以MC68HC908SR12單片機(jī)為核心的智能充電器

1、以MC68HC908SR12單片機(jī)為核心的智能充電器一、概述1、功能特性?以MC68HC 908SR1芯片為控制核心：?根據(jù)二次電池的充電特性，能自動(dòng)識(shí)別鎳鎘電池、鎳氫電 池和鋰離子電池，自動(dòng)選擇相應(yīng)的算法和控制模塊對(duì)其快速充 電；?采用最高溫度、Tmax最高端電壓 Vmax電壓負(fù)增長(zhǎng)一 V、 最長(zhǎng)充電時(shí)間t ma x、溫度變化率 T/ t、電壓負(fù)增長(zhǎng)一AV 等充電終止法：?能對(duì) 1一 4 節(jié)的鎳鎘電池，鎳氫電池單獨(dú)或同時(shí)充電；?能對(duì) 1一 2 節(jié)的鋰離子電池單獨(dú)或同時(shí)充電；?較高的充電速率，每 O.IAh的充電時(shí)間小于10min,?對(duì)鎳鎘電池，鎳氫電池等有記憶效應(yīng)的電池采用脈沖充電 模式，以

2、減小記憶效應(yīng)；?對(duì)鋰離子電池采用恒流轉(zhuǎn)恒壓的充電模式：?采用集成度較高的I2C接口的數(shù)字溫度傳感器 LM92實(shí)時(shí) 檢測(cè)電池溫度；?設(shè)有三保護(hù)措施： 過(guò)充電保護(hù)， 過(guò)放電保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)：?設(shè)有電池保護(hù)裝置，杜絕短路、開路和反接。?當(dāng)快速充電結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電模式。2、系統(tǒng)其核心是一塊 MC68HC908SF芯片，主要電路有電源電路、 恒流恒壓電路、溫度檢測(cè)電路、鍵盤電路及顯示四部分電路。二、硬件設(shè)計(jì)1、電源電路充電器的供電設(shè)備使用開關(guān)電源。開關(guān)電源采用脈沖調(diào)制方式 PWM和MOSFETBTS IGBT等電 子器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。該電源具有調(diào)壓、限流、過(guò)熱保護(hù)等功能。同 線性電源相比其輸入電壓范圍

3、寬、體積小、重量輕、效率高。但 其缺點(diǎn)是有脈沖擾動(dòng)干擾， 設(shè)計(jì)電路板時(shí)采用同主控板隔離和添 加屏蔽罩等措施，來(lái)抑制干擾。2、恒流恒壓電路智能充電器的關(guān)鍵部分是恒流恒壓電路。該電路由SR12單片機(jī)片內(nèi)模擬電路模塊和片外的、濾波電感、濾波電容、 MOSFET 開關(guān)管、肖特基二極管等器件組成。模擬電路模塊是SR12的特有部件，它由輸入多路開關(guān)、兩組可程控放大器、片內(nèi)溫度傳感 器、電流檢測(cè)電路等組成?？沙炭胤糯笃骺偡糯蟊稊?shù)為1256。放大器的輸入可選擇為兩路模擬輸入腳 (ATDO ATD1)、片內(nèi)溫度 傳感器、模擬地輸入(V SSAM)。ATDO和V SSAM間可接一個(gè)電流 檢測(cè)電阻，用于測(cè)量外部電流

4、，它還連接至電流檢測(cè)電路，可在 電流超過(guò)指定值時(shí)產(chǎn)生中斷并輸出信號(hào)。在充電開始前的預(yù)處理階段， 根據(jù)不同的電池， 軟件自動(dòng)匹 配充電算法，將通道選擇控制字寫入 SR12單片機(jī)的AMCF寄存器 中，將兩級(jí)可程控運(yùn)算放大器的增益值寫入AMGC寄存器中。充電開始后，軟件定時(shí)采集采樣電阻 Rse nse上的電壓值，經(jīng)過(guò)計(jì) 算，設(shè)置SR12單片機(jī)PWM勺輸出參數(shù)。同時(shí)，電流檢測(cè)電路實(shí) 時(shí)檢測(cè)充電電流，在電流超過(guò)指定值時(shí)產(chǎn)生中斷并將SR12單片機(jī)PTCO/PWMO/CD口置為低電平，及時(shí)關(guān)斷充電電流，實(shí)現(xiàn)恒 流恒壓的充電控制。3、溫度檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)選用集成電路溫度傳感器 LM92檢測(cè)電池溫度。同時(shí)， 利用

5、 SR12 單片機(jī)的內(nèi)部溫度傳感器概略監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，其測(cè)溫 范圍-20C 70C。LM92是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司出品的單片高精 度數(shù)字溫度傳感器。其內(nèi)部的 12 位溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將被感 應(yīng)溫度的模擬量轉(zhuǎn)換為 0.0625 C量化間隔的數(shù)字量，常溫下精 度可達(dá)土 0.33 C,并可與用戶設(shè)置的溫度點(diǎn)進(jìn)行比較。其片內(nèi)寄存器可以設(shè)置高 /低的溫度窗口門限及臨界溫度告警門限，當(dāng)溫 度偏離設(shè)置門限時(shí)，漏級(jí)開路中斷INT及臨界溫度告警T_CRIT_A 輸出有效信號(hào)。 通過(guò) I2C 總線接口可對(duì)該傳感器的內(nèi)部寄存器進(jìn) 行讀/寫操作，最多可允許4片LM92掛接在同一條串行總線上。MC68HC908SR單片機(jī)

6、具有I2C接口控制模塊，使用通道 0(SDAO和SCLO)可十分方便地同溫度傳感器 LM92連接。LM92 采用I2C串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)同 MC68HCg08SR單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中LM92為從器件，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入、輸出線SDA以及時(shí)鐘信號(hào)線SCL與總線相連。當(dāng)SCL保持高 電平時(shí)，SDA從高電平到低電平的跳變作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號(hào)， 隨后傳送LM92的地址信息和讀/寫控制位。4、鍵盤響應(yīng)電路設(shè)計(jì)鍵盤響應(yīng)電路時(shí)，使用 MC68HC908CR單片機(jī)PORTDPTD6和 PTD7）端口的鍵盤中斷功能（KBI）。根據(jù)實(shí)際情況，在MC68HC908SR單片機(jī)的鍵盤中斷使能寄存器

7、KBIER中寫入相應(yīng) 的值，寫入“ 1”表示中斷允許，寫入“ O表示不能中斷。鍵盤 中斷允許的端口， MC68HC908SR單片機(jī)將對(duì)其內(nèi)部上拉 30k Q 的電阻， 這樣鍵盤響應(yīng)電路的設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)潔， 要注意的是應(yīng)用軟 件中要增加鍵盤消抖動(dòng)子程序，防止誤操作。5、狀態(tài)顯示電路同樣，狀態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)使用了 MC68HC908SR單片機(jī)PORT A（PTAO-PTA5端 口的LED直接驅(qū)動(dòng)功能。編程時(shí)首先設(shè)置PORT A的工作狀態(tài)，在LED控制寄存器LEDA中寫入相應(yīng)的值， 寫入“1”表示可直接驅(qū)動(dòng) LED寫入“0”表示作為標(biāo)準(zhǔn)I/O端 口。在充電的每個(gè)階段均有狀態(tài)顯示。3、軟件設(shè)計(jì)本智能快速充

8、電器的軟件設(shè)計(jì)思想是： 各個(gè)功能組件實(shí)現(xiàn)模 塊化編程， 軟件流程采用中斷工作方式。 目的是使應(yīng)用軟件流程 清晰，可讀性強(qiáng)，易于功能調(diào)試以及產(chǎn)品的維護(hù)和升級(jí)。本軟件主要由初始化、預(yù)處理、快速充電和 涓流充電四個(gè) 部分組成。1預(yù)處理預(yù)處理階段是進(jìn)入快速充電前的準(zhǔn)備工作。程序初始化后，首先利用 MC68HC 908SR1單片機(jī)的內(nèi)部溫 度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度。 環(huán)境溫度過(guò)低或過(guò)高時(shí)， 均不能夠?qū)﹄?池進(jìn)行充電，否則將損傷電池。例如：鋰離子電池 ( Li+ ) 的適 宜充電溫度范圍在 2.5 C50C之間。然后，設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換參數(shù)和通道，檢測(cè)電池的端電壓。將檢 測(cè)數(shù)據(jù)同理論經(jīng)驗(yàn)值比較，判斷電池的類別

9、以及是否連接正確。2快速充電按預(yù)定的充電控制模塊和算法設(shè)置 MC68HC908CR單片機(jī) PWM勺控制寄存器PWMCR時(shí)鐘寄存器PWMCCR及數(shù)據(jù)寄存器 PWMDR 0-PWMDR2開中斷使能位，開始快速充電?？焖俪潆姇r(shí)，MC68HC908SR單片機(jī)必須不斷檢測(cè)以下幾項(xiàng) 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)：電路是否出現(xiàn)斷路、電池是否出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象、 電池是否達(dá)到規(guī)定的安全電壓、 電池是否溫度過(guò)高、 電池是否滿 足-或 T/t條件。電池的端電壓檢測(cè)使用 MC68HC908SR單片機(jī)的片上10位 高精度A/D模塊，采用中斷控制方式，這樣可節(jié)省MC68HC908SR12 單片機(jī)在 A/D 轉(zhuǎn)換期間的等待時(shí)間。 端電壓檢測(cè)

10、的數(shù)據(jù)， 通過(guò)充 電算法計(jì)算電池的電壓負(fù)增長(zhǎng)-V是否滿足快速充電終止條件， 時(shí)實(shí)修改C68HC908SR1單片機(jī)PWM勺輸出參數(shù)，控制充電電流 的大小。電池的溫度檢測(cè)在端電壓檢測(cè)之后進(jìn)行。MC68HC908SR單片機(jī)通過(guò)設(shè)置不同的地址編碼（A1A0）,訪問(wèn)相應(yīng)的數(shù)字溫度傳感 器LM92讀取溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)充電算法計(jì)算電池的溫度變化率 T/t是否滿足快速充電終止條件，時(shí)實(shí)修改單片機(jī)PWM勺輸出參數(shù)，控制充電電流的大小。為了防止電池被沖壞，在電池電壓到達(dá)最高端電壓Vmax或最高溫度Tmax時(shí)應(yīng)立刻停止充電，否則會(huì)損壞電池。3涓流充電快速充電結(jié)束后，MC68HC908SR單片機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電 模式， 補(bǔ)償電池因自放電而損失的電量， 這樣可使電池總處于充 足電的狀態(tài)。結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和調(diào)試，以MC68HC908SR單