基于51单片机的智能充电器的设计

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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。

2.4 本设计所用的单片机芯片

本设计的单片机芯片选用Atmel公司的AT89C52，它可以完全满足要求。AT89C52

是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8 KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256 B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2.4.1 管脚定义说明

1.VCC管脚：系统供电电源 2.GND管脚：接地管脚

3.P0端口（P0.0~P0.7）：P0端口是一组8位开环的双向I/O端口。当P0用作输出口时，没个管脚能保持8个TTL输入。当操作外部程序与数据区时，通过配置，P0还可用作地位的地址/数据复用端口。

4.P1端口（P1.0~P1.7）：P1端口是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口。由于存在上拉电阻，P1端口的外部电流IIL会很低。此外,P1.0和P1.1管脚可配置成为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和触发输入（P1.1/T2EX），具体配置如表2.1。在刷新程序代码和验证信息时，P1端口还可用来接受地位地址字节。

表1 P1.0和P1.1管脚配置

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管脚 P1.0 P1.1 配置功能表述 T2（定时/计数器2的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时/计数器2的处罚和方向选择） 5．P2端口：P2端口是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口。当系统使用16位地址信息读取外部程序区间或操作外部数据区间时，他发送高8位地址字节。这种操作一般使用MOVX@DPTR语句实现。

6．P3端口：P3是一组具有内部上拉电阻的双向I/O端口，同时它还具备许多系统功能，如表2所示。

表2 P3的功能

管脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 配置功能 RXD（串行输入端口） TXD（串行输出端口） INT0（外部中断0端口） INT1（外部中断1端口） T0（定时器0的外部输入） T1（定时器1的外部输入） WR（外部数据存储区间的写入端口） RD（外部数据存储区间的读取端口） 7.RST管脚：输入用于抚慰输入信号。

8.ALE/PROG管脚：ALE表示地址所存使能信号，当防卫外部存储区间时，用来锁存低8位地址字节。/PROG表示在刷新程序代码时的程序脉冲输入信号。在正常操作时，ALE将以系统晶振频率的1/6发送一个固定的频率，可用于外部时钟或者定时。

9./PSEN管脚：/PSEN表示程序代码存放使能信号，主要用于读取外部的程序数据区间，当AT89C52执行外部程序数据区间中的代码时，/PSEN信号在每一机器始终周期内使能两次，但若单片机操作外部数据区间，/PSEN将无实际意义。 10.XTAL1管脚：改管脚点解单片机晶振，作为晶振放大器和内部时钟处理电路的输入。

11.XTAL2管脚：晶振放大器的输出。 AT89C52管脚图如图2.1。

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图2.1 AT89C52管脚图

3.锂离子电池介绍及充电芯片MAX1898的介绍

3.1锂离子电池简介

锂是一种金属元素，化学符号Li，是一种银白色、十分柔软，化学性能活泼的金属，是金属中最轻的。锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成（主要成分是LiCo02），负极则是特殊分子结构的碳。

锂离子电池可以分成两大类：不可充电型和可充电型，最大特点是比能量高。比能量指的是单位重量或单位体积的能量，用Wh/Kg或Wh/L表示。

3.1.1锂离子电池基本参数特性[6]

1.高能量密度

锂电子电池的能量密度可以达到360Wh/L,158Wh/Kg,是NI-CD及NI-MH电池的两倍以上。

2.高工作电压

一般放电电压为3.7V。 3.高负载特性

一般锂电子电池的最大连续放电电流可达2CmA。 4.放电特性稳定

即使在电池寿命接近终止时，光宇锂离子电池仍保持着良好的放电稳定性。 5.快速充电特性

锂离子电池可接受的最大充电电流可达1CmA，而且恒流充电时间可达50分钟以上。

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6.长循环寿命

重复使用次数多，循环充电特性好，可以重复500~1000次充放电。

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。

3.1.2锂离子电池的优缺点

虽然锂离子电池很少发生结晶化的反应，这种反应是产生记忆效应的原理。但是，锂离子电池在多次充放电之后仍会性能下降，原因是非常复杂的。最主要的是正负材料的变化，从分子角度看，正负极能容纳锂离子的空穴会塌陷，这样就会堵塞，影响电流的充放；从化学角度来看，正负极材料的钝化，会产生一些稳定的化合物，这样也会也会影响性能。从物理角度看上，由于充放电过程中难免会有一些摩擦，碰撞，这样会使外部材料慢慢流失，甚至脱落。这三方面的原因都会使锂离子电池在充放电过程中参加导电的锂离子丢失。

过度的充放电，都会对造成电池的损害或降低使用寿命，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。这些数值在使用中都会逐渐变化。

充电控制芯片是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。开始充电时，电池的电压以较大的斜率升压，当到达电池的标准电压，之后再控制芯片的控制下转入恒压充电状态，此过程中电压变化不大，电流在逐渐减小，当充电电流几乎降到零时，可认为电池电量已满，停止充电。

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。

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。

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