投币式多功能充电器控制电路的设计论文参考文献.doc

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1、 摘 要随着科学与技术的发展，大量使用电池供电的便携式电电子产品进入人们的日常生活中，如手机、数码相机、MP3等。锂离子电池拥有比能量高、寿命长、可循环使用、可快速充电、质量轻、体积小等优点。与其他类型电池相比，锂离子电池具有良好的综合性能，卓越的竞争能力。本文介绍的是投币式多功能充电器控制电路的设计。该设计是基于STC12C5A60S2单片机以及CN3052A充电管理芯片的一款多功能充电器。投币式多功能充电器控制电路主要有单片机电路、直流稳压电源电路、充电控制电路、投币模拟电路、显示电路等部分组成。单片机通过投币数量决定充电时间，从而控制充电电路给锂离子电池充电。充电情况也通过相应电路及时得

2、到反馈。关键词：锂离子电池，多功能充电器，投币式，CN3052A，STC12C5A60S2Coin Multi-function Charger Control Circuit DesignABSTRACTWith the science and technology developing, battery-powered portable electronic products come out, such as cell phone, digital camera, mp3 etc. Li-ion battery has advantages in high energy density,

3、 energy saving, long service life, recycling using, fast charging, lighter weight, small size, etc. Compared to other types of batteries, Li-ion battery has good comprehensive performance.The paper is mainly about the design of coin multi-function charger control circuit. The design is based on the

4、STC12C5A60S2 MCU and CN3052A charge management chip, and it contains with some electric circuits like MCU controling, power supply, charging controling, coin simulating, displaying, etc. MCU judges charging time by the number of coin, in order to control the Li-ion battery charger. While the situati

5、on of charging is showed by the circuit.Key words：Li-ion battery, multi-function charger, coin, CN3052A, STC12C5A60S2.目 录第一章 引 言11.1 背景和意义11.2 充电器的现状11.3 充电电池21.3.1 充电电池介绍21.3.2 锂离子电池的充电特性31.4 充电方法的分析41.4.1 快充慢充41.4.2 常用的充电方式41.5 投币的分析71.6 本文的主要任务及结构7第二章 系统设计方案92.1 总体方案92.2 单片机的选择102.2.1 STC12C5A60S

6、2的简介102.2.2 STC12C5A60S2的内部结构102.3 充电芯片的选择112.3.1 CN3052A112.3.2 BQ24080122.4 直流稳压电源132.5 数码管显示效果14第三章 硬件电路的设计与实现163.1 硬件系统框图163.2 单片机最小系统163.3 直流稳压电源电路183.4 充电电路193.5 投币电路223.6 数码管显示电路233.7 充电接口23第四章 编程控制实现方法244.1 I/O口分配244.2 程序功能及实现方法244.3 程序仿真26第五章 调试285.1 开发环境介绍285.2 硬件调试285.3 软件调试295.4 整机调试295.

7、5 测试数据29第六章 总结与展望316.1 总结316.2 展望31参考文献32致 谢33附 录34.第一章 引 言1.1 背景和意义随着科学与技术的发展，大量使用电池供电的产品进入人们的日常生活，如手机、数码相机、电动车等。因为充电电池有较高的性价比、放电电流大、可循环使用、寿命长等特点。早期的电池充电电路比较简单，只需变压器配合二极管整流即可满足要求。而如今的充电系统在微型化、自动化、智能化等多方面的要求大大提升。这些设备维持其便携性的关键在于自身电量的保证。充电器恰好能够提高用电设备的续航能力。但市场上现有的充电器存在着一些问题，如充电效率低、发热较严重、对电池损耗大1。为此，设计一款

8、方便快捷、效率高、功能全、安全的投币式多功能充电器变得十分必要。1.2 充电器的现状充电器是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器是一种将频率和电压固定不变的交流电变换为直流电、采用电力电子半导体器件的静止变流装置。目前市场上流行的充电器主要分为恒流充电器和自动充电器两种2。恒流充电器是一种最为常见的充电器。从镍镉电池时代开始，我们就使用恒流充电器。恒流充电器充电电流比较慢，使用相对简单，只需将电池放在电池盒中即可充电2。不过有一定需要特别注意，充电时间的计算要比较准确。充电时间计算的简单公式是：2。如充电电流为150mA的充电器给1500mAH的电池充电，则时间为1500mAH/150m

9、A等于10个小时。不过在很多时候，计算出的时间不是整数，为了方便记时，可以挑离得最近的半小时。如充电电流为160mA的充电器给1500mAH的电池充电，则时间为1500mAH/160mA约为9个小时，而不用计算到分。恒流充电器的构造较简单，工作较稳定，对电池寿命的影响小，是一种不错的选择。不过，恒流充电器有局限性，不仅时间必须计算，而且随着电池的容量越来越大，充电所需的时间也越来越长，在使用上造成一定的不便。快速自动充电器具有充电速度快，安全等特点。其在这几年越来越受到大家欢迎。快速自动充电器是是用大电流来给充电电池充电，有时可以达到2C或更高。大电流充电对电池寿命的影响很小。不过，如果对大电

10、流充电时产生的高热不作处理，将会直接影响到充电电池寿命。在使用比电池标称电压稍高的电压来充电时，电池本身对充电电流会产生一个反电势。因此有一部分电流为了抵消反电势而白白做功，转化为热能。随着充电电流越来越大，电能不断被转化为热能，充电温度也就越来越高。过高的温度对充电电池是有害的。在慢速恒流充电器中，充电电流比较慢，产生的热量在可控制范围内，因此并不需要采取特殊的措施。而在快速自动充电器中，快速的充电电流会让充电温度更高。因此许多快速自动充电器使用余弦法，来降低充电时的温度，也就是说不采用恒定的大电流充电。而是像余弦波那样，电流强度不断变化以缓解热量的积聚，从而将温度控制在合适的范围内。因这类

11、充电器不再使用恒定电流来充电，与以前的恒流充电器有明显的区别。为了解决过充问题，快速自动充电器一般都采用了电压斜率判断法来判断电池接近充满的程度。这功能往往靠使用控制电路或者IC芯片来完成。当电池接近充满时，控制电路会自动切换充电模式，对电池进行涓流充电。采用涓流电流给电池的好处是比较明显。涓流充电可以将电池充的比较满，同时不用担心过充的问题。为此，快速自动充电器不用像恒流充电器那样去计算时间。1.3 充电电池充电电池种类不少，目前市场上主流产品有镍镉（NiCd）电池、镍氢（NiMH）电池和锂离子（Li-ion）电池2。1.3.1 充电电池介绍镍镉电池是镍镉碱性电池的简称，是一种广泛应有的蓄电

12、池。1898年，镍镉电池有瑞典人雍格涅尔（Jungener）发明。镍镉电池的正极性物质是高价氢氧化镍，负极性物质是海绵状金属镉，有氢氧化钾或氢氧化钠的水溶性电解液2。镍镉电池具有功率高、循环及浮充寿命长、充电容易、使用和维护方便等优点，可制成无需维护的密封和全密封结构的电池。但是其“记忆效应”和金属镉对环境污染是在应用中的不利因素。镍氢电池是镍金属氢化合物碱性蓄电池的简称，是一种碱性电池，其正极是氢氧化镍发泡板，负极是从稀土提炼出来的储氢合金粉，电解质是氢氧化钾溶液2。镍氢电池具有容量大、无“记忆效应”、耐过充、过放电能力强、无污染、寿命长等优点，受到广大用户的欢迎。锂离子电池是在二次锂电池技

13、术的基础上发展而来的一种新型高容量蓄电池。锂离子电池正极材料为锂合金金属氧化物，负极材料为石墨、使用非水电解质2。充放电时锂离子在正负电极之间漂移传递能量。锂离子电池具有比容量高、无“记忆效应”、比能量大、储存寿命长、无污染、安全性好等优点，但也存在工作电压变化大、内部阻抗高、不能与其他二次电池互换使用等缺点。表1-1为镍镉、镍氢、锂离子电池特性的比较3。表 1-1 镍镉、镍氢、锂离子电池特性的比较电池类型工作电压（V）质量比能量（Wh/kg）体积比能量（Wh/L）循环次数记忆效应自放电率（%/月）镍镉1.250150400500有25镍氢1.26080240300500无20锂离子3.612

14、01403001000无101.3.2 锂离子电池的充电特性（1）激活状态区锂离子电池再充电时，首先需要一小段激活时间。此期间所需电流很小仅为正常充电值的1%左右，而且维持时间很短4。（2）预充电状态区锂离子电池进入预充状态，此期间电流比较小4。（2）快充电阶段当经过一段时间的预充电，锂离子电池就进入了快充区。此阶段充电电流比较大，电压要逐步上升并达到锂离子电池的标准电压左右4。（4）限压衡压充电区充电电压稳定在标准电压，电流逐步减小到一个很小的电流并维持，且电池温度有小幅增加4。（5）维持充电区在维持充电区期间，电压维持在较高的值，电流几乎为零，直到电池被取走。从以上分析可看出，对于锂离子电

15、池其控制参量可为最大电压，最大温度，最大时间。电池充电各阶段的转换控制主要用电池开路电压的精确测量V作为控制参量4。1.4 充电方法的分析1.4.1 快充慢充一节电池的电容量称为1C，是一个逻辑概念。同样的1C不一定相等。在充电时，充电电流小于0.1C时，称为涓流充电。一般而言，涓流充电可以把电池充的较满，同时不影响电池寿命。涓流充电的充电电流比较小，导致所花费的时间比较长。因此很少单独使用，往往和其它充电方式结合使用。充电电流在0.1C-0.2C之间时，称为慢速充电。充电电流大于0.2C，小于0.8C则是快速充电。而当充电电流大于0.8C时，称之为超高速充电。由此可见1C只是个逻辑概念，而不

16、是绝对值，相对来说根据1C折算的快充慢充也是一个相对值。如200mA充电电流对于1200mAH的电池来说是慢充，而对于700mAH的电池来说就是快充。1.4.2 常用的充电方式（1）恒压限流充电恒压限流充电方式的充电曲线如图1-1所示。在充电过程中，维持恒定的充电电压，电流逐渐减小。在充电电流减小到一特定值时，视为电池己充满，则停止充电5。图 1-1 恒压充电曲线图（2）恒流限压充电恒流限压充电方式的充电曲线如图1-2所示。在充电过程中，维持恒定的充电电流，电池电压逐渐升高。在电池电压升高到一特定值时，视为电池己充满，则停止充电5。图 1-2 恒流充电曲线图（3）恒流-恒压充电恒流-恒压充电方

17、式的充电曲线如图1-3所示，是恒流限压和恒压限流充电方法的综合。在充电过程中，先选择恒流限压的充电方式，在电池电压达到某一数值以后，再选择恒压限流的充电方式5。图 1-3 恒流-恒压充电曲线图（4）脉冲电流充电脉冲电流充电方式的充电波形如图1-4所示。在充电过程中，采用周期性脉冲电流对电池进行充电。一个脉冲周期分脉冲充电时间和间歇时间两部分。在脉冲充电时间内，采用较大的电流为电池充电。间歇时间则停止充电，以减小电池在充电过程中的极化现象5。图 1-4 脉冲电流充电曲线图（5）正负脉冲充电正负脉冲充电如图1-5所示。在一个充电工作周期内，电池先后经历正脉冲充电、负脉冲放电和间歇三个阶段。首先，对

18、电池采用较大电流进行正脉冲充电。接着，进行更大电流的短时间脉冲放电。经过一定间歇时间再进入正脉冲充电阶段。对电池的脉冲放电可以起到吸收热能、去极化等作用5。这样做可以加快充电速度。图 1-5 正负脉冲充电曲线图1.5 投币的分析（1）一元硬币的相关信息如表1-2所示。表 1-2 一元硬币的基本资料版本正面反面材质直径边缘发行时间旧版国徽、国名拼音、年号牡丹花、面额钢芯镀镍25mm无丝齿1992.06.01新版行名、面额拼音、年号菊花钢芯镀镍25mm“RMB”字符标记2000.10.16（2）利用涡流传感器测量原理来检测硬币电涡流传感器工作原理如图1-6所示6。图 1-6 电涡流传感器工作原理图

19、当金属导体被置于振荡器线圈的交变磁场H1中时，在金属导体中感应出电涡流。并产生一个与原磁场方向相反的新磁场H2，两者相互作用，改变了线圈的电感、阻抗及品质因数等参数。线圈的这些参数变化与被测金属电阻率、磁导率、励磁频率f以及线圈与被测金属体的距离d等有关6。因此可以利用线圈这些参数的变化，把对被测导体所要测量的量变换成电量的形式来测量。1.6 本文的主要任务及结构本论文所完成的任务是对投币式多功能充电器控制电路的设计方法进行研究。本论文在总体结构上共分为6章。第1章引言，本章介绍了充电器、充电电池特性、充电方法以及投币的分析。第2章系统设计方案，本章简要介绍了总体设计方案和关键元器件的选择。第

20、3章硬件电路的设计与实现，本章主要介绍了各部分电路的详细设计。第4章编程控制实现方法，简要地介绍了程序如何控制充电电路。第5调试，主要介绍电路的调试以及如何应对存在的问题第6章结论，对本次设计进行总结，并对该课题的前景进行展望。第二章 系统设计方案锂离子电池具有比容量高、比能量大、使用寿命长、无污染、安全性好等诸多优点。因此，越来越多产品选用锂离子电池来供电。不过，锂离子电池同样存在不足，主要在于对充电控制器要求比较高，需要保护电路。为有效利用电池的容量，锂离子电池往往充电至最大电压。但是过压充电会损坏电池，这就要求较高的控制精度3。另外，对于电压过低的电池需进行预充，充电控制器应该带有时间保

21、护和热保护，提供一些附加保护。根据锂离子电池的特点，充电器应符合的要求有：一是可以提供较高的充电电流以减少充电时间，也可限制最大充电电流和最大充电电压来确保充电器的安全；二是避免充电电池充放次数及使用时间的减少，减少对过放的电池充电电流，限制输入电流，电池充满时应关闭充电器，自动再充电功能，充电状态的指示，外部充电器的开关控制等4。2.1 总体方案投币式多功能充电器控制电路可以通过控制模块、充电模块、投币模块、显示模块等四个模块来实现相应的功能。控制模块主要功能是收集其他各模块的信息，进行分析处理，再发送命令给对应模块。信息处理的功能由合适的单片机来实现。充电模块是整个设计方案的核心部分。充电

22、模块的功能有：采集电池的一些参数，传达给控制模块；从控制模块接收命令，采取合适的充电方法给充电电池进行充电；可以对电池起到一定的保护作用；在充电发生问题时，及时发出相应的警告消息；可以对充电状况做出相应提示，如正在充电、充电完成等。投币模块主要是使用者投进一定数量的一元硬币，来确定充电模块对充电电池进行相应时间的充电。显示模块相对来说比较简单，利用数码管来显示投币的数量、充电时间等信息。图 2-1 设计模块图2.2 单片机的选择2.2.1 STC12C5A60S2的简介STC12C5A60S2是单片机中应用比较广泛的型号，也是传统的51单片机的增强型，现在以其为代表介绍其参数。STC12C5A

23、60S2单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。2.2.2 STC12C5A60S2的内部结构（1）微处理器：该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。（2）数据存储器：片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以

24、称为数据存储器。（3）程序存储器：由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。（4）中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。（5）定时器/计数器：片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。（6）4个并行8位I/O口：分别为P1口、P2口、P3口、P4口。（7）串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。（8）特殊功能寄存器：共有21个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际

25、上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。考虑到STC12A5C60S2单片机高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，以及该系列单片机资料较多，而且对其的使用相对熟练，本设计采用此单片机来实现。 2.3 充电芯片的选择2.3.1 CN3052ACN3052A是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流或恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达500mA，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。图 2-2 CN3052A 管脚图主要特点是：输出电压4.2V，精度可达1%；为了激活深度放电的电池和减小功

26、耗，在电池电压较低时采用小电流的预充电模式；采用恒流/恒压/恒温模式充电，既可以使充电电流最大化，又可以防止芯片过热；电源电压掉电时自动进入低功耗的睡眠模式状态指示输出可驱动LED或与单片机接口；自动再充电；电池温度监测功能。主要应用：移动电话、数码相机、MP3播放器、电子词典、便携式设备、各种充电器。表 2-1 CN3052A管脚功能管脚功能管脚功能TEMP电池温度检测输入端CE充电电流输出ISET恒流充电电流设置和充电电流监测端CHRG漏极开路输出的充电状态指示端GND电源地FAULT漏极开路输出的电池故障状态指示端VIN输入电压正输入端BAT电池连接端2.3.2 BQ24080BQ240

27、80是一个高度集成和灵活的锂离子线性充电芯片，应用于空间有限的充电器设计。它提供了一个集成的功率场效应管和电流传感器，高精度的电流和电压调节，充电状态，和充电终止。一个外部电阻可以设置充电电流的大小。BQ24080充电电池有三个阶段：调节，恒定电流，恒定电压。内部充电定时器为保险起见提供备用充电。如果电池电压低于内部阈值，BQ24080自动重新充电。当输入电源被拿掉时，BQ24080自动进入睡眠模式。图 2-3 BQ24080管脚图主要特点是：小型3毫米x3毫米MLP封装；安全预充电调节定时器；充电和电源良好；自动睡眠模式低功耗；固定7小时的快速充电安全定时器；适合用于单节锂离子或锂聚合物电池

28、充电的便携式设备。表 2-2 BQ24080管脚功能管脚功能管脚功能IN电源输入OUT充电电流输出GND地CE使能输入端（低电平时，进入低功耗模式）STAT1电荷输出1PG可用来驱动LEDSTAT2电荷输出2GND地VSS地ISET充电电流，预充电和终止设定点主要应用：掌上电脑、MP3播放器、数码相机、互联网设备、智能手机。CN3052A和BQ24080的比较如表2-3所示。表 2-3 CN3052A和BQ24080的比较充电芯片CN3052ABQ24080封装形式SOP8SON(DRC)10工作环境温度-4085-40125输入电源电压V最大66.5最小4.354.5输出电压V4.24.2输

29、出电流mA最大6001000最小40050自动再充电有有电池温度监测有无睡眠模式低功耗低功耗可充锂电池节数单节单节以上两款充电管理芯片功能相似，也都不需要太多的外围电路。不仅可以符合充电器的要求，也便于充电器的微型化和便携性。根据具体参数的比照，德州仪器公司生产的BQ24080要优于如韵电子公司生产的CN3052A。本设计的前期选用的正是BQ24080充电芯片，也设计好相应电路图，并着手制作用于模块测试的电路板。BQ24080充电芯片是贴片式的，无引脚，且芯片底面管脚距离很近。经过多次尝试，受限于焊接技术水平的限制，始终无法完成电路板的制作。而CN3052A充电芯片虽然也是贴片式的，但是有引脚

30、且管脚距离较大，方便焊接。所以在设计方案最终选用CN3052A作为充电模块的管理芯片。2.4 直流稳压电源随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小、外接线简单、工作可靠和通用性好等优点，因此各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元器件构成的稳压电路。集成电路稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器7。其中，三端式稳压器使用最为广泛。78XX、79XX系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。78XX系列三端式稳压器输出正极性电压，可在5V24V范围内选

31、择，输出电流可达1.5A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。若要求负极性输出电压，则可选择79XX系列的集成稳压器。78XX系列有限流、过热保护功能。78XX系列不允许GND端悬空，否则器件极易损坏。78XX系列有三个引出端：输入端、输出端、公共端7。使用时输入电压V一般要比输出电压V大35V，才能保证集成稳压器工作在线性区。78XX系列的外形和接线如图2-5所示。图2-4 78XX系列外形和接线图因为本设计选择的STC12C5A60S2单片机工作电压为5V，所以选择7805三端式集成稳压器。2.5 数码管显示效果充电相应的信息显示在

32、数码管上，如投币数、时间和充电状态情况等。例如，充电中（Charging, 简称CH），完成（Complete，简称CP），错误（Error， 简称ER）。数码管显示设计效果有五种，如下： a.投币数量显示效果图 2-5 投币显示效果图b.计时时间显示效果图 2-6 时间显示效果图c.正在充电提示显示效果图 2-7 充电显示效果图d.充电完成提示显示效果图 2-8 完成显示效果图e.充电错误提示显示效果图 2-9 错误显示效果图第三章 硬件电路的设计与实现投币式多功能充电器控制电路主要有单片机电路、直流稳压电源电路、充电控制电路、投币模拟电路、显示电路等部分组成。3.1 硬件系统框图图 3-1

33、 硬件系统框图图3-1中，第一路、第二路投币电路分别向单片机发送信号，单片机再分别控制数码管和第一、第二路充电电路，充电接口可接各种类型的锂离子电池。3.2 单片机最小系统单片机最小系统组成部分有单片机、晶振电路和复位电路。单片机选用宏晶科技生产的单时钟、机器周期（1T）的单片机，型号为STC12C5A60S2。STC12C5A60S2单片机是新一代高速、低功耗、抗干扰超强的8051单片机，完全兼容传统8051单片机的代码，且速度快8至12倍。工作频率为12 MHZ，工作电压为5V。图 3-2 单片机最小系统图晶振电路由12MHz的晶振以及电容C6、电容C7组成。晶振给单片机提供工作信号脉冲，

34、而整个脉冲就是单片机的工作速度。这里采用12MHz晶振，则单片机工作速度为每秒12M。两个电容为起振电容，其值为30pF，有利于减少起振时间。在设计过程中，晶振应尽量与单片机靠近，两个电容也是离晶振越近越好。图 3-3 单片机最小系统复位电路复位电路是必不可少的一部分，作用是保证单片机最小系统电路工作稳定可靠。单片机在启动时需要复位，恢复到初始状态，并从初始状态开始工作。复位电路由按键R2、电容C5和电阻R2组成。单片机的复位输入端RST与复位电路相连。当+5V端上电时，电容C5开始充电，在电阻R2上产生电压，RST端处于高电平，单片机复位；几毫秒之后，电容C5充电完毕，电阻R2中流过的电流降

35、为0，电压同样为0，则RST维持在低电平，让单片机进入工作状态。在单片机工作的时候，按下按键S2使电容C5放电。松开按键S2后，电容C5有开始充电，电阻R2出现电压，使单片机复位。之后，电容C5充满，单片机再次进入工作状态。综上所述，可以通过控制按键S2来决定单片机的复位与否。3.3 直流稳压电源电路直流稳压电源电路采用7805三端集成稳压器，其主要特点有：a.输出电流可达1A；b.输出电压有5V；c.过热保护；d.短路保护；e.输出晶体管SOA保护。图 3-4 直流稳压电源电路图直流稳压电源电路从图3-4左侧J1端输入12V电压，经过电容C1、C2进行滤波，进入7805的Vin端，从Vout

36、端输出，再由C3、C4进行滤波，为电路提供稳定的5V电压的电源。如果LED灯D1亮说明电源供给正常，电路如图3-5所示。图 3-5 直流稳压电源提示电路图3.4 充电电路图 3-6 两路充电电流分别可调的电路图充电电路采用CN3052A充电管理芯片，电路如图3-6所示。CN3052A是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达500mA，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻8。CN3052A包含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充电状态指示端和电池故障状态指示输出端。芯片内部的功率管

37、理电路在芯片的结温超过115时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件8。在最坏的情况下，CN3052A会自动减小充电电流。当输入电压大于电源低电压检测阀值和芯片使能输入端接高电平时，CN3052A开始对电池充电，管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻RISET确定。当电池电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3052A进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阀值时，充电周

38、期结束，端输出高阻态，表示充电周期结束，充电结束阀值是恒流充电电流的10%。如果要开始新的充电周期，需将输入电压断电，然后再上电。当电池电压降到再充电阀值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的精度在1%以内，满足了锂离子电池和锂聚合物电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。如果将使能输入端CE接低电平，充电器被关断8。上述充电过程如图3-7所示：图 3-7 充电过程示意图（1）电源低电压锁存(UVLO)CN3052A内部有电源电压检测电路，

39、当电源电压低于电源电压过低阀值时，芯片处于关断状态，充电也被禁止。（2）睡眠模式CN3052A内部有睡眠状态比较器，当输入电压VIN小于电池端电压+40mV时，充电器处于睡眠模式;只有当输入电压VIN上升到电池端电压90mV以上时，充电器才离开睡眠模式，进入正常工作状态。（3）预充电状态在充电周期的开始，如果电池电压低于3V，充电器处于预充电状态，充电器以恒流充电模式充电电流的10%对电池进行充电。（4）芯片使能输入端CN3052A有一个芯片使能输入端CE，如果此管脚的电压低于0.75V，则芯片被关断，芯片内部电路和功率晶体管都被关断。若要芯片正常工作，则需要在CE管脚施加大于2V的电压。在C

40、E管脚施加电压在0.75V和2.0V之间，将导致工作电流变大，并可能使CN3052A处于不确定状态。（5）设定充电电流在恒流模式，计算充电电流的公式为： (3-1)其中，ICH表示充电电流，单位为安培RISET表示ISET管脚到地的电阻，单位为欧姆通过测量ISET管脚的电压可以检测充电电流。充电电流可以用下面的公式计算： (3-2)（6）再充电当一个充电周期结束时，如果电池电压低于再充电阀值4.1V时，CN3052A自动开始一个新的充电周期。图 3-8 内部功能框图（7）恒流/恒压/恒温充电CN3052A采用恒流/恒压/恒温模式对电池充电，如图3-8所示。在恒流模式，充电电流为1800V/RI

41、SET。如果CN3052A的功耗过大，器件的结温接近115，放大器Tamp开始工作，使器件的结温保持在大约115。（8）电源输入端VIN旁路电容CIN电源输入端需要一个旁路电容，一般情况下，4.7uF的电容可以满足要求，对电容的类型没有限制。（9）稳定性为了保证充电器正常工作，需要从电池端BAT到GND之间连接一个电容，通常情况下，电容值为4.7uF。一般情况下，ISET管脚没有外加电容时，此管脚可以外接的电阻阻值最高可达50k。（10）极限参数CN3052A的极限参数如表3-1所示。表 3-1 CN3052A极限参数管脚电压-0.3V 6.5V最高结温150BAT管脚短路持续时间连续工作温度

42、-40 85静电放电(HBM)2kV存储温度-65 150热阻TBD焊接温度（10秒）300（11）PCB设计的注意事项a. 第2管脚ISET的充电电流编程电阻要尽可能靠近CN3052A，并且要使第2管脚ISET的寄生电容尽量小。b. 第4管脚VIN的旁路电容，第5管脚BAT的输出电容要尽可能靠近CN3052A。c. 在充电时，CN3052A的温度可能比较高，因而电池的NTC电阻要尽量远离CN3052A，否则NTC电阻值的变化不能正常反应电池的温度。d. 一个散热性能良好的PCB对输出最大充电电流很关键。集成电路产生的热通过封装的金属引线框管脚散到外面，PCB上的铜层起着散热片的作用，所以每个

43、管脚(尤其是GND管脚)的铜层的面积应尽可能大。为了能够输出最大的充电电流，要求将CN3052A背面裸露的金属板焊接到印刷线路板的地端的铜线上，以达到最大的散热性能。否则，芯片的热阻将增大，导致充电电流减小。3.5 投币电路投币电路通过两组按键来实现投币模拟。每一组有两个按键：一个为投币键，按一下代表投入一个1元硬盘；另一个为确认键，按下后代表停止投币，并开始给充电电池充电。图 3-10 投币电路图3.6 数码管显示电路投币信息、充电信息均通过四位数码管直观地提供给使用者。L1L4端口从单片机处获得位选信号，选择一位数码管，接着AG端口获得段选信号，显示相应内容。图 3-11 数码管显示电路3

44、.7 充电接口为了能适应不同型号、大小的充电电池，充电接口采用带有两条金属触片的塑料夹子。首先根据充电电池正负极的间距，调整金属触片到合适的位置。接着，放入充电电池，使电池电极与触片接触良好。最后，把固定住充电电池的塑料夹子平稳地放置好。这样就可以顺利地开始充电了。第四章 编程控制实现方法Keil C51 是目前开发8051内核单片机的主流工具。而STC12C5A60S2正是以8051为内核的单片机。为此，投币式多功能充电器控制电路的设计的软件部分使用Keil C51来完成编写工作。4.1 I/O口分配P2.4P2.7送出位选信号，选中特定数码管。通过位选信号选中某个数码管后，P0.0P0.7

45、送出对应段选信号，从而以动态扫描方式实现静态显示效果。P2.0P2.3为按键控制端。P2.0和P2.2为投币按键端。P2.1和P2.3为确认按键端。P3.6控制第一路CN3052A充电芯片使能端CE。P3.7控制第二路CN3052A充电芯片使能端CE。CE端为高电平时，充电芯片开始工作；低电平时则停止。4.2 程序功能及实现方法单片机控制的投币式多功能充电器的程序流程如图4-1所示。图 4-1 程序流程图单片机持续接收投币信号，同步更改数码管显示信息。在接收到确认信号后，不在接收投币信号，发送信号给CN3052A充电芯片的CE端，充电模块开始充电。当剩余时间为0时，自动终止充电。在程序流程上，

46、两路充电电路的控制过程是一样的。程序中的主要变量及说明如表4-1所示。表 4-1 主要变量及说明变量说明变量说明CE_1P3.6口，一路使能端display_1第一路显示CE_2P3.5口，二路使能端display_2第二路显示key1P2.0口，一路投币按键flagcoin_1第一路投币标记key2P2.1口，一路确认按键flagcoin_2第二路投币标记key3P2.3口，二路投币按键flagyes_1第一路确认标记key4P2.2口，二路确认按键flagyes_2第二路确认标记程序中的主要子函数及说明如表4-2所示。表 4-2 主要子函数及说明子函数说明void delay_ms(uchar x)延时函数void Time_Init(void)定时器初始化函数void display(int da