馬 巖，陳 穎，陸繼巖，劉 鵬

(黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾，161000)

1 前言

電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也要求更復(fù)雜的充電算法來實(shí)現(xiàn)快速、安全地充電。因此，需要對(duì)充電過程進(jìn)行更精確地監(jiān)控(例如對(duì)充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時(shí)間，達(dá)到最大的電池容量，并防止電池?fù)p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(cè)電路、電池溫度檢測(cè)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(shè)計(jì)

2.1 液晶顯示模塊接口電路的選擇

單片機(jī)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(jī)，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(jī)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(jī)通過對(duì)這些接口的操作，以達(dá)到對(duì)液晶顯示模塊的控制。這種方式的特點(diǎn)就是電路簡(jiǎn)單，控制時(shí)序由軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)高速單片機(jī)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(hào)。電位器用于顯示對(duì)比度的調(diào)節(jié)。

通過比較再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際條件，由于Atmega16L芯片［1］沒有 WR、RD 管腳，而且為了使電路簡(jiǎn)單且方便軟件實(shí)現(xiàn)，所以最終決定采用間接控制的方式來設(shè)計(jì)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(chǔ)器

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

2.2.3 Atmega16L 的時(shí)鐘電路

單片機(jī)的時(shí)鐘用于產(chǎn)生工作所需要的時(shí)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(gè)漢字的大小是16×16點(diǎn)陣，而每個(gè)字符的大小是8×16點(diǎn)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(gè)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(duì)應(yīng)的字符庫中的16個(gè)列數(shù)據(jù)，如果是顯示字符，則輸出8個(gè)列數(shù)據(jù)即可。

2.4 電源電路設(shè)計(jì)

在本次的設(shè)計(jì)中，要供電給mega16和LCD顯示模塊兩部分，而一個(gè)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(shí)際電路中用到了兩片7805。下面就一個(gè)電源電路給出設(shè)計(jì)方案，另一個(gè)同樣原理。

圖5 5V的電源電路設(shè)計(jì)原理圖

2.5 硬件電路總體設(shè)計(jì)

經(jīng)過對(duì)以上對(duì) ATmega16L 芯片［4－7］的端口、存儲(chǔ)器、時(shí)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(duì)這部分硬件電路的設(shè)計(jì)了，再結(jié)合前面的分析，采用間接訪問方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(gè)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(xì)連接見下圖6所示:

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了方便程序的設(shè)計(jì)，使自己在設(shè)計(jì)過程中做到思路清晰，設(shè)計(jì)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(jìn)行電壓、電流、溫度的實(shí)時(shí)顯示。

圖6 硬件接線圖

圖7 主程序流程圖

這次設(shè)計(jì)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(dòng)器(HD61203)作為行驅(qū)動(dòng)器和三片KS0108B或兼容驅(qū)動(dòng)器(HD61203)作為列驅(qū)動(dòng)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(duì)充電電池的選擇，可進(jìn)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(gè)選項(xiàng)間進(jìn)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(xiàng)在充放電的過程中是不變的，而右邊的三個(gè)參數(shù)在充電過程中隨時(shí)發(fā)生變化。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)對(duì)充電器電源軟硬件設(shè)計(jì)給出合理化方案，快速充電算法和片內(nèi)EEPROM可用于存儲(chǔ)電池信息，實(shí)現(xiàn)了充電參數(shù)易修改。雖然滿足了設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，但要做得十分完美，還要對(duì)電路進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。

［1］ 金春林、邱慧芳編著.AVR系列單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用實(shí)例.清華大學(xué)出版社，2003

［2］ 夏路易、石宗義編著.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)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(cè)(第二版).北京精電蓬遠(yuǎn)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(xué)出版社，2000.

［5］ 吳國(guó)經(jīng)主編.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).中國(guó)電力出版社，2004.

［6］ 徐泳龍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［7］ 陸坤、奚大順等編著.電子設(shè)計(jì)技術(shù).1997.

［8］ 盧勝利主編.智能儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).重慶大學(xué)出版社，2003.