史永哲毕业论文

毕业论文(设计)

题 目 太阳能手机充电器的设计

学生姓名 史永哲

学 号 20081305058 院 系 电子与信息工程学院

专 业 电子信息工程

指导教师 张秀再

二Ｏ一二年 三 月 三十一 日

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摘要

化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时电池突然没电了，因不能及时找到或没有220V市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本课程设计介绍一种多用太阳能手机充电器，将太阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对市电的依赖而获得通信的自由。与常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。该设计电路包括光伏转换电路、稳压电路、充电和显示电路、过充保护电路、应急充电电路。该充电器工作稳定、可靠，使用灵活。太阳能作为一种没有任何污染的、易取的绿色能源若能应用到消费类产品中，对于改善地球的整体的能源状况和环境有着非常重要的意义。

关键词：光伏转换； 太阳能电池板； LM7805；MAX1898；AT89S52

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引言

手机作为信息社会的一种通用商品，如今在世界范围内得到广泛的普及，而作为手机能源的提供者—电池的储能总是十分有限，几乎所有的用户都曾遇到过外出或通话过程中电池耗尽的尴尬，尤其是对于经常在野外作业的用户来说，在远离市电的环境下，电池的耗尽为我们的通信带来极大的不便，而太阳能作为一种可再生能源逐步在各个领域得到广泛应用。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。若能以太阳能电池组件为基础，设计出成本低廉的太阳能手机充电器，直接完成太阳能辐射到电能转换，必然会为个人移动通信带来极大的方便。

虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太阳能利用辛要有光热利用和光伏发电利用这两种主要形式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，相关技术研究也比较成熟。光伏利用近期在世界范围内高速发展，所谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。目前，太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80％[1]。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。在充电器方面，我国大陆的手机充电技术专利申请量居世界首位，手机充电器接口技术标准一般不影响这类专利技术的实施。此外，我国台湾地区、韩国、日本的申请量也较大。不过，日本近些年的申请量有相对减少的趋势。欧美国家公开的专利申请相对较少。

太阳能电池板的特性参数

太阳能电池板材料

当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中，用于电子级多晶硅占55％左右，太阳能级多晶硅占45％，随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一

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太阳能电池板工作原理

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。下面以硅太阳能电池为例加以具体介绍。

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。

N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。

当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源

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太阳能电池的基本特性[2]

对光伏电池基本特性的了解是展开光伏充放电设计的前提。由于日照强度、电池温

度等都会影响太阳电池的特性，因此需要定义标准测试条件(STC)用于地面测试太阳电池性能。即日照强度为1000W/m2 ，光伏电池温度为25℃，太阳辐射光谱为AM1.5。 ●最大输出（PM）：最大输出电压（Vpm） 最大输出电流（Ipm） ●开路电压（Voc）：开路状态的太阳能电池端子间的电压 ●短路电流（Isc）：太阳能电池端子间的短路电流 ●最大输出电压（Vpm）：最大输出状态时的动作电压 ●最大输出电流（Ipm）：最大输出状态时的动作电流

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下图为太阳能电池板在标准状态和定义下的I—U特性曲线

日照强度变化和I-U曲线

太阳能电池表面温度变化的I-U特性曲线

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手机电池的性能分析

锂电池的上限电压阀值决定了电池容量和使用寿命，如下图所示，随着电池

电压的逐渐升高，电池的容量逐渐增大，使用寿命逐渐下降，电视的容量和使用寿命是互相制约的，在4.1V左右电压达到理想值，是寿命和容量实现双赢。

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电压与容量关系

电压与寿命关系

单体锂离子电池的工作电压范围在2.75V～4.2V，标称电压时3.7V，充满电时时4.2V。因此也可以认为这是该电源的输出电压上限。，充电特性如下图所示:

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快充到减充过渡点浮充电压1.75A1.5A1.25A最大充电电流16V15V1A0.75A0.5A充电终止电流0.25A预充电流预充到快充过渡电压电压电流13V14V

锂蓄电池充电曲线

锂蓄电池的充电过程：

（1）如果开始充电时，电池电量很低，那么必须用小电流（大概0.24A）开始充电，即涓流充电。如果电压高于5V就不必进行这个步骤。

（2）当电池电压大于5V可以开始大电流充电，恒流充电。随着充电的进行，电池电压逐渐升高。

（3）当电池电压达到或接近充满电压（如5V左右）时，则要开始转入恒压充电：当电流减少到大概0.25A左右，则停止充电。

设计方案

设计思路及框架图

此太阳能手机充电器设计中是利用光生伏特效应将光能转换成电能，其电能通过

稳压器可直接给手几电池充电，也可将电能储存于蓄电池，在无太阳光时对手机充电。其基本框图如下：

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设计总原理图

VCCU3U2VCC10u1VPPVCC20U14R233R121910kP3.0/RXDP1.7BEEP3P3.1/TXDP1.618BUZZERGNDX1415XTAL2P1.5170XTAL1X252C12M98XTAL1P1.416光耦CGH6TAP3.2/INT0P1.315BEEP1N/CVcc85VC1C2722p22pP3.3/INT1P1.214GATEGATE273+Ve718P3.4/T0P1.1/AIN1133N6-Vo65VIN9P3.5/T1P1.0/AIN0124N/CGND5GND10GNDP3.711GND电源U1LM7805J221INPUTOUTPUT35V2Li+1DN1CON2GLi+GNDGND2D1GNDC3LEDG220nMAX1898BT15VIN1INCS10Q1CGH28981CHGDRV9+53XAMEN/OKGND8GNDPNP4ISETBATT7Li+D35CTRSTRT6D2LEDRSDR3470R4RSETC4E1cctELECTRO1GNDGNDGNDGNDGND

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各部分电路及元件介绍

稳压电路

1． LM7805介绍[http://baike.http://www.wodefanwen.com//view/3331686.htm]

电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78××系列和

lm7805样品图

负电压输出的lm79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，且有一定的电压、电流输出，能够获得不同的电压和电流，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。 2.LM7805 主要特点

① 输出电流可达 1A ② 输出电压有：5V ③ 过热保护 ④ 短路保护

⑤ 输出晶体管 SOA 保护 内部结构框图如图3-3所示：

LM7805内部结构框图

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功能框图：

LM7805功能框图

三端集成稳压器的原理

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集成稳压电路是现代电子仪器、设备所必需的部件。集成稳压电路就其工作原理可分为

串联型稳压电路和开关型集成稳压电路，而每类集成稳压电路又有许多种型号，特别是DC-DC变换方式的不同，使开关稳压源又分为多种（变压器反激式DC-DC变换器、降压式DC-DC变换器、升压式DC-DC变换器）。下面我以三端式串联稳压源为例做一简单的介绍：

串联式稳压源实际上是由具有电压负反馈的直流放大器构成的。其电路框图如下图所示

[4]

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三端稳压器7805方框图与实物图

稳压过程如下：当输出电压v0 增高时取样电压vs也增高。vs与VR基准电压之差增大,误差比较管输出的倒相电压增大，使调整功率放大器输出电流减小，即调整功率放大器两端电压增大，从而v0输出电压下降，也就是说v0基本不增加，实现了稳压作用。

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由以上可见串稳型稳压源调整功放两端有一定直流电压，由流过相当于负载电流的直流电流，所以调整功放电路消耗较大功率。这不仅使调整功放易发热损坏（如果不是调整功放电路过热，需选允许功耗大的器件）。而且效率很低，造成电能的浪费。所以这种稳压源适于需用较小电流（小于数百mA），输出电压较低（数十V以下）的场合。这种电源使用较简便，而且对周围电路产生的干扰噪声较小。

三端集成稳压器分类

线性集成稳压器分固定式输出、可调式输出和跟踪式三种类型，又以三端固定式及三端可调式集成稳压器的应用范围为最广。多端可调式集成稳压器取样电阻和保护电路的元件需要外接，它的外接端比较多，便于适应不同的用法。它的输出电压可调，以满足不同输出电压的要求。目前国内生产的这类产品种类比较多。跟踪式集成稳压器(正负电压集成稳压器)适合应用于需要正负电源(如运算放大电路)的电路，跟踪稳压器能保证正负输出电压始终是平衡的，它的中点始终为地电位，并有自动跟踪能力。

三端固定式集成稳压器的产品分类[4]

固定式三端稳压器的输出电压是固定的，二端固定式集成稳压器有输入、输出和公共端

3个端子，输出电压固定不变(一般分为若干等级)，通用的产品有7800(正电压输出)和7900(负电压输出)系列，输出电压分5，6，9，12，15，18V和24V等多种。型号的后两位数字表示稳压器的输出电压的数值，例如W7805，表示输出电压为5V；W7915则表示输出电压为-15V。这类稳压器的最大输出电流町达1．5A。同类型的产品还有78M00系列，输出电流为0．5A；78L00系列，输出电流为0．1A。这类产品具有使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，得到了广泛应用，目前，三端集成稳压器已基本上取代了由分立元件组成的稳压电路。三端固定式集成稳压器还有输出为负电压的79M00和79L00系列。

三端集成稳压器的选用

集成稳压器是一种将功率调整管、取样电路、基准稳压、误差放大、启动和保护电路等全部集成在一个芯片上的集成电路。所谓三端是指电压输入端、电压输出端和公共接地端。三端集成稳压器按性能和用途可分为三端固定输出正稳压器、三端固定输出负稳压器、三端可调输出正稳压器和三端可调输出负稳压器四大类。下面谈谈如何正确合理选用三端集成稳压器[4]。

（1）、首先根据直流稳压电源输出电压的需要，选择三端稳压器的输出电压极性，是输

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出正电压还是输出负电压。输出正电压的可选用78XX系列，如7805、7812等，其中78后面的数字代表该稳压器输出正电压的数值，以伏特为单位。例如7805表示稳压输出为+5V，7812表示稳压输出为+12V等；输出负电压的可选用79XX系列，如7906、7924等，其中79后面的数字代表该稳压器输出负电压的数值，例如7906表示稳压输出为-6V，7924表示稳压输出为-24V等。通常大多数初学者都选用78XX系列的三端固定输出正稳压器，其优点是使用简单。另外还有需要其它输出电压的，则可选用三端可调输出正稳压器，如LM317；或选用三端可调负稳压器，如LM337。三端可调输出稳压器特点是使用灵活。

（2）、其次根据电路要求选择三端稳压器的输出电流。以78XX系列为例，78LXX系列最大输出电流为100mA，78MXX系列最大输出电流为500mA，78XX系列最大输出电流为1.5A。在选用时，要考虑三端稳压器的最大输出电流Iomax，Iomax是指稳压器能够输出的最大电流值，使用时按其60%选择为妥。

（3）、最后根据选定的三端稳压器考虑其输入端允许输入的最大电压Uimax ，一般输出、输入的电压差最小为1.7V左右。在不超出最大输入电压值的情况下，输出与输入电压差越大越稳定。

电压转换及光耦隔离电路部分[5]

耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电源电路中常用的器件。

耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

本次设计选择了6N137光耦合器：

6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs

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LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。 特性：

①转换速率高达10MBit/s; ②摆率高达10kV/us; ③扇出系数为8; ④逻辑电平输出; ⑤集电极开路输出; 工作参数：

最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40°C to +85°C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等

6N137光耦合器的内部结构、管脚如图所示[5]。

表1 6N137光耦合器的真值表

6N137光耦合器的真值表 输入 使能 输出 H H L L H H H L H L L H H NC L L NC H

6N137光耦合器内部结构图

需要注意的是，在6N137光耦合器的电源管脚旁应有—个0.1uF的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6N137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。

6N137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6N137光耦合器的第2脚和第3脚之间是一个

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LED，必须串接一个限流电阻。

充电控制电路部分[8]

一、MAX1898充电芯片

1.如何选择电池充电芯片

选择电池充电芯片时需要结合实际的应用，具体的选择标准有以下几点。 ①封装：即芯片的大小，对于体积有要求的场合需要选择合适的封装。 ②电流大小：充电的电流大小决定充电时间。 ③充电方式：即是快充、慢充还是可以控制充电过程。 ④使用的电池类型：不同的电池需要不同的充电器。 2．MAX1898

(1)如何使用MAX1898

MAX1898是本次设计充电器中的一个关键的器件。首先需要了解MAX1898的一些基本的特性和功能。

MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完成的单节锂电池充电器。MAX1898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使用寿命。充电电流由用户设定，采用内部检流，无需外部检流电阻。MAX1898提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电路指示。

MAX1898可对所有化学类型的锂离子电池进行安全充电。电池调节电压为4.2V，采用10引脚、超薄型μMAX封装，在更小的尺寸内集成了更多的功能，只需少数外部元件。

MAX1898的基本特点如下： ①4.5V~12V输入电压范围； ②内置检流电阻； ③±0.75%电压精度； ④可编程充电电流； ⑤输入电源自动检测； ⑥LED充电状态指示； ⑦检流监视输出。 MAX1898的引脚如图所示。

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12345INMAX1898CSDRVGNDBATTRSTRT109876CHGEN/OKISETCT

MAX1898的引脚图

MAX1898的引脚功能如下。

①IN：传感器输入，检测输入电压和电流。 ②CHG：LED驱动电路。

③EN/OK：逻辑电平输入允许/电源输入“好”。 ④ISET：电流调节。 ⑤CT：安全的充电时间设置。 ⑥RSTRT：自动重新启动控制引脚。 ⑦BATT：接单个Li+的正极。 ⑧GND：地。

⑨DRV：外接电阻驱动器。 ⑩CS：电流传感器输入。

MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂离子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效耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间限制为锂离子电池提供二次保护。MAX1898的典型充电电路如下图所示[9]。

4.5V/12V12on/off345INCSDRVGNDBATTRSTRT109876GND+BATTERYMAX1898CHGEN/OKISETCT设置充电电流 MAX1898的典型充电电路图

图中的MAX1898内部电路包括：输入调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、

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温度检测器和主控制器。输入电流调节电路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限流门限时，通过降低电池充电电流可达到控制输入电流的目的。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(墙上适配器或其他直流电源)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设计。

(Ⅰ)电源输入：锂离子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，一般的，可以采用直流电源加上变压器提供。

(Ⅱ)输出：MAX1898通过外接的场效应管提供理电池的充电接口。

(Ⅲ)充电时间的选择：MAX1898充电时间的选择是通过外接的电容大小决定的。标准的充电时间为1.5小时，最大不要超过3小时，根据这个标准，可以计算得到外接的电容的容值，如下所示：

定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：C[nF]=34.33×Tchg[hours]

(Ⅳ)设置充电电流：MAX1898充电电流在限制电流的模式下，可以通过选择外接的电阻阻值大小决定。

最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax＝1400/Rset

当充电电源和电池充电电流达到快充电流的1%，或者是充电时间超出片上预置的充电时间。MAX1898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沟道场效应管打开时间会越来越短，充电结束时，LED指示灯将会呈现出周期性的闪烁。具体的闪烁含义如下表2所示：

表2 LED指示灯状态说明 充电状态 电池或充电器没有安装 快充或脉冲浮充 快充结束或初始化 充电结束

(2)如何在单片机系统中使用MAX1898

LED指示状态 关闭 亮 LED以2Hz频率闪烁 LED闪烁周期为4s 锂离子电池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。锂离子电池的这些特点使得选用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。然而，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。

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

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热保护和时间保护，为电池提供附加保护。

针对这些应用特点，本设计提出了一种基于单片机AT89S52和MAX1898的智能充电器，其基本的原理和功能如图所示

电源1U421INPUTOUTPUT33GND4N/CVcc876U35GND123GNDU212345678910VPPP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1AT89C2051VCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7201918VCC17U14161514131211BUZZERGND45INCSDRVGNDBATTRSTRT109876++Ve6N137-VoGNDMAX1898LM7805N/CGND2CHGEN/OKISETCTMAX1898GND锂离子电池P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GND 基于MAX1898的智能充电器的原理图

该充电器有如下的功能： ①具有预充电功能。 ②具有充电保护功能。 ③具有自动断电功能。 ④具有充电完成报警指示功能。

在MAX1898内置的充电状态控制和外围的单片机控制下，充电过程分为预充、快充、满充和报警5个部分。以下分别介绍。

预充

在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其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，使电压、温度恢复到正常状体。预充电时间由CT口外接电容确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁。

②快充

快充过程也称恒流充电，此时充电器以恒流电流对电池充电。根据电池厂商推荐的充电速率，一般锂离子电池大多选用标准充电速率，充满电池需要1个小时左右的时间。恒流充电时，电池电压将缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电池快速递减，充电进入满充过程。

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③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池为电池补充能量。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，减少了电池内阻和其他串联电阻对电流端电压的影响，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，满充和顶端终止充电可以延长电池5%~10%的使用时间。

④断电

当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚发送的脉冲电平将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中判断出充电完毕的状态。此时，单片机将通过P1.2口控制光耦，切断7805向MAX1898芯片的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减少功耗。

⑤报警

当电池充满后，MAX1898芯片本身会向外接的LED灯发出指令，LED灯会闪烁。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MAX1898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。

充电控制电路的实现

1．电路原理和器件选择

在这里列出和本次设计相关的、关键部分的器件名称及其在电路中的主要功能： ①AT89S52:充电器的控制器，控制MAX1898的充电过程，并在充电完毕后切断电源和进行报警。

②MAX1898:电池充电芯片,在单片机的控制下实现对锂离子电池的充电控制。 ③LM7805:电压转换芯片，将外部的12V电压转化为5V电压，作为单片机和MAX1898的电源。

④PNP:P沟道场效应管或三极管。

⑤LEDR:红色的表贴发光二极管，表示电源接通。 ⑥LEDG:绿色的表贴发光二极管，表示充电状态。 ⑦U14:蜂鸣器。

⑧6N137:光耦，连接LM7805和MAX1898的电源输入端。 2．地址分配和连接

只列出了和本次设计相关的、关键部分单片机与各个功能管脚的连接和相关的地址分配：

①CHG:MAX1898充电状态输出，连接到单片机的INT0,单片机判断充电完毕后，通过P1.2引脚切断MAX1898的电源输入。

②GATE:连接单片机的P1.2引脚，当单片机判断充电完毕后，P1.2管脚输出低电平，光耦不导通，从而切断MAX1898的电源输入。

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③BEEP:单片机控制蜂鸣器的引脚。 ④5V:LM7805的输出端，为+5V电压。

⑤5VIN:光耦输出到MAX1898的电源输出端，该端口的导通与否是通过单片机的GATE信号控制的。

3．功能简介

首先，监测MAX1898的输出信号CHG，当MAX1898将要完成充电时，该引脚会发出周期为4s的脉冲，单片机的INT0引脚接收中断后，产生中断，并使用单片机的T0计数器开始计数，当下一个脉冲到来时，在定时器程序中判断单片机的计数值是否在4s左右，如果是，则通过控制P1.2和P1.3引脚关断电源，并引发蜂鸣器报警。

AT89S52单片机介绍

AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。

一、AT89S52主要功能列举如下：

1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash

2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 3、内部程序存储器（ROM）为 8KB 4、内部数据存储器（RAM）为 256字节 5、32 个可编程I/O 口线 6、8 个中断向量源

7、三个 16 位定时器/计数器 8、三级加密程序存储器 9、全双工UART串行通道

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二、AT89S52各引脚功能介绍：

VCC：

AT89S52电源正端输入，接+5V。 VSS：

电源地端。 XTAL1：

单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：

系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET：

AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 EA/Vpp：

\为英文\的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。

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ALE/PROG：

ALE是英文\的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。 PSEN：

此为\的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。 PORT0（P0.0～P0.7）：

端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0～A7）及数据总线（D0～D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。

PORT2（P2.0～P2.7）：

端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。 PORT1（P1.0～P1.7）：

端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 PORT3（P3.0～P3.7）：

端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

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其引脚分配如下：

P3.0：RXD，串行通信输入。 P3.1：TXD，串行通信输出。 P3.2：INT0，外部中断0输入。 P3.3：INT1，外部中断1输入。 P3.4：T0，计时计数器0输入。 P3.5：T1，计时计数器1输入。

P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。 P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

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软件设计 总结

转眼间已经在美丽的南京信息工程大学度过了近四年，这段时光在我我人生中很重要，我不仅能够接触到传道授业解惑的良师，还能认识许在多方面比我优秀的同学、朋友。他们不仅能够授我知识、学问，而且从更多方面指导我的人生，使我更加完善自己。这里留下了我求学的足迹，这里见证了我成长的点滴。在毕业设计完成之际，我衷心的感谢曾经给我帮助、支持、鼓励的所有老师、同学、朋友和父母。

本次设计是在我的导师张老师的指导下完成的，从最初我对本次设计的不了解到能够整体把握再到比较顺利的完成本次设计，这一步一步的走来，其中都包含了张老师耐心的指引和教导。在这篇论文的完成过程中他始终给予了我无私的热情和帮助。开始他悉心指导我的选题工作，在做开题报告的过程中，就反复而又耐心的给我指出问题的所在，并帮助我纠正许多不妥之处。在做设计电路这一过程中，也给我提出了许多意见和建议，并交给了我许多理解问题的技巧和方法。正是在老师的反复指导和耐心帮助之下，我才能顺利的完成毕业论文。

在写这篇毕业设计论文的过程中，我也遇到了许多的困难，之所以能坚持至今，这都离不开我的导师和同学的帮助。由于我的专业所学有限，对于各方面的电子设备知识也只是在是的学过一些皮毛而已。甚至关于本次毕业设计中用到的软件也不能熟练操作，所以在做这一课题时难免有许多不懂的地方，张老师却总是鼓励我大胆尝试，并提供了资料以供我参考，还让我遇到问题及时去找他予以解决。正是在张老师的不厌其烦地鼓励和帮助之下，才使我今天能按时完成这篇毕业论文。在写本次毕业论文期间，我还得到了舍友和同学的帮助，在此也对他们表示衷心的感谢，感谢他们能在自己繁忙的工作中还给予了我这么多的帮助，并使我深切地感受到你们给我的温暖，这也将留给了我许多美好的回忆。

参考文献

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