智能充電器畢業(yè)論文---基于89c51的智能電池充電器的設(shè)計

1、<p>　　基于89C51的智能電池充電器的設(shè)計</p><p><b>　　（硬件部分）</b></p><p>　　系 別：自動化系</p><p>　　專 業(yè) 班：電氣自動化技術(shù)0601班</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p&

2、gt;<b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2009年5月19日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點決定了它們

3、將在相當(dāng)長的時期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。所研究課題根據(jù)電池兩端不同的電壓值采取不同的方案進行充電。通過對已有單片機技術(shù)的學(xué)習(xí)，結(jié)合課堂的理論知識，完成課題所規(guī)定的性能指標(biāo)從而加強專業(yè)知識和專業(yè)技能綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)實踐動手能力，團隊合作和創(chuàng)新精神。</p><p>　　這次設(shè)計中，單片機電路主要包括

4、89C51和ADC0809兩塊芯片，DM74163N用做分頻器，74F138SJ用來產(chǎn)生和選擇地址。其中，89C51的的晶振頻率為11.0592MHz。電路有2個輸入輸出端口，Analog Voltage Input是作為電池組電壓的輸入，PWM contraltor是做為電池組控制脈寬的輸出。</p><p>　　關(guān)鍵詞：89C51 ADC0809 定時器中斷 PWM控制技術(shù)</p><

5、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At present, There is more use of nickel-cadmium batteries, nickel metal hydride, lead-acid batteries and lithium batteries. Their respective characteristics they

6、will for a long time to co-exist within the development. Because different types of rechargeable batteries of different characteristics, usually of different types, and even different voltage levels of battery capacity t

7、o use a different charger, but in practice there are a lot of inconvenience in use.According to research by the batter</p><p>　　The design, the main circuit including the 89C51 single-chip and chip ADC0809 ,

8、 DM74163N used as a divider, 74F138SJ used to generate and select Address. Of these, 89C51 of the crystal frequency of 11.0592MHz. Circuit has two input and output ports, Analog Voltage Input battery voltage as input,

9、 PWM contraltor is the battery pack as the output pulse width control.</p><p>　　Key words: 89C51 ADC0809 timer interrupt PWM control technology</p><p><b>　　目 錄</b></p><

10、;p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　緒論1</b></p><p><b>　　1 總體設(shè)計3</b></p><p>　　1.1 智能充電器原理3</p><p>

11、　　1.2 PWM技術(shù)的應(yīng)用4</p><p>　　1.2.1 PWM軟件法控制充電電流4</p><p>　　1.2.2 純硬件PWM法控制充電電流5</p><p>　　1.3 89C51與ADC0809的接口設(shè)計6</p><p>　　1.4 本章小結(jié)7</p><p><b>　　

12、2 硬件設(shè)計8</b></p><p>　　2.1 89C51及特點概述8</p><p>　　2.1.1 主要特性8</p><p>　　2.1.2 管腳說明8</p><p>　　2.1.3 振蕩器特性10</p><p>　　2.1.4 芯片擦除10</p>&l

13、t;p>　　2.1.5 結(jié)構(gòu)特點11</p><p>　　2.2 ADC0809及特點概述12</p><p>　　2.2.1 主要特性12</p><p>　　2.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.2.3 外部特性12</p><p>　　2.3 本章小結(jié)13</p&g

14、t;<p>　　3 軟件設(shè)計14</p><p>　　3.1 程序明細(xì)14</p><p>　　3.2 本章小結(jié)20</p><p>　　4 系統(tǒng)調(diào)試與改進21</p><p>　　4.1 硬軟件結(jié)合進行調(diào)試21</p><p>　　4.2 本章小結(jié)21</p>&l

15、t;p><b>　　結(jié)論22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p>　　附錄1 智能充電器原理電路圖25</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　現(xiàn)代社會電池的使用范圍已經(jīng)由40年代的手電筒、收音機、汽車和摩托

16、車的啟動電源發(fā)展到今天上百種用途。小到從電子表手表、CD唱機、移動電話、MP3、MP4、照相機、攝影機、各種遙控器、剔須刀、手槍鉆、兒童玩具等。大到從醫(yī)院、賓館、超市、電話交換機等場合的應(yīng)急電源，電動工具、拖船、拖車、鏟車、輪椅車、高爾夫球運動車、電動自行車、電動汽車、風(fēng)力發(fā)電站用電池、導(dǎo)彈、潛艇和魚雷等軍用電池。還有可以滿足各種特殊要求的專用電池等。電池已經(jīng)成為社會必不可少的便捷能源。</p><p>　　電池

17、(Batteries)，是一種能量轉(zhuǎn)化與儲存的裝置，它通過反應(yīng)將化學(xué)能或物理能轉(zhuǎn)化為電能。電池最早誕生于1836年，1899年發(fā)明了鎳鎘電池，1901年發(fā)明了鎳－鐵電池，進入20世紀(jì)以后，電池理論和技術(shù)處于一度停滯時期．但在第二次世界大戰(zhàn)之后，電池技術(shù)又進入了快速發(fā)展的時期．首先是為了適應(yīng)重負(fù)荷用途的需要，發(fā)展了堿性鋅錳電池，1951年實現(xiàn)了鎳鎘電池的密封化，這是鎳鎘電池發(fā)展史上另一個重要的里程碑。在這種電池中，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的各種氣體不

18、用排出，可以在電池內(nèi)部化合。密封鎳鎘電池的研制成功，使鎳鎘電池的應(yīng)用范圍大大增加。鎳鎘電池在20世紀(jì)80年代得到了迅猛發(fā)展。</p><p>　　我國的電池產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展很快。2005年，中國鎳氫電池產(chǎn)量超過9.6億只，2006年產(chǎn)量繼續(xù)以超過15%的速度增長，達(dá)到11億只左右。但當(dāng)前我國市場上的充電器普遍存在以下問題：不具備對智能電池的充電功能，擴展性差；故障率高，而且維修困難，影響便攜式設(shè)備的正常工

19、作；對同類電池充電缺乏自適應(yīng)性，充電控制策略落伍，導(dǎo)致了電池的壽命短、效率低和可維護性差；體積大，效率低，對電網(wǎng)污染大，不能滿足電磁兼容等要求；充電電流小，充電時間長。對于鉛酸蓄電池來講，傳統(tǒng)的充電方法有恒流限壓充電和恒壓限流充電。</p><p>　　隨著消費者和產(chǎn)業(yè)的環(huán)保意識增強，堿性一次電池和含有有毒金屬鎘等二次電池使用益受到限制，可充電的鎳氫電池和鋰電池得到了廣泛的使用。</p><p

20、>　　充電器是伴隨著充電電池的發(fā)展而發(fā)展的，早期出現(xiàn)的充電器多為鎳鎘電池充電器，當(dāng)鎳氫電池逐漸替代鎳鎘電池后，充電器也主要以鎳氫電池充電器為主。</p><p>　　鎳鎘電池充電器大致可分為三類。</p><p>　　第一類是簡單的定時充電器，充電時間是固定的，時間一到，就自動停止充電。脆充電器不適合給鎳氫電池充電，鎳氫電池不會被完全充滿電。</p><p>

21、　　第二類是所謂的“通宵”充電器，它的充電速率就非常低。這類充電器能為鎳氫電池充分充電，但是它必須花上很長的時間，使用很不方便。</p><p>　　第三類疾速充電器，它給鎳氫電池充電，不需要多余的電路，一旦電池充滿后，充電停止。能在2個小時以內(nèi)給電池充分充電的充電器，就稱為疾速充電器，脆疾速充電器會使鎳氫電池過度充電。在充電過程中，電池變得很熱，那么這就是過度充電的征兆。在充電過程中電池的電壓會隨著儲存電量的增

22、加而逐漸上升，當(dāng)電池儲存的電量達(dá)到飽和電極材料無法繼續(xù)充電時，若繼續(xù)充電則電解液會起電解，并且在陽極產(chǎn)生氧氣，在陰極產(chǎn)生氫氣，如此會在密封的電池內(nèi)部造成內(nèi)部壓力上升，會對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞。像這種現(xiàn)象稱之為過度充電，過度充電會使電池的壽命縮短。所以總的來說專門為鎳鎘電池充電的充電器可以充鎳氫電池但不適用 [1] 。</p><p><b>　　1 總體設(shè)計</b></p>

23、<p>　　1.1 智能充電器原理</p><p>　　單片機電路主要包括89C51和ADC0809兩塊芯片，DM74163N如圖1-1所示用做分頻器，74F138SJ如圖1-2所示用來產(chǎn)生和選擇地址。具體的連接原理電路圖如附錄1。其中，8051的的晶振頻率為11.0592MHz。電路有2個輸入輸出端口，Analog Voltage Input是作為電池組電壓的輸入，PWM contraltor是做為

24、電池組控制脈寬的輸出。本次設(shè)計通過ADC轉(zhuǎn)到單片機，在單片機端接收到信號后，根據(jù)電池兩端不同的電壓值采取不同的方案進行充電。當(dāng)電壓非常小的時候，采取方案1來充電，方案1采取小電流充電，向引腳PWM發(fā)送占空比為10%的信號；當(dāng)電壓比較小但是不是極小的時候，采取方案2來充電，方案2采取較大電流充電，向引腳PWM發(fā)送占空比為20%的信號；當(dāng)電壓達(dá)到正常電壓的時候，采取方案3來充電，方案3采取恒流充電，向引腳PWM發(fā)送占空比為50%的信號；對于

25、電壓超出正常電壓，采取方案4，即不充電的方案，向引腳PWM發(fā)送占空比為0%的信號 [2，3] 。</p><p>　　圖1-1 DM74163N芯片 圖1-2 74F138SJ芯片</p><p>　　1.2 PWM技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、

26、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而本文介紹的是在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。</p><p>　　1.2.1 PWM軟件法控制充電電流</p>

27、<p>　　本方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整

28、PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比。在軟件PWM的調(diào)整過程中要注意ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。軟件PWM法具有以下優(yōu)缺點。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　簡化了PWM的硬件電路，降低了硬件的成本。利用軟件PWM不用外部的硬件PWM和電壓比較器，只

29、需要功率MOSFET、續(xù)流磁芯、儲能電容等元器件，大大簡化了外圍電路。</p><p>　　可控制涓流大小。在PWM控制充電的過程中,單片機可實時檢測ADC端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進行比較，以決定PWM占空比的調(diào)整方向。</p><p>　　電池喚醒充電。單片機利用ADC端口與PWM的寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對于電池電壓比較低的電池，在上電后，可

30、以采取小電流充一段時間的方式進行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對電池的沖擊破壞也較小。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機的ADC輸入端口，單片機讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為Rsample（單位為Ω），

31、采樣電阻的壓降為Vsample（單位為mV）， 10位ADC的參考電壓為5.0V。則ADC的1 LSB對應(yīng)的電壓值為 5000mV/1024≈5mV。一個5mV的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是50mA，所以軟件PWM電流控制精度最大為50mA。若想增加軟件PWM的電流控制精度，可以設(shè)法降低ADC的參考電壓或采用10位以上ADC的單片機。</p><p>　　PWM采用軟啟動的方式。在進行大電流快速充電的過程中，充電從停止到

32、重新啟動的過程中，由于磁芯上的反電動勢的存在，所以在重新充電時必須降低PWM的有效占空比,以克服由于軟件調(diào)整PWM的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。</p><p>　　充電效率不是很高。在快速充電時，因為采用了充電軟啟動，再加上單片機的PWM調(diào)整速度比較慢，所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電的時間是比較大的。</p><p>　　為了克服2和3缺點帶來的充電效率低的問題，我

33、們可以采用充電時間比較長，而停止充電時間比較短的充電方式，例如充2s停50ms，再加上軟啟動時的電流慢速啟動折合成的停止充電時間，設(shè)定為50ms，則實際充電效率為（2000ms－100ms）/2000ms＝95％，這樣也可以保證充電效率在90%以上 [4] 。</p><p>　　1.2.2 純硬件PWM法控制充電電流</p><p>　　由于單片機的工作頻率一般都在4MHz左右，由單片

34、機產(chǎn)生的PWM的工作頻率是很低的，再加上單片機用ADC方式讀取充電電流需要的時間，因此用軟件PWM的方式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速PWM的方法來控制充電電流?，F(xiàn)在智能充電器中采用的PWM控制芯片主要有TL494等,本PWM控制芯片的工作頻率可以達(dá)到300kHz以上，外加阻容元件就可以實現(xiàn)對電池充電過程中的恒流限壓作用，單片機只須用一個普通的I/O端口控制TL494使能即可。另外也可以采用電壓比較器

35、替代TL494，如LM393和LM358等。采用純硬件PWM具有以下優(yōu)缺點。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機沒有關(guān)系。不受軟件PWM的調(diào)整速度和ADC的精度限制。</p><p>　　充電效率高。不存在軟件PWM的慢啟動問題，所以在相同的恒流充電

36、和相同的充電時間內(nèi)，充到電池中的能量高。</p><p>　　對電池?fù)p害小。由于充電時的電流比較穩(wěn)定，波動幅度很小，所以對電池的沖擊很小，另外TL494還具有限壓作用，可以很好地保護電池。 </p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　硬件的價格比較貴。TL494的使用在帶來以上優(yōu)點的同時，增加了產(chǎn)品的成本，可以采用LM35

37、8或LM393的方式進行克服。</p><p>　　涓流控制簡單，并且是脈動的。電池充電結(jié)束后，一般采用涓流充電的方式對電池維護充電，以克服電池的自放電效應(yīng)帶來的容量損耗。單片機的普通I/O控制端口無法實現(xiàn)PWM端口的功能，即使可以用軟件模擬的方法實現(xiàn)簡單的PWM功能，但由于單片機工作的實時性要求，其軟件模擬的PWM頻率也比較低，所以最終采用的還是脈沖充電的方式，例如在10%的時間是充電的，在另外90%時間內(nèi)不進

38、行充電,這樣對充滿電的電池的沖擊較小。</p><p>　　單片機 PWM控制端口與硬件PWM融合</p><p>　　對于單純硬件PWM的涓流充電的脈動問題，可以采用具有PWM端口的單片機，再結(jié)合外部PWM芯片即可解決涓流的脈動性。</p><p>　　在充電過程中可以這樣控制充電電流：采用恒流大電流快速充電時，可以把單片機的PWM輸出全部為高電平（PWM控制芯片

39、高電平使能）或低電平（PWM控制芯片低電平使能）；當(dāng)進行涓流充電時，可以把單片機的PWM控制端口輸出PWM信號，然后通過測試電流采樣電阻上的壓降來調(diào)整PWM的占空比，直到符合要求為止。</p><p>　　1.3 89C51與ADC0809的接口設(shè)計</p><p>　　用單片機控制ADC時，多數(shù)采用查詢和中斷控制兩種方法。查詢法是在單片機把啟動命令送到ADC之后，執(zhí)行別的程序，同時對A

40、DC的狀態(tài)進行查詢，以檢查ADC變換是否已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。中斷控制法是在啟動信號達(dá)到ADC之后，單片機執(zhí)行別的程序。當(dāng)ADC變換結(jié)束并向單片機發(fā)出中斷請求信號時，單片機相應(yīng)次中斷請求，進入中斷服務(wù)程序。讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進行必要的數(shù)據(jù)處理，然后返回到原程序,這種方法單片機無需進行轉(zhuǎn)換時間的管理,CPU效率高，所以特別適合于變換時間較長的ADC [5] 。</p><p><b>　　1.4

41、 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹智能電池充電器的原理和相關(guān)的技術(shù)，PWM脈寬控制技術(shù)和其分類，89C51與ADC0809的接口技術(shù)。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計</b></p><p>　　2.1 89C51及特點概述</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃

42、爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機，如圖2-1所示。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CP

43、U和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 [6] 。</p><p>　　2.1.1 主要特性</p><p>　?。?） 與MCS-51 兼容 </p><p>　?。?） 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p>

44、;<p>　　（3） 壽命：1000寫/擦循環(huán) </p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)保留時間：10年 </p><p>　?。?） 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz </p><p>　?。?） 三級程序存儲器鎖定 </p><p>　　（7） 128*8位內(nèi)部RAM </p><p>　?。?）

45、 32可編程I/O線 </p><p>　?。?） 兩個16位定時器/計數(shù)器 </p><p>　?。?0） 5個中斷源 </p><p>　　（11） 可編程串行通道 </p><p>　?。?2） 低功耗的閑置和掉電模式 </p><p>　?。?3） 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p>&

46、lt;p>　　2.1.2 管腳說明</p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在

47、FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p>&l

48、t;p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存

49、器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

50、 </p><p><b>　　口管腳 備選功能 </b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） </p&g

51、t;<p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 </p>

52、<p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 </p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器

53、時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/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)。 </p>

54、<p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p&

55、gt;　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p>　　2.1.3 振蕩器特性</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。&

56、lt;/p><p>　　2.1.4 芯片擦除 </p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 </p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件

57、可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止 [6] 。</p><p>　　2.1.5 結(jié)構(gòu)特點</p><p>　?。?） 8位CPU</p><p>　　（2） 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><

58、p>　　（3） 32根I/O線</p><p>　?。?） 外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K</p><p>　?。?） 2個16位的定時器/計數(shù)器</p><p>　?。?） 5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級</p><p>　?。?） 全雙工串行口</p><p>　　（8） 布爾處理器</

59、p><p>　　圖2-1 89C51芯片</p><p>　　2.2 ADC0809及特點概述</p><p>　　2.2.1 主要特性</p><p>　?。?） 8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位</p><p>　　（2） 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?lt;/p><p>　　（3） 轉(zhuǎn)換時間為1

60、00μs </p><p>　?。?） 單個＋5V電源供電</p><p>　?。?） 模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)</p><p>　?。?） 工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度</p><p>　?。?） 低功耗，約15mW</p><p>　　2.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

61、<p>　　ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近，ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容 [7] 。</p><p>　　2.2.3 外部特性（引腳

62、功能）</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖2-2所示。下面說明各引腳功能。</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。</p><p>　　2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ADDA、ADDB

63、、ADDC真值表。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。</p><p>　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。</p><p>　　EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。</p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。

64、當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。</p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　Vcc：電源，單一＋5V。</p><p><b>　　GND：地。</b></p&

65、gt;<p>　　ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上[

66、8] 。</p><p>　　圖2-2 ADC0809芯片</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹本次設(shè)計中的兩個主要的芯片89C51和ADC0809,還學(xué)習(xí)了繪圖軟件VISIO,方便繪圖。</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計</b><

67、/p><p><b>　　3.1 程序明細(xì)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計，A/D采用外部中斷觸發(fā)的方式，當(dāng)數(shù)據(jù)到來的時候?qū)?shù)據(jù)讀入，根據(jù)不同的電壓值選擇不同方案，并且用定時器每500ms查詢1次，改變原來的方案。程序清單如下： </p><p>　　功能：通過定時器定時從A/D上讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的電壓選擇不

68、同的控制充電方案，使用PWM控制輸出脈寬來控制電流[9，10，11] 。</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP START</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　LJMP EXTERN_INT ；外中斷入口</p><p>　　ORG

69、 000BH</p><p>　　LJMP TIMER0_INT ；定時器中斷入口</p><p>　　；程序開始，初始化各個寄存器以及標(biāo)志位</p><p><b>　　START:</b></p><p>　　MOV SP,#050H ；設(shè)置堆棧</p><

70、p>　　MOV R0,#030H ；設(shè)置A/D存儲單元初始地址</p><p>　　MOV IE,#0FFH ；打開所有中斷</p><p>　　MOV DPTR,#78FFH ；采集通道首地址，只使用一路A/D就可以</p><p>　　MOV R0,#40H</p><p>　　MO

71、V @R0,#00H ；清除方案選擇位</p><p>　　MOV R0,#40H </p><p>　　MOV @R0,#00H ；清除方案選擇觸發(fā)位</p><p>　　MOV R1,#42H</p><p>　　MOV @R0,#00H ；清除定時器計數(shù)器</p>

72、;<p>　　LCALL TIMER1_INIT</p><p>　??；進入循環(huán)，查詢標(biāo)志位，采取不同的方案</p><p><b>　　LOOP:</b></p><p>　　MOV R0,#30H ；30H是A/D轉(zhuǎn)換的地址，將數(shù)據(jù)和幾個值進行比較</p><p><b&g

73、t;　　；確定方案</b></p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　SUBB A,#30H ；當(dāng)電壓很小的時候，采用第1種方案，向引腳PWM</p><p>　　；發(fā)送占空比為10%的信號</p><p>　　JC PROCESS_01</p><p>　　MO

74、V A,@R0</p><p>　　SUBB A,@90H</p><p>　　JC PROCESS_02 ；當(dāng)電壓較小的時候，采用第2種方案，向引腳PWM</p><p>　　；發(fā)送占空比為20%的信號</p><p>　　MOV A,@R0</p><p>　　SUBB A,@90H<

75、;/p><p>　　JZ PROCESS_03 ；當(dāng)電壓正好的時候，采用第3種方案，向引腳PWM</p><p>　??；發(fā)送占空比為50%的信號</p><p>　　MOV A,#04H ；當(dāng)電壓超出的時候，采用第4種方案，向引腳PWM</p><p>　??；發(fā)送占空比為0%的信號</p>

76、<p>　　LJMP PROCESS_04</p><p>　　CLEAR_FLAG:</p><p>　　MOV R0,#40H ；清除方案選擇位</p><p>　　MOV @R0,#00H</p><p>　　MOV R0,#41H ；清除觸發(fā)位</p><p

77、>　　MOV @R0,#00H</p><p>　　LJMP LOOP</p><p>　　PROCESS_01:</p><p>　　MOV R1,#040H</p><p>　　MOV @R1,#01H ；選擇方案1</p><p>　　PROCESS_01_NEXT:</p&

78、gt;<p>　　SETB P2.0 ；將和PWM連接的管腳置高</p><p>　　MOV R1,#0F0H</p><p>　　MOV R0,#00H</p><p>　　PROCESS_01_01:</p><p>　　DJNZ R1,PROCESS_01_01</p><

79、;p>　　DJNZ R0,PROCESS_01_01 ；空跑16*256*2 個周期</p><p>　　CLR P2.0 ；將和PWM來連接的管腳置低</p><p>　　MOV R1,#070H</p><p>　　MOV R0,#00H</p><p>　　PROCESS_01_02:<

80、/p><p>　　DJNZ R1,PROCESS_01_02</p><p>　　DJNZ R0,PROCESS_01_02 ；空跑16*256*2*9個周期</p><p>　　MOV R1,#040H ；當(dāng)方案改變標(biāo)志位到來的時候，清除標(biāo)志位并</p><p><b>　　；且重新進行判斷</b

81、></p><p>　　CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG</p><p>　　SJMP PROCESS_01_NEXT</p><p>　　PROCESS_02:</p><p>　　MOV R1,#040H</p><p>　　MOV @R1,#02H ；選擇方案2

82、</p><p>　　PROCESS_02_NEXT:</p><p>　　SETB P2.0 ；將和PWM連接的管腳置高</p><p>　　MOV R1,#0E0H </p><p>　　MOV R0,00H</p><p>　　PROCESS_02_01:</p>

83、<p>　　DJNZ R1,PROCESS_02_01</p><p>　　DJNZ R0,PROCESS_02_01 ；空跑16*256*2個周期 </p><p>　　CLR P2.0 ；將和PWM連接的管腳置低</p><p>　　MOV R1,#080H</p><p

84、>　　MOV R0,00H</p><p>　　PROCESS_02_02:</p><p>　　DJNZ R1,PROCESS_02_02</p><p>　　DJNZ R0,PROCESS_02_02; ；空跑16*256*2*8個周期</p><p>　　MOV R1,#041H

85、；當(dāng)方案改變標(biāo)志位到來的時候，清除標(biāo)志</p><p>　　；位并且重新進行判斷</p><p>　　CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG</p><p>　　SJMP PROCESS_02_NEXR</p><p>　　PROCESS_03:</p><p>　　MOV R1,040H</p

86、><p>　　MOV @R1,#03H ；選擇方案3</p><p>　　PROCESS_03_NEXT:</p><p>　　SETB P2.0 ；將和PWM連接的管腳置高</p><p>　　MOV R1,0B0H</p><p>　　MOV

87、 R0,#00H</p><p>　　PROCESS_03_01:</p><p>　　DJNZ R1,PROCESS_03_01</p><p>　　DJNZ R0,PROCESS_03_01 ；空跑16*256*2*2個周期 </p><p>　　CLR P2.0 ；將和PWM連接的

88、管腳置低</p><p>　　MOV R1,#0B0H</p><p>　　MOV R0,00H</p><p>　　PROCESS_03_02:</p><p>　　DJNZ R1,PROCESS_03_02 </p><p>　　DJNZ R0,PROCESS_03_02; ；空跑

89、16*256*2*7個周期</p><p>　　MOV R1,#041H ；當(dāng)方案改變標(biāo)志位到來的時候，清除標(biāo)志</p><p>　?。晃徊⑶抑匦逻M行判斷</p><p>　　CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG</p><p>　　SJMP PROCESS_03_NEXR</p>

90、<p>　　PROCESS_04:</p><p>　　CLR P2.0</p><p>　　MOV R1,#040H</p><p>　　MOV@ R1,#04H ；選擇方案4</p><p>　　MOV R1,041H</p><p>　　CJNE @R1,

91、#00H,CLEAR_FLAG</p><p>　　SJMP PROCESS_04</p><p>　　TIMER1_INIT;</p><p>　　ANL TMOD,0FH ；設(shè)置定時器T1為方式2</p><p>　　ORL TMOD,#10H</p><p>　　MOV

92、TOMD,#21H ；定時器T0工作在方式1</p><p>　　MOV PCON,#080H</p><p>　　CLR TRT1 ；禁止定時器T1</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB

93、 ET1</b></p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p>　　SETB PT0 ；定時器T0中斷優(yōu)于串口中斷</p><p><b>　　CLR TF1</b></p><p>　　MOV TL0,#00H

94、</p><p>　　MOV TH0,#01FH ；定時器T0中斷發(fā)生時間為62.5ms</p><p>　　SETB TR0 ；使能定時器T0</p><p><b>　　CLR TF0</b></p><p><b>　　RET<

95、;/b></p><p>　　；進入定時器中斷，每500ms設(shè)置1次標(biāo)志位</p><p>　　TIMER0_INT:</p><p>　　PUSH ACC ；累加器入棧</p><p>　　PUSH PSW ；程序狀態(tài)字入棧</p><p>　　M

96、OV PSW,#18H ；切換寄存器區(qū)域</p><p>　　CLR TF0 ；清除定時器中斷TF0</p><p>　　CLR TF0 ；禁止定時器中斷T0</p><p>　　MOV TL0,#00H </p><p>　　MOV

97、 TH0,#01FH ；定時器T0中斷發(fā)生時間為6</p><p>　　CLR TF0 ；清除溢出中斷位</p><p>　　MOV R1,#42H</p><p>　　INC @R1 ；增加計數(shù)器的值，到8為止，這樣達(dá)到500ms</p><p>　

98、　CJNE @R1,#08H,TIMER0_READY</p><p>　　MOV @R1,#00H ；清除計時器的值</p><p>　　MOV R1,#041H ；設(shè)置標(biāo)志位，每500ms重新選擇方案</p><p>　　MOV @R1,#01H</p><p>　　TIMER0_RE

99、ADY:</p><p>　　SETB TR0 ；使能定時器T0</p><p>　　POP PSW ；程序狀態(tài)字出棧</p><p>　　POP ACC ；累加器出棧</p><p><b>　　RETI</b><

100、/p><p>　?。贿M入外部中斷，每進入一次讀取ADC的值</p><p>　　EXTERN_INT:</p><p>　　PUSH ACC ；累加器壓棧</p><p>　　PUSH PSW ；程序狀態(tài)字壓棧</p><p>　　MOV PSW,010H

101、 ；切換寄存器區(qū)域</p><p>　　MOV DPTR,#78FFH ；A/D轉(zhuǎn)換器首地址</p><p>　　MOVX A,@DPTR ；讀入A/D的值</p><p>　　MOV R1,030H ；存儲A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)的地址</p><p>　　M

102、OV @R1,A ；將A/D的值讀入該地址</p><p>　　POP PSW ；程序狀態(tài)字出棧</p><p>　　POP ACC ；累加器出棧</p><p><b>　　RETI</b></p><p><b&g

103、t;　　END</b></p><p><b>　　3.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹本次課程設(shè)計所要的程序并對其作簡要的說明。</p><p>　　4 系統(tǒng)調(diào)試與改進</p><p>　　4.1 硬軟件結(jié)合進行調(diào)試</p><p>　　軟件的調(diào)試是整個設(shè)

104、計之中的一個重要環(huán)節(jié)，它既可以對硬件連接的正確與否性進行檢測，也可以驗證軟件的匹配性，所以調(diào)式的成功與否至關(guān)重要。但是由于條件有限，我和隊友不可能進行真實的仿真實驗。假設(shè)開始我和本組隊友在進行調(diào)式時受挫，實驗用的放電放空的鎳鎘蓄電池在一段時間的充電之后始終沒有蓄積電量。</p><p>　　于是我們就要展開分析，軟件這部分應(yīng)該是沒有什么問題的，因為程序是先前的專業(yè)科技人員經(jīng)過無數(shù)次實驗驗證的，所以目光要轉(zhuǎn)向硬件方

105、面，首先啟動電路的電源，通盤檢測一下電路是否全部連接通，如果沒問題，接下來就檢查ADC變換是否進行，這只需要用其它的軟件單獨測試AD0809轉(zhuǎn)換器是否完好，倘若這沒問題就等ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，讀入了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，在單片機仿真的幾組內(nèi)部信息顯示欄中查看CPU對程序的執(zhí)行情況，是否有采用定時查詢電壓的機制，定時器每500ms給出標(biāo)志位，查詢A/D上的電壓值，然后根據(jù)不同的電壓選擇不同的方案。同樣的道理依次對DM74163N分頻器，74F138S

106、J是否完好地具備其功能進行檢測，問題終究會被發(fā)現(xiàn)就在其中。</p><p><b>　　4.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要完成硬件部分設(shè)計結(jié)合軟件部分進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)錯誤并將其改正，達(dá)到最終完成本次畢業(yè)設(shè)計的目的。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　

107、本次設(shè)計一開始，曾經(jīng)一度對課題有許多不清楚和不了解的地方，經(jīng)過近一周時間的課題分析，并與同組同學(xué)進行討論，又在指導(dǎo)老師的講解下對課題有了初步了解，但是深入課題之后，發(fā)現(xiàn)由于間隔時間過長，許多過去課堂上學(xué)過的知識點都遺忘了，在進行設(shè)計中的相關(guān)實驗部分的操作時以及實驗儀器的使用方法和注意事項都不很熟練，甚至有些遺忘，通過查閱相關(guān)資料，將一些基礎(chǔ)知識進行了回顧，但在實驗過程中仍出現(xiàn)了一些書本中沒有講到的問題。</p><p

108、>　　一段時間之后，我們組成小組，我們組數(shù)選課題是智能電池充電器的設(shè)計。第一部分為課題的初步考慮，通過查資料找線索，我們提出不同方案，并對各種方案進行比較討論，選取了最好的方案而且對總框圖進行構(gòu)思和設(shè)計。第二部分為系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，這一部分是最有挑戰(zhàn)性的，為了實現(xiàn)各模塊的功能而苦苦奮戰(zhàn)，經(jīng)過無數(shù)次修改而成功，初步嘗到成功的喜悅，增強了進一步設(shè)計的信心。第三部分為系統(tǒng)完成下載階段，這階段也遇到困難，不過解決起來容易多了，對各種問題有了

109、經(jīng)驗，測試，下載，連線。終于設(shè)計初步完成了，此時我們無比興奮，看到自己的成果，成就感不言而喻。</p><p>　　單片機電路主要包括89C51和ADC0809兩塊芯片，DM74163N用做分頻器，74F138SJ用來產(chǎn)生和選擇地址。其中，89C51的的晶振頻率為11.0592MHz。電路有2個輸入輸出端口，Analog Voltage Input是作為電池組電壓的輸入，PWM contraltor是做為電池組控

110、制脈寬的輸出，根據(jù)電池兩端不同的電壓值采取不同的方案進行充電。本次畢業(yè)設(shè)計中，我除了對相關(guān)的專業(yè)知識以及相關(guān)的實驗操作進行了回顧，還有許多其他的收獲，比如在繪制論文中所需要的相關(guān)的電路圖的過程中，我還學(xué)會使用VISIO繪圖，這次畢業(yè)設(shè)計不但讓我對本專業(yè)的相關(guān)基礎(chǔ)知識進行了很好的復(fù)習(xí)，還對原由書本上的知識進行了拓展和延伸，畢業(yè)設(shè)計不但鍛煉了我的動手能力，也鍛煉了我處理問題的能力，并且學(xué)會了許多新的知識。</p><p&

111、gt;<b>　　致 謝</b></p><p>　　通過幾個月的努力，對本次設(shè)計的經(jīng)歷，使三年大學(xué)所學(xué)的相關(guān)知識相互的融匯、貫通，從而加深了對所學(xué)知識的理解。在此設(shè)計的過程中，參閱了大量的文獻(xiàn)、專著、和資料，設(shè)計也引用了其中的部分內(nèi)容，在此，對這些文獻(xiàn)、專著和資料的作者和編著們表示感謝，尤其是在這次畢業(yè)設(shè)計中得到了指導(dǎo)老師xx老師和同組同學(xué)的支持和幫助，受益頗多，衷心感謝!</p&g

112、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 彭和平. 智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計與實現(xiàn). 電子技術(shù)應(yīng)用. 2001,(12)：12-17</p><p>　　[2] 王為青. 51單片機應(yīng)用開發(fā)案例精選. 北京：人民郵電出版社，2007</p><p>　　[3] 樓然苗. 51系列單片機設(shè)計

113、實例. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[4] 劉寶忠. PWM技術(shù)在單片機控制智能充電器中的應(yīng)用. 今日電子. 2005,(12)：79-83</p><p>　　[5] 何立民. 單片機高級教程——應(yīng)用與設(shè)計. 北京：北航大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[6] 朱定華. 單片微機原理與應(yīng)用. 北京：北京交通大學(xué)出版社，

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