智能型充电器的电源和显示的设计

毕业设计报告（论文）

课题名称 智能型充电器的电源和显示的设计

目 录

摘 要 ……………………………………………………………………………1. 第一章 概述…………………………………………………………………….3 第一节 绪论……………………………………………………………………… 1.1 1.2 1.3 1.4

课题背景………………………………………………………………..3 常见充电电池特性及充电方式………………………………………..3 主要芯片的选择………………………………………………………..4. 液晶显示模块的选择…………………………………………………..5

第二节 毕业设计任务和要求…………………………………………………..6 第二章 硬件电路设计………………………………………………………….. 第一节 硬件电路主要芯片………………………………………………6 2.1.1 Atmega16L…………………………………………………………6 2.1.2 Atmega16L的存储器………………………………………………7 第二节 LCD的液晶显示…………………………………………………. 2.2.1 LCD的显示原理…………………………………………………8.. 2.2.2 液晶显示控制驱动器…………………………………………8. 2.2.3 液晶显示模块的特点……………………………………….8. 第三章 软件设计……………………………………………….. 3.1 用C语言开发单片机的优势………………………………9 3.2 液晶显示汉字或字符的原理………………………………10 3.3 LCD模块的指令说明…………………………………….10 第四章 毕业总结……………………………………. 4.1 经验总结和感谢…………………………..10

摘 要

LCD液晶显示已经是人机界面的关键技术。本文对基于单片机的LCD液晶显示器控制系统进行了研究。

首先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。

本系统是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。

正文中首先简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图，并介绍了单片机微处理器的发展史，论述了本次毕业设计所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程，并具体描述8052、8279及SED1520外接电路接口的软、硬件调试。其次阐述了程序的流程和实现过程。本文撰写的主导思想是软、硬件相结合。以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。

最后对我所开发的用单片机实现LCD液晶显示器控制原理的设计思想和软、硬件调试作了详细的论述。

关键词： 单片机；微处理器；LCD；8279

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前 言

随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来也大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。AVR已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高校的8位RISC微处理器。由于程序存储器为Flash,因此可以不用象MASKROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部ADC，不但占用PCB空间，也提高了系统成本，AVR是目前唯一的针对像“C”这样的高级语言而设计的8位微处理器。C代码似设计很容易进行调整以适合当前和未来的电池，而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用C语言写的。

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第一章 概述

第一节 绪论

1.1.1课题背景

如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用密封电池到近几年的镍氢和锂里子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。

目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池和密封铅酸电池（SLA）四种类型。

电池充电是通过逆向化学反映将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的 特性。世纪充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。

目前，市场上卖的最多的事旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有

很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，智能型充电电路通常包括了恒流/恒压控制环路、电池电压检测电路、电池温度检测电路、外部显示电路（LCD或LCD显示）等基本单元。

1.1.2常见充电电池特性及充电方式

电池充电时通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电方式也不大一样。

电池的安全充电 现代的快速充电器（即电池可以在小于3小时的时间里充满电，通常是一个小时）需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。

充电方法 SLA电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流，NiCd电池和

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NIMH电池的充电方法为恒定电流法，且具有几个 不同的停止充电的判断方法。 最大充电电流 最大充电电流与电池容量（C）有关，最大充电电流往往以电池容量的数值来表示，例如，电池的容量为750MAH，充电电流为750MAH，冲动电流为750MA，则充电电池为1C（1倍的电池容量）。若娟流充电时电流为C/40，则充电电流即为电池容量除以40.

过热 电池充电是将电能传输到电池的过程，能量以化学反应得方式保存了下来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏，因此，在设计电池充电器时，对温度进行监控并及时停止充电时非常重要的。现代消费类电器主要使用如下四种电池：  密封铅酸电池（SLA）  镍铬电池（NiCd）  镍氢电池(NiMH)  锂电池（Li-Ion）

在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。

密封铅酸电池（SLA）密封铅酸电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。SLA电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定（典型值为2.2V），SLA电池可以无限制地充电。

镍镉电池（NIMH）在轻重量的手持设备中如手机、手持摄像机，等等镍氢电池是使用最广的，这种电池的容量比NiCd的大，由于过充电会造成NIMH电池的失效，在充电的容量比NiCd的大。由于过充电会造成NIMH电池的失效，在充电过程中进行情却地测量以在合适的时间太难搞之实非常重要的，和NiCd电池一样，极性反转时电池会损坏，NIMH电池的自放电率大概为20%/月。和NiCd电池一样，NIMH电池也为恒定电流充电。

锂电池（Li-Ion）和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量/重量比和能量/体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。

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1.1.3 主要芯片的选择

ATMEL公司是世界上有名的生产高性能、低性能、非易失性存储器和各种数字模拟IC芯片的半导体制造公司。在单片机微控制器方面，ATMEL公司有AT89、AT90、ARM三个系列单片机的产品。由于8051本身结构的先天性不足和近年来各种采用新型结构和新技术单片机的产品。由于8051本身结构的先天性不足和近年来各种采用新型结构和新技术单片机的不断涌现，现在的单片机市场是百花齐放。ATMEL在这种强大市场压力下。发挥Flash存储器的技术特长，于1997年研发推出了个新配置的、采用精简指令集RISC（ReducedIns truction set cpu）结构的新型单片机，简称AVR单片机。

精简指令集RISC结构是20世纪90年代开发出来的，结合了半导体案成技术

和软例-性能的新结构。AVR单片机采用RISC结构，具有1MIPS/MHz的高速运行处理能力。为了缩短产品进入市场时间，简化系统的维护和支持，对于单片机组成的嵌入式系统来说，用高级语言编程已成为一种标准编程方法。 1.1.4液晶显示模块的选择

LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两篇玻璃中间有许多垂

直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵，现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及，在单片机系统中使用液晶显示模块作为输出器件有以下优点： 1. 显示质量高

液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发发光，因此液晶显示器画质高而且不会闪烁。 2．数字式接口

液晶显示器都是数字式接口，和单片机的系统的接口更为简单。 3.体积小，重量轻 4.功率消耗小

功耗主要消耗在其内部的电极和驱动上面，因此耗电量比其他显示器要小的多。

单片机与液晶显示模块之间的连接方式分为直接访问和间接控制方式两种。

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第二节 毕业设计任务和要求

智能型充电器主要为硬件设计和软件设计。软件设计的话需要掌握AVR单片机的相关内容。ICCAVR编译器的应用。设计128*64液晶显示控制电路和用C语言编制LCD显示程序，用图形显示方式充电器电压、电流等参数，硬件设计的话需要掌握各功能子模块的硬件电路的设计。

第二章 硬件电路设计

第一节 硬件电路主要芯片

2.1.1 Atmega16L 主要引脚说明 引脚说明：

VCC 数字电路的电源 GND 端口

端口A（PA7-PA0）端口A作为A/D转换器的模拟输入端。

端口A为8位为双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。

其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流，作为输入使用时。若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流，在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端组A处于高祖状态。

端口B（PB7-PB0）端口B 为端口B为8位为双向I/O口，具有可编程的内

部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流，作为输入使用时。若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流，在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端组B处于高祖状态。

端口B（PB7-PB0） 端口B 为端口B为8位为双向I/O口，具有可编程的

内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，

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可以输出和吸收大电流，作为输入使用时。若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流，在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端组C处于高祖状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5（TDI）、PC3（TMS）与PC2（TKC）的上拉电阻被激活。

2.1.2 Atmega16L的存储器

AVR单片机在片内集成了Flash程序存储器、SARM数据存储器和EEPROM数据存储器。三个存储器空间相互独立，物理结构也不同。程序存储器为闪存存储器Flash ROM，以16位为一个存储单元，作为数据读入是，以字节为单位，而擦鞋、写入则是以写为单位的。SAM数据存储器是以8位为一个存储单元，编止方式采用与工作寄存器、I、O寄存器和SRAM统一寻址的方式。EEPROM数据存储器也是以8位为一个存储单元，对其的读写操作都以字节为单位。 （1） Flash程序存储器

Atmega16L单片机具有16KBde在线编程Flash，以用于存放程序指令代码。Flash存储器至少可以擦鞋10000次。Atmega16L的程序计数器（PC）为13位，因此可以寻址8K字的程序存储器空间。常数可以保存于整个程序存储器地址空间。 （2） SRAM数据存储器

数据存储器的寻址方式为5分钟：直接寻址、带偏移量的间接寻址、间接寻址、带预减量的间接寻址以及带后增量的间接寻址。直接寻址范围可达整个数据区。Atmega16L的全部32个通用寄存器、64个I/O寄存器及1024个字节的内部数据SRAM可以通过所有上述的寻址模式进行访问。 （3） EEPROM数据存储器

Atmega16L包含512B的EEPROM的数据存储器。Atmega16L的EEPROM使用寿命至少为10万次的擦些循环，执行EEPROM读操作时，CPU会停止工作4个周期，然后执行后续指令，之星EEPROM写操作时，CPU会停止工作2个周期，然后再执行后续指令，EEPROM数据存储器与Flash程序存储器和数据存储器SRAM相互独立。

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第二节 LCD的液晶显示

2.2.1 LCD的显示原理

LCD由两块玻璃板构成，厚约1MM，其间由包含有液晶材料的5um均匀间隔隔开，因为液晶材料本身并不发光，所以在显示两边都设有作为光源的灯固管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源，背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电机分为行和列，在行和列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的炫光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LC中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

2.2.2液晶显示控制驱动器

HD61202及其兼容液晶显示控制器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，而在小规模点阵液晶显示模块上使用液晶显示驱动器组成液晶显示驱动控制系统是非常有益的，这将使液晶显示模块的硬块电路简单化，从而降低模块的成本，同时也提高了对软件编制而成。HD61203和HD61202就是这类液晶显示驱动控制器套件。之所以称他们为套件是因为HD61203和HD61202必须配套使用，通常有12864和19624两种规格。

2.2.3 液晶显示模块的特点

MGLS-12864图形液晶显示模块的驱动和控制系统是由一片KS0107B或兼容驱动器（HD61203）作为行驱动器和两片KS0108B或兼容驱动器（HD61203）作为列驱动器组成的。

它的主要技术参数及其供电特点如下：

（1） 电源：DC+5v，模块内自带用于LCD驱动的负压电路。 （2） 显示内容：128*64全屏幕点阵。 （3） 指令形式：七种指令。

（4） 接口形式：与控制器采用8位数据总线和8位控制线相连。 （5） 工作环境：-10~+50摄氏度

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（6） 模块应用有三种电源：逻辑电源、液晶驱动电压、背光电压。

（7） 本次选用的模块是双电源供电（VDD/VO）。需要提供一个液晶驱动电压，用以

调节对比度，接在液晶模块的VO引脚上，由于液晶的对比度会随着温度的变化而相应变化，所以液晶显示驱动电压指应随着温度作相应的调整，这里采用了一个点位器，调整电压值。

（8） 背光供电为3.8-4.1Vde支流电源，选用电源太大不仅增加功耗，更有可能损

坏背光灯和缩短模块的使用寿命。

MGLS-1268液晶显示模块一共有20个引脚。

第三章 软件设计

3.1用C语言开发单片机的优势

C语言是一种编译形的结构化程序设计语言，具有简单的语法结构和强大的处理功能，具有运行速度快、编译效率高，移植性好和可读性强等多种优点，可以实现对系统硬件的操作，用C语言来编写目标系统软件，可以大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而开发出大规模、高性能的应用系统。其优势如下：

1) 可以大幅度加快开发进度，程序量越大，用C语言就越有优势。

2) 无需精通单片机指令集和具体的硬件，也能够编出符合硬件实际专业水平的程

序。

3) 可以实现软件的结构化编程，使得软件的逻辑结构变得清晰，有条理、便于开发

小组计划任务、分工合作。源程序的可读性和可维护性都很好。

4) 省去了人工分配单片机资源的工作，在汇编语言中为每个字程序分配单片机的资

源，在使用C语言后，只要在代码中申明一下变量的类型，编译器就会自动分配相关资源，根本不需要人工干预，从而有有地避免了人工分配单片机资源的差错。

5) 汇编语言的可移植性很差，而C语言只要将一些与硬件相关的代码作适当的修

改，就可以方便地移植到其他种类的单片机上。

6) C语言提供auto、static\\flash等存储类型，针对单片机的程序存储空间、数

据存储空间及EEPROM空间自动为变量合理的分配空间，而且C语言提供复杂的

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数据类型，极大地增强了程序处理能力和灵活性。C编译器能够自动实现终端服务程序的现场保护和恢复，并且提供常用的标准函数库。瓜皮帽供用户使用，并且C编译器能自动生成一些硬件的初始代码。

7) 对于一些复杂系统的开发，可以通过移植（或C编译器提供）的实时操作系统来

实现。

3.2 液晶显示汉字或字符的原理

LCD本身不发光只是调节光的亮度，目前市面上的LCD的显示器都是利用液晶的扭曲一向列效应制成，这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，它内部的分子呈直角扭曲，当线性偏振光透过其偏振面便会扭曲结构消失。当去掉电场后液晶分子又恢复扭曲结构。把这样的液晶至于两个偏振片之间，改变偏振片相对位置就可以得倒白底黑字或黑底白字的的显示形式。

3.3 LCD模块的指令说明

只有了解了LCD液晶模块的指令系统，才能完成显示程序的设计。KS0108B及其兼容控制驱动器（61202）的指令系统比较简单，一共只有7条指令。从作用上可分为两类。第一条指令和第二条指令为现实状态设置类，其余指令为数据读/写操作指令。

第四章 毕业总结

4.1 经验总结和感谢

经过2年半的机电一体化专业课程的学习，谦虚自律的我，乐观向上，能够吃苦耐劳，有较强的自学能力和适应能力，当然，我觉得我在人际关系上面也不错，但偶尔爱发脾气，这需要改改。

生活上，崇尚淳质简朴有着良好的生活习惯和正派的生活作风，在我们工作的每条生产线上，其实都是一个团体，部分你我个体，只有团结互助才能做好每一个工作，每一个步骤到每一个细节甚至是一个小小的螺丝都离不开团队的协作，可以说每一件测试成功的已成品流向市场，都凝聚着团队协作精神。

三年时光，匆匆，太匆匆。一切恍如昨日历历在目，转眼间，各走天涯。回首3年的点点滴滴生活。感慨万分，万千思绪在心头。说不出，道不尽，心中多少欢乐

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与忧愁。我的指导老师在大学三年里给了我莫大的帮助，无论是在学习上还是在生活里的过程中都教会了我许多许多，他不仅教授我专业知识，更教会了我很多为人处世的道理，在他的悉心指导下，我也慢慢地理解了更多的专业知识，在我论文的整个写作过程中，他从论文的选题、提纲的撰写，使我能够按时按照学院要求顺利地完成整篇论文，我很庆幸在大学里遇上这样一位好老师，感谢老师！

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