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基于单片机的智能手机充电器基于单片机的智能手机充电器 军械工程学院本科毕业论文 手机电池充电器对手机用户来说必不可少。利用微电脑控制的智能手机充电 器,可以对目前市面上所有的手机进行充电。本文介绍了当前手机充电器的发展 现状。并在此基础上设计了面向所有手机的智能手机充电器。选择简洁、高效的 硬件,设计稳定可靠的软件,满足了当前市场销售所有手机充电的要求。详细介 绍了系统的硬件组成,包括采样电路、控制电路、电源、人机界面,并对本充电 器的核心器件—单片机进行了较详细的介绍。重点阐述了系统的软件设计,首先 对控制软件进行需求分析,总体目标是...

基于单片机的智能手机充电器
基于单片机的智能手机充电器 军械工程学院本科毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 手机电池充电器对手机用户来说必不可少。利用微电脑控制的智能手机充电 器,可以对目前市面上所有的手机进行充电。本文介绍了当前手机充电器的发展 现状。并在此基础上设计了面向所有手机的智能手机充电器。选择简洁、高效的 硬件,设计稳定可靠的软件,满足了当前市场销售所有手机充电的要求。详细介 绍了系统的硬件组成,包括采样电路、控制电路、电源、人机界面,并对本充电 器的核心器件—单片机进行了较详细的介绍。重点阐述了系统的软件设计,首先 对控制软件进行需求分析,总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经 济性。据此目标,用软件工程的方法设计了系统的总体框架。以汇编语言为工具, 采用面向对象的原理和技术,进行了详细设计和编码实现。 关键词:手机充电器、智能、单片机控制。 I 军械工程学院本科毕业论文 ............................................................................................................. I 第1章 绪论................................................................................................1 1.1 课题背景......................................................................................1 1.2国内外技术概况及其发展趋势...................................................1 1.3 课题解决问题……………………………………………..........5 1.4 课题的意义..................................................................................5 1.5本课题采用的单片机控制...........................................................6 第2章 手机电池充电器设计............................................................ ................9 2.1 硬件系统设计..............................................................................9 2.2 手机充电接口..............................................................................15 2.3 人机交互界面..............................................................................16 第3章 充电器软件设计............................................................................19 3.1 需求分析......................................................................................19 3.2 总体设计......................................................................................20 3.3 编程实现......................................................................................21 总结与结论………………………………………………………………..30 致谢..............................................................................................................31 参考文献…………………………………………………………………..32 II 军械工程学院本科毕业论文 基于单片机的智能手机充电器 1.1课题背景 随着社会的快速发展,手机越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。如果 某人的手机没法使用,将对他的工作、生活造成巨大影响。而外出手机电池没电, 又没有适用的手机电池充电器,是造成手机无法使用的最常见原因。因此,作为 流动人口大量集散的客运站、旅馆等场所,为现有市场上出售的各种类型的手机 配备手机电池充电器,以方便旅客的工作和生活,提高这些服务场所的服务质量, 以提高自身的竞争力,就成为迫切的问题。 本课题充分利用单片机的强大功能,进行了大量的软件设计,用软件完成了 绝大部分任务辅以简单的外围电路,即实现了对目前市场上所售的所有手机进行 充电,且便于集中管理的功能。 1.2国内外技术概况及其发展趋势 目前,市场上手机充电器种类繁多,但其中也有很多质量低劣的不合格产品。 在去年产品质量国家监督抽查结果中,大部分厂家生产的充电器不合格。其主要 问题出现在与交流电网电源的连接,辐射骚扰场强和充电电压几个方面。另外, 一些产品的低温性能、额定容量、放电性能、保护性能等方面存在质量问题。这 些质量问题会影响到手机的正常使用,还会影响手机的使用寿命,严重时还可能 伤害消费者。 目前手机充电器主要有旅行充电器,座式充电器和车载充电器。充电方式, 目前主要有大电流的快速充电法和电压比较法充电,不同充电方式导致其充电效 果不同。由于采用大电流的快速充电法,所以在电池充满后如不及时停止会使电 池发烫,过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较 法,为了防止过充一般充电到提示就停止大电流快充,采用小电流涓流补充充电。 1 军械工程学院本科毕业论文 这时充电器上充满的指示灯会亮起,如果用户此时急于取下电池,无疑电池只充 了一部分,而且由于电压比较法存在离散性,所以所谓充满电也只是一个理论值, 很难精确掌握,此时,对于镍氢电池则造成电池的记忆效应,使电池的存量减小, 损害电池的寿命。而如果用户电池充电时间长一些,则易造成过充。生产的原装 旅行充电器和座式充电器,设计上都采用越来越精密的保护电路或开关电路设计, 对电池的充电起到了良好的保护作用。 当前,手机充电器的市场走向如下 1)目前,手机充电器可分为单槽形状和双槽型充电器,单槽形充电器正在受 到双槽形的攻击。双槽形充电器除了具有慢速充电、快速充电、放电及镍氟、镍 氢电池兼充的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 功能外,还有部分产品带有自动温度控制与电压控制,严防过 充的功能,因而消费者应将倾向于选择双槽型充电器。 2)随着手机种类的日益增多,各种充电器因机型不同,电源端口的大小也不 相同,从而不能互换使用,给消费者带来了不便。标准型充电器,是指可以连接 所有手机底端电源插座端口的充电器。而且,生产的手机的电源端口将统一为适 用于标准充电器的规格。这样,消费者将不必在每次换手机时同时购买新的充电 器。由此可见,充电器在从坐式向便携式、双槽式等方向发展的同时,也开始向 标准化、通用化的方向发展。 3)手机充电器的待机耗电量的降低逐步成为充电器的设计过程中的一个重要 环节。相比于以前的充电器,今后生产的产品将会在各项功能完善的同时进一步 降低本身的待机耗电量。为了达到这一目标,可以设计一个判断适配器是否连接 负荷手机的,当未连接负荷时,将适配器的直流输出方级电路切换到高阻抗电路 上。通过采取这一措施可以大幅减少待机时级电路的消耗电流。另外,还可以在 输入交流方级电路中设置切换电路。在未连接负荷时,通过开关切换电路来减少 供应给直流输出方级电路的功率从而减少耗电量。 目前一些大的厂家生产的手机充电器都具有以下特点:宽范围输入或多个电 压可选具备限流保护,电流短路与反充保护线路设计体积小、重量轻、自动快速 充电、充满电后自动关断等等。另外,有的充电器还有自动识别锂离子、镍氢、 镍电池组具有放电功能充电状态显示低噪声模拟微电脑控制系统等特点。使用智 能控制的充电器模块框图如下: 2 军械工程学院本科毕业论文 当前,手机充电器工作流程如下: 1)检测电池的电压,如果低于一个闭值电压U,就要进行涓流充电。 2)电池充到一定电压一般设置为U1时,进行全电流充电。 3)当电池电压达到预置电压U2时,开始恒压充电,同时充电电流降低。 4)当电流逐渐减小到规定的值I时,充电过程结束。 以下为例,其充电流程如下: 除了上面的流程描述,它还具有可选的电池温度监测,利用电池组温度传感器连 续检测电池温度,当电池温度超出设定范围时关闭对电池充电。而且,充电状态 识别可由输出的指示灯或与主控器接口实现,具有自动重新充电、最小电流终止 充电、低功耗休眠等特性。 一般来说,恒压充电结束时的小电流充电过程中,电流的大小一般为恒流充 3 军械工程学院本科毕业论文 电时电流的十分之一。目前在锂离子电池充电器的设计中,对手机充电结束后由 于某种因素放电的情况而专门设计了检测电路,一旦检测到电池电压降低,就会 重新启动充电过程(见上图)。 其典型的充电曲线如图所示: 综上所述,随着便携式产品突发猛进的发展,尤其是手机的普及,以及锂离 子电池的广泛应用,锂离子电池充电器的设计和功能面临着进一步的改善。对于 众多充电器生产厂家来说,应尽早设计出功能完善、安全实用的充电器,就能更 早的在市场中占据领先地位,抢占商机。 以下是调查人员在说明书上录下的有关“万能手机充电器”的产品特性: 1) 内置高性能开关电源,电压适应范围宽,交流110-220v。 2) 输入:AC220v-50Hz 100mA 核定输出: DC2.4-7.2 3) 采用微电脑芯片控制充、放电过程,充满时自动关闭电源。 目前,手机电池最常见的类型有一锂离子电池、锂聚合物超薄电池、镍氢离 子电池。不同类型电池的电池门限标志充满放尽的电压不同,其中锂离子电池有 和之分。而市面上的“万能手机充电器”据称能较好的兼容一锂离子电池。笔者 采访了一些业内人士,他们普遍对“万能手机充电器”表示质疑采用标准的恒流 转恒压充电方式,不同容量的电池的额定充电电流不同,最大不超过是电池容量, 难道和的电池能用同样的电流充电。 充电器如果要实现“万能”,必须具备以下特点: 1)由于手机充电器是直接使用的,它必须包含手机直充具备转换、并输出稳 定的电压和足够的电流或手机座充的充电管理电路充电电流、电压控制与管理及 4 军械工程学院本科毕业论文 保护的功能。 2)锂离子电池充电电流必须根据电池容量大小而定。电流过小导致充电时间 大幅度延长,电流过大会导致电池内压增加、发热、结构受损,直至危害电池寿 命。 3)锂离子电池是非常非常娇气的,准确和稳定的门槛电压控制对电池寿命有 很大影响。如果没有足够精度的电压参考源电路,设计功率余量不足,充电器就 容易发热,导致门槛电压产生温飘,影响充电控制精度。 4)万能充电器在达到标准应该是转恒压充电数小时后,充电电流并未完全关 死而存在较大漏电流。而锂离子电池对充电电流的吸收是的,即便是很小的电流 依然也存在过充电问题。 5)所有原装充电器,除了充电的正负两极,还有与电池内部保护电路进行 连接的线路,以获取电池容量、温度补偿参数、告警保护等信息。而由于厂家品 牌不同,电池手机保护电路的电路方式有很大差别。所以,现阶段真正达到兼容 几乎是不可能的。 因此,设计一款真正由微电脑控制单片机控制,且价格低廉的手机充电器, 就成为各厂家努力的方向。 1.3课题解决的问题 该手机电池充电器的基本设计: 选用合适的外围器件、单片机等设备。利用单片机控制,实现对目前市场上 出售的手机电池的万能充电。其主要设计目的包括: 1)利用单片机,通过外围电路,监测电池的充电状态,实现对电池充电的智 能控制,以最大限度地保护电池寿命。 2)使现充电器具备强大的功能扩展性,以便为该充电器的后续功能升级提供 平台。 3)使该充电器的综合成本尽可能低。 1.4课题的意义 由于手机的迅速普及及其在人们生产生活中所发挥的越来越重要的作用,为 外出未携带手机电池充电器的人提供便捷安全的手机充电服务,就显得尤为迫切。 5 军械工程学院本科毕业论文 而服务商需要的是一种物美价廉的手机电池充电器,以便能得到更好的效益,因 此,市场急需微电脑控制的充电器,以满足人们的需要。 本课题充分利用单片机控制,对手机电池进行智能充电,最大限度地保护了 电池的寿命,是一款真正意义上的微电脑控制充电器。同时,由于大量的工作由 单片机软件来实现,简化了外围电路,从而大大降低了成本。另外,作为一种功 能强大的平台,该手机电池充电器具有很好的功能扩展性,为后续技术升级,以 进一步满足市场的需要,提供了条件从而很好地填补智能手机电池充电器这一市 场领域空白。 1.5本课题采用的单片机控制 1.5.1单片机 单片机也称单片微型电脑或单片微型计算机,国际上统称为微控制器,就是 把微型计算机的所有功能部件,都集成并封装在一块集成电路芯片内,而构成的 一部超微型计算机。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、 应用广泛、通用性强等突出优点。其最显著的优点是具有非常有效的实时控制功 能。因此,单片机在电信、家用电器、计算机外围设备、办公自动化、工业控制、 商用电子、玩具、仪器仪表、汽车电子、军用电子等工业控制领域得到了巨大的 应用。 目前尚无办法对其直接进行解密,可以最大限度地保护用户的程序版权。根 据本课题的所接引脚的需要,决定采用引脚的单片机来实现控制功能。 1.5.2处理器的选型 (1)处理器是整个系统的核心部件,它直接影响系统的性能,对于本系统中选用 的 单片机,现对其功能引脚,电路特征作一个详细的介绍。 ?与其他系列的单片机相兼容。 ?内有的可编程的内部字节。 ?可以全静态操作。 ?芯片有可编程引脚。 ?芯片有个十六位定时器计数器。 ?共有5个中断源,个中断优先级。 ?可编程串口通道。 6 军械工程学院本科毕业论文 ?具有低功耗的工作模式和掉电的工作模式。 引脚的单片机控制系统说明: 7 军械工程学院本科毕业论文 单片机的程序存储器和堆栈。 单片机的程序计数器为们位宽,可寻址位。 单片机的程序存储器以位为单位分为页。 单片机采用硬件堆栈方式,具有层位的独立空间,不占用存储器空间,无 需专用堆栈操作指令。当执行调用指令或者响应中断而发生程序跳转时,将值 自动压入堆栈当执行返回指令或自动出栈,并遵循“后进先出”的规则。 8 军械工程学院本科毕业论文 2手机电池充电器硬件设计 .1硬件系统方案确定 根据设计要求,设计硬件系统的原理如图2-1所示,该硬件可在单片机的控制下完成对手机电池的充电。 目前生产的充电器都具有以下特点宽范围AC输入或多个电压可选具备限流保护,电流短路和反充保护设计;体积小,重量轻、自动快速、充电充满电后自 动断电等等,另外有些充电器还具有识别锂离子,镍氢,镍镉电池组;具有放电 功能,LED充电状态显示,低噪声,模拟微电脑控制系统等特点。目前手机充电 器的工作流程为: 1. 检测电池电压,如果低于一个定值电压,就要进行涡流充电。 2. 电流充电到一定电压(一般设置为2.9V),进行全电流充电。 3. 当电压达到预定电压(锂电池一般为4.2V)时,开始恒流充电,同时充电电流降低。 4. 当电流逐渐减小到规定值时,充电过程结束。除了上边的流程描述,它还具有 电池温度的检测,利用电池温度传感器连续检测电池温度。当电池温度超出规定 9 军械工程学院本科毕业论文 范围时BQ2057关闭对电池的充电。而且充电状态可由输出的LED指示灯或与主控器实现,具有自动重新充电,最小电流终止充电,低功率休眠状态。 2.1.2硬件系统的工作原理及过程 根据硬件系统的原理图,经过反复实验,确定其硬件系统的电路 图如图所示。 图2-3 硬件系统的工作原理 10 军械工程学院本科毕业论文 2.1.3电源部分 其电路如图2-3所示: A. 电源部分的基本功能 为本课题各部器件提供符合要求的电源。根据本课题设计思路,电源部分需 为控制部分提供直流电流,其直流特性要求不高,可为简单的脉动直流电,需为 单片机控制器提供的直流电压,准备后续加装的显示器。 B 硬件实现 1)来自电源插座的工频,经过变压器以后,变为不低于规定的电流,再经过 桥式整流电路,电容滤波后,变成较稳定的直流电压。在此,选用分立元件组成 电路。 2)根据所选用的单片机,要正常工作,需要的直流电压,最大的直流电流。 由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能,所以选用集成电路来 设计单元电路和总体电路既方便又灵活,它不仅使系统体积缩小,而且性能可靠, 便于调试及运用,在设计电路时颇受欢迎。在整流电路整流后,接集成稳压电路 为单片机提供的电源。 3)根据未来准备增加的显示器的性能要求。在集成电路后,再经进一步滤波, 在接口线上串联电阻以调节亮度经、分压后提供给接口以调节对比度。 2.1.4控制电路 A 控制电路的基本功能 控制电路的基本作用,是接收来自计算机控制系统的输出信号,进而控制系 统对电池的充电,实现系统的智能充电。为向用户提供更多更方便的手机充电服 务,本系统设置了两路充电控制电路图2—4,以便能同时向两部手机充电。此两 11 军械工程学院本科毕业论文 路控制电路的原理、结构、作用均相同。其中只对一路做介绍。 B 硬件实现 控制接口的电路如图2—4所示。 1)根据单片机的特点,其引脚输出电压为U,电流为I,同时参考晶体管的性能价格特性容量越大,价格越高,采用两级三极管组成开关。用微法电容器作 为储能器。用微法电容器同并联以消除高频干扰。通过三极管开关通断,控制电 源向电容器充电量。从而控制电容对手机充电接口的输出电压和输出电流。 2)根据三极管的放大特性曲线知如图2-5三极管的放大特性曲线,三极管 的集电极电流,当很大时,虽然仍会减小,但仍将继续增大。如果升高,将导致 12 军械工程学院本科毕业论文 三极管损坏。为三极管的集电极最大允许电流。因此,为保护两级开关三极管, 在两级三极管的基极分别串联电阻,作为限流电阻,以限制三极管基极电流。防 止三极管的集电极电流过度增大,而损坏三极管。 2.1.5采样电路 A 采样系统概述 采样控制器控制生产过程,只能每隔一定的时间进行一次控制循环。在每一 次循环中,首先输入信息,即将模拟信号采样,变成数字信号输入计算机,然后 执行控制程序、计算出控制量,最后输出控制信号。这个过程就是采样。 采样系统的核心器件是传感器。传感器是一种以一定的精确度将被测量如位 移、力、加速度转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理 量,如电量的测量部件或装置。 传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路三部分组成,如图2-6所示: 。 传感器的选择是确保测试系统准确度的关键。选择传感器时就综合考虑以下 因素: 13 军械工程学院本科毕业论文 1) 技术成熟、性能可靠,满足生产环境的要求。 2) 传感器的静态指标线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力和零漂。 3) 传感器的动态特性,即输出对输入的响应特性。 4) 考虑传感器满足技术要求的同时,还要考虑传感器的经济性,防止片面追 求技术性而使传感器价格过高,从而使系统造价提高,而影响系统被市场接受的 能力。从而导致系统开发的失败。 B 本课题选用的传感器是电阻 在我国,所有的电气元件中,电阻制造技术最为成熟。电阻性能稳定,线性 好,灵敏度高,迟滞、重复性、分辨力和零漂等指标均满足技术要求。且电阻价 格低廉,适合于低成本制作。 C 总体设计 其电路如图所示: 14 军械工程学院本科毕业论文 D 采样电路的基本功能 根据单片机的转换的工作原理,单片机模拟信号输入端输入的需是电压。因 此,采样电路除负责采集模拟信号量外,还必须负责将其转换成电压量,并加到 单片机模拟信号输入端。 E 硬件实现 采样电路采样电容器的电压。为扩大本充电器的使用范围,电容器上的设计 最高电压为因为单片机模拟信号输入端的最高允许输入电压为,因此,利用电阻 组成分压电路,以保证加到单片机模拟信号输入端的电压符合控制的需要。采样 电路采样手机充电接口电路的电流。本课题对手机电池的充电曲线。因为单片机 模拟信号输入端输入的是电压。所以,在手机充电接口电路上串联电阻,故将充 电电流转化为电压,加到单片机模拟信号输入端,从而满足单片机采样的需要同 控制电路为两路相适应,采样电路也为两路,且完全相同。 手机充电接口电路图如图2-8所示: 15 军械工程学院本科毕业论文 图2-8中的作用同,是为了增加同时充电的手机的数量而设置的接口,以提 高充电器的工作效能。 A 手机充电接口的基本功能 考虑本课题所面向的用户的特点,均为有手机而暂时未带充电器有电池而未 带手机此时充电是没有现实意义的外出人员。因此,本课题提供对手机电池的在 线充电功能。同时,目前市售的手机,不同的品牌其在线充电接口也不同。所以, 本课题的手机充电接口,要能提供不同品牌手机的充电插头。 B 硬件实现 为实现上述功能,本课题在图2-8所示的手机充电接口上,连接了目前市场上主流手机的在线充电接头。可以方便地实现与目前市场上主流手机的在线充电 联接。 A 人机交互界面概述 人机交互界面是人与机器信息交流的窗口。人机交互界面是否友好,关系到 用户能否更容易的接受机器。努力的改进人机交互界面,使之更加简洁,显示的 信息更加全面,以利于操纵,一直是设计人员所努力追求的目标。作为本课题所 研究的手机充电器,其人机交互界面主要有显示器显示、液晶显示器等人机交互 界面。液晶显示器因为其价格较高,暂不能适应市场而退出。因此,现阶段手机 16 军械工程学院本科毕业论文 充电器的人机交互界面主要有显示器。但是,随着制造技术的发展,价格将逐渐 降低。同时,手机充电器附加功能的增加,也使得显示器不能进一步胜任人机交 互界面的工作。所以,手机充电器的人机交互界面最终将为显示器所占领。 本课题选用三色灯作为显示器使用,附以开关控制系统的工作。 B 人机交互界面的基本功能 人机交互界面电路用来实现灯光报警,系统开关控制等系统的辅助功能。 C 硬件实现 为向用户正确的显示系统的运行状态,从而方便用户使用本系统,特在系统 中设立了灯光报警。均为红、黄、绿三色,分别用于显示手机充电接口的工作状 态。当系统处于正常充电状态时,则灯亮当系统充电完成时,则绿灯亮系统运行 出现故障,需要人去处理故障如检查手机接线是否联接紧密,是否需要按复位按 钮等时,则红灯亮。从而方便用户的使用。 开关分别用于控制手机充电接口的工作。当充电接口同手机联接好后,按下 相应的开关如联接的是手机充电接口,系统开始为相应手机充电接口的手机充电。 D 人机交互界面接口 为顺应手机充电器多功能化的需要,满足手机充电功能扩充所带来的信息显 示增加量,为用户提供更加完备、全面的信息。本课题预置了人机交互界而接口。 用单片机来控制显示器,在许多方面得到了成功的应用。由于液晶显示器具 有功耗小、体积小、质量轻、超薄等其他显示器无法比拟的优点,它广泛的应用 与各种智能仪器及其它低功耗电子产品中。点阵式显示器不仅可以显示数字、字 符,还可以显示各种图像和曲线,而且可以实现屏幕的上下左右滚动、编程,可 以完成各种显示功能。不乏大量成功的先例,不存在技术风险。因此,本课题拟 17 军械工程学院本科毕业论文 用单片机来控制显示器,作为未来的扩一展功能,以代替列车时刻表、导游图等 物品,为用户在充电的同时,提供全面、多样的服务。预先在电路板上设置显示 的接口电路,以便为将来设置人机接口做准备。在本课题中未使用,仅为将来功 能扩展预留硬件。 18 军械工程学院本科毕业论文 3章 充电器软件设计 对于任何一个测试与控制系统来说,软件包括系统软件和应用软件而系统软 件在整个系统中的作用已越来越重要。 系统软件是为提高计算机使用效率、扩大功能,为用户使用、维护、管理计 算机提供方便的程序的总称。 应用软件是为用户完成特定功能而编写的各种程序的总称。应用软件除了控 制生产过程外,还对生产过程进行管理。在计算机测控系统中对应用软件的要求 是: 1)实用性和针对性强。 2)灵活性与通用性好。 3)各种输入和输出功能强。 4)可靠性高。 3.1 需求分析 需求分析是软件生存周期中相当重要的一个阶段。开发人员是否深入地分析 市场的需求,能否最大限度的满足市场的需要,从而形成一个完整的、清晰的需 求说明,将直接影响到所开发的软件的成败。 需求分析的主要任务是确定待开发软件的功能、性能、数据、界面、可靠性、 安全性、保密性等要求。 该单片机控制系统实现的功能包括: 1)键盘扫描子程序。当按下开关或时,系统将开始工作。但有时是由于人的 主观愿望以外的原因致使按钮动作,如不小心触动按钮,其他生物或非生物的原 因致使按钮动作,这种动作是我们不需要的。键盘扫描子程序的作用,就是防止 这些误动作使系统工作。 2)数据采样子程序。采集的模拟量有电压、电流、并完成转换和采样。数据 量化子程序。将采样的数据同系统设定值进行比较,量化得出脉宽值。 3)脉宽调制输出程序。实现对控制系统的控制,即根据手机的充电曲线,由 19 军械工程学院本科毕业论文 单片机脉宽调制输出不同脉宽的信号,从而控制控制电路和开关,来实现对手机 电池的合理充电。 显示子程序。包括: 1) 故障报警,当系统出现故障时报警。 2) 正常充电显示,当系统正在给手机电池充电时显示。 3) 充电完成显示,当电池充电完成时显示。 2) 性能需求 1)可靠性、稳定性要好。 2)响应速度快。从发出请求到响应的时间间隔不应太长,以保证控制的实时 性。 3)实用性好。具有良好的人机界面,操作简单,美观,便于维护和扩充。 4)具有较高的先进性。作为一种替代产品众多的产品,要具有一定的技术先 进性,否则难以有市场。 5)经济性要好。在满足功能的前提下,要尽量减少成本,降低价格。 根据需求分析,做出软件系统的总体结构流程框图,如图4.1所示: 20 军械工程学院本科毕业论文 图3.1软件系统的总体结构流程框图 系统的软件应具有以下基本功能 1) 具有良好的控制功能,保证系统按设定的充电曲线和数值给电池充电。 2) 能有效的防止外界误码动作而引发的系统动作。 3) 具有较好的人机界面。 3.3编程实现 在明确了软件的设计任务以后,采用面向对象的技术和模块化设计方法,进 行详细设计。采用面向对象的技术和模块化设计方法,便于软件的维护和二次开 发。 面向对象的软件开发内和在上一文章中首次引入类的概念,是第一个面向对 象的语言。近年来,面向对象的软件设计技术应用越来越广泛。目前软件开发要 求软件复用,而传统软件开发方法开发的软件的复用性差。把数据和过程作为相 互独立的实体数据代表问题空间的客体,用来表达实际问题中的信息,而过程用 来处理数据。软件开发时需考虑处理数据格式,对不同格式要设计不同的过程。 对相同数据格式做不同的处理也要不同的过程。所以传统设计方法设计的程序可 21 军械工程学院本科毕业论文 重复性差。数据和过程分离造成过程对数据调用的潜在不一致,这一点在此程序 运行时经常会遇到,如果数据量大的话,查错是极其困难的面对对象技术从人类 思维出发。把数据及其处理对象组合为一体。即为数据及其对数据进行操作的一 个实体,可以继承,极大的提供了软件的可重复利用性和可维护性。软件功能和 要求改变时,软件程序的修改变为了子类对父类的继承。继承性是面向对象技术 的精华和核心。 所谓面向对象的软件开发方法是指把软件系统看成是一系列离散对象的集 合,这些对象既包括数据也包括处理数据的方法。面向对象的软件开发就是要建 立对象序列的集合即构造所有的类和建立类与类之间的联系。面向对象的软件开 发方法对象建模技术一般分几个阶段首先,从问题的陈述入手,分析并构造现实 模型类。分析阶段涉及对象的三个要素静态结构对象模型,交互次序动态模型, 包括用户接口和过程控制和数据变换功能模型。对于大系统,先构造模型的子集, 然后逐步扩充,直至理解整个问题。完成构造后,再从上向下分析类的划分是否 合理。然后在系统设计中将现实模型分为各子系统,这决定软件的结构和设计风 格然后将实现细节加到设计模型中,即强调数据结构和实现类的算法最后就是实 现,即实现能完成各功能的类和类类之间的联系。 数据设计首先并且有些人也坚信,是最重要的设计行为数据结构的影响和程 序上的复杂性导致数据设计对软件质量有着深远的影响。这种质量由以下的原理 来实施: 1) 适用于功能和行为分析的系统分析原理同样应该适用于数据。 2) 所有的数据结构,以及各自所完成的操作都应该被确定。 3) 创建数据词典并用来详细说明数据和程序的设计。 4) 底层的数据设计决定应该延迟至设计过程的后期。 5) 数据结构的陈述具体说明应该只被那些直接使用包含在此结构内的数据 的模块所知道。 6) 有用的数据结构和操作库可以在适当的时候使用。 7) 软件设计和编程语言应该支持抽象数据类型的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和实现。体系的主要目 标是开发模块化的程序结构并表体系设计融合了程序结构数据结构,以及使得数 据得以在程序中流动的界面定义。这种方法鼓励设计者关注系统的整体设计而不 是系统中单独的组件。选用不同的方法会采用不同的途径来接近体系的原点,但 所有这些方法都应该认识到具有软件全局观念的重要性。程序设计在数据、程序 结构、和陈述详细算法的说明都已使用类似 英语 关于好奇心的名言警句英语高中英语词汇下载高中英语词汇 下载英语衡水体下载小学英语关于形容词和副词的题 的自然语言来呈现后,再确定程 22 军械工程学院本科毕业论文 序设计。使用自然语言来陈述的原因是当开发小组的绝大多数成员使用自然语言 来交流的话,那么小组外的一个新手在不经学习的情况下会更容易理解这些说明。 这里有个问题程序设计必须毫无歧义的来详细说明程序但我们都知道不含糊的自 然语言也就不自然了。 3.3.1初始化子程序 初始化子程序为单片机软件的运行设置初始的环境。主要完成以下工作: 1)清片内每次单片机加电时,都将引起单片机的上电复位操作。复位操作完 成以后,单片机的寄存器会被置以不同的值,这些值中有相当一部分是未知的值。 这些未知的值在单片机复位完成,正式运行以后,会产生无法让程序设计人员掌 握的后果,甚至会造成系统的损坏。因此,在单片机加电运行后,首先要清0,使之置初始参数设定,便于程序设计人员掌握,以利系统的工作。 2)设置系统运行所需的各个参数。 3)定时器设定。因为单片机有个定时器,需为程序选定适合的定时器并根据 系统要求,结构不同,而且功能也有异。为此,需为定时器设置适当的参数。 4)看门狗设定。单片机系统的可靠性是设计人员非常重视的一个问题,但是, 尽管如此,单片机系统运行失常仍然难以避免。为了让失控的系统尽快回至正常 工作状态,避免造成更大的损失狗定时器溢出时,将使单片机复位。单片机设置 了看门狗定时器当看门但是,如果系统在运行中复位,可能会造成意外的损坏所 以,需要对看门狗定时器进行周期性清设定。 5)中断设定。设定相应的特殊功能寄存器的值。其结构流程框图如图所示: 23 军械工程学院本科毕业论文 图3.2 初始化程序结构流程图 3.3.2读键盘子程序 读键盘子程序用于探测开关、是否处在有效的开关状态,以决定是否启动系 统运转。 读线、读取、相联的端口,并记录其值。 与存储器中的原值进行比较,看是否有键动作。其主要目的,一是为了确定 是否有开关信号动作,二是排除键抖引起的误动作。在本程序中,当有键按下时, 相应的缓冲寄存器置,并进一步判断该键是否连续导通,连续导通没有超过的, 视为键抖,系统不动作。因此,有效地保护了系统给相应存储器的标志位置值。 读键盘子程序结构流程框图如图3-3所示: 24 军械工程学院本科毕业论文 图3.3 读键盘子程序结构流程框图 3.3.3采样子程序 采样或称为抽样,是利用采样脉冲序列,从连续时间信号中抽取一系列离散 样值,使之成为采样信号的过程下,称为采样间隔,或采样周期,称为采样频率。 由于后续的量化过程需要一定的时间,对于随时间变化的模拟输入信号,要 求瞬时采样值在时间下内保持不变,这样才能保证转换的正确性和转换精度,这 个过程就是采样保持。正是有了采样保持,实际上采样后的信号是阶梯形的连续 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 。 采样子程序用于采集从转换电路采集的模拟信号,并转换为数字量,存入相 应的缓冲器,供量化子程序量化之用。 启动转换。给相应的特殊功能寄存器置值,启动转换。 读转换结果写入缓冲区。 通道计数器。因为系统共路转换系统,子程序每次扫描一路,故用计数器控 制扫描顺序。 程序结构框图如图3-4所示: 25 军械工程学院本科毕业论文 图4-4 采样子程序结构框图 量化又称幅值量化,把采样信号经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效 数字的数,这一过程称为量化。若取信号可能出现的最大值,令其分为个间隔, 则每个间隔长度为二,称为量化增量或量化步长。当采样信号落在某一小间隔内, 经过舍入或截尾方法而变为有限值时,则产生量化误差。 量化子程序的作用,是将系统设定值与缓冲区中的值进行比较,计算出输出 信号的脉宽值,并置入相应的寄存器,为输出信号做准备。 根据矫正参数,计算出输出信号的脉宽值,置入相应寄存器。 量化子程序结构框图如图3-5所示: 26 军械工程学院本科毕业论文 图3-5 量化子程序流程图 将取样缓冲器中的值与设定值进行比较,计算出矫正参数。根据手机电池的 充电特性,当充电电压达到电池的额定充电电压时,电流将会变大到几百毫安, 而在此电压以上或以下,充电电流都将很小。为此,系统设定值为毫安。并从开 始为电池充电。当充电电流小于毫安时,则将以的阶跃增幅提高对电池的充电电 压。 27 军械工程学院本科毕业论文 3.3.5脉宽调制输出子程序 脉宽调制输出子程序结构框图如下图所示: 图3-6 脉宽调制输出子程序结构框图 脉宽调制输出子程序的作用,是将量化的值调制成相应的脚脉宽信号输出, 并控制控制电路的开关,向电池充电。脉宽调制技术是常用于稳定和调节电压及 进行波形变换的一种重要技术。通过改变输出脉冲的宽度,可以达到改变输出电 28 军械工程学院本科毕业论文 压大小的目的。本程序为中断子程序。 1)现场保护。进入中断子程序后,将值入栈,保护现场。 2)检查脉宽寄存器,看是否允许输出。 3)重置定时器,开始周期计时。为设置合适的周期。 4)置位相应的脉宽输出端,并延时。从控制端口输出信号,向电池充电。 5)清中断标志位。输出信号完成后,清中断标志位,为下一中断做好准备。 6)恢复现场。 图3-7 人机界面子程序框图 人机界面子程序的作用是向用户提供系统运行的准确状态,以便用户正确地 操作系统。 读相应的缓冲器的值,看是否要红灯亮。当系统初始上电,而缓冲器中的值 为时,系统出错。此时可能接口未接好或电池充电己满,无须继续充电。 检查脉宽寄存器,看是否要黄灯亮。当脉宽寄存器的值不0时,表明充电正在进行,黄灯亮。绿灯亮,充电结束后,绿灯亮。 29 军械工程学院本科毕业论文 总结与结论 本文详细阐述了智能手机充电器的总体设计、硬件设计、计算机控制系统选 型、软件开发。 1)对市场进行深入调查研究的基础上,分析得出智能手机充电器必须具备的 特征。 2)硬件系统设计:包括电源、控制电路、采样电路、手机充电接口、人机交 互界面、计算机控制系统。按设计要求进行设计,完成了硬件设计。 3)计算机控制系统是所有机电一体化系统的核心。本文在对计算机控制系统 进行深入探讨的过程中,得出了计算机控制系统的选型原则。进而确定选用引脚 单片机作为控制器。 4)软件的优劣对于硬件工作极大影响。本文探讨了软件设计的一般原则。并 对软件按软件工程的方法,进行了模块化设计,从而满足了设计需要。该系统自 研制成功以来,在技术快速更新的电子产品市场上,保持了相当长时间的技术领 先,也创造了不错的经济效益。 5)本课题有效地解决了对不同手机进行在线充电的问题。充电器实现了对手 机是否在线的智能检测、充电状态的智能监视与控制。有效地控制了成本,实现 了便捷管理,达到了设计目的。受时间和水平的限制,该系统还有很多不足之处 敬请多多批评指教。 30 军械工程学院本科毕业论文 致谢 本学位论文是在蒋红波讲师的悉心指导下完成的,从论文选题到完成论文都 浸透了恩师们的大量心血和精力,导师渊博的知识、严谨的治学态度和求实精神、 忘我的工作作风、学术上的远见和生活上的平易近人,时刻激励着学生,是学生 毕生学习的榜样。值此论文完成之际,特向导师致以诚挚的感激和无尽的敬意! 在本文的完成过程中,始终得到学校教研室领导和教员的热情帮助和指导。从论 文选题、课题研究到学位论文完成,都有他们的一份辛勤汗水。在此向他们表示 诚挚的谢意和感激之情。在课题研究中,得到了课题组全体同志的关心和帮助。 与他们进行了多次有益的探讨和学术交流,得到了许多启发。对于他们的支持和 帮助表示诚挚的谢意! 最后,向所有给予我关心和帮助的领导、老师、亲人、同学和朋友再次表示 衷心的感谢! 31 军械工程学院本科毕业论文 参考文献及网站 [1] 康华光 《电子技术基础 模拟部分》 (第四版) [2] 康华光 《电子技术基础 数字部分》 (第四版) [3] 李翰荪 《电路分析基础》 (第三版) [4] 李学海 《PIC 系列单片机基础》北京:北京航空航天出版,2003 [5] 李学海 《PIC 系列单片机提高篇》北京:北京航空航天出版,2004 [6] 李学海 《PIC 系列单片机接口技术与系统应用》北京:北京航空航天出版, 2004 [7] 朱松然 《蓄电池手册》天津:天津大学出版社,2003 [8] 电子资源网 中国集成电路网 32
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