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摘要:本文介紹了一種用單片機控制的干電池充電器的設(shè)計過程。該充電器基于Microchip公司的PIC12F683單片機為控制核心，將PIC12F683特有的模擬電路模塊、高精度A/D轉(zhuǎn)換、以及高速PWM等功能運用到充電控制中，詳細講述了其硬件和軟件的設(shè)計過程.

Abstract:Thistextintroducedthedesignprocessofadrybatterychargerforwithmachineofsinglechipmicrocomputercontrolling.Thatcharger''''scoreisbaseonMicrochipcompany''''ssinglechipmicrocomputerofPIC12F683,specialemulationelectriccircuitmoldofPIC12F683piece,highaccuracyA/Dconversion,andsuper-speedPWMetc.functionmakeuseofingrefreshinginthecontrol,detailedlyrelatingitshardwarewithsoftwareofsingleslice.

KeyWords:Alkalinedrybattery

前言

隨著便攜式設(shè)備不斷小型化、輕量化和高性能化，作為其電源的二次電池的使用率日益提高。

如今，廢舊電池的處理已日益成為環(huán)境保護部門的一項重要工作，眾所周知，廢電池會對我們的自然環(huán)境造成很大的污染，而可對堿性干電池充電的充電器的使用，會大大減少廢舊電池的產(chǎn)生量，因為普通電池如果質(zhì)量合格，可以用該充電器進行反復充電，且充電時間少節(jié)省耗電量。

經(jīng)過上個世紀的發(fā)展，電池及其保護電路技術(shù)日趨成熟，如今應(yīng)用在很多應(yīng)用領(lǐng)域，采用干電池作為電源的產(chǎn)品越來越多，這一方面要歸功于干電池的優(yōu)良特性，另一方面也是由于采用單片機控制的干電池可以降低系統(tǒng)復雜度和綜合成本。

本文所用的單片機為美國Microchip所生產(chǎn)的PIC系列的8位單片機。它是業(yè)內(nèi)首先采用RISC結(jié)構(gòu)的高性價比嵌入式控制器，其高速度，低電壓工作，低功耗，強大驅(qū)動能力，低價OTP技術(shù)，體積小巧等都體現(xiàn)了單片機工業(yè)的新趨勢。PIC單片機從覆蓋市場的角度出發(fā)，發(fā)展出三個層次系列多種型號的產(chǎn)品來滿足不同的產(chǎn)品設(shè)計需求。

PIC單片機總線結(jié)構(gòu)采取數(shù)據(jù)總線和指令線分離獨立的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。它的精簡指令集結(jié)構(gòu)(RISC)基本上使它所有得知另都是單字節(jié)，因此其程序空間的效率比一般單片機高很多。PIC單片機已經(jīng)是世界上最具有影響力的嵌入式微控制器之一。

1.3充電技術(shù)概述

在可充化學電池或物理電池的運用過程中，充電器是其成功運用的重要裝置，所以可充電池一出世，充電器便是個關(guān)鍵問題，因為充電器的好壞直接影響到電池的兩個重要技術(shù)指標：1）可充電池的使用容量；2）可充電池的循環(huán)使用次數(shù)，即使用壽命。然而直到六十年代以前充電器技術(shù)并沒有得到長足發(fā)展，普遍采用的方法主要是恒流或恒壓充電方法，并且其充電效果是不得不承認的現(xiàn)實。這種狀況直到六十年代Mascc博士基于最低出氣率可充曲線

恒流充電時其起始充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，充電時間長；而在充電后期，最終的充電電流又總是高于電池可接受的程度，因而電池內(nèi)部氣體析出率不斷增加，到充電結(jié)束時，所有充電電流全部供給氣體析出，電池內(nèi)部電壓迅速增加，電池溫度也隨之迅速上升，造成每次充電電極上都有活性物質(zhì)脫落，從而大大降低了電池的壽命。

限壓充電則是在充電初期，電池電壓與充電電壓相差太大致使充電電流過大，而隨時間并不按指數(shù)規(guī)律下降（常偏離制定曲線）。

后來，根據(jù)Mascc曲線，又提出了所謂的兩段式，三段式或更多段式充電。所謂兩段式充電指首先對電池進行恒流或恒壓充電，當電池電壓達到一定程度，然后對電池進行涓流充電；所謂三段式一般是首先對電池進行恒流充電，待電池電壓達到電壓閥值后轉(zhuǎn)化為第二階段，即所謂限壓充電階段，當充電電流小到某種程度后轉(zhuǎn)化為第三階段，即涓流充電。

綜上所述盡管已經(jīng)有了多種充電方法，而且也有一定的效果，然而大多忽略了一個重要事實，即充電電池并不是工作于理想狀態(tài)，每個電池都有自己獨特的個性，確切地說每個充電電池都有自己有別于其它甚至是同類電池的充放電曲線，該曲線甚至在充電過程中還是動態(tài)變化的，這就意味著好的充電控制模式應(yīng)該是變化的，而且應(yīng)該與電池的充放電曲線變化一致才是最佳的。事實上，每個電池在充電的任意時刻總存在一個最佳的充電電流和充電模式的。在判別電池是否充足電方面，目前有兩種標準算法，通常稱為"負電壓法"（-ΔV）和"溫度法"（ΔT）。要使用這兩種算法，充電電流必須不小于0.2C，這樣才能夠讓電池產(chǎn)生顯著的溫升或者電壓降，從而判別充電效果。

第2章MPLAB集成開發(fā)環(huán)境軟件包

Microchip公司為PIC系列單片機配備了功能強大的的軟件集成開發(fā)環(huán)境MPLAB,可以通過網(wǎng)上下載和光盤發(fā)行兩種方式為用戶免費提供。使能在自己的微機系統(tǒng)上對PIC系列單片機進行程序的創(chuàng)建，錄入，編輯以及匯編，甚至還能實現(xiàn)程序的模擬運行和動態(tài)調(diào)試之類的虛擬實戰(zhàn)演練，并且調(diào)試的方式可以采用連續(xù)運行，單步運行，自動單步運行，設(shè)置斷點運行等多種運行方式。MPLAB的功能非常豐富。

2.1MPLAB軟件介紹

MPLAB是一個集成了多種單片機應(yīng)用開發(fā)工具軟件與一體的，功能完備的軟件包。其中的5種工具軟件簡要介紹如下：

（1）ProjectManager（工程項目管理器）

工程項目管理器是MPLAB的核心部分，用于創(chuàng)建和管理工程項目，為開發(fā)人員提供自動化程度高，操作簡便的符號化（屏幕上的指令，指令地址，常數(shù)，變量，寄存器等均用表義性和可讀性很強的符號代表和表識）調(diào)試工作平臺。

（2）MPLABEditor（源程序編輯器）

源程序編輯器是一個全屏幕文本編輯器，用于創(chuàng)建和修改匯編語言源程序文件。源程序文件以純文本格式保存，其文件擴展名為".asm"。

（3）MPASMAssembler(匯編器)

用于將匯編語言源程序文件（.asm）匯編成機器語言目標程序文件（.hex）,并負責查找語法錯誤和格式錯誤等一些淺層次簡單錯誤。

（4）MPLAB-SIMSoftwareSimulator(軟件模擬器)

軟件模擬器是一種代替價格較貴的HardwareEmulstor（硬件仿真器）的調(diào)試工具，也是一種非實時，非在線的純軟件的調(diào)試工具。借助這個在微機系統(tǒng)上運行的工具軟件，我們可以不需要任何額外的附加硬件，僅用軟件的手段，來模方PIC系列單片機的指令的執(zhí)行和信號的輸入/輸出，從而實現(xiàn)對用戶自編單片機源程序的模擬運行，功能條適合深層次邏輯錯誤檢查。因此可以說，Microchip公司為學習和應(yīng)用PIC系列單片機的人們提供了一種虛擬的實戰(zhàn)環(huán)境。對于單片機初學者來說，不用花錢也可實現(xiàn)邊學邊練的夢想；對于單片機開發(fā)者來說，可以縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本?？傊?，它是一種許多其它型號系列單片機很少配備的，性能價格比極高的程序調(diào)試工具。不過他也存在一定的局限性：一它不能模擬PIC16F87X片內(nèi)少數(shù)的功能圖書的外圍模塊；它是不能幫我們查找目標板上的電路錯誤；三是他執(zhí)行速度慢而只能適合調(diào)試那些實時性要求不高的程序。

（5）MPLAB-ICDDebugger(在線調(diào)試工具ICD的支持程序)

這是一種專門與ICD配合使用的支持程序。ICD是Microchip公司專門為PIC16F87X攝制的一種廉價在線調(diào)試工具套件。另外，還包含一些其它軟件。例如：程序模塊連接器，庫程序管理器，C語言編譯器，硬件在線仿真器的支持程序，目標程序燒錄器的支持程序，運行于DOS操作系統(tǒng)下的匯編器等等。

3.1關(guān)于干電池的充電器

我們平常所用的可進行充電的電池大多都為鎳鉻充電電池，一般認為干電池是不可充的。但是只要我們根據(jù)干電池的特點對它進行必要的控制，干電池也是可重復進行充電的，不僅節(jié)約了資源，也對環(huán)境的保護起到一定的作用。

3.1.1堿性干電池的特點

在日常生活中，我們最常用的電池為堿性干電池。在使用過程中，電池電壓會逐漸下降，在降低到一定程度后，即使電池容量還有剩余，電池也無法繼續(xù)使用。因此在電量不足時，干電池便無法使用。

3.1.2可再充干電池的條件

從理論上講，干電池是不可以充電的。但多年的實驗證明，只要掌握以下幾點要素，干電池的充電再循環(huán)使用是完全可行的。

（1）、電池不要太虧電：端電壓不低于1.3V，短路電流不低于300mA，太虧電會使內(nèi)阻增加，產(chǎn)生熱。

（2）、充電電流控制在一定的范圍之內(nèi)。

（3）、選擇正規(guī)廠家做工好的電池，效果會更好。

3.2硬件電路設(shè)計

它的特點是以硬件實體來體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計的成果。如課題要求用單片機來控制干電池充電器，這個充電器就是畢業(yè)設(shè)計的成果。

3.2.1設(shè)計思想

干電池的充電器非常簡單，那些用于鎳基電池的充電控制電路、充電算法、電流調(diào)節(jié)電路和計時器都不再需要。干電池充電器，不論是線性工作方式還是脈沖工作方式，這個電路只需要很少的程序代碼，并且可以用簡單的模擬電路實現(xiàn)。

一個優(yōu)良的干電池充電器應(yīng)該是安全的，也就是說，充電電源供給充電控制電路的最大電壓不能超出干電池的安全電壓范圍。譬如說，某個廠商的干電池可以承受的最大連續(xù)過充電電壓為4.75V，那么一個優(yōu)質(zhì)的充電電源就會將最大輸出電壓限定在4.75V電池另外一個優(yōu)良的特性是對充電電流的大小沒有固定限制。

本硬件主要由PIC12F683單片機和可調(diào)節(jié)電流的外接電路，電源電路等幾部分外圍電路組成。