基于AVR單片機實現(xiàn)智能型充電器電源的設計與研究

馬 巖，陳 穎，陸繼巖，劉 鵬

(黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學院，黑龍江齊齊哈爾，161000)

1 前言

電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法來實現(xiàn)快速、安全地充電。因此，需要對充電過程進行更精確地監(jiān)控(例如對充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時間，達到最大的電池容量，并防止電池損壞。因此，智能型充電電路通常包括了恒流/恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測電路、電池溫度檢測電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。其框圖如圖1所示:

圖1 智能充電器基本框圖

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 液晶顯示模塊接口電路的選擇

單片機與液晶顯示模塊之間的連接方式分為直接訪問方式和為間接控制方式兩種。如圖2所示是間接控制方式。其中，左為單片機，右為液晶顯示模塊。

圖2 間接控制方式電路圖

間接控制方式是單片機通過自身的或系統(tǒng)中的并行接口與液晶顯示模塊連接。單片機通過對這些接口的操作，以達到對液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點就是電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)高速單片機與液晶顯示模塊的接口。電路圖如圖2－2所示。在圖中以P1口作為數(shù)據(jù)口，P3.4 為 CSA，P3.3 為 CSB，P3.2 為使能端，P3.1為R/W和P3.0為D/I信號。電位器用于顯示對比度的調(diào)節(jié)。

通過比較再結(jié)合本次設計的實際條件，由于Atmega16L芯片［1］沒有 WR、RD 管腳，而且為了使電路簡單且方便軟件實現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來設計LCD顯示電路。

2.2 硬件電路主要芯片

2.2.1 ATmega16L 主要引腳說明

以下是ATmega16L的引腳配置:

圖3 ATmega16L芯片引腳

2.2.2 Atmega16L 的存儲器

AVR結(jié)構(gòu)有兩個主要的存儲空間:數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間。此外，Atmega16L還有一個EEPROM存儲器以保存數(shù)據(jù)。這三個存儲器都為線性的平面結(jié)構(gòu)。

2.2.3 Atmega16L 的時鐘電路

單片機的時鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時序，其連接電路如下圖4所示:

XTAL1與XTAL2分別為用作片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入和輸出。考慮到其最大頻率不超過8MHz，這里選用的晶振為7.3728MHz。

圖4 晶體振蕩器連接圖

2.3 LCD 液晶顯示

在本模塊中，每個漢字的大小是16×16點陣，而每個字符的大小是8×16點陣，即字符的寬度為漢字的1/2。它們都是以二維數(shù)組的格式存放在ROM中。向液晶模塊顯示一個漢字的過程就是:由液晶屏顯示區(qū)的指定字符行的指定列開始，連續(xù)輸出該字符對應的字符庫中的16個列數(shù)據(jù)，如果是顯示字符，則輸出8個列數(shù)據(jù)即可。

2.4 電源電路設計

在本次的設計中，要供電給mega16和LCD顯示模塊兩部分，而一個LM7805［2］的輸出電流不足，所以打算將mega16和顯示模塊分別供電，所以實際電路中用到了兩片7805。下面就一個電源電路給出設計方案，另一個同樣原理。

圖5 5V的電源電路設計原理圖

2.5 硬件電路總體設計

經(jīng)過對以上對 ATmega16L 芯片［4－7］的端口、存儲器、時鐘電路和LCD液晶顯示等原理的介紹后，現(xiàn)在就可以完成對這部分硬件電路的設計了，再結(jié)合前面的分析，采用間接訪問方式實現(xiàn)單片機與液晶顯示模塊之間的連接。LCD模塊的8位數(shù)據(jù)線接在了Atmega16L芯片B口的8位數(shù)據(jù)線上，這里用了一個74LS24作為鎖存器使它們間接連接在一起。LCD 的 EN、D/I、CS1、CS2、R/W 分別連接到PA3～PA7上，其詳細連接見下圖6所示:

3 系統(tǒng)的軟件設計

為了方便程序的設計，使自己在設計過程中做到思路清晰，設計起來游刃有余，這里首先畫出了程序流程圖，如圖7。主要內(nèi)容是在充電器的充電過程中，采集參數(shù)，進行電壓、電流、溫度的實時顯示。

圖6 硬件接線圖

圖7 主程序流程圖

這次設計采用的液晶顯示模塊［3］本是由北京精電公司所造的圖形式的MGLS－12864芯片，其用一片KS0107B或兼容驅(qū)動器(HD61203)作為行驅(qū)動器和三片KS0108B或兼容驅(qū)動器(HD61203)作為列驅(qū)動器組成的。液晶顯示界面如圖8所示:

圖8 LCD界面顯示

液晶顯示的第一行為“智能型充電器”［8］，由左起第四列開始顯示，這樣正好左右平均分配。第二行左起頂格顯示“電池”，表示對充電電池的選擇，可進行“鋰電、鎳鎘、鎳氫、鉛酸”四種電池的選取，第三行顯示電池的節(jié)數(shù)，第四行顯示狀態(tài)，可以在“快充、涓充、充滿、放電”四個選項間進行選取，第二行到第四行左起分別顯示電壓、電流和溫度數(shù)值。由此可見，左邊的兩選項在充放電的過程中是不變的，而右邊的三個參數(shù)在充電過程中隨時發(fā)生變化。

4 結(jié)論

本設計對充電器電源軟硬件設計給出合理化方案，快速充電算法和片內(nèi)EEPROM可用于存儲電池信息，實現(xiàn)了充電參數(shù)易修改。雖然滿足了設計的任務和要求，但要做得十分完美，還要對電路進行進一步的改進和提高。

［1］ 金春林、邱慧芳編著.AVR系列單片機C語言編程與應用實例.清華大學出版社，2003

［2］ 夏路易、石宗義編著.電路原理圖與電路板設計教程.北京希望電子出版社，2002

［3］ 圖形液晶顯示模塊使用手冊(第二版).北京精電蓬遠顯示技術(shù)有限公司.

［4］ 郭永貞主編.數(shù)字電子技術(shù).西安電子科技大學出版社，2000.

［5］ 吳國經(jīng)主編.單片機應用技術(shù).中國電力出版社，2004.

［6］ 徐泳龍主編.單片機原理及應用，機械工業(yè)出版社，2004.

［7］ 陸坤、奚大順等編著.電子設計技術(shù).1997.

［8］ 盧勝利主編.智能儀器設計與實現(xiàn).重慶大學出版社，2003.