摘要
随着移动通信技术的快速发展，智能手机已经全面普及，很多人都成了手机的重度使用者。因为手机在人类的生活中，不仅是一个简单的电子设备那么简单，它拥有着非常重要的作用。因此，为了能够保证手机的电量能够得到良好的供应，普通的手机充电器已然不能达到我们想要的充电效果。所以本设计实现了一种应用于手机的智能充电器，它以AT89C52单片机为核心与MAX1898智能充电芯片相配合，能够带来预充电、快速充电、稳压充电的功能；设计目的不但达到了使充电过程变的智能化，而且通过6N137光电耦合器的作用下，能够及时地中断对MAX1898芯片的供电，让电池的使用寿命得到了保护并且达到了节能减耗的目的。此手机智能充电器可以给手机提供更加安全、有效的充电，并且充电性能十分的稳定。
关键词：AT89C52；单片机；手机充电器；MAX1898
第一章前言
1.1课题研究的背景意义
目前，现在的通信技术非常成熟，智能手机已经成为人们现实生活中不可缺少的一个“角色”。目前，智能手机能被我们用来做许多事情，例如：上课学习、通话聊天、聆听歌曲等。但是，手机在给我们生活带来便利性和娱乐性的同时，也给我们带了些“小烦恼”。因为现在的智能手机屏幕设计的一代比一代大，耗电的速度随之上升，而且很多人对手机也有很强的依赖性，根据一项成年人对手机依赖程度的调研成果展示，外出一定要带着手机的人群占75%，有30%的人表示会经常在用餐入睡之前和上厕所的时候使用手机，清晨醒来直接打开手机看消息的人群占43%，还有75%的人群在没有话题或者在聚会场合选择看手机。如果说手机在某一时刻不能正常实用的话，将会直接影响到个人的工作和生活。尤其是我们当下正处在万物互联的时代，没有了手机的支持，大多数人出门都会受到很多不便。在正常使用的情况下，手机在正常使用的过程中电池能够获得足够的电量供给；在人们外出的情况下，由于电池的容量是有限的，而且也不能够及时找到合适的充电场所和充电设备，这是导致手机无法正常使用的最常见问题。然而，在我们的实际生活中，绝大多数人在使用智能手机的过程中，几乎都面临着一天一充或者一天两充甚至一天多充的情况。这将会导致人们很难做到按照标准的时间和程序充电，不能遵守用尽充足的原则，从而缩短了我们的手机电池寿命的使用寿命。
目前，现在商场上的手机充电器品牌种类繁多，品质也不能够有保证，某些产品会在电器的电容、充电安全保护、充电效果等方面发生安全隐患，以上问题都会减少到电池的使用时间，还会使手机的使用体验受到影响，情况恶劣的还会发生电池爆炸，威胁到人身安全。从而市场对性价比高，规格小巧便携并且安全性高的产品需求更加多了。电池充电技术的不竭成长使充电算法更加令人难以琢磨，不但充电性能效果要好，还要保证安全性和充电的速度。对于监管整个充电的过程来说，精确度的要求大大提高，既需要让电池充到最大的容量，又需要保证充电效率，防止电池受到损害。从近年来看，锂离子电池的成长还是十分迅猛的，锂离子的技术已经达到很高的标准，电池的充电水平同样在跟着进步，从而推动了手机充电器技术的一直进步和改善。
综合对上述问题和现象的理解，制定了一个通过将单片机技术与智能充电芯片技术相结合的方案。AT89C52型单片机成本低、封装大、上手简单、容易控制，MAX1898型智能充电芯片的性能稳定可靠，具有强大的功能，通过将两者搭配应用，能够充分体现出手机智能充电器的意义。为了使手机充电器更加便携、外观更加小巧，本设计简化了充电器的外围的电路，减少了它的质量以达到设计目的。
1.2国内外研究现状
需求随着科技的进步也在慢慢地改变，市场需求的增长是技术投资的原动力，手机智能充电器市场亦是如此，目前各大制造商正在向着更加先进的方向发展以实现充电器的智能化、科技化、安全化。智能手机目前绝大多数都是采用锂电池作为电源设备，与镍氢电池相比有着很大的优势，所以在锂电池充电系统投入的研究精力远远大于镍氢电池。
1.2.1国内研究现状
我们国家是一个手机使用大国和消耗大国，每年都会售卖和损耗大量的手机充电器资源，相比于海外来说，本国在电池充电技术层面的研究投入还是比较少的。近年来，我们国家一直提倡要从制造向智造转变，再加上目前国家大力发展新能源，中国市场对锂电池充电器的需求正在快速扩大。在目前的智能手机领域，锂电池已经完全取代镍氢等电池，根据《中国移动互联网发展报告(2020)》可以非常明显地了解到，我国移动端4G用户数量高达12.8亿户，远远多于全世界的平均水平，再加上中国对于5G基站的大力建设，智能手机的使用者以后还会有继续增长的趋势。由此项数据可见，智能手机领域对于智能充电器的需求将会稳步增长。
在我国许多高校是作为高新科技研究的先行军，在手机电池充电器技术领域也是这样。目前，我国很多工科类专业实力较强的高校，例如南航、清华、北航等。在学校有研究理论和实操的经验基础上，再与相关的企业强强联合，共同研发合作，最终达到实现实验成果的目的。在高等院校之中，比较具有代表性贡献的有北京理工大学的蓄电池研究团队研发的EQ7200HEV蓄电池管理模块。在我国的浩瀚企业之中，比较具有代表意义的有比亚迪公司研发的锂电池智能充电系统，目前已经达到世界领先水平。当下来看，国内在锂电池充电系统领域研发的侧重点偏向于如何更加良好的对充电温度的控制、电压及电流的检测、电池损耗容量的测算、充电时合理调控合适的电源的电流电压等创新点。
鉴于目前通过运用单片机来开发手机智能充电器系统的技术越来越成熟稳定，成本相对于其他硬件来看比较便宜，操作通俗易懂，在科技时代的今天，越来越多的产品用来被开发和推广使用。我国的苏全卫和其团队成员共同设计的基于AT89C52单片机开发的系统，此次设计的系统主要方向是智能的呈现出充电途中的电池的电流、电压、温度和其他一些比较重要的实时数据。与此同时，该设计还将通过自身电池管理系统的功能，非常有效的延长了电池的使用时间。他们所设计的系统优点在于系统的功能强大，拥有良好的人机交互界面，但是因为功能模块比较集中，带来的缺点是维护成本比较贵。我国在充电领域的一些研究状况如下表1.1所示：
1.2.2国外研究现状
国外对于手机智能充电器的研究也没有放慢脚步。
法国的SunPartner公司正在研究太阳能充电屏幕技术，手机屏幕就作为了充电器使用。他的设计原理是把太阳能电池嵌入手机屏幕上，通过‘Wysips’技术进行能源转换——光能转换为电能。其中包含任何光源，不仅太阳光能够被利用，而且连电灯的光也能被其所利用。通俗来讲，这个‘Wysips’技术是在屏幕内部安装太阳能电池板，通过喷涂厚度不高于100微米的涂层，让其吸收太阳能发生转换给手机提供电能，在光照充足的情况下，只要被太阳光照射1个小时就能让手机打电话30分钟。而且这类涂层喷涂在手机屏幕内部也不会干扰到屏幕的正常使用和触控；反之，还可以把屏幕清晰度提高。现在这个设计的应用成本相对低廉，运用到客户手机上只要花费2.3美元。
Cypress是USB-C市场的领头羊，近期此公司宣布其研发产品已经通过高通QC4的技术认证，能够加快现在智能手机的充电速度，是同行业内第一批通过此技术认证的产品之一。其特点如下表1.2所示：
1.3本文主要研究和章节安排
给手机电池使用适合的充电器设备并且能够拥有智能化的控制系统，不仅需要根据手机所用电池的特性设计合适的充电电源，还要合理地挑选适用的单片机芯片，为了能让充电的过程达到安全、有效、智能化的目的，还需要针对本课题设计出一个合理的单片机控制电路。
本文的主要构思：
第一章是前言部分，这个部分主要叙述了课题研究的背景意义、对比有关本设计我国和国外研发的情况、本文的研究方向。
第二章是方案选择部分，这个部分主要内容是为了挑选符合本设计适用的充电控制芯片，对SMC401、MAX1898、MAX1785这三种常见和常用的充电芯片进行对比和讨论，选出一种符合的芯片对其进行详细的研究和介绍；再对本文所用的单片机AT89C52芯片进行详细介绍。
第三章是硬件系统的设计部分，这个部分主要内容是对硬件电路进行设计，设计要求要符合本课题的主旨，达到智能充电器的要求。
第四章是软件系统的设计部分，这个部分主要内容是对每一个部分的流程图设计和介绍。
第五章是调试和仿真部分，这个部分主要内容是对硬件模拟电路进行仿真和调试。
最后是结束语部分，这个部分主要是对全文的总结和设计感受。
第二章系统总体方案设计
2.1方案设计要求
因为现在市面上的智能手机的充电器还是缺少智能控制，存在一些缺点，根据这个现象设计出一款基于单片机的手机智能充电器。具体的设计要求[6]如下所示：
（1）从性价比考虑出发，本设计的充电器成本要合理不能太高。
（2）通过单片机和相关智能充电芯片实现充电控制的智能化。
（3）硬件电路的组建需要符合操作简单、运行可靠的原则。
（4）能够拥有智能的功能：预充电、充电保护、断电和报警。
（5）能够拥有良好的充电速率，充电能达到90%并且不会过度充电。
2.1.1方案设计模块组成
关于本设计研究的智能充电器大体模块结构如图2.1所示。它们分别由单片机芯片、充电芯片、光电耦合器以及蜂鸣器等组块构成。
2.1.2充电器智能化的概念
智能充电器的概念如下表2-1所示：
2.2充电控制芯片类型
当下锂电池在更新进步的同时充电技术也没有停滞不前，也在跟着锂离子技术一起更新。然而谈到充电器就可以联想到电压比较法，因为现在的市面上生产价格比较便宜的充电器许多都是利用这个原则，例如我们最熟悉的万能充电器。这种类型的充电器在给手机电池充电的过程中，最多只能够充到电池实际容量的90%，在这之后就会对手机电池进行涓流充电也就是通过利用很小很小的电流对电池继续充电。这种设定的作用就是为了阻止电池过度充电的问题出现，但是每当充到90%的时候此时的万能充的LED灯就会变绿，我们会误认为电池已经充满电可以停止充电，然而电池真正的充电电量只达到了90%。在一般情况下，90%的电量也是理论的数值，不一定每次都能准确到达这个精度。
当今科技水平发展飞快，就拿国产智能手机来说，现在已经做到一年发布4到6部新机器，电池的容量也随着手机屏幕的变大而增大。手机厂商们通过使用复杂的充电算法来达到减少充电时间并且保证安全充电的目的。市面上被用来作为控制充电器充电的芯片种类也特别的多，充电芯片的选型参数有：电池适用种类、充电电池适用数量、电池的供电方式（快充或者慢充）、电压值等等。以下列出了我们比较常见和常用的智能充电控制芯片类型，见表2.2所示。
以上表格的充电控制芯片在控制电路、充电性能、芯片价格方面都不相同，通过下面所做的这几项研究我们可以从结果当中得出具备最容易体现快充功能和充电安全系数最高的一种芯片。
2.2.1 SMC401智能充电控制芯片
SMC401芯片主要在手机电池领域运用比较广泛，充电控制范围是对锂聚合和锂离子这两种类型的电池进行控制。SMC401的优点在于功能较多、拥有强大的性能，可以用来实现预充电、快充、慢充等充电方式。不仅如此它还能够对电路进行实时的充电保护，所以这种芯片运用范围非常的广泛。因为SMC401芯片能够保持充电过程中电流和电压相对稳定，非常符合所用电池的充电数据，并且假设电池出现特殊状况，例如过放，SMC401能够通过自身维护的方法对电池进行保护。这种特性不但可以让电池电量充足，而且还能够增长电池的耐用性。
2.2.2 MAX1898智能充电控制芯片
MAX1898芯片首先从上手难度和价格方面来看，MAX1898芯片操作起来简易方便，安全系数高，价格亲民。它自身外部的PNP和PMOS这两个晶体管的作用也不可小觑。不但可以组建简单易懂的单节锂离子电池充电器，还能够提高充电效率。MAX1898芯片可以通过利用自身的电流调节器来把控电流的大小，一旦发现输入的电流超过我们设置好的规定值时，它就会通过平衡充电和输入电流的大小用来确保充电电路不会被损坏。MAX1898芯片能给快充和满充的过程带来高精度的数值调节，调节电压精度范围在正负0.75%之间。这种功能能够很好的发挥出电池自身的性能，还可以使电池的使用寿命得到延长。
设t为充电时间与定时电容之间的联系可以用下列公式表达：
充电电流I和与限制电流之间的联系可以用下列公式表达：
2.2.3 MAX1758智能充电控制芯片
MAX1758芯片和MAX1898芯片都是由X的Maxim公司研发出来的，所以它们之间有很多的共同点。例如芯片性能比较相似，都能对锂离子电池进行充电控制。MAX1758芯片的特点在于可以对充电时的温度、电流和电压等数据实时进行检测，它的外部电路和MAX1898芯片相比显得更加复杂，这也决定了这块芯片的主要用途还是适合更加高级的设备，如果用在这里就会显得有点大材小用。
2.2.4芯片选择和总结
综合以上三种芯片的详细对比，可以总结出以下内容，见表2.3所示。
所以本设计确定选择MAX1898智能充电控制芯片来给充电器设计使用。MAX1898芯片实物图如图2.2所示。
图2.2 MAX1898芯片实物图
MAX1898芯片的具体特点有：
（1）能够自动检测到输入电源信号。
（2）可以通过LED灯显示是否在充电状态。
（3）自身内部含有检流电阻。
（4）电压精度调节，调节精度非常高满足设计需求。
（5）封装采用uMax，尺寸参数较小。
（6）PNP和PMOS晶体管作为了调整原器件，价格便宜。
（7）充电方式为线性，更加简易安全。
（8）可以对充电时的电流进行编程，操作自由。
（9）输入电压的范围在4.5到12V之间。
上述关于MAX1898芯片的特点更加能证明这个芯片能够更安全、更有效的为锂离子电池进行充电控制。
2.3 MAX1898芯片介绍
MAX1898拥有10个引脚，uMAX封装设计使它的外形非常的薄，芯片的引脚布局如图2.3所示。
图2.3 MAX1898引脚分布
这10个引脚它们之间的各个功能如下表2.4所示：
2.3.1 MAX1898芯片充电原理
MAX1898芯片外形小巧、有很高的集成度，它的外部有P沟道场效应管和限流型充电电源与自身连接，保证了充电过程的安全性和效率性。芯片内部包含：
（1）主控制器
（2）定时器
（3）电流调节器
（4）电压检测器
（5）温度检测器
（6）电流检测器
电源电流能够被电流调节器控制。假设充电的电流超过设置的电流值时，电流检测器就能检测到并发送脉冲信号给电流调节器，从而让充电电流变低，对充电电流进行限制。这个功能带来的优势是电源输入电流要求变低，不仅节约了成本，而且还使设计电路难度变低。MAX1898芯片充电过程如图2.4所示。
图2.4 MAX1898芯片充电电路图
（1）电压输入。电压输入区间在4.5到12V之间，根据锂电池的特性选择的充电方式为恒电流电压充电，所以需要外接一个变压器才能满足这个要求。
（2）电压输出。通过外加一个场效应管来给锂电池安排一个充电的接口。
如果将电池装入充电器中，此时电池就会被感应到并且进入充电状态，对电池进行充电[5]。在正常状态下，充电的循环周期会在恒定的脉冲电流小于规定的快充电流的20%时，充电循环过程就会停止。此时MAX1898芯片就会主动感应到充电的电源，假设没有感应到电源，就会自行断电，以最大限度缓解电池放电的问题。进入快充阶段P型场效应管会被开启，如果电池的电压升高到满足规定的值时，P型场效应管开启的间隔会一次比一次短，此时会通过脉冲电流充电。充电状态停止以后，LED灯就会有规律性的闪动。
2.4单片机芯片选型和介绍
本设计选用的单片机型号为Atmel公司的AT89C52，此单片机非常符合设计需求。AT89C52是作为一个低电压并且拥有4K字节的FLASHROM，单片机是在一块芯片之上同时集成了CPU、ROM、RAM以及多种外围功能接口，具有体积小、价格便宜、功能性强、可靠性高、使用方便灵活等特点。以单片机作为核心设计各种智能化电子设备，设计周期短，节省设计成本，便于更新换代，维修起来很方便，已经成为了电子设计中最为普遍的应用手段。目前，单片机已经广泛运用于家用电器、办公自动化、智能产品、测控系统、智能接口、工业自动化、汽车电子和航空航天电子系统等领域。
2.4.1 AT89C52芯片管脚定义和说明
（1）VCC管脚（40）：接正5V电压电源。
（2）GND管脚（20）：接地管脚。
（3）P0端口。P0.0～P0.7（39～32）：P0端口作为一个双向的I/O端口。它的另外一种用处能够作为当访问外部的存储器ROM的过程中，可以几乎完全在一样的时间之下执行任务，从而被用来作为低8位地址和8位数据线。当处于正在给AT89C52芯片的程序编写和程序检验的过程中，这个时候被用来作为数据的输入或者数据的输出。P0端口还能够通过利用采取汲取电流的方法来启动8个LS型的TLL负载。
（4）P1端口。P1.0～P1（1～8）：P1端口作为一个双向的I/O端口。它的第二种功能是P1端口还能启动（吸取或输出电流）4个LS型TLL负载。当处于对EPROM进行编写程序和对程序进行校验的过程中，这个时候的P1端口只会接收低8位的地址。在单片机AT89C52芯片当中，P1.0端口还被用来作为定时器2的计数器触发的输入端口（T2），P1.1端口还被用来作为定时器2的外部控制端口T2EX[1]。
（5）P2端口。P2.0～P2.7（21～28）：P2端口作为一个双向的I/O端口。P2端口不仅能够启动（吸取或输出电流）4个LS型TLL负载，而且P2端口还有另外一种用处可以当访问外部存储器ROM的过程中，将会发送输出高8位地址。当处于对EPROM进行编写程序和对程序进行校验的过程中，这个时候的P2端口只会接收高位的地址。
（6）P3端口。P3.0～P3.7（10～17）：P3端口作为一个双向的I/O端口。P3端口不仅能够启动（吸取或输出电流）4个LS型TLL负载，而且P3端口自身的每一条引脚全部都拥有属于引脚自身的另一种功能。
（7）P0、P1、P2、P3这四个端口是单片机AT89C52芯片的并行I/O端口，这四个端口其中任何一个端口都含有8个引脚，加起来总共有32个引脚。这些引脚每一个都属于双向通道，也就是说这4个端口中其中任何一个I/O引脚都可以被用来作为输入和输出，并且能够独立应用。当I/O引脚被用来作为输入的时候，此时的数据能够被锁存；当I/O引脚被用来作为输出的时候，此时的数据能够被缓冲。P0、P1、P2、P3这四个端口每一个都拥有一个锁存器，这四个锁存器每一个都代表了不同的并且带有特别功能的寄存器，这些寄存器的地址分别是80H、90H、A0H、B0H。
P1端口和P3端口的管脚详细功能介绍如表2.5所示。
（8）RST管脚（9）：RST作为复为信号的输入端口。假设当这个输入端口能够维持24个振荡周期或者称为2个机械周期的高电平输入，这个时候就能够达成复位命令的功能。另一种功能叫做Vpd，也可以称为是备用电源的输入端口。如果主路供电电源发生问题导致无法正常提供电源，减少到设定的低电平的数值之下的情况下，Vpd在这个时候就会给芯片内部的RAM带来电源的备用供给，以此用来保护信息存放在RAM中永远不会因为故障导致没有电源而消失。
（9）ALE/PROG管脚（30）：ALE是用来作为地址锁存允许信号，在ALE处于发出的信号访问外部存储器的过程中，例如U盘、硬盘等，以此用来锁定存储通过P0端口发送出去的低8位的地址信号。当没有处于访问外部存储器的情况之下，ALE会通过以六分之一倍振荡频率的固定速率输出脉冲信号。所以ALE还可以被用来作为对于外面的输出的时钟。但是这个时候需要我们值得去关注的问题是，只要是外部连接了存储器，这个时候ALE端口输出的信号就已经不是连绵不断的并且具有周期性的脉冲信号了。PROG作为此管脚的第二项功能，它主要是用来对于AT89C52芯片内部EPROM编程的脉冲输入端口。
（10）/PSEN管脚（29）：这个管脚是外部的程序存储器ROM的读选通信号。当程序开始执行访问外部ROM命令的过程中，这个时候将会自动生成PSEN信号。但是，当访问访问外部的数据存储器RAM或者当访问内部的ROM的过程中，这个时候就不会自行生成PSEN信号。
（11）/EA/VPP管脚（31）：用作访问外部的存储器ROM的控制信号。如果在EA处于高电平的状态之下，然后这个时候访问内部的程序存储器ROM，但是这个时候的程序计数器PC的数值比0FFFH高或者比1FFFH高时，此时的EA就会自身主动变换为运行外部的程序存储器ROM之中的程序。如果当EA处于低电平的状态之下，这个时候EA无论内部的程序存储器ROM到底有没有，结果都只会来访问外部的程序存储器ROM。另一种功能VPP，它被用来作为单片机AT89C52芯片内部EPROM的编写程序的供电电源的输入，电源电压为21V。
（12）XTAL1管脚（19）/XTAL2管脚（18）：这两个端口当处于应用单片机AT89C52的内部振荡电路的状态下时，这个时候XTAL1和XTAL2两个端口被用来作为外接石英晶体或者被用来外接微调电容。但不一样的是，XTAL1和XTAL2两个端口不仅对于NMOS芯片的连接方法不一样，而且对于CMOS芯片的连接方法也不相同。单片机AT89C52芯片的管脚分布如下图2.5所示。
图2.5 AT89C52单片机芯片管脚分布图
第三章硬件电路的设计与介绍
3.1硬件电路主要元件
（1）关于MAX1898芯片和AT89C52芯片的相关详细内容可见第二章表2.4和2.6。
（2）由于还需要准备一个电压转换装置，将提供给充电器充电的正12V电压转成正5V电压，为此本设计采用LM7805三端稳压集成电路元件进行电压转变。以下为LM7805的介绍:
LM7805的外部元件非常少，因为它的稳压电源是通过三端IC来构成的集成电路。LM7805电路带有三个管脚：输出、输入和GND端口，电路自身带有保护措施，例如过热保护和过流保护等；因此在应用的过程中非常具有可靠性和简易性，并且购买价格比较实惠。LM7805其中数字78的含义为输出电压，所以LM7805的含义是正5V的输出电压，LM7805的实物如图3.1所示。
图3.1 LM7805芯片样品
（3）在硬件电路中，为了维护电路的稳定性和提高电路的抗干扰性，还要利用6N137光耦合器对电路进行调整。AT89C52芯片可以灵活控制6N137模块对电源进行断开，6N137的引脚定义如下表3.1所示。
图3.26N137光耦合器引脚图
6N137光电耦合器的实物如图3.3所示。
图3.3 6N137光电耦合器样品图
3.1.1硬件模块主要功能介绍
本设计智能充电器的硬件电路模块可以分成三大块，它们各自的功能全都不一样。它们的功能介绍如下表3.2所示。
3.2手机智能充电器的硬件系统设计
充电器的硬件电路原理结构如附录B所示。
3.2.1最小系统的电路设计
在我们认知的内容范围之中，AT89C52单片机的最小系统一般主要有五个部分来组成，这五个部分分别是C52单片机、时钟电路（晶振）、复位电路、供电电源和载入程序接口。我们拿单片机来说，单片机就可以被当做是集中了关于计算机联系紧密的最基础的电子元器件。它不但有着低廉的价格、规格较小、集成度高，而且功能性强、非常可靠。根据复位电路原理并结合本设计硬件电路要求，搭建了如下图3.4所示的复位电路。
图3.4复位电路图
其实最小系统中的时钟电路，它的最关键的元件就是晶振。时钟电路的主要运行任务是发出时钟信号，这是单片机运行的必要条件，也可以形象的把时钟电路称作是它的心脏。下面是时钟电路的原理图如图3.5所示。
图3.5时钟电路原理图
最小系统的意思就是作为单片机能够进行最基本启动的元器件组成，它的整体的硬件电路原理图如下图3.6所示。
图3.6最小系统整体电路原理图
3.2.2 MAX1898的电路设计
MAX1898芯片作为本设计的充电控制芯片，MAX1898的电压输入范围在4.5V～12V之间。通过MAX1898芯片外部的LED灯的明灭情况，可以了解到充电过程处于什么状态之中。有且只有锂电池正在处于预充电或者快、满充状态下，LED灯光才会亮起来；如果LED不亮，这个时候就代表着电池可能还没有装上或者已经处于充电完毕的状态；如果LED灯光以一定的频率并且有规律的闪灭，这个时候就预示着充电可能发生了故障，是报警的提示。
眼下市场上的充电器大都会采纳增大充电电流的方法来加速充电的时间。一旦电池充满电，如果不能按时的将电源切断，可能就会导致电池发热发烫，从而导致对电池过充，直接影响到电池的使用寿命。本设计主要是按照锂离子电池固有的特点使充电器与其完美配合以达到智能化充电功能的目标。下面将要介绍智能充电器的主要充电功能。
a.预充电
电池放置好以后，然后通上直流电源，电池将被充电器感应到，同时复位定时器，电池将会进入到预充电阶段，一般在这个过程当中实际的充电电流是充电器给定电流的十分之一[6]，之所以这样是为了让温度以及电池的电压能够恢复至正常的状态。外部的电容将会决定电池的预充时间长短，只要充电器可以进入到快速预充的过程，那么此时的电池温度以及电池的电压都会在预设的时间段内恢复到正常的状态；假设放置好的电池没能在预定的时间段之内恢复到正常的状态，那么就可以判定是这块电池已经受到损坏。
b.快充
恒流充电（快充），在充电的过程当中，充电器将会通过恒定值的电流对电池充电。电池充电需要依照它本身规定的充电速率才能在理想的时间范围内将电量充满。电池的温度以及电池的电压会跟随充电时间一直升高，升到规定的电压时才会停止并且迈入下一个功能阶段。其充电电路如图3.7所示。
c.满充
恒压充电（满充），当充电的电压满足事先设置好的电压值时，这个时候的电压就不会发生改变，这个时候的电流会伴随着以较大的坡度降低，充电器通过的电流会一直减少到规定值之下，使用很小的电流给电池补充电能。在这个过程当中，充电器自带的电压检测装置会对电池自身的阻值进行电压的测量。尽管在满充这个状态中电流在逐渐降低，使得电池自身的阻值和另外的串联电阻减小了给电池端电压带来的干扰，然而充电器的电压检测过程还是能被充电回路当中的串联电阻的压降给影响到。在正常的状态之下，电池的利用时间将被满充增加5%到10%。其充电电路原理如图3.8所示。
d.自动断电
MAX1898芯片会检测到电池是否充满，如果充满，芯片就会发出脉冲信号，C51单片机接收到以后就会进行判定并切断电源，在中断的情况下，假设充电的过程已经结束，此时的光耦6N137就会被单片机利用P2.0端口进行控制，MAX1898与LM7805之间的通电关系将被中断，不但使功耗得到了降低，而且电路和芯片的安全也得到了保护。如果电池自身发生问题，例如短路、断路等，此时电池无法继续充电，充电的过程能够被单片机终止并且发出报错提示电池发生问题。
e.报警
MAX1898芯片在检测到电量充满之后，LED灯在接收到MAX1898芯片的命令以后出现闪烁。然后MAX1898芯片会收到C52单片机的指令断电，接着蜂鸣器也会发出报警，此时代表电量充满能够拿出电池。
MAX1898充电控制芯片的硬件电路原理图如图3.9所示。
图3.9 MAX1898智能充电控制芯片相关电路图
3.2.3 6N137的电路设计
6N137光电耦合器是电源系统部分的最为重要的核心电子元件，6N137主要作用是用来做光电部分的变换，它的变化过程是：光变换为电，再从电变换为光。这个作用过程非常重要，可以使电信号的传导更加稳定，让光、电两种信号都不会相互影响，以此来达到本电路设计的要求。
供电电源的输出电压为正5V，电流通过引脚2（ANODE）端口直接流入6N137元件里，然后此时单片机AT89C52的输出电流通过引脚3（CATHODE）端口流入6N137元件中。在这之后由6N137内部安置的光敏二极管进行处理，最后依靠MAX1898充电控制芯片来维护电源电路的安全性，以此来保证充电过程的稳定性和可靠性。以下图片为6N137光电耦合器的相关电路原理图，见图3.10所示。
图3.10 6N137光电耦合器相关电路原理图
3.2.4报警电路的设计
报警电路部分一般主要通过蜂鸣器、三极管和电阻器构成。主要的参数设置有电流、电压、驱动方法等，主要通过晶体管的特点（饱和、截止特性）组成并且实现开关电路。假设端口P2.0作为低电平输入的时候，晶体管正向偏置被导通，这个时候蜂鸣器就开始工作发出警报声。假设P2.0作为高电平输入时，晶体管就会出现反向偏置不被导通，蜂鸣器不工作，就不能发出报警。蜂鸣器的报警电路原理图如图3.11所示。
图3.11报警电路原理图
第四章软件系统的设计与介绍
4.1软件系统总体流程设计
软件系统的设计主要的重心点在于理清良好的逻辑关系，非常清楚的了解每一个模块的具体作用，相当于是设计的灵魂指导。它编辑的逻辑良好程度最后会直接影响到系统工作情况的正常。软件系统的总体流程图如附录C所示。
4.2主体程序系统
起初，因为要保证定时器达到所设定的时间发送信号脉冲让充电器开始充电。为了让这个过程可以伴随进行，要将程序初始化放置在第一位，这样做的目的可以将整个的系统还原，供电电源被关断，充电过程也被断开。其次，利用初始化后的程序通过对AT89C52芯片执行初始化项目。然后，就可以通上电源，使用MAX1898芯片对充电过程进行控制，此时的定时器也已经工作准备计时。最后，还需要经过一段时间的等待，等待结束就会输出充电过程完成的信号提示；如果发生故障导致信号错误，就会输出报错提示。其流程图如下图4.1所示。
图4.1主体流程图
4.3定时器中断服务系统
在充电的过程中，为了保证充电能够安全进行，还要利用定时器在合理的时间段内中断电流输入，判断什么时候才是安全的充电时间。但是只有定时器来监测是远远不够完成这个目标的，因此还将利用重复循环来配合定时器。起先，可以设定好一个初始的时间值，在这之后再加入一次循环，一直叠加到时间单位由秒到分，通过这个循环的方法可以解决很多问题。然后AT89C52芯片所用到的为12MHZ的晶振，由此可知12MHZ的定时时间最长为65536。最后本设计定时器设定的时间是35000，最终处理结果就为30536。定时器具体的流程图如图4.2所示。
图4.2定时中断服务流程图
4.4外部中断服务系统
外部中断服务系统主要用来初始化定时器，假设中断次数到达60，输出的就是3秒钟，以此类推假设中断次数到达3600次，输出的结果就是3分钟。在快速充电阶段结束的时候，就一定要设有一次外部中断，这样做的目的是让输入的电流降低20%并且停止快充。如果在这个过程中的外部中断没有进行，二极管D4就会通过4Hz的频率循环闪动。外部中断服务系统的相关流程图如图4.3所示。
图4.3外部中断服务流程图
第五章仿真和实物介绍
5.1 Proteus软件简介
Proteus仿真软件已经有了20多年的历史，包含ARM、AVR、PIC等众多微处理器model和各种各样经常使用的电子元器件，含有74系列、CMOS4000系列、A/D和D/A转换器、LCD显示器、LED显示器等，还拥有示波器、通信终端、逻辑分析器、C/SPI终端等各类虚拟的仪表。以上这部分模型都能够被直接应用在虚拟仿真，系统设计的速度得到了非常大的提升。
5.2充电器的部分仿真
Proteus仿真软件本质上是不能模拟锂电池的充电电路的，因为电压的变化不会被显示。并且MAX1898这款智能充电芯片Proteus元件库里也没有，也没有可以替代的元件。因此所有的功能不能完全在Proteus仿真软件中进行测试，只能对部分电路进行仿真和调试。智能充电器部分仿真电路图如下图5.1所示。
图5.1充电器部分仿真电路图
5.3实物介绍
在准备开始充电的时候，假设检测到电池没有放入，此时蜂鸣器就会报警，提醒用户放入电池，一旦检测到插入电池，这时定时器就会复位，开始进入充电状态。如果用户在充电时电池正负极接反，这个时候黄色LED灯就会亮起，给用户带来提醒。当预备充电阶段的过程结束，但是电池的电压还是没有超过2.5V，此时的LED显示灯就会不停的一亮一灭，以此来给使用者带来提示电池发生了故障。当电池电量已经充满，6N137光耦合器就会中断对MAX1898的电源供应，使得充电停止。在充电过程结束以后，这个时候蜂鸣器就会报警，提示使用者充电完成，可以拿出电池。充电器的实物图如下图5.2所示。
图5.2智能充电器实物图
结束语
通过对本设计的研究和制作，把单片机技术应用到了手机充电器这个版块当中，它们之间的“碰撞”使得手机电池的充电更加科学并且更加契合大家日常的使用要求。在现代杂乱的市面当中，有着各种各类的电池，所以要根据电池的种类和型号具体问题具体分析，还要依据电池来选择适合的充电控制芯片类型。
本设计针对的是给手机电池进行充电，目前手机配备的电池几乎都是锂电池，所以本设计选用的充电芯片类型就可以选择为MAX1898。因为它可以智能快速地完成对锂电池的充电，并且锂电池目前通常都是采用三段式的充电方法：预充、快充、满充。一开始通过恒定的电流对电池充电，电池的电压会以较快的速率升高，最后慢慢降低，直到接近电池的额定电压时，又会通过恒压充电的方式对电池进行充电。在恒压充电的过程中，充电的电流会逐渐减小，电压不变，一直减少到0.1C时，此时电池电量就已经充满。此时应该停止对电池的充电，如果继续的话，电池可能就会出现发热、内压升高的情况，从而造成电池损坏或发生爆炸。因此本设计设置在充电完成后自动断电的目的，就是为了防止这种情况的发生，从而保护用户的安全。
当然本设计也有一些美中不足的地方，就比如说可以利用SMC401来替代MAX1898，因为前者的功能实现方面更加的强大，用途主要是实现对笔记本电脑的电池进行充电控制，如果从性价比方面来考虑的话，还是MAX1898更加贴合广大群众。而且有的充电器可以自动的检测充电的电池是什么组成的，还能自动计算出充满的时间和已充电量，充电状态有LED显示和LCD显示。所以在以后的学习和工作之中，还需更加的完善，向各大厂家学习和努力。
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致谢
从2022年11月开始到2023年6月结束，在这7个月的时间里，我在这之中拓展了许多和课堂上教的相关的知识，查找了很多中英文资料，获益匪浅。
第一，在这之前我首要感激的对象是我的毕业设计的指导老师。是老师给我拟定了毕业设计的题目和方向，并根据我的题目要求给我编写了任务书，给我的课题树立了前进的灯塔，给我指明了方向。是他的严谨的工作态度和那诲人不倦的态度，让我的信心不被遇到的困难所击垮。老师对于我们毕设工作的认真负责的态度，给我树立了伟大的精神领导，让我不会堕落，使我充满前进的动力。从任务书的下达一直到毕设的答辩准备过程中，我遇到了很多学术问题，比如充电方式有些系统没有了解过，充电芯片的选择和内部的具体元件的种类。我向老师提问时，老师都能给我及时解答，令我感到十分佩服。每一个过程，每一个步骤都倾注了老师对我的关心和教导。所以我在这里表达对我的毕设导师发自内心的感激和尊敬。
第二，我还要感谢我的父母，是他们给了我生命，让我能够收到高等的教育，给我提供生活费，让我在校期间可以生活下去，从而能够良好的完成毕设任务。如果没有老师、同学、朋友和父母的帮助与支持，我是不可能完成我的毕设论文的，正因为他们的存在，才让这个社会和校园更加充满希望和美好。
最后，本科的学习阶段就快结束了，虽然时间如白驹过隙，但是这段时间是我的人生当中最值得回忆和最宝贵的时光。因为这段岁月里，我有幸受到了高等的教育，自我学习知识的能力也充分得到提升，个人的人格也得到了正确的树立。我要谢谢所有教育过我的老师们，是他们给了我踏入社会、踏入工作岗位的基本知识，也是他们带我拓宽了我的眼界，让我知道世界的精彩发展和进步，还让我体会到大学生活的美妙。在以后，我会通过用更加炽热的心血加入这充满神秘的社会，为家人、为社会做出我能提供的贡献，不让帮助过我的人的努力而白费。
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