本科毕业论文(设计)题目基于STC89C52的智能锂电池充电器设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：（签名）单位：（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：（签名）
年月日
基于STC89C52的智能锂电池充电器设计
摘要：该充电器是以STC89C52单片机为控制核心，通过单片机产生PWM信号来控制锂离子电池充电电路。在实际充电时，锂离子电池与BUCK转换器连接，PWM信号控制BUCK转换器的开和关来实现电池的充电。由于使用了LCD液晶显示屏，充电器可以显示时间日期、锂离子电池的充电电压、充电电流和锂离子电池的环境温度等状态信息。为了实现高精度的充电控制，本充电器系统采用PWM脉宽调制技术，通过BUCK转换器的开和关，从而改变锂离子电池充电电压的方法来实现精确的充电控制，确保锂电池不会过充、过热而损坏，大大提高安全性能，延长了锂电池的使用寿命。该智能锂电池充电器采用了开关电源技术，实现了高效的充电功能，具有电路稳定性强、控制精度高、易于软件升级等特点。关键词：智能充电器；PWM；数字电位器；X9313；开关电源；
The STC89C52-based design of intelligent Li-ion battery
charger
Abstract: The charger is STC89C52 microcomputer to control the core, through the microcontroller generated PWM signal to control the lithium-ion battery charging circuit. In practice, charging, lithium-ion battery connected with the BUCK converter, PWM signal control BUCK converter on and off to achieve the battery charge. As the use of LCD liquid crystal display, the charger can display the time and date, lithium-ion battery charge voltage, charge current, and lithium-ion battery status information such as the ambient temperature. In order to achieve high-precision charge control, the charger system uses the PWM pulse width modulation technology, through the BUCK converter on and off, thereby changing the voltage of lithium-ion battery charging method to achieve precise charge control, to ensure that lithium batteries are not so charge, thermal damage, greatly improve safety performance, extended battery life. This intelligent Li-ion battery charger using switching power supply technology to achieve an efficient charging function, with the circuit highly reliable, high control precision, easy software upgrades and so on.
Key words: intelligent charger; PWM; digital potentiometer; X9313; switching power supply;
目录
引言 (1)
1设计任务及总体方案选择 (2)
1.1设计任务及要求 (2)
1.2 总体方案的确定 (2)
2系统硬件配置说明 (7)
2.1主控制芯片STC89C52RC介绍 (7)
2.2 ADC0832模数转换芯片的介绍 (8)
2.3 温度传感器DS18B20的介绍 (10)
2.4 LCD液晶显示器的介绍 (11)
2.5数字电位器X9313的介绍 (13)
3系统硬件电路设计 (15)
3.1 主控制器电路 (15)
3.2 串口通信电路 (16)
3.3 充电电路 (17)
3.4 电压电流采集电路 (18)
3.5 温度采集电路 (19)
3.5 液晶显示电路 (20)
3.6 数字电位器对比度调节电路 (21)
3.7 时钟芯片电路 (21)
3.8 按键与指示灯电路 (22)
3.9 系统电源电路 (22)
3.10 系统硬件总体电路 (23)
4系统软件程序设计 (25)
4.1系统软件设计说明 (25)
4.2主程序软件流程图 (25)
4.3液晶显示器程序流程图 (28)
4.4温度传感器程序流程图 (29)
4.5时钟芯片程序流程图 (31)
4.6 ADC0832程序流程图 (32)
4.7 VB上位机程序设计 (33)
5系统调试 (35)
结束语 (1)
参考文献 (1)
附录 (2)
致谢 (1)
引言
随着现代社会的迅速发展，科学技术的不断进步，人们的消费水平也越来越高。电子数码类产品发展很快，手机、PDA、MP3和数码相机等便携式数码产品成了很多人的消费首选。鉴于产品使用的灵活性以及方便性的需要，锂电池在便携式设备中应用非常广泛。许多产品都把可充电锂电池作为主要的能量来源。
锂电池充电系统要求较高精度的充电控制方法，但是由于成本的提高，很多便携式产品所配备的锂电池充电器都不能很好的对锂电池进行充电，常常造成锂电池的过充而减少锂电池的寿命或者欠充而不能很好的发挥锂电池的各种优势。
鉴于上述问题，本文设计了一款基于STC89C52单片机的智能锂电池充电器，从而实现了对锂电池的高精度充电控制，确保锂电池不会过充、过热而损坏，大大提高安全性能，延长了锂电池的使用寿命。该智能锂电池充电器配上LCD 液晶显示各种充电信息，具有体积小、电路稳定性强、系统可靠性高、控制精度高、操作简便、易于软件升级等特点。
1设计任务及总体方案选择
1.1设计任务及要求
针对现有便携式设备商普通锂电池充电器的问题和不足，如无法精确控制充电过程，容易造成锂电池的过充与欠充，充电时间长且效率低等，设计了具有如下性能指标和功能的智能锂电池充电器。
智能锂电池充电器的主要性能指标和功能如下
a. 对最常用的一粒3.7V锂电池进行充电。
b. 具有过压保护，欠压停充，充满电转脉冲充电，过热保护功能。充电电压检测精度为0.2V 。
c. LCD液晶显示实际充电电压、电流、充满提醒等状态信息。
d. 具有通信能力，可通过电脑串口接收充电状态信息，同时也可以通过串口下载程序到单片机里，对系统软件进行升级。
1.2 总体方案的确定
1.2.1锂离子电池及其充电原理
（1）锂离子电池特性
便携式电子设备对电池提出了许多独特的要求，如电池必须具有高能量密度，以为便携式应用提供源源不断的能量；电池重量要轻，占面积要小；电池应能够安全地使用和防止可能的滥用，并具有无限的闲置使用寿命；电池应该具有极低的成本。所以几乎所有高性能便携式产品都会使用包括锂离子聚合物电池在内的可再充电锂离子电池，这么做的理由非常充分。与其它可再充电电池相比，锂离子电池有较高的能量密度、较高的电池电压、自放电少、周期寿命非常长，而且环保且充电和维护简单。另外，由于其具有相对高的电压(2.9V 至 4.2V)，因此很多便携式产品都能用单节电池工作，从而简化了产品总体设计。锂电池已经成为当前便携式电子设备的首选电池。
因锂离子电池具有较高的能量密度加上较高的电池电压的化学特性，使人们能制造出较小且较轻的电池。但是，为了有效利用这种电池的容量和延长的电池寿命，需要极其严格地控制充电参数。
延长电池寿命的关键是选择合适的电流、电压和温度等充电参数。在充电期间所施加电压的精度对于电池的效率和寿命起到非常重要的作用。超过端接电压
会导致过度充电，短期看是增加了电池的可用性，但是长期看将会引起电池失效，并且可能导致安全问题。过度充电的影响是累积性的。每提高1%的充电端电压，初始容量会提高约5%。这种短期提高对于电池的充电/和放电周期具有严重的后果。过度充电会引起的充电周期缩短。充电不足虽然不会引起安全问题，但是会大大降低电池的容量。
（2）锂离子电池充电方法
锂离子电池的充电方法有很多种。最简单的锂离子电池充电器通常指的是恒压（CV）充电器。它由与电池两端相连的一个电流受限的恒压源组成。它的电流被限制在可充锂电池的电池容量以下，输出电压调节为电池终止电压（碳阳极电池是4.1V，石墨阳极电池是4.2V）。
能量耗尽的电池将尽可能地吸收充电电源提供的电流。在给电池充电时，电池两端的电压将会上升，而充电电流将逐渐变小。当充电电流下降到0.1C以下时，可以认为电池已经被充满。因为不主张均流充电（Trickle Charge），所以当充电结束时，充电器必须完全关闭或断开。为防止有缺陷的电池被不确定的电流充电，应使用后备定时器来终止充电过程。
虽然恒压充电是一种成本相对较低的方法，但它却需要很长的充电时间。由于电源电压保持恒定，随着电池不断被充电，充电电流将会迅速下降，从而使充电的速度也迅速下降。然后，给电池充电的电流速率将远低于它可以承受的电流速率。
一种更快的充电方法是恒流/恒压（CC/CV）充电。当开始充电时，CC/CV 充电器首先选择施加一个等价于电池容量C的恒定电流。为防止在恒流充电周期中过充电，需要监视电池封装两端的电压。当电压上升到给定的终止电压时，电路切换到恒压源工作模式。即使电池封装两端的电压达到终止电压，但因为在电池端至电池芯之间的ESR上存在电压降，所以实际的电池电压将低于终止电压。
在恒流充电期间，电池能以接近其终止电压的高电流速率充电，且不会有任何被施加高电压和发生过充电的危险。
经恒流充电后，电池的容量将达到其额定值的85%。在恒流周期结束后，充电器切换到恒压周期。在恒压周期，充电器通过监视充电电流来决定是否结束充
电。与恒压充电器一样，当充电电流减小到电池的0.1C以下时，充电周期结束。
尽管实现CC/CV充电方方法需要更加复杂的电路但因为它可以显著减少充电时间。所以，本文设计的智能充电器采用了CC/CV的充电方法，从而高效的对锂离子电池进行精确的充电。
锂离子电池充电器的所充电的对象并非总是质量好的电池，实际上，被充电的电池可能有缺陷而不能接受充电。此为，试图对有缺陷的电池进行快速充电可能会产生安全隐患。理想的充电器必须能够检测所有可能的电池故障模式，并有针对性地进行充电。如果锂离子电池的温度超出了指定的温度范围，那么给它充电将是不安全的。目前，所有充电器都必须跟踪电压的变化，而CC/CV充电器甚至需要跟踪电流和电压。在提高充电器效率和延长电池寿命的同时不能忽略潜在的安全问题，这就需要更智能的充电控制。
为防止因意外把反向电压施加到电池上，所有锂离子电池都包含一些保护电路。一般来说，保护功能包括防止过放电、过充电、过大的充/放电电流，以及避免电池被施加高电压。
在电池的充电或放电期间，如果任何参数超过了特定电池设置的限制值，电池芯与电池终端之间的连接将断开。通常，当反向电压被撤除或电池被预置之后，经过一段时间，充电器将复位。
1.2.2智能锂电池充电器的系统组成和原理
该智能锂电池充电器主要由主控制器模块、BUCK转换器充电模块、显示模块、温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、模数转换模块、时钟模块、键盘模块、电源模块组成。系统框图如图1。
图1 系统整体框图
图一中充电器的主控制器为STC89C52单片机，显示模块为LCD1602液晶显示模块，温度检测模块为DS18B20组成的检测电路，电压和电流检测模块由A/D 转换集成芯片ADC0832 以及精密电阻组成，时钟模块由芯片DS1302来实现。
该智能锂电池充电器的原理是以STC89C52单片机为主控制核心，通过单片机内部定时器模块产生PWM 信号来驱动并控制锂离子电池充电电路。在实际充电时，锂离子电池与BUCK 转换器连接，PWM 信号控制BUCK 转换器的开和关来实现电池的充电。模数转换芯片ADC0832将采集到的电压和电流信号传递给单片机进行处理，单片机将处理好的信号通过LCD 液晶显示模块显示出来。芯片DS1302产生时间日期信号数据也传递给单片机处理。LCD 液晶显示屏负责显示时间日期、锂离子电池的充电电压、充电电流和锂离子电池的环境温度等状态信息。使用者可以通过键盘对显示信息进行切换控制等功能。为了实现高精度的充电控制和保证充电电压的稳定，本充电器系统采用PID 算法控制和PWM 脉宽调制相结合的技术，通过BUCK 转换器的开和关，从而改变锂离子电池充电电压的方法来实现精确的充电控制，确保锂电池不会过充、过热而损坏，大大提主控制器
STC89C52 单片机 显示模块 LCD1602
键盘
输入模块 温度传感器
DS18B20 时钟日期芯片 DS1302 ADC0832
A/D 转换
模块 电压 电流
BUCK 转换电路
PWM 控制 锂离子 电池
系统电源模块 PC 串口通信 RS232
高安全性能，延长了锂电池的使用寿命。该智能锂电池充电器采用了开关电源技术，实现了高效的充电功能，具有体积小、电路稳定性强、系统可靠性高、控制精度高、操作简便、易于软件升级等特点。
2系统硬件配置说明
2.1主控制芯片STC89C52RC介绍
STC89C52RC是新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全与传统的8051单片机相容。机器周期有12时钟和6时钟两种，且可以任意选择。
2.1.1 STC89C52RC特点
1．增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期，8051 CPU
2．工作电压5.5V～3.4V（5V单片机）
3．工作频率范围：0～40MHZ，相当于8051的0～80MHZ。实际工作频率可达48MHZ
4．用户应用程序空间为8K字节
5．片上集成512字节RAM
6．通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口，弱上拉。P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻；作为I/O口用时，需要上拉电阻
7．ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器，可通过串口（P3.0/3.1）直接下载用户程序
8．具有EEPROM功能
9．具有看门狗功能
10．共3个16位定时器/计数器。定时器T0、T1、T2
11.外部中断4路，下降沿中断和或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
12．通用异步串行口（UART）工，还可用定时器软件实现多个UART
13．工作温度范围：0～70℃
14．PDIP封装
2.1.2 STC89C52RC引脚图及说明
图2 STC89C52RC引脚图
2.2 ADC0832模数转换芯片的介绍
2.2.1芯片介绍
ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。
ADC0832具有以下特点：
·8位分辨率；
·双通道A/D转换；
·输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
·5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
·工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
·一般功耗仅为15mW；
·8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；
·商用级芯片温宽为0°Cto+70°C，工业级芯片温宽为?40°Cto+85°C；
芯片接口说明：
·CS_片选使能，低电平芯片使能。
·CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
·CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
·GND芯片参考0 电位（地）。
·DI数据信号输入，选择通道控制。
·DO数据信号输出，转换数据输出。
·CLK芯片时钟输入。
·Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。
ADC0832与单片机的典型接口电路：
图3 ADC0832与单片机的典型接口电路图
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
2.2.2 ADC0832的控制时序
ADC0832时序说明请见图4。
图4 ADC0832时序图
作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0~5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。
2.3温度传感器DS18B20的介绍
美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
2.3.1 DS18B20的主要特性
（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V。
（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
（4）温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。
（5）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
（6）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。
（7）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
（8）负压特性：电源极性接反时，芯片不会烧毁，但不能正常工作[5]。2.3.2 DS18B20的外形及引脚图
DS18B20的外形及管脚排列如下图5所示。
图5 DS18B20外形及引脚排列图
DS18B20引脚说明：
(1)GND为电源地；
(2)DQ为数字信号输入/输出端；
(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
2.4 LCD液晶显示器的介绍
液晶屏显示模块与数码管相比，它显得更为专业、漂亮。液晶显示屏以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，在通讯、仪器仪表、电子设备、家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，使这些电子设备的人机界面变得越来越直观形象，目前已广泛应用于电子表、计算器、IC卡电话机、液晶电视机、便携式电脑、掌上型电子玩具、复印机、传真机等许多方面。
LCD液晶显示器，主要分为两类，一种是字符模式LCD，另一种是图形模式LCD。其中，字符模式LCD是点阵型液晶显示器，专门用来显示字母、数字、符号等。LCD1602外观如图6。