基于BQ27210的便攜設(shè)備電池監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
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隨著功能集成和技術(shù)融合趨勢的繼續(xù)，數(shù)碼攝像機、智能電話和媒體播放器等便攜式設(shè)備對電源的要求越來越高。這些便攜設(shè)備通常采用電池供電，然而，電池的工作時間是有限的，為了保證使用的連續(xù)性和完整性，操作人員需要及時的掌握當(dāng)前電池的剩余容量和可用時間，以防止因電池能量耗盡而出現(xiàn)意外關(guān)機，造成不必要的數(shù)據(jù)損失。
BQ27210是TI公司推出的一款電池監(jiān)測器件，主要用于數(shù)碼攝像機、智能手機、PDA和MP3等便攜設(shè)備中，對由獨立單體鋰離子和鋰聚合物電池構(gòu)成的電源系統(tǒng)進(jìn)行高精度的監(jiān)測與報告。該器件通過監(jiān)測與電池串聯(lián)的小型電流感應(yīng)電阻器的電壓下降情況，以確定電池的充電和放電，同時對電池的可使用時間、容量、溫度、自放電和放電速率等進(jìn)行相應(yīng)補償，以便在各種工作條件下提供可使用時間等信息。在從滿到空的放電周期內(nèi)，自動重新校準(zhǔn)或獲取電池容量。器件內(nèi)部寄存器記錄了電池容量、電流、電壓、可使用時間、充電狀態(tài)和溫度等信息。外部處理器可通過I2C串行總線與BQ272lO進(jìn)行通信，讀取芯片內(nèi)部寄存器中記錄的電池容量、溫度、可使用時間等實時信息。
2 主要特性其引腳功能
BQ27210的主要特性為：I2C串行接口通信；能夠準(zhǔn)確報告電池的可使用時間、放電速率、溫度、電壓、電流等信息；高精度集成充電與放電電流，具有自動失調(diào)校準(zhǔn)，無需用戶校準(zhǔn)；可編程輸入／輸出端口；內(nèi)部用戶EEPROM配置內(nèi)存；無需外部組件即可提供穩(wěn)定的振蕩器；動態(tài)放電結(jié)束后檢測延遲，允許在高動態(tài)負(fù)載環(huán)境中使用；當(dāng)通信線路較低時自動進(jìn)入睡眠模式；工作溫度為一20~C～70~C。
BQ27210采用小型QFN封裝，引腳功能如下：BAT為電池電壓傳感輸入端；GPIO為通用輸入／輸出端，可通過程序設(shè)置；PGM為EEPROM編程電壓輸入端；RBI為備用寄存器輸入端；SCL為串行時鐘接口，用來與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；SDA為串行數(shù)據(jù)接口，用來與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；SRN為電池充電、放電電流檢測輸入端(負(fù)極)；SRP為電池充電、放電電流檢測輸入端(正極)；VCC為電源輸入端；VSS為接地端。
3 工作原理
BQ27210的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。該器件可將計算得到的與電池充放電相關(guān)的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)部RAM中，這些數(shù)據(jù)可通過RBI上的電壓予以保持，而EPPROM則用以保存永久性的用戶數(shù)據(jù)信息。由于BQ27210內(nèi)部集成有A／D轉(zhuǎn)換器和溫度傳感器，因此要獲得電池的電壓、溫度等參數(shù)，只需通過外部處理器對器件發(fā)出采集電壓和溫度控制命令即可，當(dāng)芯片采樣完畢后會自動將電壓、溫度測量值存入相對應(yīng)的RAM寄存器中，再由外部處理器讀取寄存器的內(nèi)容。
該芯片的最大的特點是在電池使用過程中能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的電量，并根據(jù)最新監(jiān)測的電池電量值來更新RAM中寄存器LMD(電池最新放電電量)的參數(shù)，同時BQ27210還能保留更新后的參數(shù)，并將其存放在寄存器LMD中直到寄存器復(fù)位。在整個電池充電到放電終止過程中，BQ27210就是通過這種不斷地監(jiān)測并更新來獲取電池電量相關(guān)的實時參數(shù)。BQ27210的工作流程如圖2所示。
4 典型應(yīng)用
4．1 接口電路
由于BQ27210常用于便攜式設(shè)備中，因此采用一款體積小、功耗低的單片機C805lF304實現(xiàn)硬件連接。C805lF304是一款完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU，僅有11個引腳，具有高達(dá)25MI／s速率和流水線結(jié)構(gòu)的805l微控制器內(nèi)核；全速、非侵入式的在線系統(tǒng)調(diào)試接口；同時該器件內(nèi)部集成SMBusI／O接口，SMBus完全符合系統(tǒng)管理總線規(guī)范1．1版本，與I2C串行總線完全兼容。C8051F304最獨特之處是引入了數(shù)字交叉開關(guān)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到端口I／O引腳。這樣，通過設(shè)置數(shù)字交叉開關(guān)控制寄存器中的值，即可將片內(nèi)串行總線配置在端口I／O引腳，由單片機的SMBus串行接口自動控制與BQ27210的數(shù)據(jù)傳輸。BQ27210與C8051F304的接口電路如圖3所示。
圖3中，BQ27210通過監(jiān)測與電池串聯(lián)的小型電流感應(yīng)電阻器Rs上的壓降情況來確定電池的充放電。當(dāng)監(jiān)測到的通信線路低，電源被切斷或需更換電池時，系統(tǒng)會自動進(jìn)入睡眠模式。同時該器件的電壓傳感引腳BAT與電流傳感引腳SRN和SRP分別通過電阻電容與電池相連，用以實現(xiàn)電壓和充放電電流的測量。RBI通過與外部電容C8相連接向內(nèi)部寄存器提供備份電壓，即當(dāng)VCC高于門限電壓時對電容充電；當(dāng)VCC低于門限電壓時，電容將提供一段時間維持?jǐn)?shù)據(jù)電壓，此時芯片內(nèi)部寄存器會記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)信息，只要RBI的電壓高于1．3 V，將會一直保留數(shù)據(jù)。
C805lF304的P0．0和P0．1端口與BQ272lO的SCL和SDA引腳相連接，通過I2C總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以用于單片機控制電路對電池充放電狀態(tài)的查詢或中斷處理，同時利用該串行接口電路還可以讀、寫操作BQ27210中的各個內(nèi)部寄存器，讀出所需的電池信息。
4．2 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計分為兩個部分，一是C805lF304單片機端口I／O的初始化配置。主要通過正確配置端口I／O交叉開關(guān)寄存器XBR0，XBRl，XBR2中的值，使數(shù)字交叉開關(guān)使能．同時把PO．0、P0．1端口分配給SDA、SCL。將0X00賦值給寄存器XBR0，使交叉開關(guān)不跳過任何一個引腳，僅將寄存器XBRl的位2置于“l(fā)”就使SDA，SCL連接到引腳上。二是BQ27210的EEPROM初始化配置。實際上，通過I2C總線接口就能將正確的配置信息固化到EPPROM中，這些重要信息包括計算得到的初始電池放電量、EDVl，EDVF門限電壓、初始待機負(fù)載電流、放電率補償常數(shù)、溫度補償常數(shù)等。BQ27210每經(jīng)歷一次強復(fù)位都會把更新的EEPROM信息強制寫入RAM相應(yīng)的寄存器中。但值得注意的是在對EEPROM數(shù)據(jù)區(qū)寫入任何數(shù)據(jù)前，必須保證編程模式使能，通過把數(shù)據(jù)OXDD寫入EE_EN寄存器地址0X6E后，將激活編程使能模式，同時在PGM引腳上加一個持續(xù)時間為50ms的2l V脈沖信號，這樣即可將所需數(shù)據(jù)寫入EEPROM的合適地址中。圖4為BQ27210的EEPROM編程流程圖。
現(xiàn)給出單片機C805lF304通過I2C總線協(xié)議讀取BQ272lO內(nèi)部RAM存放的最新電池放電量和電池電壓信息的部分程序代碼：
5 結(jié)語
本儀器使用時應(yīng)注意：開機前應(yīng)將治療劑量調(diào)小，以避免電流刺激。治療部位要舒展，手臂不要打彎，手不要握拳。心臟、太陽穴部位嚴(yán)禁治療。采用嵌入式器件AT89C51 SNDlC設(shè)計的治療儀已達(dá)到預(yù)期的治療效果，但此電子治療儀的功能還需進(jìn)一步完善，如治療劑量的自動記憶、病癥與歌曲旋律的自動匹配問題等。
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