Реферат на тему: Контроллер зарядного устройства

Введение

Среди цифровых интегральных микросхем микроконтроллеры сегодня занимают примерно такое же место, как операционные усилители среди аналоговых. Это - универсальные приборы, их применение в электронных устройствах самого различного назначения постоянно расширяется. Разработкой и производством микроконтроллеров занимаются почти все крупные и многие средние фирмы, специализирующиеся в области полупроводниковой электроники.

Современные микроконтроллеры (их раньше называли однокристальными микро-ЭВМ) объединяют в своем корпусе мощное процессорное ядро, запоминающие устройства для хранения выполняемой программы и данных, устройства приема входных и формирования выходных сигналов, многочисленные вспомогательные узлы. Общая тенденция современного "микроконтроллеростроения" - уменьшение числа внешних элементов, необходимых для нормальной работы. На кристалле микросхемы размещают не только компараторы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, но и всевозможные нагрузочные и "подтягивающие" резисторы, цепи сброса.

Выходные буферы микроконтроллеров рассчитывают на непосредственное подключение наиболее типичных нагрузок, например, светодиодных индикаторов. Почти любой из выводов микроконтроллеров (за исключением, конечно, выводов общего провода и питания) разработчик может использовать по своему усмотрению в качестве входа или выхода. В результате довольно сложный по выполняемым функциям прибор нередко удается выполнить всего на одной микросхеме.

Постоянное удешевление микроконтроллеров и расширение их функциональных возможностей снизило порог сложности устройств, которые целесообразно строить на их основе. Сегодня имеет смысл конструировать на микро-контроллерах даже такие приборы, для реализации которых традиционными методами потребовалось бы менее десятка логических микросхем средней и малой степени интеграции.

Процессы разработки программы для МК и обычной принципиальной схемы цифрового устройства во многом схожи. В обоих случаях "здание" нужной формы строят из элементарных "кирпичей". Просто "кирпичи" разные: в первом случае - набор логических элементов, во втором - набор команд микроконтроллера. Вместо взаимодействия между элементами с помощью обмена сигналами по проводам - пересылка данных из одной ячейки памяти в другую внутри МК. Процесс пересылки "выплескивается" наружу, когда МК поддерживает связь с подключенными к нему датчиками, индикаторами, исполнительными устройствами и внешней памятью. Различаются и рабочие инструменты разработчика. На смену привычным карандашу, бумаге, паяльнику и осциллографу приходят компьютер и программатор, хотя на последнем этапе отладки изделия без осциллографа и паяльника все же не обойтись.

Еще одна трудность - недостаточное количество полноценной технической документации и справочной литературы на русском языке. Большинство публикаций подобного рода в периодических изданиях и особенно в русскоязычном Интернете, зачастую - не более чем подстрочные переводы английских оригиналов. Причем переводчики, иногда мало знакомые с предметом и терминологией, истолковывают "темные" места по-своему, и они (места) оказываются довольно далекими от истины. Практически отсутствуют русскоязычные программные средства разработки и отладки программ МК.

Первое знакомство с МК для многих начинается с повторения одной из опубликованных в "Радио" или другом издании конструкций на их основе. И здесь сразу проявляется главное отличие МК от обычной микросхемы: он не способен делать что-либо полезное, пока в его внутреннее (иногда внешнее) запоминающее устройство не занесена программа - набор кодов, задающий последовательность операций, которые предстоит выполнять. Процедуру записи кодов в память МК называют его программированием (не путать с предшествующим этому одноименным процессом разработки самой программы).

Необходимость программирования, на первый взгляд, может показаться недостатком. На самом же деле это - главное достоинство, благодаря которому можно, изготовив, например, всего одну плату с МК и несколькими соединенными с ним светодиодными индикаторами и кнопками, по желанию, превращать в частотомер, счетчик импульсов, электронные часы, цифровой измеритель любой физической величины, пульт дистанционного управления и контроля и многое другое.

1. Составление электрической структурной схемы

Электрическая структурная схема контроллера аккумуляторных батарей изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Электрическая структурная схема контроллера аккумуляторных батарей.

Большинство конструкций не предусматривают корректировку критерия окончания зарядки, привязываясь либо к конкретному типу аккумуляторной батареи, либо к фиксированным значениям тока, конечного напряжения, времени зарядки, что ограничивает их применение для аккумуляторных батарей иного типа, емкости или напряжения.

Оглавление

- Введение

- Составление схемы электрической структурной

- Составление схемы электрической функциональной

- Описание элементной базы

- Кварцевые резонаторы ZQ1 и ZQ2

- Излучатель звука BF1 HCM1212A

- Компаратор LM393N

- Регулятор напряжения линейный LM317LZ

- Диоды VD1, VD2, HL1, HL2, HL3

- Транзисторы

- Семисегментные индикаторы

- Резисторы

- Конденсаторы

- Микроконтроллер AT89C52-24PI

- Описание работы устройства

- Заключение

- Список использованных источников

Заключение

Установка/просмотр даты

Инкремент числа

Инкремент месяца

Инкремент года

Выход

Не используется

Установка будильника (активация будильника)

Инкремент часов

Инкремент минут

Индикация времени разряда

Индикация времени заряда

Измеренный спад напряжения

Выбор отображаемого индикатором параметра (измеренное напряжение заряда/разряда)

Часы

Выход

Не используется

Включение/отключение реле разряда

Включение/отключение реле заряда

Измерение напряжения, ручной завод/развод

Режим 1

Установка максимального времени заряда (выход)

Не используется

Инкремент часов

Инкремент минут

Инкремент секунд

Выход

Установка конечного напряжения заряда (инкремент тысяч милливольт)

Инкремент сотен милливольт

Инкремент десятков милливольт

Инкремент единиц милливольт

Выход

Инкремент тысяч милливольт

Установка конечного напряжения разряда (инкремент сотен милливольт)

Инкремент десятков милливольт

Инкремент единиц милливольт

Выход

Активация таймера

Инкремент минут таймера

Установка величины спада напряжения (сЛ1) (декремент сЮ)

Инкремент сИ1

Выход

Не используется

Не используется

Декремент циклов

Число циклов тренировки аккумулятора (инкремент циклов)

Режим 0

Активация режима заряда аккумулятора (выход)

Не используется

Не используется

Выключить

Включить

Выход

Активация режима заряда с доразрядом

Не используется

Выключить

Включить

Выход

Не используется

Активация режима разряда аккумулятора, измерение емкости

Выключить

Включить

Выход

Не используется

Не используется

Активация режима тренировки аккумулятора (выключить)

Включить

Выход

Не используется

Максимальное время заряда

Максимальное напряжение заряда

Выбор критериев окончания заряда аккумулятора (спад напряжения)

Для работы часов реального времени, а также подсчета времени зарядки и разрядки аккумулятора используется таймер ТС1 микроконтроллера. С помощью регистра режима работы ТМСШ он переводится в режим работы 0 - восьмибитный счетчик с пятибитным предделителем. Подсчет импульсов происходит от внешнего генератора с частотой 32768 Гц, собранного на инверторах 001.1-ОБ1.3 и подключенного к входу Т1 (выводу 15 микроконтроллера). Таким образом, каждые 0,25 с происходит переполнение счетчиков, что вызывает установку флага переполнения ТР1 и вызов соответствующей программы обработки прерывания.

Для обслуживания семисегментных индикаторов НС1-НСЗ и кнопок SВ1-SВ6 используется таймер ТСО. Так же, как и таймер ТС1, он настроен на режим 0, но работает от внутреннего источника сигналов синхронизации частотой 2 МГц. Каждые 4,096 мс происходит установка флага переполнения ТРО и вызов подпрограммы обслуживания кнопок и индикаторов. Дребезг переключения кнопок устраняется программно, запись кода нажатой клавиши происходит в момент ее отжатия.

Светодиод Н1Л индицирует активацию режима зарядки аккумулятора, а светодиод НЬ2 - разрядки. В случае активации режима зарядки с доразрядкой или режима тренировки указанные светодиоды мигают с частотой 2 Гц.

Светодиод НЬЗ служит указателем одного из трех режимов ввода кнопок 5В1-5В5. Переключение режима осуществляется кнопкой 5В6. В режиме ввода 0 светодиод НЬЗ не горит, в режиме 1 мигает с частотой 2 Гц, а в режиме 2 горит постоянно. В табл.1 перечислены все комбинации нажатия кнопок 5В1-5В6 для управления контроллером зарядного устройства.

Для звукового оповещения окончания всех режимов зарядки/разрядки, будильника и для подтверждения нажатия кнопок 5В1-5В5 служат элементы \Т15, ВР1.

На время включения реле зарядки/разрядки на выводе Р1.0 устанавливается лог. 1, которая может быть использована, например, для управления вентилятором охлаждения, транзистором стабилизатора тока или электронного балласта. Реле, коммутирующие токи зарядки и разрядки, управляются транзисторами УТ22, УТ23 соответственно. Применение реле позволяет использовать уже имеющиеся источник стабильного тока и электронный балласт, например, как показано на рис. 2.

Однако следует заметить, что измерение скачка напряжения 3... 15 мВ на аккумуляторе, особенно при больших токах зарядки, требует от источника тока хорошей стабильности и, соответственно, минимальных пульсаций на нагрузке. В противном случае будут происходить ложные отключения режима зарядки. С режимом разрядки дело обстоит проще - достаточно использовать обычный резистор с подходящей допустимой рассеиваемой мощностью, т. к. в этом режиме контролируется лишь конечное напряжение разрядки. Однако для измерения реальной емкости аккумулятора резистор не годится - при постепенной разрядке аккумулятора ток, отдаваемый в нагрузку, уменьшается. Необходимо использовать электронный балласт - устройство, потребляющее стабильный ток от аккумулятора независимо от напряжения на нем.

Регулировка контроллера зарядного устройства заключается в подстройке частоты внешнего генератора 32768 Гц и в установке тока зарядки конденсатора С9. Генератор настраивается с помощью частотомера, подключенного к выводу 6 DD 1.3, подстроечным конденсатором С5. Если не удается получить значение 32768 Гц, впаивают конденсатор С4.

Для настройки АЦП необходимо включить режим измерения напряжения в соответствии с табл. 1. На вход "измерение" контроллера от внешнего источника подается напряжение 9,800.. .9,900 В, контролируемое эталонным вольтметром. В качестве эталонного вольтметра желательно использовать приборы, которые могут измерять напряжение 10 В с разрешением 1 мВ. При использовании приборов с разрешающей способностью 10 мВ точность регулировки будет хуже, что скажется на погрешности преобразования.

Подстраивая резистором РЛ5 ток зарядки С9, на индикаторах контроллера добиваются измеренных показаний, идентичных показаниям внешнего вольтметра. После этого, уменьшая напряжение на входе "измерение" контроллера, добиваются индикации минимального измеряемого напряжения, после которого на индикаторе отображается "и 0.000". В зависимости от разброса параметров УТ18 и ОА2 оно может лежать в пределах 4.. .7 мВ. Далее показание эталонного вольтметра округляется до целого значения, из него вычитается значение напряжения, измеренного контроллером. Полученное число - константа, которую подпрограмма обработки прерывания таймера Т/С2 прибавляет к значению, считанному из регистров КСАР2Ь, КСАР2Н. Константу следует записать в файл С588.Ып по адресу 4ПН в шестнадцатеричной форме, например с помощью программы, или и в исходный файл С588.азт в строке 204. После этого необходимо снова подавая на вход "измерение" напряжение 9,800...9,900 В и подстраивая ток зарядки конденсатора С9 резистором К.15 добиться идентичных показаний вольтметра и контроллера.

Для изменения яркости свечения индикаторов НС1-НСЗ в большую или меньшую сторону в строке 372 файла С588.а5Ш следует увеличить или уменьшить счетчик задержки вывода следующего индикатора соответственно. Чтобы не произошло отключение режима зарядки или разрядки из-за ошибочного измерения напряжения, следствием которого может быть случайный процесс, в программе предусмотрен подсчет числа совпадений условий окончания зарядки и разрядки, т. е. для автоматического отключения установленного режима зарядки или разрядки необходимо, чтобы измеренное напряжение и/или скачок напряжения соответствовал установленному значению 10 раз подряд. Значение числа совпадений можно изменить, указав в файле С588.а$т в строках 976, 1011, 1040 условия окончания по скачку напряжения зарядки и напряжения разрядки соответственно.

Элементы контроллера зарядного устройства размещены на плате из стеклотекстолита размерами 144x74 мм. Для упрощения изготовления печатной платы в домашних условиях на плате разведены только цепи питания, аналоговый и цифровой общий провод, остальные цепи выполнены отрезками провода МГТФ.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был разработано устройство контролирующее процесс зарядки различных типов в нескольких режимах. В пояснительной записке представлены схемы: электрическая структурная, электрическая функциональная, электрическая принципиальная с описанием. Также приведено описание всей элементной базы устройства, приведено описание работы пользователя с устройством.

Применение микроконтроллера AT89C52-24PI позволило создать универсальное устройство с минимальными массогабаритными и экономическими показателями.

В графической части представлены чертежи схем: электрической структурной и электрической принципиальной в соответствии со стандартами ЕСКД.

Список литературы

1. Беляев С., Способы зарядки аккумуляторов. - журнал "Практика" 2006 г, № 12.

2. А. Гладштейн, Проектируем устройства на микроконтроллерах.- журнал "Радио" 2000 г, № 11, 12.

3. В. Л. Шило, Популярные цифровые микросхемы, Челябинск, "Металлургия", 1989;