第一篇：基于单片机的直流电能收集充电器的设计
[导读]近年来，能源短缺问题日益突出，人们在担忧能源枯竭的同时，对能源的浪费却大得惊人。
近年来，能源短缺问题日益突出，人们在担忧能源枯竭的同时，对能源的浪费却大得惊人。例如各种废弃的电池，尤其是遥控玩具车使用的电池，甚至没用到其能量的一半就被废弃掉了，这不仅造成能源的浪费，更造成了环境的污染。因而研制一种收集各种废旧电池能量的装置已迫在眉睫。
本文设计一种以直流电源变换器为核心的电能收集装置，该装置可用于人们在旅途为手机随时充电，也可用于矿工照明等。该充电器可将直流电源的能量传递到3.6 V以上的可充电电池中。系统根据输入电压不同采用MC34063和HT7750来构建供电电路给电池充电，经过89C51单片机控制 AD0832来检测电源输出电压的大小，从而判断是否对电池进行充电，并且检测时间的长短可以根据用户的需要进行设定，并通过数码管显示出来。为了提高单片机的工作效率，对单片机处于休眠和工作两种状态进行断续的检测。
1.系统设计框图
电能收集充电器的核心为直流电源变换器，从直流电源中吸收的电能转移到可充电电池中。电能收集充电器是将输入的功率尽可能大的输送到所需充电的设备中，使得充电器的充电效率尽可能提高。该充电器对输入电压要求低，并且可以最大可能的吸收直流电源中的能量，比一般的充电器节能。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
根据电压Ui 取值的大小采用两种直流电源变换器，当电压为1.1 V《 Ui 《3.6 V 时，采用HT7750 组成的Boost升压电路来实现；当供电电源大于3.6 V时，电路是用单片机控制集成芯片MC34063来实现的。MC34063的工作电压是3~40 V，所以电源输入电压只需要在3 V以上就可以让它工作。单片机能通过自身休眠来提高效率，还可以检测电压值控制电池的充电，并且由数码管显示出检测的时间长短，这个时间可以根据用户的要求任意调节。这样的电路直观、稳定、可靠，并且在实际运用中，在接负载的情况下，它能稳定的达到所需要的电流值和电压值。同时电路简单易懂，容易调试数据，成功率高。
2.硬件电路设计
2.1 升压电路设计
升压电路主要由HT7750组成，HT7750转换器具有高效率和低纹波。该系列具有超低启动电压、高输出电压精度。只需要3个外部元件即电感、稳压管、电解电容，以提供固定输出5 V电压。电路如图2所示。
图2 升压电路
2.2 供电电路设计
供电电路是由MC34063芯片构成的稳压电路，此芯片是一款可降压也可升压型的采用PWM 调节方式的开关稳压电源芯片，MC34063的工作电压范围为3~40 V.此电路是把输入进来的电压进行稳压处理达到所需电压值，同时此电压还可以作为单片机和ADC0832 的工作电压。电路构成如图3所示。
图3 供电电路
2.3 控制电路设计
采用8051 单片机，它拥有编程灵活、功能强大、而且廉价的好处，与INTEL公司的8096系列16位单片机相比，8051更具有明显的价格优势。同时能够满足需要，成为首选。它可以自身休眠来减小功耗，提高效率，它由基准电源电路输出稳定的5 V电压供电，主要起到检控电压的作用。89C51单片机控制AD0832来检测电源输出电压的大小，从而判断是否对电池进行充电，并且检测时间的长短可以根据用户的需要进行设定，通过数码管显示出来。这里用的ADC 是ADC0832 芯片，它是一个串行的ADC，它具有速度和精度都足以满足此电路，在ADC0832 的VCC 脚与基准电路供电的输出脚间接一个大电容从而使输入给ADC0832 的电压更稳定。电路构成如图4所示。
图4 控制电路
2.4 充电电路设计
该电路是通过单片机对充电电路的控制从而实现对电池的充电，起到开关作用。并且电路中加入了LED灯，从而显示充电器是否工作。电路如图5所示。
图5 充电电路
3.软件部分的设计
本系统的软件采用C 语言来编写，所有代码在UV2下编译调试。软件程序设计主要检测电源输出电压的大小，从而对判断是否对电池进行充电，同时单片机通过自身休眠来减小功耗，提高效率。程序主流程图如图6所示，休眠时间控制流程图如图7 所示。测试方法与结果
图6 主流程图
图7 休眠时间控制流程图
（1）当输入电压Ui 为10~20 V 时，取电源内阻Rs为100 Ω，可充电池的内阻Rc 为0.1 Ω，由理论计算得：
Ic >（Es3.6）（100 + 0.1）= 163.8 mA
实际测量时Ic = 164.6 mA》163.8 mA，满足了设计的要求。测试数据见表1。
本设计的工作效率由输出电压U*out 与输出电流Iout的乘积比上输入的电压Uin 与电流Iin 的乘积。即：
η =（Uout*Iout）（Uin*Iin）
（2）当Ui 从0逐渐升高时，能启动充电功能的Ui 为0.28 V;当Ui 为0时，系统最大反向充电电流仅为0.09 mA。
表1 高压参数表
5.结语
本文设计并实现了一种基于单片机的直流电能收集充电器，该充电器在输入电压低至1 V的情况下仍能将能量传递至3.6 V以上的可充电池中。同时制作了实验样机并对实验样机进行了测试。实验结果表明该充电器具有工作电压范围宽，效率高，适应性强、可靠性好等优点。从一定程度上解决了废弃电池能源的浪费及对环境的污染
第二篇：电能收集充电器(E题)
电能收集充电器（E题）
【本科组】
一、任务
设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。监测和控制电路由直流电源变换器供电。由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。
图1 LED点阵书写显示屏系统结构示意图
二、要求
1．基本要求
（1）在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的行列坐标值（左上角定为行列坐标原点）。（2）在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，其速度要求2s内能划过并点亮40点LED。
（3）在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示（即：字体笔画处不亮，无笔画处高亮）。
（4）在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除。2．发挥部分
（1）在“笔画擦除”功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画。
（2）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在30s内在屏上以“划亮”方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于30）且存入机内，写完后再将所存四字在屏上逐个轮流显示。
（3）在“对象拖移”功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移。先用光笔以“划亮”方式在屏上圈定欲拖移显示对象，再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置。
（4）当环境光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度。
（5）当光笔连续未接触屏面的时间超过1～5min时(此时间可由控制器设定)，能自动关闭屏上显示，并使整个系统进入休眠状态，此时系统工作电流应不大于5mA。
（6）其他。
三、说明
1．设计制作时所用LED点阵模块的发光颜色不限。2．各种功能的切换方式自定，但应力求操作简便。
3．在各种功能的实际操作过程中，必要时可用按键或其他控制方式进行辅助。例如，“连写多字”时，写完一字后用自定义控制方式存入该字并清屏，然后再写下一字。
4．系统应采用5V单电源供电。
5．设计制作时应在电路板上留有系统耗电参数的测试点。
6．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
第三篇：电能教学设计
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
科 目 物理 课 题 《18.1 电能》
学 校 后柳中学
姓 名 黄磊
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
物理：《18.1 电能》教案（人教版九年级）
教学目标：
1、知识和技能
知道电能及其单位。
知道电能表的作用，读数和使用方法。
知道电源和用电器工作过程中能量的转化情况。
2、过程和方法
体验电能可以转化为其他形式的能量。
3、情感、态度、价值观
了解电能和我们生活的关系，有节约用电的意识。
重、难点：
重点
从电能的各种来源与各种应用来学习电能。难点
能的转化。【学习过程】
一、引入新课
（教师口述）随着经济的快速发展，人类对能源的需求日益增长。电也是一种能源，电能在现代社会的生产和生活中有着广泛的应用，我们的社会一刻也离不开电能。这一节课我们一起来学习
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
将风能转化为电能（4）太阳能发电
将太阳能转化为电能（5）核能发电
将核能转化为电能
（6）电池
将化学能转化为电能
我国现在有各种各样的发电厂，火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电、潮汐发电、地热发电，还有各种各样的电池„„它们把不同的能转化为电能。电能的来源很广泛。
2．电能的应用
电，时时刻刻在为我们服务。无论走到哪里，都可以看到电能在工作： 电灯泡把电能转变为光能，给我们照明；
电动机把电能转变为动能，使电风扇旋转、电力机车飞驰； 电热器把电能转变为热能，能烧水、能使电热孵化器孵出小鸡； 电视机、电脑依靠电能工作，把各种信息加工后传达给我们„„。
通过上面的学习我们知道电能在生活中的应用很广泛，电也是一种商品
（二）电能的测量 1.电能的单位
电能的单位有：度，学名千瓦时，其符号是kw·h 主单位焦耳，简称焦，符号是J 它们的换算关系是：1kw·h＝3.6×106J 那么1度的能量有多大呢？ 请同学们看屏幕（图片展示）。
电炉炼钢1.6吨；采掘原煤105kg；电车行驶0.85km；一次灌溉农田330m2；洗衣机工作2.7小时；电脑工作5小时„„
2.测量工具：电能表，又叫电度表。
3.读数方法：一段时间内电能表的计数器上前后两次读数之差，就是这段时间内用去的电能。
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
(电能表用来测量在一段时间内消耗的电能。电能表读数时的单位是度，也就是千瓦时，读数时要注意，上面所显示出来的数字的最后一位是小数点后面的数字。电能表并不能直接显示消耗的电能，在一段时间内消耗的电能，是这一段时间前后两次电能表的读数的差。)
在实际生活中，为了计算电费方便，读数时常常只读整数，小数略去不计。4．电能表的铭牌上各项参数的意义。
“220V”是说这个电能表应该在220V的电路中使用。
“10(20)A”是说这个电能表的标定电流为10A，在短时间应用时电流允许大些，但不能超过20A。
“50Hz”是说这个电能表在50赫兹的交流电路中使用。
“600r/（kw·h）”是说，接在这个电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表的转盘转过600转。（口述举例）
5.节约用电：人离灯灭，使用节能灯。
三、随堂练习
1．小明家中的电能表月末的示数是1268，月初的示数是1352，这个月他家用去了多少电能？如果电费为0.5元/度。这个月他家应交多少电费？
四、课堂小结
（小结本节学习的过程、知识和方法）
五、作业 1．附加练习2．动手动脑学物理
六、板书设计
2013年英特尔未来教育培训教师教学设计
三、电能的测量 1.电能的单位
度 学名千瓦时 符号kw〃h、焦耳 简称J
1度＝1kw〃h＝3.6×106J 2.测量工具──电能表。
1）作用 2）参数意义 3）读数 4）节约用电（（（（
第四篇：电能教学设计
八年级物理下册第八章：第一节：《电能》教学设计
学校：颍州中学 姓名：李志远
2016年3月26日
第八章：第一节：《电能》教学设计
一、教材内容及学生情况分析
本节内容是第八章电功率的第一节，本章是在学生学习了欧姆定律的基础上，把对电学的研究拓展到电能和电功率，它是初中物理的重点内容之一，也是难点之一。这一节主要讲述电能这个重要的电学概念。在初中物理学习的知识体系中，能是一个处于核心地位的概念。电能和我们的生活息息相关，现在的社会一时一刻也离不开电能。新教材单列一节目的是让学生能比较系统地学习电能知识。教材中虽没有明确给出电能的含义，但学生对电能的来源和利用、电能表的使用已有了一定的感性认识，在生活中已经深刻体味到物理学在促进人类社会发展中的重要作用，但缺乏具体的认识，因此教学中可利用多媒体课件中丰富的视屏资源为学生的自主、合作、探究学习提供强有力的保障。
二、教学目标：
1、知识与技能
（1）了解电能的各种来源与应用；（2）知道电能及电功的单位；（3）会使用家庭电能表。
2、过程与方法
（1）通过调查、查阅资料收集电能的各种来源和各种应用的知识，学习收集和处理信息的方法；体验电能可以转化为其他形式的能量。（2）通过小组的讨论与交流，课堂踊跃发言，了解电能对促进人类社会进步与发展的重要作用。
3、情感、态度与价值观（1）初步认识科学技术的进步对人类社会的发展具有巨大的促进作用；
（2）培养学生对科学的求知欲，使学生乐于探究日常生产生活中所包含的物理学知识，提高学习物理的兴趣。
三、教学重点：认识电能及电源和用电器工作过程中能量的转化情况。
四、教学难点：学生对电能的理解及电能表的相关知识。
五、教学设计思路教学流程：
结合学生实际，对教材做如下处理：第一环节：打开探究之门。教师组织学生收集、观察家用电器并提出思考“电能在现代社会中有那些广泛来源与应用？” 以身边的实例丰满、深化学生对电能的认识，突出科学、社会、生活的关系。第二环节：探究与发现。通过探究发现电能与我们生活息息相关，交流生活中还有哪些电能转化的现象，然后从不同家庭使用电能多少的不同，来引入电能的单位，从而介绍单位的换算关系。在此基础上介绍电能的测量工具──电能表，并把新型、现代化的电能表及时引进课堂。第三环节：创新与实践。如何测量家用电器的电能（课后完成），变单一的技能培养为创新意识的建立与实践能力的培养。利用小资料培养学生节约用电的意识。本课设计中力图体现：“自主、合作、探究” 的课堂教学特色。学生在自主学习、合作交流中发现，在探究中创新。
六、教学准备：
1、教师准备：多么媒体教学课件、电能表
2、学生准备：课前利用各种条件收集整理有关电能的以下信息： ①电能有哪些来源？
②电能在生活和生产中有哪些应用？ ③收集下载电能表图片。④抄下家里电能表铭牌上的信息。⑤收集一张用电缴费单。
七、教学过程：
（一）创设情境，导入新课。
能源是人类社会发展进步的重要资源之一。随着经济的快速发展，我国对能源的需求日益增长。电能在现代社会的生产和生活中有着广泛的应用，我们的生活已离不开电能。教师播放关于能源的多媒体资料。那么这些电是从哪里来的？（激趣引思，启发谈话）这节课我们就一起来学习第八章《电功率》的第一节：电能。
（二）探究新知
1、电能
结合生活中有关能的概念，使学生形成初步的能的概念。
引导学生分析电能的来源。
引导学生分析电流经过用电器消耗电能的过程。（1）电能的来源
观察章首页，说一说。你知道这是什么吗？
风车田的风车是用来发电的，哪位同学能简要地回答风车发出的电是由什么能转化来的？风力发电有什么好处？
除了我们刚才了解的风力发电外，同学们还知道什么可以发电？ 师利用多媒体播放相关信息。
（火力发电，是用煤来发电的；水力发电，例如三峡工程就可以发电。一些小水电站也都是利用水力发电的。核电站，我们国家有大亚湾核电站和秦山核电站。太阳能发电，潮汐也能发电，地热、有些废料垃圾还能发电。）
同学们，可能还有许多尚未开发的新能源能变成电能，等待着同学们，利用你们的智慧，利用你们努力学习掌握的知识去开发、利用，为人类造福。（2）电能的利用。
今天的人们，已经离不开电了。无论走到哪里，都可以看见电能在工作。请同学们说一说你知道的用电的地方有哪些，电能是怎样工作的？
学生阅读教材回答。教师归纳：
电能让电灯泡发光，电能通过灯泡转化成了光能。电能还能转变成热能，如电饭锅、电炉、电热水器等。电能还能转变成动能，如电风扇、电动车。家里的电视、电冰箱、洗衣机、电脑，爸爸用的电动剃须刀，妈妈用的电熨斗、电吹风等都要用电才能工作。工厂里机器运转要用电，农村的抽水机、磨面机也要用电才能工作。
2、电能的单位
提出问题，引导学生自学教材相关内容。⑴电能的单位是什么？
⑵电能表铭牌上的各种标注是什么含义？ ⑶电能表怎么读数？
（学生阅读思考，充分利用教材资源，培养学生的阅读能力、提取信息的能力和自学能力。）
师：请同学们回答刚才提出的三个问题。电能的单位是什么？电能的不同单位是怎样换算的？
生答：电能的单位有：度、千瓦时和焦耳，其中千瓦时和度是一样的，它是千瓦时的学名，其符号是：kW·h，焦耳是物理学中最常用的能量的单位，简称焦，符号是J。它们的换算关系是：1 kW·h＝3．6×106J。
你知道一度电能的作用吗？
学生回答后师利用多媒体出示教材上相关内容。让学生说一说看过以后你有什么想法？
从以上的这些数据，大家知道一度电在我们生活生产中的作用，也应该明白我们在生活中应该节约每一度电。
3、电能的测量──电能表 在生活中，我们称质量时要用秤，量长度时可以用尺。通过上面的学习，同学们已了解了电能的单位是“度”。如果想知道某一电器在一段时间内到底用了多少度电，该如何测量呢？
出示电能表，学生观察。
哪位同学注意过家里的电能表，把你的了解向大家介绍一下。现在请同学们一起来了解一下从这块电能表上我们还能得到什么信息？
指名学生说一说。师进一步引导：
电能的单位是“度”也就是“千瓦时”，表的最上面一行标出了“kW·h”，这说明这块表是电能表，表上测出来的数字是以“ 千瓦时（kW·h）”为单位的。数字盘上一共有五位数字，但最后一位是在红色框里的，大家猜想一下它和前面四位数字一样吗？
让学生说一说自己的猜想。
师指出：其实，红框表示的是小数点，红框里面的数是小数点后面的数。在红框内的数字右边，紧挨着数字有一个小标尺，红框右边的边上有一条白线指着小标尺。电能表计数器示数盘上最后一位是小数点后面的数字一般可以不读。
下面是王伟同学家电能表月初和月底的示数，请你将它们的示数读出来，算一算他们各家一个月用电多少千瓦时。王伟同学家里的电能表1月1日的示数是
0 2 6 8 3 1月31日的示数为
0 3 4 7 6 则他家1月份共用电＿＿＿＿kW.h,合＿＿＿＿J，若1 kW.h电费为0.55元，则他家应付电费＿＿＿元。
你能说出电能表上这些参数含义吗？“220V” “10（20）A” “50Hz” “600 revs/kW·h”
学生阅读教材后指名回答。
除了这种普通的电能表外，你还知道哪种类型的电流表？能给大家介绍一下吗？
引导学生认识IC电能表： 说一说IC卡电能表有什么优点？
比如说它不用工人师傅每月查电表，节省许多人力，还能避免出错，省去了收电费时的许多麻烦。
引导学生认识电子液晶电能表。
4、例：一家庭用的电能表的盘面上标有“3000r/kW·h”的字样，当只接通一盏电灯后，6min转盘转过30r，那么该电灯消耗的电能是多少？学生独立解答，小组交流，集体订正。
三、课堂评价（及时反馈，巩固所学）
教师利用多媒体课件出示下列题目，学生独立完成后，小组交流，然后汇报结果。
1、电灯泡通电后照亮了教室，说明电能可以转化成_____；将手靠近发光的灯泡，可以感到灯泡发烫，说明电能可以转化成_____；电动机通电后转动带动电风扇，说明电能可以转化成_____；我们在日常生活中使用的电视机、电脑、电饭煲、电磁炉等都要消耗_____.2、电能的单位是____学名叫_____ 符号是____ 更常用的能量单位(国际单位)是_____,简称_____符号是____，3、1kWh=________J 3600J=_______kWh
4、我家的电能表铭牌上标有“3000rev/kWh”的字样，在一段时间里我观察到他的表盘转过了75转，问我家这段时间用了多少电能？
5、小午说水从自来水厂流出来，水龙头就有水流出来，我们就该交水费，而生活用电，电从发电厂通过火线流过来后又从零线流回去了，而且电流又没有减小，所以我们不该交电费。你认为他说的有道理吗？请同学们在小组中讨论，并说明应交或不应交电费的理由。
四、小结拓展：
1、这节课的收获和体会是什么？引导学生回答。培养学生的总结能力和语言表达能力。
2、回家欣赏夜景，体会电能对我们的重要性。
3、科技小论文：由1度电的作用想到的„„
4、探究：回家利用电能表，钟表测量一样家用电器在某段时间消耗的电能。并思考探究过程要注意什么？
五、课后作业：
1.电能转化为“冷能”算不算电能的应用的一类？请你回 去查查上册的《汽化与液化》中的STS电冰箱 2.动手动脑学物理：1—5
《电能》教学反思
李志远
本节教学的重点是让学生认识电能的概念，知道电能的来源及用电器工作过程中，能量的转化情况。
本节课教学充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念。
（一）引导学生自主学习。
通过课前调查、查阅资料收集电能的各种来源和各种应用的知识，让学生学会收集和处理信息。在课堂上有些知识比如：电能的单位、电能表的使用等知识点布置学生自学，有利于培养学生自主学习意识。
（二）教会学生交流合作。
通过小组的讨论与交流，课堂踊跃发言，让学生了解电能对促进人类社会进步与发展的重要作用。
（三）激发学生探索创新意识。
在整个教学过程中，我注意突出“自主、协作、创新”的教育教学理念，让学生在自主、协作中发现，在探究中创新，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性。
（四）采用多媒体教学手段。
本课教学采用多媒体课件在屏上显示为主、黑板上书写为辅的展示方法，以形象直观的图形和动态文字，显示重要的物理知识，对学生产生感观上的刺激，以加强他们对知识的理解。如教学中利用多媒体教学课件使学生直观的认识到电能的广泛来源和应用。
教学中不足之处：教学要从学生的学情出发，要尊重学生的个别差异。这一点仍重视不够。表现在课堂探究没能照顾差生，练习的设计没有梯度，不能使各个层面的学生能力都得到培养。
此外，教学过程在调动学生创造性思维和创新意识的培养方面还有待于进一步改进；在信息技术与学科知识整合和合理运用多媒体等远程资源上还有待于进一步努力，从而提高课堂教学的效率。
第五篇：手机充电器设计报告
手机充电器设计报告
题目：手机充电器设计
指导老师：翟永前
专业班级：电子信心工程专业12级
组别：第六组
组长：曹广振
团队成员：王沛、索彬、赵小芳、曹广振
院系名称：通信信号学院
智能充电器的设计
【摘要】
随着手机在世界范围内的普及，手机电池充电器的使用越来越广泛。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。
该设计利用51单片机的处理控制能力实现充电器的智能化，在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。该设计包括了六个功能模块：
· 单片机模块：实现充电器的智能控制，如自动断电，充电完成报警提示。· 充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。· 光耦模块：控制通电和断电，在电池充满电后及时关断充电电源。
· 充电电压提供模块： 将一般家用交流电压经过变压器、电压转换芯片等转换为5V直流电压。
· 电压测试模块：利用AD转换把充电电池两端的电压通过数码管显示出来。· C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电状态给出有关的指示。
【关键字】
单片机、电压转换、MAX1898、智能、充电器
【目录】
一、设计综述
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
二、基本方案
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4
三、软硬件设计
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
四、软硬件仿真
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
五、测试
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13
六、设计体会
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
一、设计综述
手机电池的使用寿命和单次使用时间预充电过程密切相关，锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求也比较苛刻，需要保护电路，为了有效利用电池容量，须将锂电池充点值最大电压，但是过压充电会导致电池损坏，这就要求较高的充电精度。
而大部分充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电，这样就使充电时间增长了。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对锂电池起到一定的维护作用，修复由于记忆造成的记忆效应，即电池容量下降现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确的结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，以缩短充电时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。
另外，比起一般充电器，智能充电器还增加了充电电压的显示，让我们能直观的看到电池的由预充、快充、满充充电阶段，从而加强对电池的维护。
二、基本方案
（一）方案分析
该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现方案。
1、单片机模块
智能的实现利用单片机控制,经过分析，单片机芯片可以选择Atmel公司的AT89C52，来控制充满电时蜂鸣器报警声，以及通过中断控制光耦器件通电和断电。
2、充电过程控制模块
根据手机锂电池的需求特性，选择采用Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。充电芯片Max1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控器，输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，但检测到输入电路大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流，Max1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的快充，它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。
定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：C=34.33×Tchg
最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax＝1400/Rset
3、光耦模块
为了在充满电后能及时关断充电电源，则需要引入一个光耦模块芯片6N137。
6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。6N137光耦合器的真值表如下：
4、充电电压提供模块：
由于一般家用电压为+220V交流电压，需要设置一个电压转换电路将+220V交流电压转换成+5V直流电。首先用变压器将220V交流电压转换成7V交流电，经过桥式整流变成直流电，再利用电压转换芯片LM7805将7V直流电压转换为5V直流电压。
5、电压测试模块
该部分采用AD转换来实现充电电压的现实。采用中断触发，基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔,再变换成正比于输入模拟信号的数字量。
把模拟信号转换成数字信号，转换原理为：
（二）方案实现功能
方案实现的功能，即充电过程：
· 预充
在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电其检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10％给电池充电，使电压、温度恢复到正常状体，预充电时间由外接电容C9确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁，· 快充
快充就是以恒定电流对电池充电，恒流充电时，电池的电压缓慢上升，一旦电池电压达到所设定的终止电压时，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程，· 满充
在满充过程中，充电电流逐渐递减，直到充电速率降到设置值以下，或满充超时时，转入顶端截止充电，顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量，由于充电器在
检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池电阻，尽管在满充和顶端截至充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其它串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响，一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5％～10％的使用时间，· 断电
当电池充满后，Max1898芯片的2脚／Chg发送的脉冲电平会由低变高，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.O口控制光耦切断L7805向Max1898供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。
· 报警
当电池充满后，MAX1898芯片的2引脚/CHG发送
三、软硬件设计
（一）硬件部分
1、单片机控制设计，电路如下：
电路说明如下：
（1）P3.1脚控制发出报警声提示；
（2）P3.0脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源。外部中断0由充电芯片MAX1898的充电状态输出信号经过反向后触发
2、充电部分：该部分为设计的主核心部分，利用MAX1898配合外部PNP组成完整的单节锂电池充电器。电路图具体说明：
（1）MAX1898的电压输入脚IN输入电压范围为4.5 V~ 12V，锂电池的充电方式要求是恒
流、恒压方式，所以电源输入需要采用恒流恒压源。
（2）PNP场效应管为电压放大型器件,输入阻抗高,耐压高，通过外接的PNP场效应管提供锂电池的充电接口。
（3）引脚CT通过外接的电容CCT 来设置快充时的最大充电时间tCHG。
= 34.33×tmax
（4）引脚ISET通过外接电阻RSET来设置最大充电电流Ifast。关系式如下：
Ifast =1400/2.8×103 电路图如下：
3、光耦控制部分，实现电路如下：
电路说明：即当GATE输入为低电平时，OUTPUT输出为高电平；当GATE输入为高电平时，OUTPUT输出为低，即断电。
4、充电电压转换，实现电路模块如下：
5、总电路（总电路实际上是由第5部分的充电电压和下图构成）
（二）软件部分
1、程序流程图
2、程序代码及说明
//防止BattCharger.h被重复引用的h文件
#ifndef _BATTCHARGER_H #define _BATTCHARGER_H #include
uint t_count,int0_count;#endif ***************************************************************** 主程序
*****************************************************************/ #include “reg52.h” #include “ABSACC.h” #include “intrins.h” #include “BattCharger.h” #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define PORTA4 XBYTE [0x7F8F]
uchar tab[]={0xc0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0,0xC0};uchar tab2[]={0xC7,0xCB,0xD3,0xF3};uchar SEGPT2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};unsigned int Num;
unsigned int getdata;
uchar keydata;
uchar selectkey;unsigned int date;sbit CLOCK=P3^5;uint tt=0;/* 延时子程序 */ void delay(Num){
unsigned int ii;
for(ii=0;ii {} } /***************************************************************** 定时器0和中断0控制充电过程 *****************************************************************/ /* 定时器0中断服务子程序 */ void timer0()interrupt 1 using 1 { TR0 = 0;// 停止计数 TH0 =-5000/256;// 重设计数初值 TL0 =-5000%256; t_count++; if(t_count>600)// 第一次外部中断0产生后3s { if(int0_count==1)// 还没有出现第二次外部中断0，则认为充电完毕 { GATE = 0;// 关闭充电电源 BP = 0;// 打开蜂鸣器报警 } else // 否则即是充电出错 { GATE = 1; BP = 1;} ET0 = 0; // 关闭T0中断 EX0 = 0; // 关闭外部中断0 int0_count = 0; t_count = 0; } else TR0 = 1; // 启动T0计数 } /* 外部中断0服务子程序 */ void int0()interrupt 0 using 1 { if(int0_count==0) { TH0 =-5000/256;// 5ms定时 TL0 =-5000%256; TR0 = 1;// 启动定时/计数器0计数 t_count = 0;// 产生定时器0中断的计数器清零 } int0_count++;} /***************************************************************** 定时器1和中断1控制AD转换 *****************************************************************/ /* 定时器1中断服务子程序 */ void time1(void)interrupt 3 { CLOCK=~CLOCK; } /* 外部中断1服务子程序 */ void int1(void)interrupt 2 { getdata=0; date=0; getdata=PORTA4; date=getdata*100/51; tab[0]=SEGPT2[date/100]-0x80; tab[1]=SEGPT2[date%100/10]; tab[2]=SEGPT2[date%10]; tab[3]=SEGPT2[0];TR0=0;} /*显示子程序 */ void DISP(void){ unsigned int i; for(i=0;i<5;i++) { P2 = 0; P1 =tab[i]; P2 =tab2[i]; delay(255); } } /* 初始化 */ void init(){ EA = 1;// 打开CPU中断 PT0 = 1; // T0中断设为高优先级 TMOD = 0x01;// 模式1，T0为16位定时/计数器 ET0 = 1; // 打开T0中断 BP = 1;// 关闭蜂鸣器 int0_count = 0;// 产生外部中断0的计数器 IT0 = 1; // 外部中断0设为边沿触发 EX0 = 1; // 打开外部中断0 GATE = 1; // 光耦正常输出电压清零 } void main(void){ TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; ET1=1;init(); while(1) { DISP(); PORTA4=0x00; IT1 =1; EX1=1; } } 四、软硬件仿真 该设计中，由于在Protues和Multisim里都找不到元件MAX1898和6N137，不过好在单片机对充电过程的控制不复杂，可以在protel里画图，然后直接在在电路板上焊接测试。因此该设计可以仿真的部分只有用于充电器两端的电压显示部分（即AD转换部分）。仿真调试步骤如下： （一）在Keil程序里边新建项目，名称为“充电器显示”，并选择单片机型号为AT89C52.BUS。 （二）执新建文件，输入源程序保存为充电器显示.C，并保存，然后将源程序添加到项目中。 （三）执行菜单命令“在弹出的对话框中选择“Output”选项卡，选中“Greate HEX File”。 （四）编译源程序，得到HEX”文件。 （五）在proteus仿真平台上建立仿真原理图，并将程序上载到虚拟芯片上调试及运行。结果如下： 五、测试 （一）测试方法 1、线路连接 按仿真图在万用板上大概排下版，然后开始焊接，并连好每条线，检查无误后，进行下一步。 2、硬件是否工作测试 由于充电器电路实现比较特殊，芯片是否正常工作不好确定，且该设计有一部分不能仿真，只能根据资料仔细研究分析各芯片的引脚功能及特征，综合考虑、检测。一般的测试方法是： （1）先用万用表欧姆档逐步测量线路，确保线路都连接正确。 （2）然后，编写一段测试程序进行调试，即看各端口的工作状态是否和预设的一致来检测 芯片是否工作，这个主要是测单片机是否正常工作，从而诊断出电路板是哪一部分出了问题然后再进行调试。 （3）根据充电芯片特性，预设芯片某个输入脚的状态，检测芯片输出是否和预想的一样，来检测芯片是否能正常工作。 （二）测试条件和测试环境 该设计测试条件要求不高，只需具备一些常见测试工具：电源、万用表、锂电池，便可以进行焊接测试。 （三）测试结果 充电芯片可以正常充电，实现预充、快充、满充，数码管显示实时充电电压。 六、设计体会 这次设计所以总的来说，不算顺利，基本上到最后我们才调试出来，因此我有很多感触。一开始的时候，从图书馆借了些资料，参照资料进行原理图的设计，而我们选择的题目用到的几个芯片都是我们以前没接触过的，于是就得到网上找相关芯片的资料，来了解芯片特性，从而实现芯片的控制功能，画出原理图，但由于我们所选的MAX1898和6N137芯片和不常见，电路有一部分不能进行仿真，这也决定了我们的调试会是一个艰巨的过程。 完成原理图的设计，然后是焊板，这是一个需要耐心加细心的过程，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来，所以必须要一条线一条线的检查，确认无误才能在万能板上接。还有在焊接的时候也要特别小心，稍不注意就会被电烙铁烫到，或出错了把芯片给烫坏了或者不该连接的线路被焊锡连起来了。同时这也需要同组人的配合，三个人交换检查线路，出错的可能性就小一些，通过合作也使我懂得了认真严谨的工作态度和团队精神的重要性。 上边就说了我们的调试将会是一个艰难的过程，事实的确如此，我们前边的部分其实很早就完成了，后边的调试花去了大部分时间，一开始怎么调试从MAX1898的充电电压输出端BATT都为低电平，电路也检查不出问题，分析各连线也合理，老师检查完成情况的时候，让我们再买块充电芯片来试试，于是我们重新从网上买了芯片再测试就好了，结果发现是原来的芯片坏了，我们一开始也怀疑是芯片坏了，但因为我们的芯片必须得网购，怕麻烦我们就没买；还有一个错误导致充满电以后不能断电，我们一开始设计的光耦模块原理图是照资料上的直接画的，因为简单，我们也没怀疑它会有问题，可是最后怎么调试都不出来才去查资料，发现资料上有些默认的连接它省略了，而我们实物图中必须要连起来。通过这些错误我认识到做设计是一个必须要很有耐心的过程，对于任何的细节都应该仔细研究分析。 经过发现错误然后改正错误，通过大家的努力，我们组基本上完成了实验目标。从一开始的迷茫，到现在对综合电路的设计有了一定方向，知道了该怎么去着手分析电路、设计电路，还有怎么去查找资料，和进行电路的调试，这是一个学习和进步的过程。 通过这次课程设计，也使我受益颇多。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了单片机的应用设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题。通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题，我觉得这是一个进步的过程。
点击咨询 