中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：单片机的智能电源管理系统学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心年级专业：0404级电气工程及自动化学生姓名：黄大吉学号：0451480125 指导教师：韩亚军职称：讲师导师单位：重庆信息工程专修学院中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：2007 年12 月24 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员黄大吉1．设计(论文)题目：单片机的智能电源管理系统2．学生完成设计(论文)期限：年月日至年月日3．设计(论文)课题要求：本论文详以理论联系实际，详细阐述了基于单片机的智能电源管理系统。

以严密的逻辑思维对本设计进行了全面的论证，所引用的文献都进行过仔细筛选。

最后严格按照学校规定格式排序。

对于不熟悉的知识点，也在指导老师的指导下完成。

4．实验（上机、调研）部分要求内容：在完成论文的过程中，利用所学的电路设计软件Protel99，设计论文中需要用到的图形，用学习过的C 或者VB语言编写相应程序。

最后用Office 2003排版论文版面和图象处理软件加工文中图表。

5．文献查阅要求：在学校图书馆查阅到的相关资料、文献都经过严格筛选，以确保其准确性、真实性。

本论文的完成过程中还充分利用了当今资源丰富的互联网。

在网上查找了很多符合题材的相关资料。

本着尊重他人成果，以及避免侵权，本论文中对所有查阅引用到的资料都详细注明了出处。

6．发出日期：年月日7．学员完成日期：年月日指导教师签名：学生签名：摘要本文介绍了基于cygnalC8051F020单片机为主控单元的智能电源管理系统，详细阐述了该系统的工作原理、控制策略及其硬件、软件实现。

本系统具有配置灵活、可扩展性强等特点，适用于便携式设备和无人值守设备的电源管理。

随着对移动性要求的提高，以及使用便利性的要求，多数电子产品采用可充电电池作为主要供电方式。

通常来说，设计者一般会使用专用电池管理芯片来控制充电电压、电流及整个充电流程。

但使用专用芯片，会带来设计成本增加，PCB板面积增大的问题，同时所设计的电路只能针对于选定的电池，如更换不同型号的电池则需要重新设计电路。

针对于此，本文提出了一种利用单片机剩余资源的电池管理电路，具有电路简单、成本低、功耗小、可靠性强、灵活性高的特点。

关键词：电源管理；CYGNAL单片机；电量监测目录摘要 (i)目录 (i)第1章前言 (1)第2章C8051FXXX系列单片机的特点 (3)第3章电源管理系统的工作原理与硬件结构设计 (6)3.1电池充电特性 (6)3.2补偿转换器工作特性 (8)3.3补偿转换器电感的确定 (9)3.4电压与电流检测 (10)3.5电能状态检测 (11)3.6电源输入输出控制 (11)3.7键盘与LCD显示 (11)3.8通讯扩展 (12)第4章电源管理控制策略 (13)4.1涓流充电阶段 (14)4.2容积充电阶段 (14)4.3定压充电阶段 (15)第5章电源管理软件设计 (16)第6章结论 (17)致谢 (18)参考文献： (19)第1章前言随着人们生活质量的提高及工业技术的发展，人们已经不再满足于楼上楼下，电灯电话的生活，各种简单、易用、智能化的电子产品成为人们的迫切需求。

而近几年迅速发展起来的便携式产品更是受到人们的热烈追捧，致使便携式产品设计方案在电子产品设计中被广泛采用。

其具备移动性强、便于携带、易操作等优点。

在这些设备中，单片机扮演着重要的角色。

它是一种广泛应用于各种产品的半导体器件，它是在一枚芯片上集成了一个完整的计算机（常被称为“系统级芯片”），而普通台式计算机则是由机箱内的不同部分协同操作所构成的。

无论台式计算机还是大型主机系统，任何计算机都有共通之处。

它们都有运行程序的中央处理器（CPU）、储存可变数据的随机存取存储器（RAM）、可擦除的编程制度存储器（EPROM）、输入/输出(I/O)、定时器和中断控制器。

台式机属于“通用计算机”，可运行数以千计的成讯。

单片机则属于“专用计算机”，经编程后可以执行若干特殊任务。

特别是当需要把所有或大部分内部元件都集中在一枚芯片上的时候，单片机便可大显身手。

单片机还具有的特点包括：单片机通常嵌入在某些其他设备中，负责控制产品的功能或动作；专门针对一项具体任务，并负责运行某一具体程序。

该程序存储于片上程序存储器中，通常不会改变，新型单片机的存储器均为闪存，可进行多达百万次的重新编程；通常情况下都是低功耗器件。

台式计算机通常需要连接电源适配器，耗电为50瓦左右；但以电池供电的单片机却只需耗费用千分之一的电力，即50毫瓦；配备专用输入装置，而且在大多数情况下会附设作为输出的小型LED 或LCD屏幕。

可以从所控制的电子设备中获得输入信号，然后把信号发送至设备的不同组件，确保设备正常运行呢。

有的甚至能连接互联网或其他网络，用于自动售货机等设备，以确保用户可以远程检查库存；体积小、成本低并且经久耐用。

例如大多数的厨房电器中都有单片机，最常见的是一些配备发光二极管（LED）或液晶显示屏（LCD）的小键盘的产品（如微波炉）。

即使像烤面包炉结和搅拌机这种没有屏幕显示的新型家电，往往也用到了单片机。

时至今日，所有的现代汽车内都可能配备少则1个，多则70多个单片机。

新推出的汽车平均使用25至35个单片机，应用范围涉及引擎控制、防抱死刹车系统、卫星导航控制及安全气囊系统。

可以说差不多任何带遥控功能的电子设备或电器都有单片机的应用。

单片机是大部分消费类电子产品不可或缺的元件，这些产品包括：数码相机、手机、摄像机、自动应答系统、激光打印机、特殊功能电话、寻呼机、新型电冰箱、洗碗机及洗衣干衣机等等。

但很多便携式设备需要自身独立的内置电源管理系统，保证其在移动或无人职守状态下工作，它们一般采用可充电的锂离子电池或镍氢电池作为设备内置电源(连续使用三到五年不更换，甚至更长时间)。

因为蓄电池的使用和保护方法及剩余电量监测对电池寿命有着重大的影响，是产品性能的一个重要方面。

所以合理的充电策略对维持畜电池性能延长其使用寿命都有重要的意义。

电源管理是一个完整的系统，它不仅包含对畜电池的电量检测和充放电管理和为设备提供标准电压等级和定制电压等级的电源输出，还应有人机交互的功能。

因此我们将使用单片机来实现这一系统的各种功能。

本文利用CygnalC8051FXXX系列单片机作为核心构成的控制器，实时检测电源输入、蓄电池电压、充放电电流等参数，自动完成电源管理过程，并将电源信息通过LCD显示以便用户及时了解设备状态。

本设计还具有人机交互接口和通讯接口，可实现控制功能的扩展。

第2章C8051FXXX系列单片机的特点CygnalC8051FXXX系列单片机C8051Fxxx单片机采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值性能可达25MIPS。

C8051Fxxx单片机是真正能独立工作的片上系统（SOC）。

每个MCU都能有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。

FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。

应用程序可以使用MOVC和MOVX指令对FLASH进行读或改写，每次读或写一个字节。

这一特性允许将程序存储器用于非易失性数据存储以及在软件控制下更新程序代码。

片内JTAG调试支持功能允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。

该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。

在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。

每个MCU都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内用2.7V-3.6V（F018/019为2.8V-3.6V）的电压工作。

端口I/O、/RST和JTAG 引脚都容许5V的输入信号电压。

C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。

CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。

CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括3个16位的计数器/定时器、一个全双工UART、256字节内部RAM空间、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及4个8位的I/O端口。

CIP-51还另外有增加的模拟和数字外设或功能部件。

CIP-51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。

在一个标准的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24个系统时钟周期。

而对于CIP-51内核，70%的指令的执行时间为1或2个系统时钟周期，只有4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。

C8051Fxxx系列MCU在与标准8051相比，在CPU 内核的内部和外部有几项关键性的改进提高了整体性能，更易于在最终应用中使用。

扩展的中断系统向CIP-51提供22（C8051F3xx为12）个中断源（标准8051只有7个中断源），允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。

一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，却有更高的执行效率。

在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。

MCU可有多达7个复位源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0提供的电压检测器、一个强制软件复位、CNVSTR引脚及/RST引脚。

/RST引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST引脚。

除了VDD 监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止。

MCU内部有一个能独立工作的时钟发生器，在复位后被默认为系统时钟。

如有需要，时钟源可以在运行时切换到外部振荡器。

外部振荡器可以使用晶体、陶瓷谐振器、电容、RC或外部时钟源产生系统时钟。

这种时钟切换功能在低功耗系统中是非常有用的，它允许MCU从一个低频率（节电）外部晶体源运行，当需要时再周期性地切换到高速（可达16MHz的内部振荡器。

是完全集成的高速高集成度具有独立工作的片上系统的混合信号系统级芯片[5]，特别适用于电池供电的场合及便携式设备中，其特点如下：1、低功耗：在2.7V电压32KHz条件下工作电流仅为20uA，这时单片机所有外设模块都可使用，关闭flash更可使功耗降低至10uA，正在达到了微安级。

25M的高速功耗也仅10mA。

2、硬件资源丰富：在F02X系列单片机内集成了片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器、64KBFlash、4KBRAM、2个串行通信总线、5个16位定时器、可编程计数器阵列（PCA）、8个12位ADC带PGA和模拟多路开关、2个可编程12位DAC、32个I/O口。