基于DS2438芯片的智能電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一、引言

　　目前設(shè)計(jì)便攜式設(shè)備，為了滿(mǎn)足移動(dòng)性和輕便性的要求，通常采用電池供電。在使用電池供電時(shí)，電池的當(dāng)前狀態(tài)是用戶(hù)所關(guān)心的，如MP3播放器、手機(jī)、筆記本電腦等都實(shí)時(shí)顯示電池的當(dāng)前狀態(tài)。為此在設(shè)計(jì)本文所涉及的儀器時(shí)，智能電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被充分考慮。本文實(shí)現(xiàn)的電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由DS2438智能電池監(jiān)測(cè)芯片、51單片機(jī)、液晶顯示模塊組成，其中核心功能是由DS2438智能電池監(jiān)測(cè)芯片完成的。本文介紹了本系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)，以及DS2438芯片特性和相關(guān)控制軟件程序。

二、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)潔，目的是盡量減少對(duì)單片機(jī)指令周期的占用，以便使單片機(jī)能夠完成更多其他功能。系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)框圖見(jiàn)圖1。

　　本系統(tǒng)由DS2438智能電池監(jiān)測(cè)芯片、51單片機(jī)、液晶顯示模塊組成。

　　DS2438芯片完成對(duì)電池當(dāng)前各種狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括當(dāng)前電池的充/放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度、剩余電量、消逝時(shí)間等參數(shù)的監(jiān)測(cè)。DS2438芯片能夠自動(dòng)采集這些參數(shù)，并將其放在SRAM/EEPROM中。51單片機(jī)根據(jù)需要發(fā)出命令讀取這些參數(shù)，然后處理這些參數(shù)，顯示電池狀態(tài)。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)的功能。

　　51單片機(jī)按照用戶(hù)需要對(duì)電池狀態(tài)的相應(yīng)參數(shù)讀取和處理，然后送往液晶顯示模塊顯示。由圖1可見(jiàn)，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制、處理中心。由于大量工作由單片機(jī)的軟件完成，明顯地降低了系統(tǒng)硬件復(fù)雜度。

　　液晶顯示模塊顯示用戶(hù)需要了解的電池當(dāng)前狀態(tài)信息，僅僅接受單片機(jī)的控制和訪問(wèn)。

　　由此可見(jiàn)，本系統(tǒng)的主要功能是由DS2438芯片和51單片機(jī)的軟件程序完成的，其中51單片機(jī)、液晶顯示模塊的用法與其在其他系統(tǒng)中的用法相同，所以以下主要介紹DS2438芯片的功能特性和單片機(jī)軟件編程。

三、DS2438芯片介紹

　　DS2438芯片是DALLAS公司推出的新一代智能電池監(jiān)測(cè)芯片，具有功能強(qiáng)大、體積小、硬件接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.特性
　　(1)僅有一根雙向數(shù)據(jù)線，故單片機(jī)僅需一個(gè)端口與之連接。
　　(2)內(nèi)含數(shù)字溫度傳感器(免去在電池塊內(nèi)設(shè)裝熱敏電阻)。
　　(3)片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可進(jìn)行電池電壓監(jiān)測(cè)，從而可判定充電和放電的結(jié)束。
　　(4)片內(nèi)的積分電流累加器可實(shí)時(shí)記錄電池流入、流出電流的總量，便于統(tǒng)計(jì)電量。
　　(5)內(nèi)含二進(jìn)制格式的消逝時(shí)間表。
　　(6)內(nèi)含40字節(jié)可用于存放電池特殊參數(shù)的掉電保護(hù)的用戶(hù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。

　　2.芯片硬件接線(見(jiàn)圖2)

　　3.存儲(chǔ)空間

　　DS2438的存儲(chǔ)空間有8頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)字節(jié)，共64個(gè)字節(jié)，每一頁(yè)都有對(duì)應(yīng)的高速暫存頁(yè)，因此存儲(chǔ)器包括RAM高速暫存器和SRAM/EEPROM (掉電保護(hù))兩部分，這兩部分是鏡像關(guān)系。高速暫存器可確保在用一線通訊時(shí)數(shù)據(jù)能夠保持一致性(數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS2438時(shí)先寫(xiě)入高速暫存器，僅當(dāng)數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，才能用暫存器復(fù)制命令將暫存頁(yè)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入相應(yīng)的掉電保護(hù)空間中)，單片機(jī)對(duì)DS2438進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)時(shí)只能對(duì)高速暫存器進(jìn)行操作。存儲(chǔ)空間內(nèi)包括一些特殊功能寄存器和用戶(hù)可使用的存儲(chǔ)單元。下面僅對(duì)存儲(chǔ)空間中與我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)際系統(tǒng)有關(guān)的特殊寄存器做一下說(shuō)明。

　　(1)狀態(tài)/標(biāo)志寄存器
　　狀態(tài)/標(biāo)志寄存器決定了DS2438的工作狀態(tài)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)操作，可實(shí)現(xiàn)DS2438的各種功能，因此在對(duì)其進(jìn)行操作之前，必須對(duì)這一寄存器進(jìn)行初始化，即對(duì)相應(yīng)的控制位進(jìn)行寫(xiě)操作。

　　(2)電流寄存器
　　DS2438內(nèi)含一個(gè)可有效測(cè)量流入、流出電池塊電流的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電流的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量外部傳感電阻兩端的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。測(cè)量的結(jié)果存放于電流寄存器中。

　　實(shí)際上電流寄存器存的是電壓值，要得到流入、流出電池的電流可用公式(1)行計(jì)算。
　　I=電流寄存器的值/(4096×RSENS) (1)

　　(3)電流積分累加寄存器
　　DS2438對(duì)電池剩余電量的測(cè)量是借助其內(nèi)部的電流積分累加器(ICA)實(shí)現(xiàn)的。ICA存放的是流入、流出電池總電流的凈累加值，因此，存儲(chǔ)在這個(gè)寄存器內(nèi)的值可用于計(jì)算電池的剩余電量。

　　(4)電壓寄存器
　　存放采集的電壓值。

　　(5)溫度寄存器
　　存放采集的電池溫度值。

　　(6)消逝時(shí)間記錄寄存器
　　消逝時(shí)間記錄寄存器記錄相對(duì)于內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)間的電池充電完畢、其脫離系統(tǒng)的精確時(shí)刻，便于用戶(hù)了解電池的使用情況，正確地使用和維護(hù)電池。

　　4.DS2438的操作命令

　　DS2438的操作命令有兩類(lèi)，一類(lèi)是存儲(chǔ)功能命令，有讀/寫(xiě)暫存頁(yè)、復(fù)制暫存頁(yè)、讀SRAM/EEPROM頁(yè)、溫度轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換等命令，此類(lèi)命令的主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。另一類(lèi)是ROM功能命令，包括對(duì)DS2438的RAM序列號(hào)進(jìn)行讀、比較、跳過(guò)、尋找等四種操作，用戶(hù)可使用這類(lèi)命令隨意訪問(wèn)一條總線上連接的多個(gè)DS2438芯片。