摘 要

本文介绍了以快充PD协议为充电协议，设计锂离子电池的充电模块，详细阐述了PD协议充电模块的设计原理，对该设计存在的意义也进行了详细的介绍。本文讲诉了快充的研究背景和发展现状。该设计以STM32F103V^[1]为主控芯片，FS112芯片与主控芯片一起构成协议通信模块，通过BUCK电路给锂电池充电，用LCD1602^[2]液晶显示器实现显示功能。该设计的大概设计思路为：首先获取快充的充电电压，将获取到的电压信号反馈给主控芯片，主控芯片根据电压信号输出一个PWM波用于控制降压电路，将电源电压降到所需要的电压并输送给电子设备进行充电。本文先从总体上讲解设计框图，功能模块的选择，然后对介绍了硬件电路的设计过程，紧接着介绍了该系统软件实现的大概过程，还介绍了在设计过程中遇到的硬件和软件方面的问题以及解决方式。

关键词：锂离子电池^[3]；快充^[4]；PD协议；STM32

Abstract

This article introduces the design of the charging module for lithium-ion batteries using the fast charging PD protocol as the charging protocol^[5], elaborate on the design principle of the PD protocol charging module^[6], and introduces the significance of the design. This article talks about the research background and development status of fast charging^[7]. The design uses STM32F103V as the main control chip, and the FS112 chip and the main control chip together form a protocol communication module, charge the lithium battery through the BUCK circuit, and use the LCD1602 liquid crystal display to realize the display function. The general design idea of the design is as follows: firstly obtain the charging voltage of the fast charge, and feed back the obtained voltage signal to the main control chip, and the main control chip outputs a PWM wave for controlling the step-down circuit according to the voltage signal to reduce the power supply voltage to The required voltage is sent to the electronic device for charging. This article first explains the design block diagram, the selection of functional modules in general, and then introduces the design process of the hardware circuit, followed by the general process of the system software implementation, and also introduces the hardware and software aspects encountered in the design process Problems and solutions.

Key Words：Lithium ion battery; fast charge; PD protocol; STM32

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 发展现状 1

第二章 总体设计 3

2.1 整体设计框图 3

2.2 功能模块方案选择 3

2.2.1 主控模块 3

2.2.2 显示模块 4

2.2.3 协议通信模块 4

第三章 硬件电路设计 6

3.1 总体硬件电路设计 6

3.2降压电路设计 6

3.3协议通信模块设计 7

3.4 PWM波控制模块设计 8

3.4.1 PWM控制电路 8

3.4.2 时钟与复位电路 10

3.4.3 下载与启动电路 12

3.5 电源电路 13

3.6 显示模块设计 14

第四章 软件设计 15

4.1 主程序设计 15

4.2 电压控制程序设计 16

4.2.1 接口配置 16

4.2.2 电压控制程序设计 17

4.3 显示程序设计 18

4.3.1 显示模块原理 18

4.3.2 显示程序设计 18

第五章 系统测试 20

5.1 软件测试 20

5.2 PCB板的制作 20

5.3 实物焊接 21

5.4 硬件测试 22

第六章 结束语 23

参考文献 25

致 谢 26

附录A 27

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

现实生活中，我们越来越离不开电子产品，其中，尤其是手机的使用，可以说除了婴幼儿以外，是人手一部手机，无论是工作，学习还是吃饭都离不开手机，这也体现出手机这个电子产品的重要性。手机越来越重要，手机的续航能力也随之重要起来。并且，一个电子产品的电量，总有用完的时候，尤其是某些时候急着用电子设备，又要急着出门，但恰巧在电子设备的电量尤其低，而电宝也没有电，这个时候，电子产品的充电速度就尤其重要，因为这些原因，快速充电设备、协议以及装置便横空出世。除了特殊情况，手机上含有的软件越来越多，功能也越来越齐全，这也导致用电的速度加快，这就需要续航能力强，储电能力更大的电池，但电池容量变大，所以电池的充电能力也要随之更强。目前，电池研究的进展缓慢，未来电池的研究并不会在短时间内得到很大的提高，所以就需要从电池的充电速度着手，从而适应电子产品快速发展的需求。目前，能有效提高电池容量的电池原料是石墨烯，石墨烯材料可以极大的减小电池的体积和重量，同时还可以提高电池的储电容量，充电的速度也远远大于锂离子电池，但是石墨烯的研究尚处于摸索阶段，仍需后续的深入研究才能广泛应用于实际生活当中，锂离子电池作为一种新型动力电池,因能量密度高、无记忆效应、使用寿命长等优点^[8]得到广泛应用。

同时锂离子电池是最实用的可充电电池^[9]。所以本文就以锂离子电池为充电电池，设计一个快速充电模块给锂电池充电。快速充电器的出现，规避了电池容量不足够大的问题，同时也为未来锂离子电池充电技术提供了一条更加长远的道路，同时也让人们的日常生活更加便利，从而加快科技的发展。

1.2 发展现状

目前市面上的快速充电模式众多，快充技术更是成为了手机的标配，但主要分为两大解决方案.第一个是高电压低电流快速充电，第二个是高电流低电压快速充电。快充的厂商近几年在这两大解决方案的基础上，陆陆续续提出了各种的快充方案。采用第一种方案实现的有三种协议，这三种协议分别是Q C,联发科PE还有华为的FCP等等，采用第二种方案实现的主要有两种协议，他们分别是华为的Super Change和OPPO的VOOC闪充，我在生活中接触到最多的快充协议是VOOC协议，因为当时购买的第一款手机便是OPPO的