电子工程论文锂电池充电芯片测试电路设计.doc
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1、本科毕业设计(2011届)题 目锂电池充电芯片测试电路设计学 院电子信息学院专 业电子科学与技术班 级07*班学 号学生姓名俞*指导教师完成日期2011年5月诚 信 承 诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文锂电池充电芯片测试电路设计均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。 承诺人(签名): 年 月 日摘 要锂电池由于其高电压、高容量、安全性好等优点在各种行业运用广泛。但相对而言锂电池对充电器要求则相对较高,需要充电管理芯片对整个充电过程控制,以实现安全快速的充电过程。本文在对充电芯片进行深入分析的基础上,提出了基于单片机的能够测试充电芯片
2、质量好坏的测试电路设计方案。本课题以研究通过AD模数转换器采集到充电电路的各路测试数据,传送到单片机进行数据分析判断,并将结果显示在LCD液晶显示器上。实验证明,该测试系统能够快速有效的判断出充电芯片质量的好坏。具有操作方便、运行稳定和成品价格低廉等优点。关键词:锂电池; 单片机; 充电芯片; AD转换器;LCD液晶显示器ABSTRACTLithium batteries are widely used in various industries owing to their advantages, such as high voltage, high capacity and safety.
3、 But relatively , lithium batteries have higher requirements for charger, which need charging management control chip to control all the charging process, in order to achieve safe and fast charging .Based on a thorough analysis of charging chip, this thesis puts forward a design proposal,the one tha
4、t is based on microcontroller can test the quality of charge chip.This project aims at collecting all circuits test data from charging circuits through AD converter, then transiting the data to microcontroller for analysis, and the result will be shown on the LCD monitor. The experiment shows that t
5、he test system can estimate the quality of charge chip. The system has the advantages of easy, reliable operation and low cost.Key words:Lithium Battery;Microcomputer;Charging Chip;AD Converter; LCD 目 录1 引言- 1 -2 概述- 2 -2.1 锂电池充电芯片测试系统概述- 2 -2.2 本设计方案思路- 3 -2.3 研发方向和技术关键- 3 -2.4 主要技术指标- 3 -3 总体设计- 4
6、 -3.1 系统工作原理- 4 -3.2 系统总体架构设计- 4 -3.3 系统方案的可行性论证- 4 -3.3.1 实用性- 4 -3.3.2 经济可行性- 4 -3.3.3 技术可行性- 4 -4 硬件设计- 5 -4.1 主控芯片AT89S51- 5 -4.1.1 主要特性- 5 -4.1.2 功能概述- 5 -4.1.3 引脚功能说明- 6 -4.1.4 时钟电路- 8 -4.1.5 复位电路- 9 -4.2 HB6298充电芯片电路- 9 -4.2.1 信号说明- 10 -4.2.2 HB6298A管脚定义- 11 -4.2.3 HB6298管脚描述- 11 -4.3 AD转换电路-
7、 12 -4.3.1 AD转换器- 12 -4.3.2 TLC2543芯片- 12 -4.4 LCD液晶显示电路- 14 -4.4.1 ST7920- 14 -4.4.2 LCD12864- 15 -5 软件设计- 19 -5.1 proteus软件介绍- 19 -5.2 Keil C软件介绍- 22 -5.3 AD数据转换模块程序- 22 -5.4 液晶显示模块程序- 23 -6 制作与测试- 27 -6.1 硬件电路的画图、布线与焊接- 27 -6.1.1 总体特点- 27 -6.1.2 焊接- 27 -6.2 调试- 27 -6.3 功能测试- 28 -7 结论- 29 -致谢- 30
8、-参考文献- 31 -附录 1- 32 -附录 2- 33 -附录 3- 34 -附录 4- 35 -附录 5- 46 -附录 6- 49 -1 引言电子信息时代对移动电源的需求快速增长。锂离子电池具有高电压、 高容量的优点, 且使用寿命长、 安全性能好, 在便携式电子设备、 电动汽车、 空间技术、国防工业等领域具有广阔的应用前景, 成为近几年关注的热点。然而, 锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻。充电管理芯片是对充电过程进行管理。以合适的电流给电池充电,一般会经过涓流充电,恒流充电,恒压充电三个阶段。以确保锂电池能够安全快速的完成充电过程。集成电路芯片的出现与发展,给人类进入信息时
9、代提供了源动力。在日新月异的信息时代,集成电路芯片正被广泛的运用到工作、生活和生产中。随着集成芯片的大量生产,芯片测试仪的出现是必然的。单片机在控制显示芯片测试成果方面有着突出的功效,单片机的应用正在不断地走向深入,同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。现在市场上的测试仪器都是价格昂贵,对于一般的电子爱好者和各大院校的学生来说,这是一个不能承受的价格。运用单片机控制,分析AD转换采集到的数据,判断芯片好坏。设计这样的一款小型测试仪,不仅成本低,而且便于批量推广使用。所以一款价廉物美的充电芯片测试仪的市场前景是十分可观的。2 概述2.1 锂电池充电芯片测试系统概述当今社会科学技术的发展与日俱
10、增,人们生活水平也是日益提高,各种家用电器、电子器件对充电锂电池的运用越来越多。各种锂电池充电管理芯片充斥整个市场。针对这种情况,设计出一种锂电池充电管理芯片测试电路是必需的,这种芯片测试电路可以极有效的判断出充电管理芯片的质量好坏。电池寿命无疑是目前许多便携式电子产品中最重要的特性。虽然许多便携式电子行业已经广泛采用锂离子电池,因为这种电池具有容量大、尺寸小、重量轻和可靠耐用的特点,但对电池充电器芯片还没有达成一个同样统一的意见。 作为控制锂离子充电状态的功率器件,电池充电器芯片在便携式系统设计中扮演着重要的角色。然而,设计师们还在使用着从较老并且相对粗糙和低成本的充电器件、到较新的更复杂芯
11、片等各种各样的器件,而后者集成了越来越复杂的智能,可以延长电池寿命,保护被充电系统不受损害。 锂电池的充电相对于镍镉等普通充电电池要求较高:根据锂电池的结构特性,最高充电终止电压应为4.2V,不能过充,否则会因正极的锂离子拿走太多,而使电池报废。其充放电要求较高,可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电,当恒压充电电流降至100mA以内时,应停止充电。充电电流(mA)=0.11.5倍电池容量(如1350mAh的电池,其充电电流可控制在1352025mA之间)。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右,充电时间约为23小时。AD模数转换,将模拟信号变成数字信
12、号,便于数字设备处理。AD转换器主要有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。AD转换器的主要技术指标包括分辩率(Resolution)、转换速率(Conversion Rate)、量化误差 (Quantizing Error) 、偏移误差(Offset Error)、满刻度误差(Full Scale Error)和线性度(Linearity)。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口
13、、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机的集成度很高,它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点,尤其耗电少,又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用于“电脑型产品”,它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品(家电、玩具)等各种领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机特别适合把它做到产品的内部,取代部分老式机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积,增强功能,实现不同程度的智能化。LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称,L
14、CD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多,但是价钱较其贵。2.2 本设计方案思路本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。此类单片机的运算能力强,软件编程灵活,自由度大,市场上比较多见,价格便宜且技术比较成熟容易实现。本设计以AD模数转换,单片机控制LCD显示为主要研究内容。要着重解决的问题有:(1)HB6298充电芯片的工作原理;(2)对于HB6298的充电测试电路的修改;(3)测试信号的采集转换;(4)控制LCD的字符输出。2.3 研发方向和技术关
15、键(1)合理设计硬件电路,使各模块功能协调;(2)充电芯片的测试信号分析;(3)充电芯片的信号采集分析;(4)单片机对IO口的操作;2.4 主要技术指标 (1)充电芯片输入电流在05mA之间(2)充电信号为低;(3)充电结束信号为高;(4)充电芯片的固定电压输出端为3.2V;(5)单节电池电压输出在4.14.3之间;(6)充电电流输出在0.921.08之间。(本设计以单块锂电池充电为标准)3 总体设计3.1 系统工作原理锂电池充电测试系统主要分为信号数据采集和LCD字符控制输出两部分。信号数据采集主要由AD转换器才完成对测试输出信号的采样,输出12位数据,高位先送出,输出数据为二进制的格式,这
16、样控制字的高4位为通道号, 低4位均为0。在单片机对数据判断完成之后,控制输出模块,在存储器中进行寻址找出相对应的显示代码或汉字字模,提取后作为显示信息送液晶显示器显示。3.2 系统总体架构设计本设计主要研究并设计一个基于单片机判断AD转换信号数据输出,并显示在LCD液晶显示屏上,设计能够测试充电芯片质量好坏的测试电路。控制系统主要是由 MCS-51 系列单片机、芯片充电测试电路、AD转换电路、LCD 显示电路等部分组成,AD采集测试数据到单片机,单片机控制输出到LCD液晶显示器。系统框图如下:图3-1 系统框图3.3 系统方案的可行性论证3.3.1 实用性本系统具有实时性、灵活性、稳定性以及
17、可视性等优点,方便用户直观快捷的判断出测试结果。3.3.2 经济可行性现在市场上的测试仪器都是价格昂贵,对于一般的电子爱好者和各大院校的学生来说,这是一个不能承受的价格。运用单片机控制,分析AD转换采集到的数据,判断芯片好坏。设计这样的一款小型测试仪,不仅成本低,而且便于批量推广使用。3.3.3 技术可行性单片机对数据进行处理,通过对ST7920的数据寄存器DR和指令寄存器IR的控制,可以实现对显示字符的输出。4 硬件设计4.1 主控芯片AT89S51 AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采
18、用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。4.1.1 主要特性 8031 CPU与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命:1000写/擦循环) 4.05.5V的工作电压范围 全静态工作:0Hz-33MHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部RAM 32条可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 全双工串行UART通道 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 低功耗空闲和掉电模式图4-1 AT89S51
19、芯片引脚 灵活的在系统编程(ISP字节或页写 模式)4.1.2 功能概述AT89S51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存储器,128字节内部RAM,32个IO 口线,看门狗(WDT),两个数据指针,两个16 位定时计数器,一个5 向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89S51方框图:图4-2 AT89S
20、51内部功能框图4.1.3 引脚功能说明Vcc:电源电压(5V)。GND:电源接地。P0 :P0口是一组8位漏极开路型双向I0口,也即地址数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1 :Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口,Pl的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”,通过内部的上拉电阻把端口拉
21、到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash编程和程序校验期间,Pl接收低8位地址。P2 :P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口,P2 的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVXDPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器(如执行MOV
22、XRi 指令)时,P2 口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时,P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 :P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。P3口除了作为一般的I0口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示: 表1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P
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