51单片机的移动电源设计
摘 要如今快速发展的社会，手机是最为便捷常见的通讯工具，截至2012年底我国手机网民达到4.2亿人数，基于此，智能手机的耗电性能便成为了人们急于解决的头等问题，移动电源就是解决这问题的最佳捷径。本文首先对移动电源的定义、意义、发展趋势以及研究成果进行了介绍，再依据原理以电池为核心对手机负载及其自身进行相应的充电与供电工作。电池作为供电源时经过升稳压芯片PT1301、HT7550达到5V，输出电压与USB接口相连，由数据线连接手机进行充电，同时STC12C5A60S2单片机对采样变量进行模数转换后经由LCD1602液晶显示出来；电池余量不足时则由外部市电电压变换后经过充电管理芯片TP4056对其进行供电，保障移动电源的使用效率。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1课题背景 1
1.1.2课题研究意义 1
1.2 课题分析 1
1.2.1课题研究内容 1
1.2.2完成的任务 2
1.3 论文结构安排 2
第二章 系统方案设计 3
2.1 系统需求分析 3
2.2 设计结构以及原理 3
2.3 电路元件的选择 5
2.3.1 移动电源电芯的选择 5
2.3.2 供电管理元件的选择 5
2.3.3 控制器电路方案的选择 6
2.3.4 电压变换电路的选择 6
2.3.5 过充、放电保护电路选择 6
2.3.6 电池电量检测电路选择 7
第三章 系统硬件电路设计 9
3.1 控制器电路 9
3.2 电压转换电路 12
3.3 移动电源充电以及过充、过放电路 11
3.4 电池电量检测电路 12
3.5 电源电量显示电路 12
3.6 系统供电管理电路 13
3.7 硬件电路元件清单 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 程序结构分析 16
4.2 主程序设计 16
4.3 头文件定义程序 17
4.4
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寄存器初始化程序 17
4.5 定时器程序段 18
4.6 电压电流采样程序 18
4.7 A/D模数转换程序 19
4.8 LCD显示程序 19
第五章 系统分析结果 20
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1课题背景
在英国广播公司(BBC)报道下，联合国有关机构调查表明在2014年底，使用手机的人数会超过世界的总人口，目前世界71亿人口中有68亿手机用户【4】。手机作为人类日常生活中的通讯工具，已经变得不可或缺。但是过于频繁的使用使得手机使用时间急剧缩短，严重导致生活学习上的困扰与不便，故移动电源的出现就很好地是解决这个问题。
关于移动电源的概念，则是自从2012年开始，为解决国内数码市场上越发多出现的智能型产品所引起的大功耗，小使用率而研发的新产品，其定义就是方便易携带的大容量随身电源。它最早出现在2001年的CES沙滩馆展览会的一个小地摊上，留学生使用普通电池供电给一个控制电路拼凑实现【4】。
移动电源不仅仅适用于手机，像是电脑相机、音乐播放器这一类的数码产品以及实用性较强的医疗设备皆可使用。它除了供电以外亦可充电，小巧便携，无论何时何地都能给电量不足的数码产品供电。一般性的移动电源都由电池、充电电路以及外壳三大部分组成，具有容量大体积小、用途多寿命长的优点，更重要的是安全性非常有保障，过充过放保护电路与电源管理技术是移动电源需具备的最基础的性能。
1.1.2课题研究意义
由于移动电源具有不论何时何地都可以为电量不足的数码产品充电的性能，从而解决了如今快速生活节奏人们的数码断电烦恼，使得工作旅游无后顾之患。市面上有不同大小容量的移动电源，小的几百毫安时，大的则达到几万毫安时，输出电流也会根据额定电压多少会有不同，这些就要靠用户自己所需来选择不同的型号。而大众化的移动电源都是选择的锂电池，广泛用于5V的设备。
1.2 课题分析
1.2.1课题研究内容
移动电源的中心部分是电池，所以在选择电池方面需要全面比较一下。从大众化的聚合物锂电池、一般性能的18650锂电池和小容量AAA镍氢电池中择优选择聚合物锂电池作为本次设计的核心；在电路部分中从众多相同性能的芯片中选择出性价比相对不错的充电、升压、稳压芯片，从而敲定TP4056、PT1301以及HT7550三种芯片；本次设计是基于51单片机来控制实现的移动电源设计，故选择了STC12C5A60S2型号的MCU。用上述芯片来实现本次设计需要满足的要求。
1.2.2完成的任务
基于51单片机的移动电源设计具体要求：
使用聚合物电池；
电路采用DC/DC（升压芯片）方式；
采用TP4056、PT1301以及HT7550三种芯片实现充电、升压、稳压；
采用STC12C5A60S2的MCU控制在1602LCD液晶屏上显示输入输出电压、输出电流以及电池剩余容量百分比；
给锂电池充电时LED红灯亮，充电完成绿灯亮；
在电压低至3V（过放）时，蜂鸣器报警。
1.3 论文结构与制作
关于此次设计的主要任务为查阅相关资料之后，完成系统整体电路设计，并完善单片机的程序调试。而此次论文打算结构安排如下：
第一部分，介绍课题设计背景，分析移动电源的发展意义以及趋势；
第二部分，分析移动电源原理，完成系统的方案选择；
第三部分，阐述电路硬件设计，解说设计配置；
第四部分，完成设计编程，注释编程分析；
第五部分，阐述调试过程，并附上相应实验资料。
第二章 系统方案设计
2.1 系统需求分析
本次设计是基于51单片机的移动电源设计，根据要求需要完成一下要求：
有51单片机的参与，并且在电路中起到相应的成果展示；
具备一般性质的过充过放保护以及恒流恒压功能；
要有高性能的电源管理技术；
装置带有指示灯提示；
装置需体积小便捷易于携带、成本低和实用性强。
2.2 设计结构以及原理
关于本次移动电源的结构如图2.1所示。
图2.1移动电源结构
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1课题背景 1
1.1.2课题研究意义 1
1.2 课题分析 1
1.2.1课题研究内容 1
1.2.2完成的任务 2
1.3 论文结构安排 2
第二章 系统方案设计 3
2.1 系统需求分析 3
2.2 设计结构以及原理 3
2.3 电路元件的选择 5
2.3.1 移动电源电芯的选择 5
2.3.2 供电管理元件的选择 5
2.3.3 控制器电路方案的选择 6
2.3.4 电压变换电路的选择 6
2.3.5 过充、放电保护电路选择 6
2.3.6 电池电量检测电路选择 7
第三章 系统硬件电路设计 9
3.1 控制器电路 9
3.2 电压转换电路 12
3.3 移动电源充电以及过充、过放电路 11
3.4 电池电量检测电路 12
3.5 电源电量显示电路 12
3.6 系统供电管理电路 13
3.7 硬件电路元件清单 13
第四章 系统软件设计 15
4.1 程序结构分析 16
4.2 主程序设计 16
4.3 头文件定义程序 17
4.4
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寄存器初始化程序 17
4.5 定时器程序段 18
4.6 电压电流采样程序 18
4.7 A/D模数转换程序 19
4.8 LCD显示程序 19
第五章 系统分析结果 20
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1课题背景
在英国广播公司(BBC)报道下，联合国有关机构调查表明在2014年底，使用手机的人数会超过世界的总人口，目前世界71亿人口中有68亿手机用户【4】。手机作为人类日常生活中的通讯工具，已经变得不可或缺。但是过于频繁的使用使得手机使用时间急剧缩短，严重导致生活学习上的困扰与不便，故移动电源的出现就很好地是解决这个问题。
关于移动电源的概念，则是自从2012年开始，为解决国内数码市场上越发多出现的智能型产品所引起的大功耗，小使用率而研发的新产品，其定义就是方便易携带的大容量随身电源。它最早出现在2001年的CES沙滩馆展览会的一个小地摊上，留学生使用普通电池供电给一个控制电路拼凑实现【4】。
移动电源不仅仅适用于手机，像是电脑相机、音乐播放器这一类的数码产品以及实用性较强的医疗设备皆可使用。它除了供电以外亦可充电，小巧便携，无论何时何地都能给电量不足的数码产品供电。一般性的移动电源都由电池、充电电路以及外壳三大部分组成，具有容量大体积小、用途多寿命长的优点，更重要的是安全性非常有保障，过充过放保护电路与电源管理技术是移动电源需具备的最基础的性能。
1.1.2课题研究意义
由于移动电源具有不论何时何地都可以为电量不足的数码产品充电的性能，从而解决了如今快速生活节奏人们的数码断电烦恼，使得工作旅游无后顾之患。市面上有不同大小容量的移动电源，小的几百毫安时，大的则达到几万毫安时，输出电流也会根据额定电压多少会有不同，这些就要靠用户自己所需来选择不同的型号。而大众化的移动电源都是选择的锂电池，广泛用于5V的设备。
1.2 课题分析
1.2.1课题研究内容
移动电源的中心部分是电池，所以在选择电池方面需要全面比较一下。从大众化的聚合物锂电池、一般性能的18650锂电池和小容量AAA镍氢电池中择优选择聚合物锂电池作为本次设计的核心；在电路部分中从众多相同性能的芯片中选择出性价比相对不错的充电、升压、稳压芯片，从而敲定TP4056、PT1301以及HT7550三种芯片；本次设计是基于51单片机来控制实现的移动电源设计，故选择了STC12C5A60S2型号的MCU。用上述芯片来实现本次设计需要满足的要求。
1.2.2完成的任务
基于51单片机的移动电源设计具体要求：
使用聚合物电池；
电路采用DC/DC（升压芯片）方式；
采用TP4056、PT1301以及HT7550三种芯片实现充电、升压、稳压；
采用STC12C5A60S2的MCU控制在1602LCD液晶屏上显示输入输出电压、输出电流以及电池剩余容量百分比；
给锂电池充电时LED红灯亮，充电完成绿灯亮；
在电压低至3V（过放）时，蜂鸣器报警。
1.3 论文结构与制作
关于此次设计的主要任务为查阅相关资料之后，完成系统整体电路设计，并完善单片机的程序调试。而此次论文打算结构安排如下：
第一部分，介绍课题设计背景，分析移动电源的发展意义以及趋势；
第二部分，分析移动电源原理，完成系统的方案选择；
第三部分，阐述电路硬件设计，解说设计配置；
第四部分，完成设计编程，注释编程分析；
第五部分，阐述调试过程，并附上相应实验资料。
第二章 系统方案设计
2.1 系统需求分析
本次设计是基于51单片机的移动电源设计，根据要求需要完成一下要求：
有51单片机的参与，并且在电路中起到相应的成果展示；
具备一般性质的过充过放保护以及恒流恒压功能；
要有高性能的电源管理技术；
装置带有指示灯提示；
装置需体积小便捷易于携带、成本低和实用性强。
2.2 设计结构以及原理
关于本次移动电源的结构如图2.1所示。
图2.1移动电源结构
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