基于单片机控制的智能充电器设计论文.doc

类 别 毕 业 设 计 题 目 基于MCS-51系列的单片机技术智能充电器设计 毕业实践课题及任务课 题简 介单片机智能充电器,是以单片机为核心的具有预充，充电保护，自动断电和充电完成报警提示功能的系统。课 题任 务要 求设计单片机技术智能充电器要求:1、实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示等。2、采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。3、采用电压转换芯片将外部+1 2V电压转换为需要的+5V电压。4、单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给出有关的输出指示。.拟重点解决的问 题1.分析充电的实现和智能化的实现方法，选择合适的充电电池芯片。2.进行硬件电路的设计，绘制充电电路原理图。3.进行软件设计，设计程序代码。4.调试硬件和软件电路，验证整个设计 毕业实践题目： 基于51系列的电子智能充电器设计 摘 要本文设计的充电器主要是面向手机锂电池进行充电的智能充电器。所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式，并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压、电流和温度过高的一种智能化充电器。在设计上我们选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，详细介绍了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器的核心器件MAX1898充电芯片进行了较详细的介绍。阐述了系统的软件设计，以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。 关键词：充电器、单片机、6N137、MAX1898。目录第一章 概述11.1 单片机技术的特点及应用11.1.1单片机的特点：11.1.2单片机的应用：21.2 单片机实现充电器功能的意义2第二章 充电技术42.1 锂离子电池的特点42.2 智能充电器52.3 设计的功能模块6第三章 设计思路分析73.1智能化的实现73.2电池充电芯片的选择83.2.1如何选择电池充电芯片83.2.2芯片MAX1898的特点83.2.3 MAXl 898的充电工作原理9第四章 硬件电路设计114.1 主要器件114.2电路原理图及说明13第五章 软件设计165.1程序流程175.2 程序说明18第六章 调试及检测206.1硬件调试206.1.1静态测试206.1.2联机调试206.2软件调试216.2.1程序的编辑、汇编(或编译)216.2.2程序调试216.3系统调试226.4现场调试226.4.1标准条件下的电气特性、试验及判定226.4.2电气性能、试验方法和判定规则236.4.3荷电保持能力246.4.4电池安全性能24总 结26参考文献27附录1：28附录2：28第一章 概述1.1 单片机技术的特点及应用随着大规模和超大规模集成电路技术的发展和计算机微型化的需要，将微型计算机的基本部件：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、定时器/计数器等多种资源集成在一个半导体芯片上，使得一块集成电力芯片就能构成一个完整的微型计算机。这种集成电路芯片被称为单片微型计算机（Single Chip Microcomuper），简称单片机。单片机在结构设计上，他的软、硬件系统及I/O接口控制能力等方面都有独到之处，具有较强而有效的功能。从其组成、逻辑功能上来看，单片机具备了微型计算机系统的基本部件。目前，8位高档机和16位机在单片机应用中占主导地位，产品众多，已有几十个系列、几百个型号，除了通用单片机以外，集成更多资源，如A/D转换器、D/A转换器、“看门狗”（Watchdog）电路、LCD控制器、网路控制模块等，将单片机嵌入式系统和Intenet连接起来已是一种趋势。还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图像和语言处理等）的单片机。总之，单片机正在向微型化、低功耗、高速、集成、高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展。1.1.1单片机的特点：单片机在一块芯片上集成了一台微型计算机所需要的基本部件。它在硬件结构、指令功能等方面均有独到之处，其特点如下：性价比高。单片机性能稳定，功能强大，价格便宜。体积小，集成度高、可靠性高。单片机将一台计算机所需要的基本部件集成在一块芯片上，减少了各部件间的连线，能大大地提高运行速度和抗干扰能力。控制功能强。为了，满足工业控制的需要，单片机有很强的位处理功能。在其他的逻辑控制功能等方面，也都优于一般的8位微处理。单片机系统配置灵活、方便。由于单片机带有一定数量的接口电路，容易构成各种规模的应用系统。单片机类型多。单从ROM类型来说，单片机的只读存储器有ROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory等多种，可以根据实际需要进行选择。1.1.2单片机的应用：由于单片机具有如上所述的特点，因此在工业生产、日常生活等诸多领域，得到了日益广泛的应用，单片机的主要应用领域有：工业控制，如在工业生产过程中参数（如温度、压力、流量、液位等）的控制，数据处理功能于一体，如转速测试仪、噪声测试仪、振动测试仪及电子秤等。计算机网络与通信，单片机上有并行I/O接口角儿串联I/0接口，可用于通信接口，如单片机控制的自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、遥测遥控系统等。家用电器，由于单片机体积小，控制能力强，且片内与定时器/计数器，所以广泛应用于家用设备中。如空调、洗衣机、微波炉及防盗报警等。本设计是单片机在智能充电方面的应用。1.2 单片机实现充电器功能的意义由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。一部分的充电器不但能在很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，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式。专用的充电芯片具有业界公认较好的-v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关段电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。51系列单片机也是当前使用最为广泛的8位单片机系列，其丰富的开发资源和较低的开发成本，使51系列单片机现在以至将来都仍会有强大的生命力。在众多的51系列单片机中，AT89系列单片机在我国得到了极其广泛的应用，AT89系列单片机是美国Atmel公司的8位机产品。他的特点是片内含有Flash Memory，Flash Memory是一种电可摩除和电写入的闪速存储器（记为FPEPROM)，在系列的开发过程中可以很容易地进行程序修改，使开发调试更为方便。随着社会的不断发展，人们使用各种家电设备、仪表以及工业生产中的数据采集与控制设备也在逐步走向智能化，所以充电器有它的巨大发展空间，同时电子产品的不断更新，51单片机在实现手机电池充电器方面的应用就更有意义。为了完成智能充电器的设计，我将进行以下工作：1.分析充电的实现和智能化的实现方法，选择合适的充电电池芯片。2.进行硬件电路的设计，绘制充电电路原理图。3.进行软件设计，设计程序代码。4.调试硬件和软件电路，验证整个设计。第二章 充电技术2.1 锂离子电池的特点锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为LiCo02，充电时，加在电池两级的电势迫使正极化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。锂离子的移动产生了电流。化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负级之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻。虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂多样的。主要是正负极材料本身的变化，从分子层里来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷，堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释放出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中会逐渐变化。充电控制芯片主要控制电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段（电池指示灯呈绿色闪烁。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到0，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线（电压、电流、时间）可以抽样计算出电池的电量。而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的。所以我们需要深充放来校准电池的芯片。而锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比、无记忆效应、可重复充电多次、使用寿命较长、价格也越来越低、锂离子电池的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻，需要保护电路。锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。针对这些应用特点，MAX1898，这款充电器具有很高的充电控制特性和较低的成本，性能价格比较高，是一款理想的单节锂离子电池充电器。2.2 智能充电器在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。本次设计将通过一个典型实例介绍5 1单片机在实现手机电池充电器方面的应用。设计所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。2.3 设计的功能模块 ·单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示等。 ·充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。 ·充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+1 2V电压转换为需要的+5V电压。该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。 ·C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给出有关的输出指示。第三章 设计思路分析充电的实现，它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。3.1智能化的实现在充电器电路中引入单片机的控制。它为什么需要实现充电器的智能化呢？充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。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，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降(电池活性衰退)现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的-v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。3.2电池充电芯片的选择3.2.1如何选择电池充电芯片目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。·电池类型：不同的电池(锂电池、镍氢电池、镍镉电池等)需选择不同的充电芯片。·电池数目：可充电池的数目。·电流值：充电电流的大小决定了充电时间。·充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。本设计要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择Maxim公司的MAXl898作为电池充电芯片。3.2.2芯片MAX1898的特点MAXl898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。MAXl898提供精确的恒流恒压充电，电池电压调节精度为±0.75，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流，无须外部检流电阻。MAXl898提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAXl898还具有其他一些功能，包括输入关断控制、可选的充电周期重启(无须重新上电)、可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。MAXl898的关键特性如下。·简单、安全的线性充电方式。·使用低成本的PNP或PMOS调整元件。·输入电压：4.512V。·内置检流电阻。·±0.75电压精度。·可编程充电电流。·输入电源自动检测。·LED充电状态指示。·可编程安全定时器。·检流监视输出。·可选可调节自动重启。·小尺寸uMAX封装。3.2.3 MAXl 898的充电工作原理充电芯片MAXl898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 MAXl898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂电池进行安全有效的快充，其最大特点是：在不使用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时问的限制可为锂电池提供二次保护。MAX1898的浮动方式能够使电池容量充至最大。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程；充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1，或时间超出片上预置的充电时间。MAXl898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打开的时问会越来越短。充电结束时，指示 图1 MAX1898的典型充电电路灯将会按12%的周期闪烁，MAX1898的典型充电电路如右图1所示电路具体说明如下。 (1)输入电压范围为4.512v。锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般可采用直流电源外加变压器。(2)通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。(3)通过外接的电容CcT来设置充电时间tCHG。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容CcT的关系如下式所示。CcT=34.33×tCHG式中，tCHG的单位为小时，CcT的单位为nF。大多数情况下，快充时最大充电时问不超过3小时，因此常取CcT为100nF。(4)在限制电流的模式下，通过外接的电阻RSET来设置最大充电电流IFSTCHG，关系如下式所示：1fstchg=1400/Rset式中，RSEI-的单位为Q，IFsTCHG的单位为A。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程。平均的脉冲充电电流低于设置的快充电流的20，或者充电时间超出片上预置的最大充电时问时，充电周期结束。MAXl898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后，打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打开的时JI间会越来越短。充电结束时，LED指示灯将会呈现周期性的闪烁，具体的闪烁含义如表1所示。表1 MAX1898典型充电电路的LED指示灯状态说明 充电状态LED指示灯电池或充电器没有安装灭预充或快充亮充电结束灭充电出错以1.5Hz频率闪烁第四章 硬件电路设计 硬件电路设计主要围绕充电芯片MAXl898展开，而单片机控制部分的电路简单。4.1 主要器件本设计的核心器件是MAXl898。MAXl898可对所有化学类型的Li+电池进行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路，只需要少数外部元件。AXl898为10引脚、超薄型的MAX封装，其引脚分布如图2所示 图2 MAX1898引脚分布其引脚功能如下： IN(1脚)：传感输入，检测输入的电压或电流； CHG(2脚)：充电状态指示脚，同时驱动LED；ENOK(3脚)：使能输入脚输入电源“好”输出指示脚。EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；OK为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接；ISET(4脚)：充电电流调节引脚。通过串接一个电阻到地来设置最大充电电流；CT(5脚)：安全充电时间设置引脚。接一个时间电容来设置充电时间，电容为100nF时，几乎为3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能；RSTRT(6脚)：自动重新启动控制引脚。当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阈值以下200mV，将会重新开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，可以降低它的电压阈值。此引脚悬空或者CT引脚接地(充电时间设置功能禁用)时，自动重新启动功能被禁用；BATT(7脚)：电池传感输入脚，接单个Li+电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地；GND(8脚)：接地端；DRV(9脚)：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极；CS(10脚)：电流传感输入，接晶体管的发射极。本设计的单片机芯片选用Atmel公司的AT89C52，它完全可以满足要求。另外，由于充电器外部为+12V供电，因此需要通过电压转换芯片将+12V电压转换为+5V电压，这里选用三端电压转换芯片LM7805来完成此功能。为了降低电源干扰，保持电路的稳定，在LM7805完成电压转换，将+5v充电电源送给MAXl898之前，先经过一次光耦模块6N137的处理，通过单片机对光耦模块的控制，可以及时关断充电电源。6N137的引脚分布如图3所示。图3 6N137引脚分布图其引脚功能如下NC(1脚、4脚)：悬空；+(2脚)、-(3脚)：发光二极管的正、负极；GND(5脚)：接地端；OUTPUT(6脚)：输出脚；EN(7脚)：使能脚。为低时，无论有无输入，输出都为高。不使用时，悬空即可；VCC(8脚)：电源输入脚。4.2电路原理图及说明硬件电路由单片机电路、电压转换及光耦隔离电路、充电控制电路3部分组成。单片机部分的电路原理图如下图4所示。图4单片机部分原理图图中，u1为单片机AT89C52，工作在110592MHz时钟；u2为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的P21脚控制发出报警声提示；单片机的P2O脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源；单片机的外部中断O由充电芯片MAXl898的充电状态输出信号CHG经过反相后触发。下图5所示的为电压转换及光耦隔离部分电路的原理图。 图5 电压转换及光耦隔离部分电路的原理图U3为输出+5V的电压转换芯片M7805，它将12V的输入电压转换为固定的5v输出；u4为光耦隔离芯片6N137，其输入为LM7805产生的5V电压，输出为经过隔离的5V电压，U4的2脚和单片机的P20相连，由单片机控制适时地关闭充电电源。图6所示的为充电控制部分的电路原理图， 图6 充电控制部分的电路原理图其核心器件为充电芯片MAXl898，其充电状态输出引脚CHG经过。74LS04反相后与单片机INT0相连，触发外部中断。LED_R为红色发光二极管，红灯表示电源接通；LEDG为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。Q1为P沟道的场效应管，由MAxl898提供驱动。图中，R4为设置充电电流的电阻，阻值为2.8kQ，设置最大充电电流为500mA，C11为设置充电 时间的电容，容值为100nf，设置最大充电时间为3小时。在MAXl898和外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。 ·预充在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容CcT确定(100nF时为45分钟)，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则充电进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压仍低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，LED指示灯闪烁。 ·快充快充过程也称为恒流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。恒流充电时，电池电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。·满充在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下，或满充时间超时，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池510的使用时间。·断电当电池充满后，MAXl898芯片的2号管脚发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.0口控制光耦6N137，切断LM7805向MAXl898的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。·报警当电池充满后，MAXl898芯片本身会熄灭外接的LED绿灯。但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断MAXl898芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。当充电出错时，MAXl898芯片本身会控制LED绿灯以15Hz左右的频率闪烁，此时不要切断芯片的供电，要让用户一直看到此提示。第五章 软件设计充电器的充电过程主要由MAXl898控制，而单片机芯片主要是对电池起保护作用。本课题的软件设计较为简单，其主要功能如下。当MAXl898完成充电时，其CHG引脚会产生由低到高的跳变，该跳变引起单片机的INTO中断。CHG输出为高存在3种情况：一是电池不在位或无充电输入，二是充电完毕，三是充电出错(此时，实际上CHG会以15Hz频率反复跳变)。显然前两种情况单片机都可以直接控制光耦切断充电电源，所以，程序中只要区别对待第3种充电出错的情况即可。因此，在此中断中，如果判断出不是充电出错，则控制P2.0脚切断电源，控制P2.1脚启动蜂鸣器报警。5.1程序流程单片机控制智能充电器工作的程序流程如图7所示：初始化While(1)Int0 count为0启动定时器D t_count=0Int0_count+返回关闭T0计数重设主数初值Int0_count+t_count>6Int0 count为1充电完毕，蜂鸣器报警，切断充电电源关闭T0中断和外部中断0返回启动TO计数充电出错开始外部中断D服务子程序启动定时器D服务子程序图7 单片机控制智能充电器工作的程序流程图5.2 程序说明主要程序代码及其说明(见注释语句)如下：#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit GATE=P20；sbit BP=P21；uint t_count，int 0_count；+定时器0中断服务子程序*void timer0()interrupt 1 USing 1( TR0=0； 停止计数TH0=一5000256； 重设5ms计数初值TL0=一5000256：t_count+；if(it_count>600) 第一次外部中断0产生后3S(if(int0_count=1) 还没有出现第二次外部中断0，则认为充电完毕( GATE=0； 关闭充电电源BP=0； 打开蜂鸣器报警 )e1se 否则即是充电出错(GATE =1； BP =1；)ET0 =0； 关闭TO中断EX0 =0； 关闭外部中断0int0_count =0；t_count =0； )elseTR0=1； TO开始计数)*外部中断0服务子程序+void int0()interrupt 0 USing 1( if(int0_count=0) ( TH0=一5000f256； / /5ms定时TL0=一5000256;TRO=1： 启动定时计数器O计数t_count=0； 产生定时器0中断的计数器清零)intOcount+；)*初始化*void init()( EA =1; 打开cpu中断PTO =1 T0中断设为高优先级TMOD=0X01; 模式1，TO为16位定时计数器ETO =1; 打开TO中断ITO =1; 外部中断O设为边沿触发EXO =l; 打开外部中断O GATE =1; 光耦正常输出电压Bp =1; 关闭蜂鸣器Int0_count =O 产生外部中断O的计数器清零)void main()(*调用初始化函数*init();*无限循环* while(1)；)第六章 调试及检测6.1硬件调试 硬件调试时，可先检查印制电路板及焊接的质量情况，在检查无误后，可通电检查LED显示器的点亮状况。若不理想，可以调整电阻的大小以获得满意的亮度效果，还可结合示波器测试晶振及波形情况进行综合测试分析。单片机系统的硬件和软件调试相互密切联系，许多硬件错误是在软件调试中发现的，但是一般还是尽可能地先排除硬件故障后，再进行联机调试。6.1.1静态测试在样机加电之前，首先要进行静态测试，主要内容有； 1检查线路。通过目测和使用万用表，检查样机连线的正确性，注意各电路板之间的连线完好。 2核对元器件。检查所有的元器件是否有插错或损坏现象。 3检查电源系统。将样机中所有芯片都从插座上拔下，给样机加电。检查完整流稳压电路后，逐一检查各芯片插座上电源引脚的电压是否有异常情况。一切正常时，断电，插上一个芯片，重复检查电压，并试摸该芯片是否发热。电源电压正常，芯片没有过热现象。当插上某个芯片后对电源系统没有影响。 4外围电路调试。将所有能进行硬件单独调试的外围电路如检测信号放大电路、输出驱动电路等都调试好。进行局部电路调试，提供有关模拟信号或开关信号。 6.1.2联机调试 联机调试是软硬件结合调试，即利用简单的调试程序来调试硬件系统。进行联机调试，用专用仿真插头将样机和仿真器连接起来，分别打开样机和仿真器的电源，按以下步骤进行具体调试： 1测试扩展RAM(数据存储器)。用开发装置将一批数据写入样机的扩展RAM中，然后再将其读出校验。如果对于任意区域读出和写入的内容都一致，表明扩展RAM工作正常，否则就有故障。可能产生RAM读写故障的原因有：工作电源未接通：地址线、数据线开路、短路或接错；读写信号线未接好已经I洲芯片损坏等。 2测试IO口和I0设备。对于单片机本身的输出口，用仿真器内部特殊功能寄存器修改命令将数据写入输出口或运行一段给输出口赋值的程序，然后检查输出口的相应状态及所接设备的状态，如与写入的内容一致，说明输出口及输出设备工作正常。 对于单片机本身的输入口，通过输入设备给输入口设置一定的状态，然后用读特殊功能寄存器命令读出相应输入接口寄存器的状态，与设定的状态一致，输入口工作正常。 扩展I0口大多是可编程的。检查时先向其控制(命令)寄存器写入控制字，设定接口的工作状态，然后再用外部数据存储器读写命令来检查I0口的状态。I0口状态与读写数据一致，工作正常。 3试验预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。借助程序进行。6.2软件调试 软件调试是在编译器下进行的。首先要将用汇编语言或高级语言编写的源程序进行编辑、汇编(或编译)，变成目标程序(机器代码程序)，然后才能调试，最后可结合硬件实时调试。因此，软件调试实际上可分为编辑、汇编(或编译)和调试两部分。 6.2.1程序的编辑、汇编(或编译) 源程序的编辑在PC机上进行，一般利用仿真系列统提供的编辑环境，也可以利用PC机上的某一种编辑软件。6.2.2程序调试 应用程序应分成若干个功能模块来编写和调试，单个程序模块都调试通过后，将它们组合起来进行系统统调。 模块程序从调试方法来说分成两类情况。 一类是各种计算程序已经代码转换程序、静态IO程序。这类程序如果不能正常运行，程序中的错误是静态的固定的错误，因此可以用单拍或带断点运行方式来调试。这里我准备了多组有代表性的原始数据，以便程序中各个分支都能得到运行，调试工作不至出现遗漏。 另一类是I0实时处理程序和通讯程序。调试这类程序不能用单拍或慢速断点方式，而必须采用全速断点或全速连续运行方式。这是因为实时事件的发生是随机的或不能停止的。如果有问题，需要从硬件和软件两个方面进行检查和解决。6.3系统调试 当硬件调试和软件分模块调试完成以后，就可以进行系统调试，在系统调试时，应将全部硬件电路都接上，应用程序也都组合好，进行全系统软硬件的统调。系统调试的任务是排除软硬件中的残留错误，使整个微机系统能够完成预定的工作任务，达到要求的技术性能指标。 在系统调试中要注意以下几点： 1.对于有电气控制负载的系统，先试空载，空载正常后在试验负载情况。 2.要试验系统的各项功能，避免遗漏。仔细调整有关软件或硬件，使检测和控制达到要求的精度。 3.系统调试时，仿真器采用全速断点或连续运行方式，在综合调试的最后阶段应使用样机中的晶振。 4.系统要连续运行相当的时间，以考验硬件部分的稳定性。6.4现场调试6.4.1标准条件下的电气特性、试验及判定(1)标准测试环境条件温度20±5;相对湿度60±15；大气压强86-106Kpa。(2)测量仪表要求 电压表要求：测量电压的仪表的准确度应不低于0.5级，内阻应不小于lOKV。 电流表要求：测量电流的仪表准确度应