的值來決定何時結束充電。同樣，結束方案依賴于電池的化學特性。例如，大多數(shù)鋰離子電池充電器都是將電池電壓保持在恒定值，同時檢測最低電流。鎳鎘（NiCd）電池用電壓或溫度的變化率來決定充電的結束時間。充電時，部分電能被轉換成熱能，直至電池充滿。而充滿后，所有的電能將全部被轉換成熱能。如果此時不終止充電，電池就會被損壞或燒毀。快速充電器（電池完全充滿的時間小于兩小時的充電器）則可以解決這個問題。因為這些充電器是使用高充電電流來縮短充電時間的。因此，對于鋰離子電池來說，監(jiān)測它的溫度是至關重要的。因為電池在過充電時會發(fā)生爆裂。在所有的充電階段都應該隨時監(jiān)測溫度的變化，并且在溫度超過最大設定值時，立即停止充電。鋰電池充電時電流和電壓變化曲線圖如圖2.9所示：圖2.9鋰電池充電過程中電流和電壓變化圖2.4充電過程參數(shù)控制（1）溫度本設計的算法使用片上溫度傳感器監(jiān)測溫度，溫度傳感器是沒有經(jīng)過校正的，但仍然可以提供充分精度的溫度測量。如果需要獲得更高精度的溫度測量，可以通過一點或兩點溫度校正方案來實現(xiàn)。電池的在充電過程中隨時監(jiān)測電池的溫度，當溫度超過上限時，立即停止充電。（2）電流電池的充電電流是通過采集一個小的但精確的敏感電阻的差分電壓的值來進行監(jiān)控的，本設計次敏感電阻值為1歐。經(jīng)片上的PGA將電流放大后，采用片上8位ADC使用過采樣的和均值的方法來獲得16位的分辨率，再通過斜率和偏置校正系數(shù)計算出相應地電流值。（3）電壓電池的電壓是通過外部的電阻進行衰減和監(jiān)測的，本設計是用電源電壓作為ADC的參考電壓。為了更精確地檢測，必須將檢測到的高于參考電壓的電壓值衰減。第三章PCB板布線PCB（PrintedCircuitBoard）印刷電路板的制作直接影響著硬件設計的成敗，設計良好的PCB板能較好的防止器件之間干擾并且完全的實現(xiàn)設計的要求。設計印制電路板時，首先要確定原理圖必須設計正確，然后PCB印刷電路板圖一定要合理布線，努力將系統(tǒng)中各元器件之間，電路之間可能產(chǎn)生的不利影響限制在最低程度。當原理圖被正確繪制之后，應當首先檢查每個器件的封裝，在Protel2004[8]中采用了原理圖符號和PCB封裝集成在一起的集成庫，可以在原理圖中方便地修改每個器件的封裝；然后用戶不必手動生成網(wǎng)絡表來將原理圖載入PCB圖，只要使用設計選項中的Update命令就可以將封裝和連接直接傳遞到同一個項目中的PCB中。當將原理圖成功傳遞到PCB圖里后，這時候PCB中器件之間的連線都處于飛線狀態(tài)，必須先把元器件按要求布局，再通過布線將其一一連接起來。在所有器件和連線網(wǎng)絡都傳遞到PCB圖之后，要仔細檢查PCB圖上的封裝和飛線連接，確定正確以后根據(jù)PCB板的實際應用情況確定板的大小和元器件擺放位置。元件的布局和布線直接影響著電路板的性能，由于布線設計的影響因素很多，不同的電路又有其自身的特殊性，無固定的方法可循，一般情況下按設計人員的經(jīng)驗和理解進行設計。但從抗干擾角度考慮，應當注意以下幾個方面的問題：1、在PCB的布局方面：合理選擇PCB的尺寸大小，尺寸太大布線較長增加阻抗且成本增加，尺寸太小影響散熱而且鄰近線容易發(fā)生干擾。對于可調(diào)元器件應放在PCB靠近邊緣易于調(diào)節(jié)的部分。應當在PCB上留出定位孔以及支架等所占的位置，孔的位置與板緣應有一定的距離以保證電路板的機械強度。以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局，元件排列應當均勻、整齊、緊湊。位于電路板邊緣的元器件離電路板邊緣要大于2mm。2、在PCB的布線方面：印制的導線的最小寬度主要由導線和絕緣基板間的粘附強度和流過的電流值決定。導線寬度一般遵循信號線＜電源線＜地線的原則。當然可以根據(jù)實際布線的限制，在各線寬的允許范圍內(nèi)適當調(diào)節(jié)寬度。接地線應盡量加寬以減少接地電阻，并解決好接地點問題；同時應當在Protel2004的設計選項中的規(guī)則選項中對寬度、間距等進行設定以便直觀的發(fā)現(xiàn)錯誤。印制導線拐彎處一般采用45度轉角或者圓弧形以減少高頻信號的對外發(fā)射。布線應當盡量有序、簡短、避免過長的平行走線以減少布線的分布電容；避免印制電路走線形成環(huán)路接收噪聲形成干擾。在需要通過過孔連接層間走線時，考慮過孔帶來的分布電容，同時要符合工藝要求并防止增加成本。按鈕在操作時可能會產(chǎn)生抖動，應采用消除抖動措施。布線完成后要使用大面積覆銅接地。3、電源方面：電源線的走向應盡量與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，保證電源線合適的寬度。每片集成電路的電源引腳上應配置去耦合電容。4、對于C8051F300組成的鋰電池充電器電路來說，器件布局和布線對性能的影響更加明顯和敏感，在本設計中應當注意以下幾點：以C805F300為中心，各元器件緊靠其周圍，均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，以減少分布參數(shù)的影響。對于抑制空間輻射干擾，主要解決辦法是屏蔽。使用屏蔽層或屏蔽盒屏蔽外部靜電和電磁場的干擾。去耦電容應當盡量靠近相應的引腳。直接連接兩個相鄰的電源腳會增加噪聲的耦合，應當盡量避免。每個去耦電容的接地端應當通過一個獨立的過孔連接到地層。本設計由于用的是兩層板，沒有專門的接地層和電源層，所以只能通過覆銅時連接到地網(wǎng)絡來使各引腳去耦電容盡量互不干擾。過孔一般分為：盲孔（BlindVia）、埋孔（BuriedVia）和通孔（ThroughVia）。在設計時設計者希望過孔越小越好，這樣板上可以留有更多的布線空間，此外過孔越小其自身的寄生電容也越小，更適用于高頻電路，但過孔尺寸的減小受到成本和加工工藝的限制，不可能無限制的減小，而且當孔的深度超過鉆孔直徑的6倍時，就無法保證孔壁能均勻鍍銅，一般PCB廠家能提供的鉆孔直徑最小只能達到8mil。第四章系統(tǒng)的軟件設計4.1系統(tǒng)軟件設計的組成部分本設計的軟件設計包括主程序、校準ADC子程序、監(jiān)測電流子程序、快速充電子程序、低電流充電子程序、關閉PWM子程序、測量子程序、調(diào)節(jié)電壓子程序、調(diào)節(jié)電流子程序、中斷服務程序十部分。4.1.1主程序主程序的主要功能是實現(xiàn)整個充電過程無錯誤、快速、穩(wěn)定將電池充滿電。首先，程序將單片機C8051F300初始化，接著校準ADC，當發(fā)現(xiàn)SW0被按下時，在沒有錯誤被發(fā)現(xiàn)的情況下開始給電池充電，當發(fā)現(xiàn)有錯誤產(chǎn)生時，停止充電，發(fā)光二極管熄滅。主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1主程序流程圖4.1.2校準ADC子程序為確保電壓和電流的測量值的精確性，算法采用一個兩點系統(tǒng)校正方案。在這個方案中假定用戶使用兩個已知的電壓和兩個已知的電流，一個點接近于地電平，另一個點接近于原測量值。然后算法采用這兩個點為電流和電壓通道計算一個斜率和一個偏置值，并將結果存儲在FLASH中。所有以后的轉換都是相對于這些斜率和偏置計算值而言的。校準ADC子程序流程圖如圖4.2所示：圖4.2校準ADC子程序4.1.3監(jiān)測電池子程序本設計需要監(jiān)測電池的三個參數(shù)，分別是電壓、電流和溫度。程序流程圖如圖4.3所示：圖4.3檢測電池子程序流程圖4.1.4快速充電子程序快速充電包括橫流充電和低電流充電兩部分。在程序中設定充電結束時間、延遲時間，還設定了溫度、電壓的上限值，當超出范圍時，停止PWM。程序流程圖如圖4.4所示：圖4.4快速充電子程序流程圖4.1.5低電流充電子程序低電流充電子程序運行在鋰電池充電的最初階段，一般在電池電壓小于3V的情況下，進行低電流充電。一旦電池電壓高于3V，則進行快速充電。程序流程圖如圖4.5所示：圖4.5低電流充電子程序4.1.6關閉PWM子程序本設計的脈寬調(diào)制關閉需要軟件來實現(xiàn)。程序框圖如圖4.6所示：圖4.6關閉PWM子程序流程圖4.1.7測量子程序測量程序的主要目的是讓單片機通過ADC得到一個16位的測量值。程序框圖如圖4.7所示：圖4.7測量子程序流程圖4.1.8調(diào)節(jié)電壓子程序在充電的后期，要進行恒壓充電。這時，保持電壓的恒定非常重要，本子程序的目的就是要保持電壓的恒定。此程序監(jiān)測電池的電流以適時調(diào)整PWM的占空比來確保電壓值在恒定值。程序框圖如圖4.8所示：圖4.8調(diào)節(jié)電壓子程序流程圖4.1.9調(diào)節(jié)電流子程序在快速充電和低電流充電階段，要求電流保持恒定?？焖俪潆娊Y束以后，進入恒壓充電階段。此程序監(jiān)測電池的電流以適時調(diào)整PWM的占空比來確保電流值在恒定值。調(diào)節(jié)電流子程序框圖如圖4.9所示：圖4.9調(diào)節(jié)電流子程序流程圖4.1.10中斷服務程序當中央處理器正在處理內(nèi)部數(shù)據(jù)時，外界發(fā)生了緊急情況，要求CPU暫停當前的工作轉去處理這個緊急事件。處理完畢后，再回到原來被中斷的地址，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。實現(xiàn)這一功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，申請CPU中斷的請求源稱為中斷源，單片機的中斷系統(tǒng)一般允許多個中斷源，當多個中斷源同時向CPU請求中斷時，就存在一個中斷優(yōu)先權的問題。通常根據(jù)中斷源的優(yōu)先級別，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求源，即最先響應級別最高的中斷請求。實現(xiàn)這一功能的程序就叫做中斷服務程序。任何一個單片機系統(tǒng)都要用到中斷服務程序。本設計中斷服務程序如圖4.10所示：圖4.10中斷服務程序流程圖4.2系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)固件程序在SiliconLaboratories集成開發(fā)環(huán)境（IDE）里面編寫和調(diào)試，Silabs集成開發(fā)環(huán)境(IDE)是一套完整獨立的軟件程序，它為設計者提供了用于開發(fā)和測試項目的所有工具，調(diào)試器具有設置斷點、觀察點、單步等功能，工具鏈接集成支持匯編器、編譯器和鏈接器，與串行適配器配合可以方便的通過JTAG口來連接硬件和下載程序到硬件。固件編程采用C51語言，編程時用子程序實現(xiàn)模塊化。有利于調(diào)試和移植修改。充分利用開發(fā)軟件的單步、斷點、子函數(shù)運行、函數(shù)跳轉的功能，結合寄存器、端口狀態(tài)監(jiān)控窗口界面，對程序進行從局部到全面的調(diào)試。以下具體介紹SiliconLaboratoriesIDE的軟件編寫、調(diào)試過程：先創(chuàng)建一個新項目打開IDE，在IDE視窗左邊的項目窗口中，在NewProject（新項目）項上點擊鼠標右鍵，選擇SaveprojectNewProject。彈出SaveWorkspace（保存工作區(qū)）對話框，在其中選擇一個適當?shù)哪夸泚肀４骓椖?。鍵入項目文件名然后單擊Save（保存）按鈕。（2）配置項目①缺省設置時，Keil8051匯編器和鏈接器適合大多數(shù)應用。改變工具配置或配置C51編譯器，選擇Project→ToolChainIntegration來選擇和設置匯編器、編譯器和鏈接器。②選擇File→NewFile將打開一個編輯窗口。編寫源文件并保存文件。（如果保存的文件擴展名為.c，.h或.asm，源文件中的關鍵字符將彩色加亮顯示）。③在項目窗口中的項目名上點擊鼠標右鍵，選擇Addfilestoproject（添加文件到項目）。彈出Addfilestoproject對話框，選定要添加的文件點擊打開，這樣該文件就添加到項目中了。④在項目窗口的項目名上點擊右鍵。選擇Addgroupstoproject（添加組到項目）。彈出ProjectGroups(項目組對話框)，選定文件夾名后點擊AddGroup（添加組）則添加所選文件夾到項目，選擇RemoveGroup（移出組）則從項目中移出文件夾，或在CreateNewGroup框中鍵入新組名后點擊Add（添加）按鈕，則在項目中添加新文件夾。⑤如果想?yún)R編、編譯和鏈接項目窗口中的所有文件生成目標文件，你在文件名上點擊鼠標右鍵，并選擇Addfiletobuild。所有文件將被匯編、編譯（按其擴展名不同）和鏈接生成絕對目標文件。本課題設計由于時間關系，沒有做出實物的硬件電路板，所以下面的調(diào)試生成和下載程序也沒做，只是用IDE將整個系統(tǒng)的軟件程序進行了匯編、編譯，以此來檢查程序中的一些錯誤，認真修改，直到匯編、編譯無錯誤地通過。第五章結論可充電鋰電池由于它較普通鎳鎘/鎳氫電池具有體積小、重量輕、自放電率低、無記憶效應的優(yōu)點，被廣泛使用在很多新型移動設備中。但是由于鋰電池的化學特性比較活潑，所以在使用過程中潛在的危險性也比較高，理論上如果鋰電池嚴重過充電或超大電流充放電有可能導致爆炸、燃燒等危險情況。鋰電池的使用要求比較高，過充電和過放電對電池的損害程度都比鎳鎘/鎳氫電池要高，從而使得鋰電池充電器芯片的要求也比較高。所以為了保護鋰電池，充電器芯片要能精確的監(jiān)控電池的充電電壓，充電電流以及電池溫度。本文對鋰電池的化學原理和基本特性以及常用的充電方法作了簡單介紹，并在此基礎上設計了一款線性單節(jié)鋰電池充電器。首先，對各種充電策略作比較，在分析了大量已有的充電器的基礎上提出了一種合理的設計方案和實現(xiàn)思路。然后，進行了硬件與軟件的設計。硬件上采用了新華龍公司的完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型C8051F300單片機作為鋰電池充電器的微控制器，大大提高了系統(tǒng)的性能、簡化了電路。由于時間的局限問題，系統(tǒng)的硬件調(diào)試沒來得及做，本文對該課題設計主要是進行了理論上的詳細研究和分析。本設計代表了大部分的鋰電池充電器的設計思想，是未來鋰電池充電器的發(fā)展方向。參考文獻1.張學海.具有高適應性的鋰電池充電器IC的研究和設計，[碩士畢業(yè)論文].成都：電子科技大學，2007.42.王磊.鋰電池充電器芯片的研究和設計，[碩士畢業(yè)論文].廈門：廈門大學，2007.53.劉銀.鋰電池智能充電器芯片的設計研究，[本科畢業(yè)論文].成都：電子科技大學，2006.34.伊大成.實用鋰電池充電器，使用電子制作-海外制作選，2006.95.郭向陽.DC-DC鋰電池充電器芯片的研究與設計，[碩士畢業(yè)論文].成都：電子科技大學，2006.16.馬愛華.鋰離子電池智能管理系統(tǒng)設計，[碩士畢業(yè)論文].北京：北京交通大學，2008.67.戴維德.鋰離子電池及其充電器，今日電子Http://2001年第2期8.向德軍.用于鉛酸蓄電池的大容量智能充電系統(tǒng)的研究，[碩士畢業(yè)論文].武漢：武漢大學，20049.戴永年、楊斌、姚耀春等.離子電池的發(fā)展狀況，2005.310.楊捷.鋰離子電池的特點與使用.現(xiàn)代電視技術，2003.511.劉青青、郭利周.鋰電池智能充電器設計，河南洛陽師范學院，200512.周志敏、周紀海、紀愛華.充電器電路設計與應用，北京:人民郵電出版社，2005.1013.劉霞、鄒彥艷、金梅、李玉春.鏗電池電量的動態(tài)預測，石油學院學報，2004.214.新華龍電子有限公司AN037應用筆記，2003.415.郭豐.鋰離子電池管理技術研究，新技術應用，2007.416.張國雄.測控電路，北京：機械工業(yè)出版社，2006.217.李景.基于單片機控制的智能型穩(wěn)壓電源充電器的開發(fā)與設計，天水長城電工器材廠，200818.楊冉.微處理器控制的智能型充電器研究，河南科技大學醫(yī)學技術與工程學院，200819.新華龍電子公司.C8051F30xDatasheet[Z].，200420.新華龍電子公司.AN146[Z].，2005附錄A鋰電池充電器原理圖附錄B鋰電池充電器的PCB板 附錄C鋰電池充電器程序設計 ////函數(shù)原型//voidConfig_F300(void);voidReset_Time_Base(void);voidCalibrateADCforMeasurement(void);voidRegulate_Current(int);voidRegulate_Voltage(void);voidTurn_PWM_Off(void);intMonitor_Battery(unsignedchar);voidBulk_Charge(void);voidLowcurrent_Charge(void);unsignedintMeasure(void);voidDelay_Loop(void);typedefunionLONG{longl;unsignedcharb[4];}LONG;typedefunionINT{inti;unsignedcharb[2];}INT;typedefstruct{unsignedlongintt_count;intsec;intmin;inthour;}time_struct;////全局變量定義//time_structTIME;charbdataTERMINATION;charbdataCHARGE_STATUS;INTcodeCHECK_BYTE_at_0x1A00;LONGcodeVOLT_SLOPE_at_0x1A60;LONGcodeVOLT_OFFSET_at_0x1A64;LONGcodeI_NOAMP_SLOPE_at_0x1A70;LONGcodeI_NOAMP_OFFSET_at_0x1A74;LONGtemp_LONG_1,temp_LONG_2;INTtemp_INT_1,temp_INT_2;////定義位標記狀態(tài)寄存器//sbitBULK=CHARGE_STATUS^0;sbitLOWCURRENT=CHARGE_STATUS^1;sbitERROR=CHARGE_STATUS^2;sbitCONST_V=CHARGE_STATUS^3;sbitCONST_C=CHARGE_STATUS^4;sbitDELAY=CHARGE_STATUS^5;sbitREADY=CHARGE_STATUS^6;sbitFREE1=CHARGE_STATUS^7;////定義位標記終止寄存器//sbitTEMP_MIN=TERMINATION^0;sbitTEMP_MAX=TERMINATION^1;sbitI_MIN=TERMINATION^2;sbitI_MAX=TERMINATION^3;sbitTIME_MAX=TERMINATION^4;sbitVOLT_MAX=TERMINATION^5;sbitVOLT_MIN=TERMINATION^6;sbitFREE2=TERMINATION^7;////定義位標記端口//sbitSDA=P0^0;sbitSCL=P0^1;sbitCEX0=P0^2;sbitLED0=P0^3;sbitSW0=P0^7;#defineTBAT0xF8;#defineIBAT0x65;#defineVBAT0xF6;////8051F300參數(shù)//#defineSYSCLK24500000#defineTEMP_SENSOR_GAIN3300#defineTEMP_GAIN2#defineCURRENT_GAIN4#defineVREF3200#defineSCRATCH_PAGE0x1C00#definePWM_CLOCKSYSCLK/255////校準/計算參數(shù)//#defineV1_CAL67#defineV2_CAL2800#defineI1_CAL67#defineI2_CAL133#defineRSENSE1#defineRESB20#defineRESAB30#defineTEMP_SLOPE((long)TEMP_GAIN*TEMP_SENSOR_GAIN*65536/100/VREF)////監(jiān)視器開關參數(shù)//#defineTEMPERATURE7#defineVOLTAGE5#defineVOLTAGE_PWM_OFF3#defineCURRENT1////電池參數(shù)//#defineCELLS1#defineCAPACITY150#defineLiIon_CELL_VOLT4200#defineI_BULK(unsignedint)(CAPACITY)#defineI_LOWCURRENT(unsignedint)(CAPACITY/4)#defineVOLT_BULK(unsignedint)(LiIon_CELL_VOLT)#defineVOLT_LOWCURRENT(unsignedint)(LiIon_CELL_VOLT)#defineVOLT_TOLERANCE(unsignedint)(LiIon_CELL_VOLT/100)#defineCURRENT_TOLERENCE(unsignedint)(CAPACITY/10)////電池規(guī)格表：充電終止限制//#defineMIN_TEMP_ABS26300#defineMAX_TEMP_ABS32300#defineMIN_VOLT_BULK3000#defineMAX_VOLT_ABS(unsignedint)(CELLS*LiIon_CELL_VOLT)#defineMIN_I_BULK(unsignedint)(CAPACITY/4)#defineMAX_TIME_LOWCURRENT30#defineMAX_TIME_BULK90#defineBULK_TIME_DELAY30////包含//#include<c8051f300.h>#include"LIION_BC_MAIN.h"http:////函數(shù)//voidConfig_F300(void){RSTSRC=0x02;XBR0=0x70;XBR1=0x44;XBR2=0x40;P0MDOUT=0x0C;P0MDIN=0x8F;OSCICN=0x07;ADC0CN=0xC0;;////初始化PCA//PCA0MD=0x00;PCA0MD=0x08;PCA0L=0x00;PCA0H=0x00;PCA0CN=0x40;PCA0CPM0=0x00;PCA0CPL0=0xF0;PCA0CPH0=0xF0;PCA0CPM1=0x49;PCA0CPL1=0xFF;PCA0CPH1=0x00;EIE1=0x08;}////復位所有時間計數(shù)值//voidReset_Time_Base(){TIME.sec=0x00;TIME.min=0x00;TIME.hour=0x00;TIME.t_count=PWM_CLOCK;}////延遲//voidDelay_Loop(void){longi=0;for(i=0;i<100000;i++);}////為測量電壓校準ADC//voidCalibrateADCforMeasurement(){unsignedcharxdata*pwrite;EA=0;while(SW0==1);AMX0SL=VBAT;ADC0CF=(SYSCLK/5000000)<<3;ADC0CF&=0xF8;ADC0CF|=0x01;temp_INT_1.i=Measure();while(SW0==1);Delay_Loop();AMX0SL=VBAT;temp_INT_2.i=Measure();temp_LONG_1.l=(unsigned)(temp_INT_2.i-temp_INT_1.i);temp_LONG_1.l*=(unsigned)100;temp_LONG_1.l/=(unsigned)(V2_CAL-V1_CAL);temp_LONG_2.l=(unsigned)temp_INT_1.i;temp_LONG_2.l-=(signed)(temp_LONG_1.l*V1_CAL/100);temp_LONG_1.l=2050;temp_LONG_2.l=0;pwrite=(charxdata*)&(CHECK_BYTE.b[0]);PSCTL=0x03;FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=0x00;PSCTL=1;pwrite=(charxdata*)&(VOLT_SLOPE.b[0]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[0];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_SLOPE.b[1]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[1];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_SLOPE.b[2]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[2];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_SLOPE.b[3]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[3];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_OFFSET.b[0]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_2.b[0];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_OFFSET.b[1]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_2.b[1];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_OFFSET.b[2]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_2.b[2];pwrite=(charxdata*)&(VOLT_OFFSET.b[3]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_2.b[3];PSCTL=0;////為測量電流校準ADC//while(SW0==1);Delay_Loop();AMX0SL=IBAT;ADC0CF=(SYSCLK/5000000)<<3;ADC0CF&=0xF8;ADC0CF|=0x03;temp_INT_1.i=Measure();temp_INT_1.i*=2;while(SW0==1);Delay_Loop();temp_INT_2.i=Measure();temp_INT_2.i*=2;temp_LONG_1.l=(unsigned)(temp_INT_2.i-temp_INT_1.i);temp_LONG_1.l*=(unsigned)100;temp_LONG_1.l/=(unsigned)(I2_CAL-I1_CAL);temp_LONG_1.l/=(unsigned)CURRENT_GAIN;temp_LONG_2.l=(signed)(temp_INT_1.i/CURRENT_GAIN);temp_LONG_2.l-=(signed)(temp_LONG_1.l*V1_CAL/100);temp_LONG_1.l=2050;temp_LONG_2.l=0;PSCTL=1;pwrite=(charxdata*)&(I_NOAMP_SLOPE.b[0]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[0];pwrite=(charxdata*)&(I_NOAMP_SLOPE.b[1]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;*pwrite=temp_LONG_1.b[1];pwrite=(charxdata*)&(I_NOAMP_SLOPE.b[2]);FLKEY=0xA5;FLKEY=0xF1;