论文总字数：20489字

目 录

1 绪论 4

1.1 项目研究背景及意义 4

1.2 锂电池特性 4

2 MAX1898芯片介绍 5

2.1 概述 6

2.2 引脚功能 7

2.3 工作原理 7

3 硬件单元电路设计 8

3.1 系统总体方案. 8

3.2 主控制器模块 10

3.3 电源稳压模块 10

3.4 智能充电模块 12

3.5 继电保护模块 12

3.6 模数转换模块 13

3.7 液晶显示模块 15

3.8 报警提醒模块 16

4 软件设计 17

4.1 C程序设计 17

4.1.1 主流程图 17

4.1.2 C语言编写 17

4.2 PCB板设计 17

5 工作过程及实物图展示 19

5.1 实物图展示 19

5.2 工作过程展示 19

6 结论 21

参考文献 22

致谢 23

基于单片机AT89S52的电能收集充电器系统设计

贾前

，China

Abstract：This paper introduces a system design based on AT89S52 micro-controller and MAX1898 smart charging chip, which can charge the mobile phone. This design connecting to 220V alternating current (AC) by KBP307 and stable LM7805 changes into 5V DC as the power supply of the whole system.Through the single chip controlling charging chip, communicate and coordinate with related auxiliary chip and circuit is simple and effective to realize the rapidly charging mobile phone, full electric disconnect, alarm and the function of the current display to monitor the whole process.

Key words:Lithium battery;Charging chip MAX1898;Micro-controller AT89S52;Quickly charge

1 绪论

1.1 项目研究背景及意义

为了适应更快节奏的社会发展，更好的让各种电子产品发挥其作用，可充电电池得到了快速的发展。外出工作或者游玩时，随身携带的手机、数码相机等设备如果不能正常使用，或多或少会对个人造成一定的影响，甚至会造成一定的经济损失。这就对充电电池的性能提出了更高的要求，不仅要缩短充电的时间，使被充电池达到最大电量，而且要保证充电过程的安全以及谨防被充电电池的损毁。

随着科学技术的飞速发展，越来越多的可充电电池进入人们的视野，能够快速、安全、稳定、有效充电的电池也越来越受到人们的青睐。充电电池又称为二次电池，锂电池和锂电池的聚合电池、镍氢电池、镍镉电池等二次电池被人们广泛使用，不同性质不同材料的电池有不同的特点，应用于生活工作的方方面面，呈现出一片欣欣向荣的景象。这些二次电池有其自身不同于其他类型电池的充电特性，在选用充电器时也必须考虑是否超过其额定电压、额定容量，是否对电池有损坏，是否能够快速的充满电等问题，所以二次电池及其相应充电器的研究和发展也面临一定的挑战。相较之下，渐渐兴起的锂电池能够实现快速充电及自我保护的功能，能量密度较高，可以稳定放电，没有记忆效应，这样的特点造就了它使用寿命长、不会产生环境污染的优点。

锂电池多见于手机、笔记本、数码相机等电子设备，锂电池充电器的好坏对锂电池的工作寿命和充电最多次数有决定性的影响，进而影响相应电子设备的寿命，一部好的充电控制器不但能在短时间内将电量充足,而且对电池还能起到一定的维护作用,修复由于使用不当而造成的记忆效应,即容量下降(电池活性衰退)现象，因而传统的普通充电控制器存在明显的不足^[1]。

现在普通的充电器以可以快速充电的原因来吸引顾客，为了能实现短时间快速充电，往往就会利用大电流直充的方式对手机进行充电，一般充电时间较慢充充电器要短很多，但是也容易引发一些别的问题。若在充电即将结束时，还是以大电流的形式继续充电会造成电池的发热，电池的正常工作是有一定的温度范围的，超过这个范围，其活性以及充放电能力就会受到一定程度的影响，从而其工作寿命也会出现减短的情况。为了改进这一方面的问题，有效的对电池进行保护，本设计针对上述问题，提出了一种结合单片机系统和智能充电芯片的电能收集充电器设计方案。

1.2 锂电池特性

锂系电池有锂电池和锂离子电池两种类型。锂离子电池是一种充电电池，它的主要工作原理是在载体的正负极之间锂离子不停地来回往复。由于锂电池的充电行为较难以人为进行控制，所以我们日常接触到的都是锂离子电池，通常，人们将其简称为锂电池。在实际的应用中，锂离子电池经常以聚合物的型式出现，见图1-1。这种电池的外在保护电路与液体锂离子电池相比较，前者要求更为简单一点，因为其特殊的形式而具有较好的耐充电、稳放电特性。两种形式的锂电池都具有较高的工作电压，能够实现快速充电；良好的安全性能，实现对电池的保护和修复；更长的使用寿命和较小的自放电，从而延长了电子设备的使用期限。

图1-1 聚合物手机锂电池

一般情况下，大多数的锂离子电池的工作电压为3.6V，充电电流在0.2～1C之间都可以正常充电。这里的C指的是充电和放电的倍率，C与电池额定容量之积及当前电流大小，质量优良的锂电池充放电倍率在1C左右，即一种2000mAh的锂电池，以2A的放电电流放电。在经过一段时间的充电过程之后，锂电池充电完成，现在其两端电压值的大小跟电池阳极的原料有关，因为不同的材料有不同的特性和不同的导电能力，一般这里使用的阳极原料主要分为两种，分别为石墨和焦炭，前者的工作电压是4.2V，后者充满电之后，电压为4.1V，充电电压超过这两个值时，将容易对电池造成损坏。锂离子电池充电的过程分为两个阶段:先以固定的电流值充电，充电电压则随着充电电流逐渐逼近最高限制电压，此时将会以一定的电压值继续进行充电。例如，某一锂电池的最高限制电压为4V,其额定容量为800mAh，充放电倍率为1C（以下所有涉及到电池充放电倍率都为1C）,在充电的前期，电压逐渐上升，当接近4V时，改成以4V电压这一定值对电池充电，因为这一锂电池的最高限制电压为4V，所以在充电过程中要确保确保电池电压不能超过4V,不然会出现过充现象，电流会慢慢减小，直到最大电流的2%～8%时，充电还以细微的小电流进行着，我们可以认为电池充电完成。另外，某些锂电池存在严重放电的情况，其电压低于2.5V,不能直接对锂电池进行直接大电流充电，需要以小电流充电作为预充，慢慢提高其电压值，避免影响其正常充放电能力。

锂离子电池的正常工作是依靠其内部的两个芯片：管理和充电芯片。管理芯片负责对电池的充电过程进行检测和分析，比如说充电的状态、正常温度等，这些功能主要是通过芯片内部的相关寄存器来加以实现，而这些数据在电池的使用过程中会有一定的变化，可以通过数据分析判断使用的寿命。充电控制芯片主要控制锂电池的充电过程,在恒流快充模式下电压到达最高限制电压时，转换为恒压电流渐降模式。通过记录放电曲线（电压、电流、时间），分析曲线的趋势变化及各个坐标上数据的当前值来检测出电池电量。锂离子电池在反复进行充放电的过程之后，性能势必会下降，这是由于经多次运行后，放电曲线逐渐地发生偏移，开始产生不准确的充放电数据。在这种情况下，我们需要对电池进行彻底地充放电过程，来矫正电池多次使用后造成的数据误差。

2 MAX1898芯片介绍

本设计要实现的是一种能对手机进行充电的智能充电器，最重要的就是要考虑充电芯片的选择。芯片既要使手机充电时速度很快，也要具有一定的对电池保护和修护能力，在考虑了众多芯片的额定电压及充电时间设置之后，选择了MAXl898智能充电芯片，该芯片不仅电路连接简单，在具体实施方面会提供很大的便利，而且能够实现本设计的所有功能。该芯片根据电池的额定电压的不同有两种不同的型号，现在手机的电压一般不会超过4.2V，所以在本设计中选取MAX1898EUB42型号的芯片作为智能充电芯片。

2.1 概述

MAX1898芯片的精确度很高，电池电压精度可达到±0.03V，是其电压值的0.7%，这样小的误差可以实现对锂电池的正常充电功能，不会因为充电电压不够或过高造成电池的损坏和使用寿命的缩短。MAX1898在工作时可以实现恒流充电和恒压充电的转化，这就是体现其智能性的所在之处。另外在外接电路方面，需要连接晶体管或者是MOS管，利用它们的导通关断特性，配合芯片完成充电过程。在日常的使用中，MAX1898可以实现设置充电电流数值大小、LED充电状态指示、调节安全充电时间、随时可控自动重启等功能。

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