智能手機(jī)充電器開發(fā)設(shè)計可行性研究報告

1、11智能手機(jī)充電器開發(fā)設(shè)計可行性研究報告- - # -手機(jī)充電器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，手機(jī)漸漸地進(jìn)入了人們的日常生活，成為人們不可或缺 的一部分，智能手機(jī)充電器也就變得越來越重要了?，F(xiàn)在的手機(jī)充電器，一方面缺乏智能化， 只能完成充電功能，而不具有報警和必要的顯示功能；另一方面這種充電器對電池沒有相應(yīng) 的保護(hù)措施，也使得手機(jī)電池的壽命銳減。本設(shè)計針對這種情況提出以 STC89C5單片機(jī)為控制核心，實現(xiàn)對充電芯片MAX189的控 制，并通過74HC595芯片實現(xiàn)在數(shù)碼管上顯示充電時間。此外，STC89C5單片機(jī)芯片還可以實現(xiàn)對充電狀態(tài)的控制，并通過 LED燈顯示出來，紅燈點亮

2、表明正在充電，綠燈點亮表明充 電完成。硬件電路包括單片機(jī)模塊、電源電路、充電電路模塊以及顯示電路模塊等。單片機(jī) 程序采用C語言編程，完成對單片機(jī)的控制，進(jìn)而完成一系列的充電過程，實現(xiàn)了手機(jī)充電 的智能化，并延長了電池的使用壽命。關(guān)鍵詞：智能充電器，單片機(jī)，C語言- # - -第一章 緒論課題研究的背景及意義手機(jī)充電器研究的背景隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度超乎我們的想象身邊，手機(jī)也漸漸地成為我 們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。手機(jī)充電器作為手機(jī)的一個不可缺少組件，它的性能的好壞，將會直接影響到我們手機(jī) 的正常使用，所以手機(jī)充電器的作用超乎我們的想象?，F(xiàn)在的手機(jī)充電器，一方面缺乏智能 化，

3、只能完成充電功能，而不具有報警和必要的顯示功能；另一方面這種充電器對電池沒有 相應(yīng)的保護(hù)措施，也使得手機(jī)電池的壽命銳減。為了解決這一系列的問題，我們需要一種智 能的手機(jī)充電器?，F(xiàn)在市場上的有些充電器的產(chǎn)品質(zhì)量不能滿足人們的要求，質(zhì)量不能保證，而且還存在 安全隱患。充電器的質(zhì)量問題、安全問題等一系列問題直接影響手機(jī)的正常使用，這還使手 機(jī)電池的壽命大大降低， 最終導(dǎo)致手機(jī)的待機(jī)時間變得越來越短。 特別是安全問題尤為重要， 手機(jī)在充電過程中爆炸的報道不計其數(shù)，著很大程度上和手機(jī)充電器有關(guān)，這類問題的解決 刻不容緩，一旦出現(xiàn)意外，就會給我們造成難以想象的危害?，F(xiàn)在的手機(jī)充電器大都采用兩 種充電方法，

4、第一就是恒流快速充電法，而另一種就是電壓比較充電法。實際上兩種充電方 法還是比較成熟的充電方法，但是它們都會在不同的程度上影響到手機(jī)電池的壽命。隨著單 片機(jī)的出現(xiàn)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這也使得手機(jī)充電器有了新的發(fā)展方向，也就是朝著智能 化方向發(fā)展。手機(jī)充電器研究的意義信息技術(shù)的迅速發(fā)展，便攜式電子設(shè)備和充電電池得到了廣泛應(yīng)用。各種充電器的使用 也漸漸地普及，如萬能充電器、車載手機(jī)充電器、平板電腦、移動電源等，特別是移動設(shè)備 需要大量地重復(fù)使用電池，這樣可充電電池的壽命就顯得非常重要了。在各種可充電電池中，鋰離子電池相比于其他普通電池具有明顯的優(yōu)越性，鋰電池不僅 體積小、重量輕，而且自放電率低、無

5、記憶效應(yīng)。由于多種優(yōu)點，使得鋰電池被廣泛使用在 各種新型移動設(shè)備當(dāng)中。現(xiàn)在市場上的手機(jī)充電器大多采用的充電方法是大電流的快速充電法 , 這種充電方法最大的壞處就是當(dāng)電池充滿后， 如果不及時地停止充電會使得電池發(fā)燙， 這樣很容易損壞電池。當(dāng)然也有成本比較低的充電器，它們采用充電方法是電壓比較法，這種充電方法能夠防止過 充，當(dāng)電池充電到 95%滿的時候，就會停止大電流快充，轉(zhuǎn)而采用小電流涓流補(bǔ)充充電。通 常為了讓電池充滿電，很容易造成過度充電。具體表現(xiàn)為：一些充電器在電池充滿時會持續(xù) 發(fā)燙。電池經(jīng)常性的出現(xiàn)過充或欠充時，會嚴(yán)重影響人們的使用，具體表現(xiàn)為：手機(jī)待機(jī)時 間變得越來越短。研究表明鋰電池的

6、使用壽命、單次使用時間和充電維護(hù)過程與使用情況有 著密切聯(lián)系。衡量一個充電器的好壞的標(biāo)準(zhǔn)就是看該充電器能不能在短時間內(nèi)將電池充滿 , 而且能夠?qū)﹄姵仄鸬较鄳?yīng)的保護(hù)作用，并且修復(fù)由于電池不當(dāng)使用而造成的記憶效應(yīng)。傳統(tǒng) 的充電器不具備這種保護(hù)和修復(fù)功能。智能充電器就是為滿足用戶的需求而設(shè)計的。智能充電器能夠?qū)Τ潆娺M(jìn)程進(jìn)行控制，不 僅能在充電過程中能對電池進(jìn)行保護(hù)，而且可以防止過電壓和控制充電溫度。這種智能充電 器以單片機(jī)為控制核心，它能檢測到在電池充電飽和時的電壓信號變化，然后精確地結(jié)束充 電過程。除了單片機(jī)，這種智能充電器還有一個重要的部件：充電芯片，這種充電器芯片可 以實現(xiàn)對充電過程的控制，再

7、加上單片機(jī)控制功能，比如時間控制、蜂鳴報警、電源關(guān)斷、 溫度控制和液晶顯示控制等，就能夠?qū)崿F(xiàn)智能化充電。電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使得芯片 體積越來越小，電路的集成化，這使得智能充電器大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。智能充電器擁有無法超越的優(yōu)越性，如可靠性高、操作簡單，而且更具安全性和通用性 代表著未來充電器發(fā)展方向。由此可見，充電器在智能化的研究方向上具有非常廣闊的發(fā)展 前景和無可比擬的現(xiàn)實意義?；趩纹瑱C(jī)的智能手機(jī)充電器的應(yīng)用前景智能手機(jī)充電器的發(fā)展前景 基于單片機(jī)的智能手機(jī)充電器的設(shè)計與研究，對于當(dāng)今手機(jī)及手機(jī)充電器發(fā)展和市場前 景提供了很好的研究方向?，F(xiàn)在的手機(jī)充電器，一方面缺乏智能化，只能完成充電

8、功能，而不具有報警和必要的顯 示功能；另一方面這種充電器對電池沒有相應(yīng)的保護(hù)措施，也使得手機(jī)電池的壽命銳減。不 僅如此，其充電效率很低，充電時間長，滿足不了快節(jié)奏城市生活人們的需求。由此可見， 新型的、智能的手機(jī)充電器急需發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域中也就成為了一件非常緊迫的任 務(wù)。AT89C5仲片機(jī)功能齊全，價格適中，是一款性價比很高的芯片，所以AT89C51單片機(jī)作為智能手機(jī)充電器的控制核心具有突出的優(yōu)越性。智能充電器擁有無法超越的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在可靠性高、操作簡單，而且更具安全性和 通用性 , 代表著未來充電器發(fā)展方向。由此可見，充電器在智能化的研究方向上具有非常廣- 3 - - -闊的發(fā)展

9、前景和無可比擬的現(xiàn)實意義。手機(jī)充電器的發(fā)展方向隨著單片機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，這也使得手機(jī)充電器有了新的發(fā)展方向， 朝著智能化方向發(fā)展。電池充電的智能化，不僅滿足了人們的要求，而且可以延長電池的使 用時間。電力電子技術(shù)使得芯片的體積越來越小、集成度越來越高、造價低廉和電路簡潔的 優(yōu)點，為智能手機(jī)充電器的發(fā)展奠定了廣闊的發(fā)展平臺。信息技術(shù)必將使得智能化在充電器發(fā)展領(lǐng)域成為可能，必將取代傳統(tǒng)充電器，相信基于 單片機(jī)的智能手機(jī)充電器在將來一定會得到普及和迅猛發(fā)展。本論文完成的工作及內(nèi)容編排論文需完成的工作在持續(xù)供電的情況下，首先將家用的 220V交流電經(jīng)過一個變壓器（變比220:12 ）將其

10、 變成為12V的交流電，然后經(jīng)過全橋整流，將交流變成直流，這時要經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7805輸出電壓為直流5V,這個電壓就能給充電芯片做輸入，也給單片機(jī)做電源，單片機(jī)就進(jìn)行相 應(yīng)的分析和處理，檢測充電狀態(tài)，不充電時綠燈亮，數(shù)碼管顯示時間為零，充電時紅燈亮， 數(shù)碼管開始計時，充滿綠燈亮，數(shù)碼管鎖定充電時間，蜂鳴器滴滴提示充滿電。通過使用模塊化、簡單化、集成化，最終達(dá)到智能充電的效果。論文的組織論文按如下的方式來組織：第一章 緒論。第二章 電池的充電方法及充電控制技術(shù)。綜述基于單片機(jī)的智能手機(jī)充電器的基本概 念、原理和方法。第三章 手機(jī)充電器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)。闡述了智能手機(jī)充電器硬件的設(shè)計和實現(xiàn)的方

11、法。從原理圖設(shè)計、電路圖的設(shè)計一直到最后涉及的技術(shù)問題等一一進(jìn)行了說明和解釋。第四章 手機(jī)充電器的軟件設(shè)計與仿真。詳細(xì)了應(yīng)用 Protel 軟件和 Proteus 軟件的總體 設(shè)計、關(guān)鍵流程的設(shè)計和程序的設(shè)計思路。第五章 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的調(diào)戲和運(yùn)行結(jié)果的分析。第六章 總結(jié)與展望?？偨Y(jié)了本文的重點解決的問題以及對后期工作的展望， 提出了本系 統(tǒng)的有待改進(jìn)之處和本系統(tǒng)今后應(yīng)該的研究方向。第二章 電池的充電方法及充電控制技術(shù)充電器與電池的充電方法充電器的介紹充電器也就是為一些設(shè)備充電的裝置， 它的主要功能主要是將家庭用電 220V交流電轉(zhuǎn)化 成5V的直流電，從而可以給一些移動設(shè)備

12、充電。安全性、快速性和使用方便性是人們對于充 電器的基本要求。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于充電器的功能有了新的需求，比如報 警和必要的顯示功能。另外，充電器的充電安全性也一直是人們所討論的話題。電池電壓檢測功能是一個功能齊全的充電器所必有的功能。當(dāng)終止放電電壓小于充電電 池的電壓，為了防止電池記憶效應(yīng)的產(chǎn)生，此時電池應(yīng)當(dāng)放電知道終止放電電壓，隨后完成 自動充電。電池的一般充電過程為預(yù)充電、快速充電、涓流充電，在各個充電過程都應(yīng)該有 LED燈的顯示。充電率的設(shè)定、定時器時間設(shè)定以及充電前電池狀態(tài)測定同樣是一個功能齊全的充電器 所必有的功能。當(dāng)充電的電流較小時，充電器可選擇線性電源；在充電電流

13、較大時，便可以 使用開關(guān)電源，這樣不僅省電，而且也解決了充電器發(fā)熱的問題。功能比較齊全的充電器的結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示。220V充放.電狀態(tài)指示充電器電壓檢測集（檢測）充電前電池檢測充電電流檢測成 電lis穩(wěn)壓電源 （銭性電源或 開關(guān)電源）圖2.1充電器結(jié)構(gòu)圖放電 電路充電屯池紐充電率選擇溫度傳感器電池數(shù)設(shè)足r徹處理器tI j（單片機(jī)2.1.2電池的充電方法手機(jī)充電器大多采用的充電方法是大電流的快速充電法，這種充電方法最大的壞處就是當(dāng)電池充滿后，如果不及時地停止充電會使得電池發(fā)燙，這樣很容易損壞電池。當(dāng)然也有成 本比較低的充電器，它們采用充電方法是電壓比較法，這種充電方法能夠防止過充，當(dāng)電池

14、 充電到大約95%滿的時候，就會停止大電流快充,轉(zhuǎn)而采用小電流涓流補(bǔ)充充電。以專用的充電芯片，并以單片機(jī)為控制核心的智能手機(jī)充電器是比較先進(jìn)的。充電芯片能 夠檢測到手機(jī)電池在充電飽和時所發(fā)出的電壓信號變化，根據(jù)所檢測的電壓信號就可以非常準(zhǔn)確地關(guān)閉充電。使用單片機(jī)就可以對充電芯片進(jìn)行有效的控制，這樣的充電過程就會顯得比較 智能化、系統(tǒng)化。這種智能化主要表現(xiàn)在充電完成后及時關(guān)斷電源、并伴隨著蜂鳴報警和LED顯示等功能。為了縮短手機(jī)充電的充電時間，保護(hù)電池并延長電池的使用壽命，充電器朝著智 能化發(fā)展已成必然趨勢。隨著技術(shù)的發(fā)展，專門用于充電的芯片很多，這些芯片可以直接使用， 既方便，效果又好。這次的

15、畢業(yè)設(shè)計，選擇MAX189芯片作為充電管理芯片，由于充電器實現(xiàn)的方式不盡相同， 從而導(dǎo)致充電效果也就不同了。大電流的快速充電法最大的弊處就是在電池充滿電之后，如果不及時地停止充電，就會使 電池發(fā)燙，進(jìn)而縮短電池的使用壽命。所以使用單片機(jī)作為控制核心，采用專門的充電芯片，-6 -就可實現(xiàn)在充電完成后，進(jìn)行電壓檢測，完成自動斷電，并完成相應(yīng)的保護(hù)。2.2充電控制技術(shù)2.2.1快速充電器介紹采用大電流充電是快速充電器的一大特點。充電電流正常要大于500mA其基本原理框圖如圖2.2所示：圖2.2快速充電器原理框圖框圖中的主控電路一般有兩種類型：（1）定時型如果對電池采取定時充電，其主控電路一般選用定時

16、電路，而充電電流決定了充電時間。 為了控制不同的小時率電流，定時主控電路一般會設(shè)置不同的時間，對充電電池進(jìn)行分段充 電。定時器在快速充電器中應(yīng)用比較廣泛。（2）電壓峰值增量 V型端電壓隨著充電時間的增長而上升是可充電電池的一大特點，但是在電池充滿電后，端 電壓便會降低。對主控電路進(jìn)行設(shè)計時，根據(jù)這種特性來監(jiān)測電池的電壓，當(dāng)峰值出現(xiàn)微量 的下降時，便會以控制充電結(jié)束，從而實現(xiàn)自動充電的目的。這種方法就稱為一V法。因為這種控制電路很復(fù)雜，電壓變化也不太穩(wěn)定，加之很多數(shù)據(jù)不好把握和測量，所以這種類 型的主控電路不適宜自己制作。2.2.2充電控制技術(shù)充電控制技術(shù)在充電器系統(tǒng)軟件設(shè)計中處于核心部分。根據(jù)

17、充電電池充電的基本原理，可以將鋰電池的電壓曲線分為下圖的 A B CE段，具體充電特性如圖2.3所示：-7 -V*- # -V*- -圖2.3鋰電池的充電特性上圖中的A、B、C三段分別采用不同的控制方式主要是因為鋰電池在充電過程沒法用單一 量來實現(xiàn)。各段的充電過程為：在進(jìn)入B C段之前，電池電量已經(jīng)基本用完了，這個時候采用 的是恒定的小電流充電；當(dāng)充電進(jìn)入 B C段時，如果繼續(xù)使用恒流充電，大電流就會會損壞 電池，但是電流如果太小就會延長充電時間。恒流充電過程中，對電池端電壓進(jìn)行不斷檢測，在電池的電壓達(dá)到飽和狀態(tài)時，恒流充 電停止，之后便會自動進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)；在恒壓充電時，充電電壓保持不變。

18、電池內(nèi)阻不 斷變大的過程中會導(dǎo)致充電電流不斷減小，當(dāng)充電電流減小到恒流狀態(tài)下充電電流的1/8時,就會終止恒壓充電，便會進(jìn)入維護(hù)充電階段。在電池在充滿電之后，若不及時地終止充電，電池的溫度便會持續(xù)上升。溫度的升高會直接加速電池中板柵的腐蝕速度和電池中電解液的分解，導(dǎo)致電池壽命銳減、電池容量下降。所以可以采用電壓控制、定時控制以及溫度控制等多種停止充電的方法來保證電池充足電又 不過充電。停止充電的控制方法：（1）定時控制定時控制法一般比較適用于恒流充電。在恒流充電法時，可以根據(jù)電池的容量和充電電 流的大小，準(zhǔn)確的確定充電時間。在充電的過程中，定時器在系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的充電時間后發(fā) 出信號，使充電器立刻

19、停止充電或?qū)⒊潆婋娏鳒p少到浮充維護(hù)充電電流左右，這樣就可以有 效的避免大電流長時間地對電池過充電。這種控制方法的優(yōu)點就是比較較簡單，但其也有缺 點：在充電之前，沒法準(zhǔn)確得知電池的容量，加之一些元器件及電池的發(fā)熱會造成充電電能 的損失，因此很難判斷實際的充電時間。由于這種方法充電時間是已經(jīng)固定好了的，無法根 據(jù)電池充電前的狀態(tài)而調(diào)整充電時間，這將直接導(dǎo)致有的電池可能已經(jīng)過充電，有的電池卻- - -還沒有充足電。（2）電池電壓控制 電壓控制法中，電池的最高電壓是最容易檢測的。三種電壓控制法： 最高電壓控制法：從充電特性曲線上容易得到，當(dāng)電池電壓達(dá)到峰值時，電池也就充滿 電。在充電過程當(dāng)中，電池電壓

20、達(dá)到規(guī)定值后，就會立即終止快速充電。這種控制方法明顯 的不足就是：電池充滿電時的峰值電壓會隨著充電速率和環(huán)境溫度的改變而變，所以這種方 法無法非常精確地判斷電池是否已經(jīng)充滿電。電壓負(fù)增量控制法：電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對電壓沒有關(guān)系，所以可以比較準(zhǔn) 確地判斷電池是否已經(jīng)充滿電。這種控制方法也存在缺點：在鎳鎘電池在充滿電以后，電池 電壓要經(jīng)過很長時間，才會負(fù)增量，這個時候過充電很嚴(yán)重，電池的溫度也比較高，對電池 有一定的損害。電壓零增量控制法： 這種控制法有比較好的控制效果， 現(xiàn)在許多鋰電池充電器都采用這 種高靈敏電壓零增量檢測，當(dāng)電池電壓略有降低時，立即停止快速充電，保護(hù)電池，防止電 池過

21、沖，延長電池使用壽命。（3）電池溫度控制 在電池溫度升高到規(guī)定數(shù)值之后，必須停止快速充電，這樣可以避免損壞電池，對電池 起到保護(hù)作用。經(jīng)常用的溫度控制方法有：最高溫度（TMAX）:在充電過程中，為了避免損壞電池，所以當(dāng)充電電池的溫度達(dá)到42C以上時，系統(tǒng)應(yīng)該立即終止快速充電 。在電池邊裝有一個熱敏電阻，這個熱敏電阻可以用來 檢測電池的溫度，這種方法可以檢測到準(zhǔn)確的溫度，但是由于熱敏電阻響應(yīng)的時間比較長， 所以電池溫度的檢測有一定滯后性。溫度變化率：充電電池的溫度在充電的過程中會發(fā)生相應(yīng)變化。在電池溫度每分鐘升高0.8 C時，這時候就應(yīng)該立即停止快速充電。溫度控制法有明顯的不足，即熱敏電阻響應(yīng)時

22、間 長，又受到周圍環(huán)境溫度的影響，所以不能準(zhǔn)確的檢測電池的溫度。（4）綜合控制法 上述介紹的各種控制方法各有利弊：因為電池個體的差異以及個別特殊的電池，所以如 果只選用一種充電方法，就會很難確保電池充分的充電。針對這種問題，就可以采用具有溫 度控制、電壓控制和計時控制功能于一體的綜合控制法。鋰電池主要采用零增量檢測的檢測方式，以溫度、時間和電壓檢測為輔的方式。判斷電 池是否充滿的正常標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)在充電過程檢測有無零增量 （ V）出現(xiàn)，與此同時，對電池溫度、 充電時間以及端電壓做出判斷，檢測其是否已超過預(yù)先設(shè)定的保護(hù)值。當(dāng)電池電壓超過檢測的最大值時，系統(tǒng)就會檢測零增量是否出現(xiàn)，零增量如果出現(xiàn)，系

23、統(tǒng)就會認(rèn)為電池已經(jīng)正常充滿，之后系統(tǒng)便會對電池進(jìn)行維護(hù)；充電過程中，系統(tǒng)會對電池 溫度、充電時間以及端電壓進(jìn)行一直判斷，檢測它們是否到達(dá)或超過了充電保護(hù)的條件。其 中任何一個條件得到滿足，系統(tǒng)便立即會終止現(xiàn)有的充電方式，進(jìn)入浮充維護(hù)狀態(tài)。2.2.3 本次設(shè)計充電芯片的選型電源模塊提供基本的充電電壓和對充電過程的控制是完成充電所必須的兩部分。（1）充電控制芯片的選擇各種微控制芯片在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的帶動下應(yīng)運(yùn)而生， 這些微控制芯片體積小、 集成 度高、功能強(qiáng)大。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展使其迅速成為計算機(jī)領(lǐng)域的一個重要分支，在應(yīng)用方面 非常廣闊。如今單片機(jī)的芯片已經(jīng)有上千個機(jī)種。而體積小、容量大、耗能低、

24、高度集成化 以及價格低是單片機(jī)發(fā)展的必然趨勢。由于單片機(jī)集成度的不斷提高，使得各種外圍功能器 件集成在單片機(jī)芯片內(nèi)部成為可能。 CPU（中央控制器）、定時器、計數(shù)器、ROM RA等是單 片機(jī)內(nèi)部所必有的功能部分，而液晶顯示驅(qū)動器、DM控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、聲音發(fā)生器、監(jiān) 視定時器等功能模塊也漸漸地廣泛集成于單片機(jī)內(nèi)部，使得單片機(jī)的功能日趨成熟，這些功 能的高度集成化為控制電路單元化奠定基礎(chǔ)。以半導(dǎo)體工藝作為內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式的單片機(jī)，具有顯著的優(yōu)越性，所以在各個領(lǐng)域中都 得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。單片機(jī)主要有如下特點：有優(yōu)異的性能價格比。集成度高，體積小，有很高的可靠性?？刂乒δ軓?qiáng)大。單片機(jī)類型多，

25、選擇性高。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范、容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 以專用的充電芯片，并以單片機(jī)為控制核心的智能手機(jī)充電器是比較先進(jìn)的。充電芯片能夠檢測到手機(jī)電池在充電飽和時所發(fā)出的電壓信號變化，根據(jù)所檢測的電壓信號就可以非 常準(zhǔn)確地關(guān)閉充電。使用單片機(jī)就可以對充電芯片就行有效的控制，這樣的充電過程就會顯 得比較智能化、系統(tǒng)化。這種智能化主要表現(xiàn)在充電完成后及時關(guān)斷電源、并伴隨著蜂鳴報 警和LED顯示等功能。為了縮短手機(jī)充電的充電時間，保護(hù)電池并延長電池的使用壽命，充電器朝著智能化發(fā)展已成必然趨勢C51 單片機(jī)具有比較低的研發(fā)成本、豐富的開發(fā)資源、完善的功能系統(tǒng)，被稱為是當(dāng)前 應(yīng)用

26、最為廣泛的 8 位單片機(jī)。這也使得 51 系列的單片機(jī)無論是現(xiàn)在， 還是將來具有強(qiáng)大的發(fā) 展?jié)摿?。在我國?yīng)用最為廣泛的單片機(jī)機(jī)種是由美國 Atmel公司研發(fā)生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)， AT89系列單片機(jī)內(nèi)部最大的特點就是內(nèi)部有一種電可摩除和電寫入的閃速存儲器，即FlashMemory（ FPEPROM）在開發(fā)的過程中可以很容易地對程序進(jìn)行修改，也使得編程和調(diào)試變得 更為容易?；趩纹瑱C(jī)上述的優(yōu)越性，所以在這次設(shè)計中，系統(tǒng)的控制芯片我選擇AT89C51芯片作為智能手機(jī)充電器的控制核心。（ 2）電池充電芯片的選擇方案 本次設(shè)計要求是完成快速充電的同時系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的電池保護(hù)能力。如今的充電芯 片

27、種類繁多，價格也不盡相同，控制電路更是錯綜復(fù)雜。經(jīng)過翻閱資料，了解到主要常見的 的智能充電芯片有：SMC40、MAX1758 MAX1898?。對這三種充電芯片作出以下綜合分析之 后，選擇了 MAX189芯片作為本次設(shè)計的充電芯片。（ 1 ）SMC401SMC401充電控制芯片大多應(yīng)用于手機(jī)鋰電池的充電器，當(dāng)然也可用于其他的鋰離子或鋰 聚合物電池的充電。在 SMC401內(nèi)部嵌有8位單片機(jī)，在SMC40的三個充電過程中（預(yù)充、 恒流充電、恒壓充電），可以為充電系統(tǒng)提供智能控制和智能檢測。此外，SMC401還可以根據(jù)鋰電池充電在不同階段的特點，作出精確地恒流或恒壓充電，在充電過程中還可以為系統(tǒng) 提

28、供智能過流保護(hù)和溫度檢測及保護(hù)，并通過三色LED狀態(tài)完成顯示。SMC40充電芯片的功能非常強(qiáng)大，集單片機(jī)于一體，是一款特別高級的集成芯片，是目前最具智能化的充電芯片。 它的優(yōu)越性具體表現(xiàn)在：根據(jù)鋰電池的充電特點完成精確恒流或恒壓充電；對鋰電池進(jìn)行電 氣性能修護(hù)，延長電池使用壽命；縮短充電時間。（2）MAX1758Max1758充電芯片也可以完成智能化充電，Max1758能夠為鋰電池提供了更加安全，更加 高效的設(shè)計方法通過自動檢測調(diào)節(jié)電壓，電流和溫度等參數(shù)。它和MAX189充電芯片差不多，具有低功耗、產(chǎn)熱小、功能穩(wěn)定。由于其外圍電路很復(fù)雜，所以不適合本次設(shè)計。（3）MAX1898MAX1898

29、充電芯片也可以精確的提供恒壓 /恒流充電。是一款 10 引腳、超薄型的芯片，可以對多種鋰電池進(jìn)行充電。充電電流可以自己設(shè)定，并采用內(nèi)部檢流，不再需要檢流電阻 ,而且外部電路非常簡單。MAX189充電芯片對充電電池的電壓調(diào)節(jié)精度很高，約土0.60%,這樣不僅縮短了充電時間，而且還延長了電池的使用壽命。MAX1898勺電氣特性如下：4.5V-12V輸入電壓范圍；內(nèi)置檢流電阻；土 0.75%電壓精度；可編程充電電流；輸入電源自動檢測；LED充電狀態(tài)指示；檢流監(jiān)視輸出。MAX1898管腳圖如圖2.4所示：INCSCHGDRVEN/OKGNDISETBATTCTRSTRT23459876圖2.4 MAX

30、1898管腳圖10MAX1898 各管腳特性如下：IN :傳感器輸入，檢測輸入電壓和電流。CHG LED驅(qū)動電路。EN/OK使能輸入/電源輸入“ OK。ISET :電流調(diào)節(jié)。CT:安全的充電時間設(shè)置。RSTRT復(fù)位引腳。BATT:接電池正極。GND地。DRV外接電阻驅(qū)動器。CS:電流傳感器輸入。MAX1898的外部電路原理圖主要包括：電壓檢測器、輸入電流調(diào)節(jié)器、溫度檢測器、定-12 - - -時器、充電電流檢測器以及主控制器，具體電路如圖2.5所示：輸入電流調(diào)節(jié)電路的主要功能是限制電源總輸入電流，電源總輸入電流包括負(fù)載電流與 充電電流。系統(tǒng)檢測到輸入電流超過所設(shè)定的限流門限時，就會減小充電電流

31、，以此實現(xiàn)控 制輸入電流。如果在充電器中沒有輸入電流檢測功能，則在系統(tǒng)在充電時，由于電源電流的 變化比較大，所以要求電源可以產(chǎn)生最大充電電流與最大負(fù)載電流之和的電流。然而這樣勢 必會造成電源的生產(chǎn)成本升高、電源體積變大，所以采用輸入限流功能就可以降低充電器對 電源的要求，輸入電源的設(shè)計也得到了簡化。如下圖2.5所示，MAX1898芯片外接P溝道場效應(yīng)管和限流型充電電源，可以實現(xiàn)安全 有效的快充。該電路不僅可以做到功效耗散低，而且可以實現(xiàn)完成預(yù)充電，在充電過程中有 過壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能。INCS10CHGDRVon/off JX厶 EN/OKMGNDGND1BATTERY4.5V/12VISE

32、TCTBATTRSTRT設(shè)置充電電流圖2.5 MAX1898外部電路原理圖第三章手機(jī)充電器的硬件設(shè)計及實現(xiàn)3.1單片機(jī)電路設(shè)計3.1.1單片機(jī)AT89C51簡介AT89C5是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的高性能 CMO、低電壓的8位微處 器，通常叫做單片機(jī)。AT89C5為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種低廉的設(shè)計方案，靈活性 實用性特別高IAT89C5基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一款比較精T89C5絕大部分的功能，體積更加小巧，特別受到電子設(shè)計者的青睞。T89C5和XTAL1XTAL2RST22_PSENALE EAPI 0P1.1M2P1 JP1.4P1.5P1.6P1.7PO.O/ADOP0.

33、1MMP0.2/AD2P0.3/AD3 Pa 4/AD4 P0j5/ADS P0.6/AD6P0.7/AD7P2 0/A6P2.1/A9 P2.2/A1O P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3Q/RXD P3.1HXD P3 2J1NT0 P3 3/1NTFP3.4 汀 P3 5JT1P3.6AP3.7/RDAT89C51AT89C2051XTAL1XTAL2一F 7 CL 9 1RSTP3.2XNT0P3.3/1NT1-P3.4roP3.5/F1P3 7P1.0P1.1P1.2P3.0/RXDP3.1/TXDT89C51 和51單片機(jī)中包含中央

34、處理器（CPU、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）程序存儲器（ROM）中斷系統(tǒng)、 串行接口、并行接口和計數(shù)/定時器等幾大單元。單片機(jī)中用三大總線，即控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，將各個單元連接在一起，成 為一個整體，共同完成控制過程?？诠苣_備選功能P3.0/RXD（串行輸入口）P3.1/ TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3.2 P3 口的特殊功能RST :復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的

35、高電平時間。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入TAL2：來自反蕩器的輸出3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖單片機(jī)最小系統(tǒng)有兩部分電路組成：振蕩電路和復(fù)位電路。具體原理圖如圖3.2所示：圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2電源電路設(shè)計本次設(shè)計中電源模塊的功能主要是將家用的220V交流電轉(zhuǎn)換+5V的直流電壓，這就需要一個穩(wěn)壓芯片來實現(xiàn)。3.2.1穩(wěn)壓芯片LM7805介紹LM78系列是常見三端穩(wěn)壓集成電路，輸出正電壓；而LM7

36、9系列輸出的是負(fù)電壓。LM78或LM79后面的數(shù)字表示該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓的大小。例如：LM7806表示輸出+6V電壓；LM7909表示輸出-9V電壓；LM7805是最常見的穩(wěn)壓芯片，輸出+5V的電壓。其內(nèi)部有過載和過流保護(hù)電路，功能齊 全，穩(wěn)壓效果好，所以被廣泛使用。LM7805主要特點如下：輸出電流可達(dá)1A輸出電壓有：5V過熱保護(hù)短路保護(hù)3.2.2電源模塊主要工作原理如圖3.3所示電路原理圖的輸出電流1.5A、輸出電壓為+5V的穩(wěn)壓電源。該電源模塊由 變壓器T1 （變比為220:12 ）、橋式整流電路BR1防止自激電容C2、C4濾波電容C1、C3和 穩(wěn)壓芯片LM7805組成。在本次

37、設(shè)計中電源模塊的主要作用是將輸入的 220V交流電壓變壓器變壓為12V交流，然 后經(jīng)過整流橋，再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓后最終得到的5V直流電壓，這個5V電壓可以為 AT89C51單片機(jī)和MAX189兜電芯片進(jìn)行供電，還可以為其它電路供電。TI圖3.3電源模塊電路原理圖3.3充電控制電路設(shè)計3.3.1充電芯片MAX189階紹MAX1898充電芯片也可以精確的提供恒壓/恒流充電。MAX1898是一款10引腳、超薄型 的芯片，可以對多種鋰電池進(jìn)行充電。充電電流可以自己設(shè)定，并采用內(nèi)部檢流，不再需要 檢流電阻,而且外部電路非常簡單。MAX1898芯片的實物圖和引腳圖如圖 3.4所示：SH CPQ

38、0DSQ1Q2ST_CPQ3Q4Q5Q5MRQ7OEQ7圖3.6 74HC595芯片的功能管腳圖51 14 -IJ-ril-r -J.13.4.2顯示部分電路原理圖電路原理圖中的三極管為共陽極數(shù)碼管提供驅(qū)動電壓。當(dāng)三極管導(dǎo)通時，5V電壓就送到數(shù)碼管共陽極，這樣就能驅(qū)動數(shù)碼管點亮。三極管在這個模塊中還是開關(guān)作用。74HC595芯片將51單片機(jī)傳輸過來的8位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)，驅(qū)動數(shù)碼管顯 示。DS為串行數(shù)據(jù)輸入口； SH_C兩串行時鐘輸入口。SH_CP在每次上升沿來臨時，芯片內(nèi)部的移位寄存器就會將數(shù)據(jù)左移一位，DS決定最低位，而最高位數(shù)據(jù)移出丟失，次高位便成為最高位；ST_CP在每次上升

39、沿來臨時，移位寄存器中的數(shù)據(jù)輸出到存儲器,存儲器直接和引腳Q0-Q7相連，存儲器中的數(shù)據(jù)會在 0E為低電平時輸出到Q0-Q7上，這樣就完成了串行轉(zhuǎn)并行 的功能；0E是使能輸出，低電平時，Q0-Q7輸出存儲器的值；高電平時，Q0-Q7呈高阻態(tài)；MR氐電平有效，當(dāng)出現(xiàn)低電平時移位寄存器被清零。顯示部分電路原理圖如圖3.4所示：fiflfififiS*r*r*r80:專菩o-第四章 手機(jī)充電器的軟件設(shè)計及仿真軟件設(shè)計概括及程序流程圖4.1.1 軟件設(shè)計概括 軟件設(shè)計主要是應(yīng)用一些軟件完成虛擬設(shè)計，以達(dá)到對硬件仿真的效果，在本次設(shè)計中 主要用到的軟件有 protel 、 proteus 和 keil

40、軟件。其中 protel 軟件用于繪制硬件的電路原 理圖，在繪制完成后，進(jìn)而可以繪制 PCB圖，這樣便可完成印刷電路板；proteus軟件一方 面可以繪制電路原理圖，另一方面可以向 51 單片機(jī)中加載程序（ hex 文件），從而實現(xiàn)仿真。 Keil 軟件的主要功能就是完成程序的編譯和調(diào)試，在本次設(shè)計中，軟件方面的程序編寫，我 選用的是C語言。C語言是一種非常實用的計算機(jī)的程序語言，它的編寫相對而言比較容易， 比匯編語言簡單并且具有匯編語言的優(yōu)點，因此在軟件設(shè)計中被廣泛的應(yīng)用。4.1.2 系統(tǒng)程序流程圖Protel軟件繪制電路原理圖和PCB圖4.2.1Protel 軟件介紹與電路圖繪制Prote

41、l 軟件是一款非常實用的軟件，它是由 Protel Technology 公司研制開發(fā)的電子電 路設(shè)計軟件，它擁有全方位的電路設(shè)計系統(tǒng)。這些設(shè)計系統(tǒng)主要包括六大組件：原理圖設(shè)計 系統(tǒng)、印制電路板設(shè)計系統(tǒng)、 自動布線系統(tǒng)、 可編程邏輯器件設(shè)計系統(tǒng)、 電路仿真系統(tǒng)及 PCB 信號完整性分析。它采用設(shè)計庫管理模式，具有 Client/Server （客戶/ 服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)， 可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，同時還兼容其他一些設(shè)計軟件的文件格式。電路原理圖設(shè)計就是使用電氣圖形符號來代表電子元器件，并把電路原理圖中的元器件 連接所需的導(dǎo)線、總線等用繪圖工具來描述，以此來表示電路系統(tǒng)中各元器件的連接關(guān)系， 這樣既方便

42、又形象的描述了電路系統(tǒng)。由此可見，我們用的是一種形象化、圖形化的語言便 可清楚的表示一個電路系統(tǒng)，給我們分析電路提供了方便。Protel 軟件繪制電路原理圖的基本步驟：（1）啟動 Protel 軟件，執(zhí)行 File/New 菜單命令，建立設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件。（2）再次執(zhí)行 File/New 菜單命令，點擊 New Document對話框中Schematic Document 圖標(biāo)，建立電路原理圖文件。（ 3）從元器件庫中查找元器件，進(jìn)行電路原理圖繪制。422 PCB圖的生成PCB的英文全稱是Print Circuit Board，即印制電路板。PCB制作的一般步驟是：（1）啟動Protel軟件，新

43、建PCB文件。（2）對電路板進(jìn)行定義（Design/Option ）。（3）加載PCB元器件庫，以備元器件選擇。（4）在工作區(qū)域放置元器件，做好元器件的布局。（5）對PCB板進(jìn)行布線。（6）PCB的 3D效果預(yù)覽根據(jù)以上步驟，完成了手機(jī)充電器的 PCB圖的設(shè)計，具體如圖4.1所示:i 口 口口圖4.1 PCB原理圖Proteus設(shè)計與仿真的開發(fā)過程Proteus仿真軟件是一款非常實用的軟件，Proteus軟件通常和Keil軟件搭配使用，給 我們d的電子電路設(shè)計提供了很大的幫助。特別是 Proteus軟件的仿真功能，可以實現(xiàn)實物 電路的模擬效果，而且不缺飯真實性。仿真過程不僅方便，而且很快捷，可

44、以檢測出實物設(shè) - -計過程中一些不必要的錯誤，是電路設(shè)計過程中不可缺少的一步。Proteus 仿真過程大致如下：第一步，根據(jù)程序流程圖，在 Keil 軟件中編寫電路設(shè)計所需要的源程序，編譯完成后， 找到 Keil 軟件自動生成的 hex 目標(biāo)文件；第二步， 在 Proteus 軟件的元器件庫里找到所需要用到的元器件， 畫出仿真電路原理圖； 第三步，將在第一步中生成的 hex 目標(biāo)文件下載到單片機(jī)系統(tǒng)中 （雙擊單片機(jī)加載 hex 文件）， 點擊開始，即可看到仿真效果。這樣就可以將單片機(jī)系統(tǒng)中現(xiàn)實的工作狀態(tài)完整而有效的顯 示出來，為后面實物的設(shè)計提供參考和反饋。Proteus 軟件的功能強(qiáng)大，方

45、便使用，學(xué)習(xí)起來也十分方便，是電子電路設(shè)計者必須要 掌握的電子設(shè)計軟件。它和我們之前學(xué)習(xí)的軟件基本上差不多，只要認(rèn)認(rèn)真真的學(xué)習(xí)再加上 實際的動手操作，很快就可以熟練使用。Proteus 軟件具體的操作過程如下：首先，運(yùn)行 Proteus 軟件，進(jìn)入到軟件界面后，在左側(cè)的工具欄中有一個英文字母 P， 點擊P,就可以在其對應(yīng)窗口的左側(cè)輸入所需芯片的關(guān)鍵字，這樣就可以找到我們所需要的 元器件；選中元器件并擺放在畫圖窗口，進(jìn)而可以對元器件的參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置；元器件選 擇完畢就可以進(jìn)行下一步了，就是連接電路原圖。智能充電器的仿真 本次設(shè)計的智能手機(jī)充電器的仿真采用的是檢測充電電池端口的電壓的方法，來模擬

46、充 電過程，檢測電壓用的是 ADC0804A轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)充電開始時，充電電池電壓低于 4.15V 時，單片機(jī)計時充電，數(shù)碼管顯示充電的時間。 隨著充電的繼續(xù)，充電電池電壓慢慢升高。當(dāng)電壓升到 4.15V 時，充電完成，紅燈熄滅，綠 燈點亮，數(shù)碼管顯示時間即為充電所用的時間，完成充電時間鎖存。當(dāng)充電完成后，蜂鳴器 也會響起，以提醒用戶充電完成。用調(diào)節(jié)電位器的方法作為電壓改變的手段，隨著電位器電阻的變化，ADC0804采集的電壓信號也就隨之改變，以此來模仿充電過程。仿真效果如圖 4.2 所示：:R17；fl:若車次眠吐昭骨如:，保砂融，晡卜舊，哄代黑未OOOQBeLEDGES uTEe翦試甬尊單擊

47、一F出鏈，替代捕I豐機(jī)11FDOr.rtpD FDL1W1 yg PQ3TAD3 FDiADi PELSDS PMjhBG fq.a6TiLFFZDfiSFZ.1M FESA1B FZHfA-11圖4.2仿真圖轉(zhuǎn) WIT njffWP MDDUB41 Dll上 Lk iiadI7 il& rm r：D I* CW DD K訐HiEP債b bgOLJK R.piTgm.1IH*WIN-ii!T5T航1 m 口 IAII.3 . 1.T7H啤!154-1*513曰 !T3?113bT&rr-twna$f 馳E-EDllLED-GF.EEH vTEzHF7.4M1Z FZSAU PZjaU P3LT

48、M19-P3EFKXP PS.inXB ralITTJ HjfllTTF3.JTQ E3ST1 m.w ra.TilT-25R14gi 口LE-BLUE4-TExliR15in sTEx R16第五章 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果電源模塊調(diào)試電源模塊調(diào)試的主要目標(biāo)是將家用的 220V交流電轉(zhuǎn)化成5V的直流電，完成給單片機(jī)、 各芯片和手機(jī)充電。將焊接好的電源模塊，做一個整體的檢查，首先把每一個元器件檢查一遍，看看是否出 現(xiàn)漏焊和虛焊，看看元器件的值是否正確。之后，用萬用變檢查焊接線路的通斷。下面一步比較危險，就是將電路上電，之所以說這一步比較危險，是因為如果元器件焊 接錯誤，或電路出現(xiàn)短路，會直接導(dǎo)致電容

49、的爆炸，所以前期的檢查是必不可少的，也是非 常關(guān)鍵的。電源模塊主要作用是將輸入的 220V/50HZ的交流電壓通過變壓、整流、LM7805芯 片穩(wěn)壓后得到的5V直流電壓為AT89C5仲片機(jī)和MAX1898!離子電池充電芯片進(jìn)行供電，同 時也為其它電路提供合適的電壓。所以這一步檢查的是電源模塊輸出端的電壓是否為5V,這將直接決定整個電路設(shè)計的成功與否。經(jīng)過上電以后測量，發(fā)現(xiàn)電壓在 5.2V，因為手機(jī)充電的電壓一般為 5V,所以差別不大， 應(yīng)該不會有多大影響。就這樣電源模塊調(diào)試完畢顯示模塊調(diào)試這一部分的調(diào)試主要還是檢查線路的焊接情況，看看是否出現(xiàn)漏焊和虛焊，看看元器件 的值是否正確及各個管腳對應(yīng)的是否正確。最容易出錯的地方，主要是電路中三極管的焊接，因為三極管的管腳比較難分辨，所以 焊接時容易出錯。本設(shè)計中的數(shù)碼管為共陽極數(shù)碼管，三極管是提供驅(qū)動電壓的。當(dāng)三極管 導(dǎo)通時，5V電壓就送到數(shù)碼管共陽極，這樣就能驅(qū)動數(shù)碼管點亮。三極管在這個模塊中還是 開關(guān)作用。系統(tǒng)整體調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果將各個模塊調(diào)試完畢后，最重要的事就是將各個模塊連接在一起，使其能夠構(gòu)成一個完 整的系統(tǒng)，之后再進(jìn)行最后的、總的調(diào)試。將編好的程序加載在 51