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摘要:本文介紹了一種用單片機(jī)控制的干電池充電器的設(shè)計(jì)過(guò)程。該充電器基于Microchip公司的PIC12F683單片機(jī)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(yùn)用到充電控制中，詳細(xì)講述了其硬件和軟件的設(shè)計(jì)過(guò)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(hù)部門(mén)的一項(xiàng)重要工作，眾所周知，廢電池會(huì)對(duì)我們的自然環(huán)境造成很大的污染，而可對(duì)堿性干電池充電的充電器的使用，會(huì)大大減少?gòu)U舊電池的產(chǎn)生量，因?yàn)槠胀姵厝绻|(zhì)量合格，可以用該充電器進(jìn)行反復(fù)充電，且充電時(shí)間少節(jié)省耗電量。

經(jīng)過(guò)上個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，電池及其保護(hù)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(lái)越多，這一方面要?dú)w功于干電池的優(yōu)良特性，另一方面也是由于采用單片機(jī)控制的干電池可以降低系統(tǒng)復(fù)雜度和綜合成本。

本文所用的單片機(jī)為美國(guó)Microchip所生產(chǎn)的PIC系列的8位單片機(jī)。它是業(yè)內(nèi)首先采用RISC結(jié)構(gòu)的高性?xún)r(jià)比嵌入式控制器，其高速度，低電壓工作，低功耗，強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)能力，低價(jià)OTP技術(shù)，體積小巧等都體現(xiàn)了單片機(jī)工業(yè)的新趨勢(shì)。PIC單片機(jī)從覆蓋市場(chǎng)的角度出發(fā)，發(fā)展出三個(gè)層次系列多種型號(hào)的產(chǎn)品來(lái)滿足不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。

PIC單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)采取數(shù)據(jù)總線和指令線分離獨(dú)立的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。它的精簡(jiǎn)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(jī)高很多。PIC單片機(jī)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(xué)電池或物理電池的運(yùn)用過(guò)程中，充電器是其成功運(yùn)用的重要裝置，所以可充電池一出世，充電器便是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)槌潆娖鞯暮脡闹苯佑绊懙诫姵氐膬蓚€(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：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(méi)有得到長(zhǎng)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(rèn)的現(xiàn)實(shí)。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(shí)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(shí)間長(zhǎng)；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(shí)，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(guò)大，而隨時(shí)間并不按指數(shù)規(guī)律下降（常偏離制定曲線）。

后來(lái)，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(duì)電池進(jìn)行恒流或恒壓充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到一定程度，然后對(duì)電池進(jìn)行涓流充電；所謂三段式一般是首先對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，待電池電壓達(dá)到電壓閥值后轉(zhuǎn)化為第二階段，即所謂限壓充電階段，當(dāng)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(gè)重要事實(shí)，即充電電池并不是工作于理想狀態(tài)，每個(gè)電池都有自己獨(dú)特的個(gè)性，確切地說(shuō)每個(gè)充電電池都有自己有別于其它甚至是同類(lèi)電池的充放電曲線，該曲線甚至在充電過(guò)程中還是動(dòng)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(shí)上，每個(gè)電池在充電的任意時(shí)刻總存在一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)算法，通常稱(chēng)為"負(fù)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(kāi)發(fā)環(huán)境軟件包

Microchip公司為PIC系列單片機(jī)配備了功能強(qiáng)大的的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境MPLAB,可以通過(guò)網(wǎng)上下載和光盤(pán)發(fā)行兩種方式為用戶免費(fèi)提供。使能在自己的微機(jī)系統(tǒng)上對(duì)PIC系列單片機(jī)進(jìn)行程序的創(chuàng)建，錄入，編輯以及匯編，甚至還能實(shí)現(xiàn)程序的模擬運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)試之類(lèi)的虛擬實(shí)戰(zhàn)演練，并且調(diào)試的方式可以采用連續(xù)運(yùn)行，單步運(yùn)行，自動(dòng)單步運(yùn)行，設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行等多種運(yùn)行方式。MPLAB的功能非常豐富。

2.1MPLAB軟件介紹

MPLAB是一個(gè)集成了多種單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)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(jiǎn)要介紹如下：

（1）ProjectManager（工程項(xiàng)目管理器）

工程項(xiàng)目管理器是MPLAB的核心部分，用于創(chuàng)建和管理工程項(xiàng)目，為開(kāi)發(fā)人員提供自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便的符號(hào)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(qiáng)的符號(hào)代表和表識(shí)）調(diào)試工作平臺(tái)。

（2）MPLABEditor（源程序編輯器）

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

（3）MPASMAssembler(匯編器)

用于將匯編語(yǔ)言源程序文件（.asm）匯編成機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序文件（.hex）,并負(fù)責(zé)查找語(yǔ)法錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤等一些淺層次簡(jiǎn)單錯(cuò)誤。

（4）MPLAB-SIMSoftwareSimulator(軟件模擬器)

軟件模擬器是一種代替價(jià)格較貴的HardwareEmulstor（硬件仿真器）的調(diào)試工具，也是一種非實(shí)時(shí)，非在線的純軟件的調(diào)試工具。借助這個(gè)在微機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)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(lái)模方PIC系列單片機(jī)的指令的執(zhí)行和信號(hào)的輸入/輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶自編單片機(jī)源程序的模擬運(yùn)行，功能條適合深層次邏輯錯(cuò)誤檢查。因此可以說(shuō)，Microchip公司為學(xué)習(xí)和應(yīng)用PIC系列單片機(jī)的人們提供了一種虛擬的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境。對(duì)于單片機(jī)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，不用花錢(qián)也可實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊練的夢(mèng)想；對(duì)于單片機(jī)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，可以縮短開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本?？傊?，它是一種許多其它型號(hào)系列單片機(jī)很少配備的，性能價(jià)格比極高的程序調(diào)試工具。不過(guò)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(shū)的外圍模塊；它是不能幫我們查找目標(biāo)板上的電路錯(cuò)誤；三是他執(zhí)行速度慢而只能適合調(diào)試那些實(shí)時(shí)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(zhuān)門(mén)與ICD配合使用的支持程序。ICD是Microchip公司專(zhuān)門(mén)為PIC16F87X攝制的一種廉價(jià)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(kù)程序管理器，C語(yǔ)言編譯器，硬件在線仿真器的支持程序，目標(biāo)程序燒錄器的支持程序，運(yùn)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(jìn)行充電的電池大多都為鎳鉻充電電池，一般認(rèn)為干電池是不可充的。但是只要我們根據(jù)干電池的特點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行必要的控制，干電池也是可重復(fù)進(jìn)行充電的，不僅節(jié)約了資源，也對(duì)環(huán)境的保護(hù)起到一定的作用。

3.1.1堿性干電池的特點(diǎn)

在日常生活中，我們最常用的電池為堿性干電池。在使用過(guò)程中，電池電壓會(huì)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(wú)法繼續(xù)使用。因此在電量不足時(shí)，干電池便無(wú)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(shí)驗(yàn)證明，只要掌握以下幾點(diǎn)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(huì)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(huì)更好。

3.2硬件電路設(shè)計(jì)

它的特點(diǎn)是以硬件實(shí)體來(lái)體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果。如課題要求用單片機(jī)來(lái)控制干電池充電器，這個(gè)充電器就是畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果。

3.2.1設(shè)計(jì)思想

干電池的充電器非常簡(jiǎn)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(jì)時(shí)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(gè)電路只需要很少的程序代碼，并且可以用簡(jiǎn)單的模擬電路實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)優(yōu)良的干電池充電器應(yīng)該是安全的，也就是說(shuō)，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(shuō)，某個(gè)廠商的干電池可以承受的最大連續(xù)過(guò)充電電壓為4.75V，那么一個(gè)優(yōu)質(zhì)的充電電源就會(huì)將最大輸出電壓限定在4.75V電池另外一個(gè)優(yōu)良的特性是對(duì)充電電流的大小沒(méi)有固定限制。

本硬件主要由PIC12F683單片機(jī)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。