基于AT89C51单片机电池性能检测电路的设计

2019-05-08刘彦甲

通信电源技术 2019年4期

刘彦甲

（商丘工学院，河南商丘 476000）

1 智能手机电池特性参数

1.1 电池的分类

常用电池大致可分为6 V镍镉电池、6 V镍氢电池及3.6 V/7.2 V的锂离子电池。其中，锂离子电池因能量密度高、寿命长、放电能力弱及适应能力强等优势而广泛应用于智能手机。本文电路设计的检测对象为锂离子电池（锂电池）。电池容量是判断电池性能的重要指标，通常用C也就是电流对时间的积分表示，单位为mAh或Ah。电池容量包括实际容量、额定容量和理论容量[1]。

智能手机电池一般采用恒电流放电，以电池放电时的工作电压为纵坐标，放电时间为横坐标，可反映出一条电压随时间变化的曲线，就是放电曲线。放电曲线充分反映了电池放电过程中电压变化快慢和容量变化。离子电池的内阻是电流流过电池内部时受到的电阻。电池在进行过放电保护测试、过充电保护测试及短路保护测试时，不产生爆炸、起烟及着火等现象。电池内阻是判断电池性能的重要根据。

1.2 电池的充放电性能

充电方式a：在温度为20±5 ℃的情况下，以0.2C恒流充电，当两端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流不大于0.01C，停止充电。记录充电电流和电压在不同时间的值，最长充电时间不大于8 h，电池性能如表1所示。

表1 锂电子智能手机电池充电性能

充电方式b：按充电方式a充电后闲放0.5～1 h，用0.2C放电到截止电压，记录放电时间和电压的变化，电池性能如表2所示。

表2 锂离子智能手机电池放电性能

2 硬件电路总体设计

2.1 系统框图

系统采用AT89C51单片机作为主要控制核心，还包括测试电路、数模与模数转换装置、单片机控制系统及显示系统等。系统在单片机的控制下设置充放电电流和电压等参数，通过测试电路得到采集信号，并送到转换电路，单片机读写数字信号，并存储相应数据，系统设计如图1所示。

2.2 系统控制电路的设计

电池测试需对电池进行多次充电，而电池充电又需要一个恒流源。锂电池充电需要恒流恒压控制，Q2、R2、W2及TL431等原件构成了精密可调的稳压电路，Q1、W1、R3等元器件构成了可调恒流电路。该恒流恒压控制电路能从恒流状态自然过渡到恒压状态，降低了危险度和复杂度[2]。充电电路原理如图2所示。

图2 充电电路原理图

D1二极管保护电路，避免电路倒流。放电时，R1左边的电压为输出负电压，则经过放大器的电压为负电压，Q2截止，Q1导通，电流由e极出来。通过控制Q1的导通实现放电电流的调节，当电池电压低于截止电压时，放电结束。为更容易测得数据，设置R2与R4为精确电阻。放电电路原理如图3所示。

图3 放电电路原理图

2.3 主处理器的设计

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，简称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效的微控器。单片机AT89C51为很多嵌入式控制系统提供了一种低廉且灵活性高的方案[3]。AT89C51的引脚如图4所示。

其中，电源的引脚Vcc接+5 V，GND为接+5 V的电源接地端。外界的引脚包括XTAL1与XTAL2，功能略有不同。XTAL1是内振荡器电路反向放大器的输出或是时钟内部电路的输入；XTAL2是内振荡器反向放大器的输出或是外接的石英晶体产生的脉冲振荡信号。两者均可外连石英振荡晶体，可产生准确的微延时，用于定时操作。制信号引脚主要包括RST、ALE/PROC、PSEN及EA/VPP。其中，RST是信号复位输入端口，高电平时有效。振荡复位时，必须保持引脚的两个机器周期有效。当引脚保持的周期高于两个机器周期时，会产生相应的复位动作。ALE/PROC作为地址锁存允许输出端与编辑脉冲输出端，在平时会以频率不变的周期输出正脉冲信号，频率为振荡器频率的1/6，可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。每个机器周期两次PSEN有效。最后EA/VPP可概括为外部程序存储器地址使能输出端与编程电压输入端。CPU可访问片内4kB ROM，当地址超过4kB时，自动转向片外ROM。