基于AT89C51單片機電池性能檢測電路的設計

劉彥甲

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

1 智能手機電池特性參數

1.1 電池的分類

常用電池大致可分為6 V鎳鎘電池、6 V鎳氫電池及3.6 V/7.2 V的鋰離子電池。其中，鋰離子電池因能量密度高、壽命長、放電能力弱及適應能力強等優勢而廣泛應用于智能手機。本文電路設計的檢測對象為鋰離子電池（鋰電池）。電池容量是判斷電池性能的重要指標，通常用C也就是電流對時間的積分表示，單位為mAh或Ah。電池容量包括實際容量、額定容量和理論容量[1]。

智能手機電池一般采用恒電流放電，以電池放電時的工作電壓為縱坐標，放電時間為橫坐標，可反映出一條電壓隨時間變化的曲線，就是放電曲線。放電曲線充分反映了電池放電過程中電壓變化快慢和容量變化。離子電池的內阻是電流流過電池內部時受到的電阻。電池在進行過放電保護測試、過充電保護測試及短路保護測試時，不產生爆炸、起煙及著火等現象。電池內阻是判斷電池性能的重要根據。

1.2 電池的充放電性能

充電方式a：在溫度為20±5 ℃的情況下，以0.2C恒流充電，當兩端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流不大于0.01C，停止充電。記錄充電電流和電壓在不同時間的值，最長充電時間不大于8 h，電池性能如表1所示。

表1 鋰電子智能手機電池充電性能

充電方式b：按充電方式a充電后閑放0.5～1 h，用0.2C放電到截止電壓，記錄放電時間和電壓的變化，電池性能如表2所示。

表2 鋰離子智能手機電池放電性能

2 硬件電路總體設計

2.1 系統框圖

系統采用AT89C51單片機作為主要控制核心，還包括測試電路、數模與模數轉換裝置、單片機控制系統及顯示系統等。系統在單片機的控制下設置充放電電流和電壓等參數，通過測試電路得到采集信號，并送到轉換電路，單片機讀寫數字信號，并存儲相應數據，系統設計如圖1所示。

2.2 系統控制電路的設計

電池測試需對電池進行多次充電，而電池充電又需要一個恒流源。鋰電池充電需要恒流恒壓控制，Q2、R2、W2及TL431等原件構成了精密可調的穩壓電路，Q1、W1、R3等元器件構成了可調恒流電路。該恒流恒壓控制電路能從恒流狀態自然過渡到恒壓狀態，降低了危險度和復雜度[2]。充電電路原理如圖2所示。

圖2 充電電路原理圖

D1二極管保護電路，避免電路倒流。放電時，R1左邊的電壓為輸出負電壓，則經過放大器的電壓為負電壓，Q2截止，Q1導通，電流由e極出來。通過控制Q1的導通實現放電電流的調節，當電池電壓低于截止電壓時，放電結束。為更容易測得數據，設置R2與R4為精確電阻。放電電路原理如圖3所示。

圖3 放電電路原理圖

2.3 主處理器的設計

AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，簡稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效的微控器。單片機AT89C51為很多嵌入式控制系統提供了一種低廉且靈活性高的方案[3]。AT89C51的引腳如圖4所示。

其中，電源的引腳Vcc接+5 V，GND為接+5 V的電源接地端。外界的引腳包括XTAL1與XTAL2，功能略有不同。XTAL1是內振蕩器電路反向放大器的輸出或是時鐘內部電路的輸入；XTAL2是內振蕩器反向放大器的輸出或是外接的石英晶體產生的脈沖振蕩信號。兩者均可外連石英振蕩晶體，可產生準確的微延時，用于定時操作。制信號引腳主要包括RST、ALE/PROC、PSEN及EA/VPP。其中，RST是信號復位輸入端口，高電平時有效。振蕩復位時，必須保持引腳的兩個機器周期有效。當引腳保持的周期高于兩個機器周期時，會產生相應的復位動作。ALE/PROC作為地址鎖存允許輸出端與編輯脈沖輸出端，在平時會以頻率不變的周期輸出正脈沖信號，頻率為振蕩器頻率的1/6，可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。每個機器周期兩次PSEN有效。最后EA/VPP可概括為外部程序存儲器地址使能輸出端與編程電壓輸入端。CPU可訪問片內4kB ROM，當地址超過4kB時，自動轉向片外ROM。

圖4 AT89C51芯片和外接部分圖

3 結 論

本文分析了智能手機電池的充放電特性，介紹了基于單片機的檢測系統的總體設計，達到了直觀檢測電池充電狀態和充電性能的目的。