基于DS2438芯片的智能電池監(jiān)測系統(tǒng)

一、引言

　　目前設(shè)計(jì)便攜式設(shè)備，為了滿足移動性和輕便性的要求，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MP3播放器、手機(jī)、筆記本電腦等都實(shí)時顯示電池的當(dāng)前狀態(tài)。為此在設(shè)計(jì)本文所涉及的儀器時，智能電池監(jiān)測系統(tǒng)被充分考慮。本文實(shí)現(xiàn)的電池監(jiān)測系統(tǒng)由DS2438智能電池監(jiān)測芯片、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)力求簡潔，目的是盡量減少對單片機(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)框圖見圖1。

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

　　DS2438芯片完成對電池當(dāng)前各種狀態(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、剩余電量、消逝時間等參數(shù)的監(jiān)測。DS2438芯片能夠自動采集這些參數(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)按照用戶需要對電池狀態(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，單片機(jī)是整個系統(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。

　　由此可見，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)測芯片，具有功能強(qiáng)大、體積小、硬件接線簡單等優(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，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)的用戶訪問存儲器。

　　2.芯片硬件接線(見圖2)

　　3.存儲空間

　　DS2438的存儲空間有8頁，每頁8個字節(jié)，共64個字節(jié)，每一頁都有對應(yīng)的高速暫存頁，因此存儲器包括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數(shù)據(jù)能夠保持一致性(數(shù)據(jù)寫入DS2438時先寫入高速暫存器，僅當(dāng)數(shù)據(jù)被確認(rèn)后，才能用暫存器復(fù)制命令將暫存頁的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的掉電保護(hù)空間中)，單片機(jī)對DS2438進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫時只能對高速暫存器進(jìn)行操作。存儲空間內(nèi)包括一些特殊功能寄存器和用戶可使用的存儲單元。下面僅對存儲空間中與我們設(shè)計(jì)的實(shí)際系統(tǒng)有關(guān)的特殊寄存器做一下說明。

　　(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)通過對特殊功能寄存器進(jìn)行讀/寫操作，可實(shí)現(xiàn)DS2438的各種功能，因此在對其進(jìn)行操作之前，必須對這一寄存器進(jìn)行初始化，即對相應(yīng)的控制位進(jìn)行寫操作。

　　(2)電流寄存器
　　DS2438內(nèi)含一個可有效測量流入、流出電池塊電流的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電流的測量是通過測量外部傳感電阻兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)的。測量的結(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對電池剩余電量的測量是借助其內(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，存儲在這個寄存器內(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)消逝時間記錄寄存器
　　消逝時間記錄寄存器記錄相對于內(nèi)部基準(zhǔn)時間的電池充電完畢、其脫離系統(tǒng)的精確時刻，便于用戶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，一類是存儲功能命令，有讀/寫暫存頁、復(fù)制暫存頁、讀SRAM/EEPROM頁、溫度轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換等命令，此類命令的主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲。另一類是ROM功能命令，包括對DS2438的RAM序列號進(jìn)行讀、比較、跳過、尋找等四種操作，用戶可使用這類命令隨意訪問一條總線上連接的多個DS2438芯片。