智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì)

1、-作者xxxx-日期xxxx智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì)【精品文檔】畢業(yè)設(shè)計(jì)報告（論文） 課題名稱 智能型充電器的電源和顯示的設(shè)計(jì) 【精品文檔】目 錄摘 要1.第一章 概述.3第一節(jié) 緒論1.1 課題背景.31.2 常見充電電池特性及充電方式.31.3 主要芯片的選擇.4.1.4 液晶顯示模塊的選擇.5第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求.6第二章 硬件電路設(shè)計(jì).第一節(jié) 硬件電路主要芯片62.1.1 Atmega16L62.1.2 Atmega16L的存儲器7第二節(jié) LCD的液晶顯示.2.2.1 LCD的顯示原理8.2.2.2 液晶顯示控制驅(qū)動器8.2.2.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn).8.第三章 軟件設(shè)計(jì)

2、.3.1 用C語言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢93.2 液晶顯示漢字或字符的原理103.3 LCD模塊的指令說明.10第四章 畢業(yè)總結(jié). 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和感謝.10摘 要LCD液晶顯示已經(jīng)是人機(jī)界面的關(guān)鍵技術(shù)。本文對基于單片機(jī)的LCD液晶顯示器控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先在緒論中介紹了本課題的課題背景、研究意義及完成的功能。本系統(tǒng)是以單片機(jī)的基本語言匯編語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。正文中首先簡單描述系統(tǒng)硬件工作原理，且附以系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖，并介紹了單片機(jī)微處理器的發(fā)展史，論述了本次畢

3、業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程，并具體描述8052、8279及SED1520外接電路接口的軟、硬件調(diào)試。其次闡述了程序的流程和實(shí)現(xiàn)過程。本文撰寫的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合。以硬件為基礎(chǔ)，來進(jìn)行各功能模塊的編寫。最后對我所開發(fā)的用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)LCD液晶顯示器控制原理的設(shè)計(jì)思想和軟、硬件調(diào)試作了詳細(xì)的論述。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；微處理器；LCD；8279前 言隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來也大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達(dá)到最大的電池容量

4、，并防止電池?fù)p壞。AVR已經(jīng)在競爭中領(lǐng)先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。Atmel AVR 微處理器是當(dāng)前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高校的8位RISC微處理器。由于程序存儲器為Flash,因此可以不用象MASKROM一樣，有幾個軟件版本就庫存幾種型號。Flash可以在發(fā)貨之前再進(jìn)行編程，或是在PCB貼裝之后再通過ISP進(jìn)行編程，從而允許在最后一分鐘進(jìn)行軟件更新。EEPROM可用于保存標(biāo)定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實(shí)際使用的電池容量。而其他方案為了達(dá)到此目的，可能需要外部ADC，不但占用PCB空間，也提高了系統(tǒng)成本，AVR是目前唯

5、一的針對像“C”這樣的高級語言而設(shè)計(jì)的8位微處理器。C代碼似設(shè)計(jì)很容易進(jìn)行調(diào)整以適合當(dāng)前和未來的電池，而本次智能型充電器顯示程序的編寫則就是用C語言寫的。第一章 概述第一節(jié) 緒論課題背景 如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p壞。與此同時，對充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀(jì)60年代的商用密封電池到近幾年的鎳氫和鋰?yán)镒蛹夹g(shù)，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使

6、用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。 電池充電是通過逆向化學(xué)反映將能量存儲到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的。由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池有自己的 特性。世紀(jì)充電器時要仔細(xì)了解這些特性以防止過度充電而損壞電。目前，市場上賣的最多的事旅行充電器，但是嚴(yán)格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來越多的手持電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電，因此，智能型充電電路通常包括了恒流/恒壓控制環(huán)路、電池電壓檢測電路、電池溫度檢測

7、電路、外部顯示電路（LCD或LCD顯示）等基本單元。 電池充電時通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(xué)系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)的，由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，電池的特性也不同，其充電方式也不大一樣。 電池的安全充電 現(xiàn)代的快速充電器（即電池可以在小于3小時的時間里充滿電，通常是一個小時）需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進(jìn)行精確地測量，在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。 充電方法 SLA電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流，NiCd電池和NIMH電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個 不同的停止充電的判斷方法。 最大充電電流 最大充電電流與電池容量（C）有關(guān)，最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來表示，例

8、如，電池的容量為750MAH，充電電流為750MAH，沖動電流為750MA，則充電電池為1C（1倍的電池容量）。若娟流充電時電流為C/40，則充電電流即為電池容量除以40. 過熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程，能量以化學(xué)反應(yīng)得方式保存了下來。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學(xué)能。一些電能轉(zhuǎn)化了熱能，對電池起了加熱的作用。當(dāng)電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電就會造成電池的損壞，因此，在設(shè)計(jì)電池充電器時，對溫度進(jìn)行監(jiān)控并及時停止充電時非常重要的?，F(xiàn)代消費(fèi)類電器主要使用如下四種電池：l 密封鉛酸電池（SLA）l 鎳鉻電池

9、（NiCd）l 鎳氫電池(NiMH)l 鋰電池（Li-Ion）在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。密封鉛酸電池（SLA）密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合，如UPS和報警系統(tǒng)的備份電池。SLA電池以恒定電壓進(jìn)行充電，輔以電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定（典型值為2.2V），SLA電池可以無限制地充電。鎳鎘電池（NIMH）在輕重量的手持設(shè)備中如手機(jī)、手持?jǐn)z像機(jī)，等等鎳氫電池是使用最廣的，這種電池的容量比NiCd的大，由于過充電會造成NIMH電池的失效，在充電的容量比NiCd的大。由于過充電會造成NIMH電池的失效，在充電過

10、程中進(jìn)行情卻地測量以在合適的時間太難搞之實(shí)非常重要的，和NiCd電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時電池會損壞，NIMH電池的自放電率大概為20%/月。和NiCd電池一樣，NIMH電池也為恒定電流充電。鋰電池（Li-Ion）和本文中所述的其他電池相比，鋰電池具有最高的能量/重量比和能量/體積比。鋰電池以恒定電壓進(jìn)行充電，同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。當(dāng)充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時就要停止充電。過充電將造成電池?fù)p壞，甚至爆炸。1.1.3 主要芯片的選擇 ATMEL公司是世界上有名的生產(chǎn)高性能、低性能、非易失性存儲器和各種數(shù)字模擬IC芯片的半導(dǎo)體制造公司。在單片機(jī)微控制器方面，ATMEL

11、公司有AT89、AT90、ARM三個系列單片機(jī)的產(chǎn)品。由于8051本身結(jié)構(gòu)的先天性不足和近年來各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)單片機(jī)的產(chǎn)品。由于8051本身結(jié)構(gòu)的先天性不足和近年來各種采用新型結(jié)構(gòu)和新技術(shù)單片機(jī)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在的單片機(jī)市場是百花齊放。ATMEL在這種強(qiáng)大市場壓力下。發(fā)揮Flash存儲器的技術(shù)特長，于1997年研發(fā)推出了個新配置的、采用精簡指令集RISC（ReducedIns truction set cpu）結(jié)構(gòu)的新型單片機(jī)，簡稱AVR單片機(jī)。 精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的，結(jié)合了半導(dǎo)體案成技術(shù)和軟例-性能的新結(jié)構(gòu)。AVR單片機(jī)采用RISC結(jié)構(gòu)，具有1MIPS/M

12、Hz的高速運(yùn)行處理能力。為了縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場時間，簡化系統(tǒng)的維護(hù)和支持，對于單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)來說，用高級語言編程已成為一種標(biāo)準(zhǔn)編程方法。 LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩篇玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比CRT要好的多，但是價錢較其貴，現(xiàn)在LCD已經(jīng)替代CRT成為主流，價格也已經(jīng)下降了很多，并已充分的普及，在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 顯示質(zhì)量高液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)發(fā)光，因此液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。2數(shù)字式接口 液晶顯示器

13、都是數(shù)字式接口，和單片機(jī)的系統(tǒng)的接口更為簡單。3.體積小，重量輕 功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動上面，因此耗電量比其他顯示器要小的多。 單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問和間接控制方式兩種。第二節(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求智能型充電器主要為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的話需要掌握AVR單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容。ICCAVR編譯器的應(yīng)用。設(shè)計(jì)128*64液晶顯示控制電路和用C語言編制LCD顯示程序，用圖形顯示方式充電器電壓、電流等參數(shù)，硬件設(shè)計(jì)的話需要掌握各功能子模塊的硬件電路的設(shè)計(jì)。第二章 硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 硬件電路主要芯片2.1.1 Atmega16L 主要引腳說明 引腳說明： VCC 數(shù)

14、字電路的電源 GND 端口 端口A（PA7-PA0）端口A作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。 端口A為8位為雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流，作為輸入使用時。若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流，在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端組A處于高祖狀態(tài)。 端口B（PB7-PB0）端口B 為端口B為8位為雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流，作為輸入使用時。若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流，在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端組B處于高祖狀態(tài)。端口B（P

15、B7-PB0） 端口B 為端口B為8位為雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流，作為輸入使用時。若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流，在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端組C處于高祖狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5（TDI）、PC3（TMS）與PC2（TKC）的上拉電阻被激活。 2.1.2 Atmega16L的存儲器AVR單片機(jī)在片內(nèi)集成了Flash程序存儲器、SARM數(shù)據(jù)存儲器和EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。三個存儲器空間相互獨(dú)立，物理結(jié)構(gòu)也不同。程序存儲器為閃存存儲器Flash ROM，以16位為一個存儲單元

16、，作為數(shù)據(jù)讀入是，以字節(jié)為單位，而擦鞋、寫入則是以寫為單位的。SAM數(shù)據(jù)存儲器是以8位為一個存儲單元，編止方式采用與工作寄存器、I、O寄存器和SRAM統(tǒng)一尋址的方式。EEPROM數(shù)據(jù)存儲器也是以8位為一個存儲單元，對其的讀寫操作都以字節(jié)為單位。（1） Flash程序存儲器Atmega16L單片機(jī)具有16KBde在線編程Flash，以用于存放程序指令代碼。Flash存儲器至少可以擦鞋10000次。Atmega16L的程序計(jì)數(shù)器（PC）為13位，因此可以尋址8K字的程序存儲器空間。常數(shù)可以保存于整個程序存儲器地址空間。（2） SRAM數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器的尋址方式為5分鐘：直接尋址、帶偏移量的間接

17、尋址、間接尋址、帶預(yù)減量的間接尋址以及帶后增量的間接尋址。直接尋址范圍可達(dá)整個數(shù)據(jù)區(qū)。Atmega16L的全部32個通用寄存器、64個I/O寄存器及1024個字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)SRAM可以通過所有上述的尋址模式進(jìn)行訪問。（3） EEPROM數(shù)據(jù)存儲器Atmega16L包含512B的EEPROM的數(shù)據(jù)存儲器。Atmega16L的EEPROM使用壽命至少為10萬次的擦些循環(huán)，執(zhí)行EEPROM讀操作時，CPU會停止工作4個周期，然后執(zhí)行后續(xù)指令，之星EEPROM寫操作時，CPU會停止工作2個周期，然后再執(zhí)行后續(xù)指令，EEPROM數(shù)據(jù)存儲器與Flash程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器SRAM相互獨(dú)立。第二節(jié) LCD

18、的液晶顯示 LCD的顯示原理 LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1MM，其間由包含有液晶材料的5um均勻間隔隔開，因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示兩邊都設(shè)有作為光源的燈固管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源，背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬液晶液滴層。液晶層中的液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電機(jī)分為行和列，在行和列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的炫光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材料

19、周邊是控制電路部分和驅(qū)動電路部分。當(dāng)LC中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。2.2.2液晶顯示控制驅(qū)動器 HD61202及其兼容液晶顯示控制器是一種帶有驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器，而在小規(guī)模點(diǎn)陣液晶顯示模塊上使用液晶顯示驅(qū)動器組成液晶顯示驅(qū)動控制系統(tǒng)是非常有益的，這將使液晶顯示模塊的硬塊電路簡單化，從而降低模塊的成本，同時也提高了對軟件編制而成。HD61203和HD61202就是這類液晶顯示驅(qū)動控制器套件。之所以稱他們?yōu)樘准且驗(yàn)镠D61203和HD61202必須配套使用，通常有12864和19624兩種

20、規(guī)格。2.2.3 液晶顯示模塊的特點(diǎn)MGLS-12864圖形液晶顯示模塊的驅(qū)動和控制系統(tǒng)是由一片KS0107B或兼容驅(qū)動器（HD61203）作為行驅(qū)動器和兩片KS0108B或兼容驅(qū)動器（HD61203）作為列驅(qū)動器組成的。它的主要技術(shù)參數(shù)及其供電特點(diǎn)如下：（1） 電源：DC+5v，模塊內(nèi)自帶用于LCD驅(qū)動的負(fù)壓電路。（2） 顯示內(nèi)容：128*64全屏幕點(diǎn)陣。（3） 指令形式：七種指令。（4） 接口形式：與控制器采用8位數(shù)據(jù)總線和8位控制線相連。（5） 工作環(huán)境：-10+50攝氏度（6） 模塊應(yīng)用有三種電源：邏輯電源、液晶驅(qū)動電壓、背光電壓。（7） 本次選用的模塊是雙電源供電（VDD/VO）。需

21、要提供一個液晶驅(qū)動電壓，用以調(diào)節(jié)對比度，接在液晶模塊的VO引腳上，由于液晶的對比度會隨著溫度的變化而相應(yīng)變化，所以液晶顯示驅(qū)動電壓指應(yīng)隨著溫度作相應(yīng)的調(diào)整，這里采用了一個點(diǎn)位器，調(diào)整電壓值。（8） 背光供電為3.8-4.1Vde支流電源，選用電源太大不僅增加功耗，更有可能損壞背光燈和縮短模塊的使用壽命。MGLS-1268液晶顯示模塊一共有20個引腳。第三章 軟件設(shè)計(jì)C語言是一種編譯形的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的處理功能，具有運(yùn)行速度快、編譯效率高，移植性好和可讀性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的操作，用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀

22、性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。其優(yōu)勢如下：1) 可以大幅度加快開發(fā)進(jìn)度，程序量越大，用C語言就越有優(yōu)勢。2) 無需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專業(yè)水平的程序。3) 可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰，有條理、便于開發(fā)小組計(jì)劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好。4) 省去了人工分配單片機(jī)資源的工作，在匯編語言中為每個字程序分配單片機(jī)的資源，在使用C語言后，只要在代碼中申明一下變量的類型，編譯器就會自動分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有有地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯。5) 匯編語言的可移植性很差，而C語言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其他種類的單片機(jī)上。6) C語言提供auto、staticflash等存儲類型，針對單片機(jī)的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及EEPROM空間自動為變量合理的分配空間，而且C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器能夠自動實(shí)現(xiàn)終端服務(wù)程序的現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫。瓜皮帽供用戶使用，并且C編譯器能自動生成一些硬件的初始代碼。7) 對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過移植（或C編譯器提供）的實(shí)時操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。3.2 液晶顯示漢字或字符的原理 LCD本身不發(fā)光只是調(diào)節(jié)光的亮度，目前市面上的