摘要：本文介紹了一種基于DS2762 芯片的智能鋰電池監(jiān)測系統(tǒng)。著重闡述了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和軟件設(shè)計。系統(tǒng)借助單片機(jī)完成了實時監(jiān)測和顯示當(dāng)前狀態(tài)的功能。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡單， 可用于數(shù)碼相機(jī)、智能電話及其它便攜式儀器的智能鋰電池模塊中。
一、引言
目前， 在設(shè)計便攜式產(chǎn)品時通常采用電池供電。
在使用電池供電時， 電池的當(dāng)前狀態(tài)是用戶所關(guān)心的， 如智能電話、數(shù)碼相機(jī)等都實時顯示當(dāng)前的狀態(tài)。為此， 在設(shè)計本文所涉及的儀器時， 智能電池監(jiān)測系統(tǒng)被充分考慮。本文實現(xiàn)的鋰電池監(jiān)測系統(tǒng)由DS2762 鋰電池監(jiān)測芯片、51 單片機(jī)、液晶顯示模塊組成。其中的核心功能由DS2762 芯片完成的。本文介紹了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和軟件設(shè)計， 以及DS2762 芯片的特性和相關(guān)控制軟件程序。
二、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理
1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計力求簡潔，以便使單片機(jī)能夠完成更多其他功能。硬件實現(xiàn)如圖1 所示：
圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖
整個系統(tǒng)由DS2762 鋰電池監(jiān)測芯片、51 單片機(jī)和液晶顯示模塊組成。DS2762 芯片是MAXIM公司推出的新一代智能鋰電池監(jiān)測芯片， 集數(shù)據(jù)采集、信息儲存、安全保護(hù)于一身，具有功能強(qiáng)大、硬件接線簡單等特點(diǎn)。它完成對電池當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測， 包括當(dāng)前電池的充/ 放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度和剩余電量等參數(shù)的監(jiān)測。DS2762 芯片能自動采集這些數(shù)據(jù)， 并將其放在存儲器中。
DS2762 的引腳功能如下圖2 所示：
圖2 引腳功能
PIO: 可編程的I/O 端。根據(jù)需要控制用戶定義的外圍電路。
VDD: 電池正極輸入。
Vin: 感應(yīng)電壓輸入。
51 單片機(jī)按照用戶需要對電池的相應(yīng)參數(shù)讀取和處理， 然后送往液晶顯示模塊顯示。由于存放這些參數(shù)的EEPROM具有非易失性， 所以本系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能。由圖1 可見， 單片機(jī)是整個系統(tǒng)的控制處理中心， 由于大量的工作由單片機(jī)完成， 明顯地降低了系統(tǒng)硬件復(fù)雜度， 極大地提高了系統(tǒng)的智能化。
液晶顯示模塊顯示用戶需要了解的電池當(dāng)前狀態(tài)信息， 用戶根據(jù)這些信息以作出相應(yīng)的處理。它僅僅接受單片機(jī)的控制和訪問。
2、工作原理。系統(tǒng)上電后， 先確定電池的工作方式： 單片機(jī)每88ms 監(jiān)測一次電壓， 將DS2762的IS1 和IS2 兩端的壓差（ Vis=Vis1- Vis2） 轉(zhuǎn)換成電流后存入電流寄存器。若Vis 為正值， 說明電池正在充電； 若Vis 為負(fù)值， 說明電池正在放電， 也就是儀器正由鋰電池直流電源供電。接著單片機(jī)對DS2762 發(fā)出采集電壓、溫度的控制命令。由于DS2762 內(nèi)部有A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器， 可自動將電壓、溫度測量值存入DS2762 相對應(yīng)的寄存器， 因此， 單片機(jī)只要等待其采樣完畢后， 讀取寄存器的內(nèi)容， 最后送液晶顯示模塊顯示。
電池的剩余電量可用電流累加寄存器的值求得。電流累加寄存器的值是由DS2762 實時自動測量電池電流后更改的， 無須對其進(jìn)行控制。電池充電時該值增加， 放電時該值減少。單片機(jī)讀取此值后即可獲得剩余電量。
場效應(yīng)管FET1、FET2 等構(gòu)成DS2762的充放電保護(hù)回路。過壓保護(hù)：如果電池電壓Vin 超出過壓門限電壓Vov, 延時Tovd后，DS2762 將關(guān)閉充電場效應(yīng)管FET1.欠壓保護(hù)： 如果電池電壓Vin 低于欠壓門限電壓Vuv, 延時Tuvd 后，DS2762 將關(guān)閉充電和放電場效應(yīng)管FET1、FET2, 進(jìn)入睡眠方式， 等待充電指令。充電過流保護(hù)：如果Vis（Vis=Vis1- Vis2）超出過流門限Voc, 延時Tocd 后， DS2762 將關(guān)閉場效應(yīng)管FET1、FET2.放電過流保護(hù)：如果Vis 低于- Voc, 延時Tocd 后， DS2762 將關(guān)閉放電場效應(yīng)管FET2.短路保護(hù)：如果SNS 腳的電壓超過短路門限電壓， 延時Tscd 后， DS2762 將關(guān)閉放電場效應(yīng)管FET2.
三、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)及流程圖
為了滿足監(jiān)測的實時性， 單片機(jī)采用定時中斷的方式訪問DS2762, 進(jìn)行電池參數(shù)采集。首先設(shè)置單片機(jī)的計數(shù)器為定時方式， 開啟定時器， 定時長度可隨需要靈活設(shè)定； 然后單片機(jī)運(yùn)行其他程序， 等待定時中斷的到來， 定時中斷發(fā)生之后進(jìn)行中斷服務(wù)程序， 對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和顯示； 最后重新初始化定時中斷， 返回。圖3 是系統(tǒng)總體流程圖， 圖4 是中斷服務(wù)流程圖。
圖3 系統(tǒng)總體流程圖
圖4 中斷服務(wù)程序流程圖
DS2762 與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時僅用一根數(shù)據(jù)線（ DQ） , 因此必須嚴(yán)格按照芯片的讀寫時序要求來編寫程序， 這樣才能保證數(shù)據(jù)的正確讀寫。圖5、圖6 是DS2762 芯片對電池的工作方式和剩余電量進(jìn)行監(jiān)測的程序流程圖：
圖5 電池工作方式監(jiān)測流程圖
圖6 剩余電量監(jiān)測流程圖
說明： 1> 單片機(jī)對DS2762 進(jìn)行任意存儲命令操作時， 在發(fā)出每個命令之前都必須按照DS2762的復(fù)位時序要求。先發(fā)出復(fù)位信號且等待DS2762的應(yīng)答（ 以示DS2762 準(zhǔn)備接受或發(fā)送數(shù)據(jù)） , 然后再發(fā)出一個ROM 命令用以選擇總線上要訪問的DS2762.在本文的程序流程圖中此過程用"DS2762的初始化"來代替。2> 在讀取寄存器的值時， 為防止讀取錯誤， 先要檢查DS2762 是否正在修改寄存器的內(nèi)容。這可通過判斷EEPROM寄存器的EEC 位即可。
四、結(jié)束語
本文介紹的基于DS2762 芯片的鋰電池監(jiān)測系統(tǒng)是一種便攜式儀器的一部分。系統(tǒng)硬件設(shè)計簡潔，且同單片機(jī)配合使用， 不僅極大地提高了智能化， 而且功能強(qiáng)大、操作方便， 能夠與其他功能協(xié)同工作。
隨著各種便攜式電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用， 電池實時監(jiān)測已成為一種必不可少的功能， 因此本文所介紹的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實用性， 可用于數(shù)碼相機(jī)、智能電話及其他便攜式儀器的智能鋰電池監(jiān)測模塊中。<