高精度鋰電池監(jiān)測(cè)芯片DS2762的原理及應(yīng)用論文
摘要：DS2762是MAXIM公司推出的智能高精度鋰電池監(jiān)測(cè)芯片。該芯片集數(shù)據(jù)采集、信息儲(chǔ)存及安全保護(hù)于一身，且功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。文章介紹了DS2762的特性，給出了DS2762與單片機(jī)的硬件連接電路及應(yīng)用軟件流程。
關(guān)鍵詞：DS2762；鋰電池監(jiān)測(cè)；單片機(jī)
1、主要特點(diǎn)
為了滿足當(dāng)前移動(dòng)性和輕便性的要求，設(shè)計(jì)便攜式產(chǎn)品時(shí)通常采用電池供電。而使用電池供電時(shí)，電池的當(dāng)前狀態(tài)往往是用戶所關(guān)心的問(wèn)題之一，當(dāng)前的智能電話、數(shù)碼相機(jī)等都需要實(shí)時(shí)顯示電池的當(dāng)前狀態(tài)。通過(guò)ＭＡＸＩＭ公司的ＤＳ2７６2即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、充放電狀況及剩余電量等參數(shù)，并可以把這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，提供給單片機(jī)作相應(yīng)處理。
ＤＳ2７６2芯片是ＭＡＸＩＭ公司推出的新一代智能鋰電池監(jiān)測(cè)芯片，該芯片集數(shù)據(jù)采集、信息儲(chǔ)存、安全保護(hù)于一身,而且功能強(qiáng)大、硬件接線簡(jiǎn)單。其主要特性如下：
●僅用一根雙向數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通訊。
●內(nèi)含溫度傳感器，可免去在電池塊內(nèi)裝設(shè)熱敏電阻。
●片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可進(jìn)行電池電壓監(jiān)測(cè)，以用于判定電池充電和放電的結(jié)束。
●通過(guò)片內(nèi)電流累加器可實(shí)時(shí)記錄電流流入、流出的總量。
●具有兩種電流感應(yīng)模式一是片內(nèi)25ｍΩ電阻感應(yīng)方式，二是可由片外用戶選擇的電阻感應(yīng)方式。
●具有兩種電源模式：即工作方式和睡眠方式。在正常工作模式，ＤＳ2７６2可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓、溫度和剩余電量等參數(shù)，而在睡眠模式，ＤＳ2７６2將停止對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)。
2、引腳功能
ＤＳ2７６2的引腳排列如圖/1所示，各引腳的功能如下：
ＣＣ:充電保護(hù)控制腳；
ＰＬＳ：用戶端電壓正極;
ＤＣ:放電保護(hù)控制腳；
ＳＮＳ：感應(yīng)電阻連接端;
ＤＱ:數(shù)據(jù)輸入、輸出端口；
ＩＳ/1，ＩＳ2：感應(yīng)輸入端;
ＰＳ:電源模式選擇端；
ＶＳＳ：接地;
ＰＩＯ：可編程Ｉ／Ｏ端:可根據(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。
3、ＤＳ2７６2的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
ＤＳ2７６2內(nèi)含ＥＥＰＲＯＭ、可鎖存ＥＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ和其它一些功能寄存器，表/1是ＤＳ2７６2的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。其中ＥＥＰＲＯＭ是非易失性存儲(chǔ)器，具有掉電保護(hù)功能，可用于儲(chǔ)存電池的重要信息；處于鎖存狀態(tài)時(shí)，也可用可鎖存ＥＥＰＲＯＭ儲(chǔ)存其它一些固定信息；ＳＲＡＭ一般用于儲(chǔ)存一些不重要的臨時(shí)數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)先存到ＲＡＭ，然后進(jìn)入ＥＥＰＲＯＭ；實(shí)際上，ＥＥＰＲＯＭ中的信息也可復(fù)制到ＲＡＭ，這兩者是鏡像關(guān)系。
表1DS2762的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)表
地址內(nèi)容讀寫(xiě)狀況00H保護(hù)寄存器可讀寫(xiě)01H狀態(tài)寄存器只讀02H-06H保留07HEEPROM寄存器可讀寫(xiě)08H特殊寄存器
可讀寫(xiě)09H-0BH保留0CH電壓寄存器的最高有效位只讀0DH電壓寄存器的最低有效位只讀0EH電流寄存器的最高有效位只讀0FH電流寄存器的最低有效位只讀10H電流累加寄存器的最高有效位可讀寫(xiě)11H電流累加寄存器的'最低有效位可讀寫(xiě)12-17H保留18H溫度寄存器的最高有效位只讀19H溫度寄存器的最低有效位只讀1AH-1FH保留20H-2FHEEPROM,塊0鎖存時(shí)只讀，未鎖存時(shí)可讀寫(xiě)30H-3FHEEPROM,塊1鎖存時(shí)只讀，未鎖存時(shí)可讀寫(xiě)40H-4FH保留80H-8FHSRAM可讀寫(xiě)90H-FFH保留
ＤＳ2７６2的操作命令有兩類：一類是地址命令，包括讀地址、地址匹配、跳過(guò)、ＳＷＡＰ等。另一類是功能命令，包括讀數(shù)據(jù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)、復(fù)制數(shù)據(jù)、取消數(shù)據(jù)和鎖存等。
4、應(yīng)用
以ＤＳ2７６2為核心設(shè)計(jì)的智能鋰電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。本系統(tǒng)采用片內(nèi)電阻感應(yīng)方式。
本電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由ＤＳ2７６2鋰電池監(jiān)測(cè)芯片、5/1單片機(jī)和液晶顯示模塊組成。ＤＳ2７６2主要完成對(duì)電池當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括當(dāng)前電池的充、放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度和剩余電量等參數(shù)的監(jiān)測(cè),同時(shí)它還能自動(dòng)采集這些數(shù)據(jù)，并將其放在存儲(chǔ)器中。場(chǎng)效應(yīng)管ＦＥＴ/1、ＦＥＴ2等構(gòu)成了ＤＳ2７６2的充、放電保護(hù)回路，可用于實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、充電過(guò)流以及短路保護(hù)等功能。
通過(guò)８０5/1單片機(jī)可以按照用戶需要對(duì)電池的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行讀取和處理，然后送往液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。由于存放這些參數(shù)的ＥＥＰＲＯＭ具有非易失性，所以本系統(tǒng)同時(shí)具有掉電保護(hù)功能。圖2電路中的單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制處理中心，由于大量的工作均可由單片機(jī)來(lái)完成，因而明顯地降低了該系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度。
液晶顯示模塊可用來(lái)顯示用戶需要了解的電池當(dāng)前狀態(tài)信息，以便用戶可根據(jù)這些信息作出相應(yīng)的處理。實(shí)際上，該液晶顯示模塊只接受單片機(jī)的控制和訪問(wèn)。
由于ＤＳ2７６2與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)僅用一根數(shù)據(jù)線，因此，必須嚴(yán)格按照芯片的讀寫(xiě)時(shí)序要求來(lái)編寫(xiě)程序，這樣才能保證數(shù)據(jù)的正確讀寫(xiě)。下面介紹利用ＤＳ2７６2芯片來(lái)對(duì)電池的工作方式和電壓、電流、溫度、剩余電量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的具體實(shí)現(xiàn)方法。
（/1）電池工作方式的監(jiān)測(cè)
要確定電池在使用中處于何種工作方式，可利用ＤＳ2７６2中電流寄存器的值來(lái)進(jìn)行判斷。單片機(jī)每８８ｍｓ監(jiān)測(cè)一次電壓，并將ＩＳ/1和ＩＳ2兩端的壓差（Ｖｉｓ＝Ｖｉｓ/1－Ｖｉｓ2）轉(zhuǎn)換成電流存入電流寄存器。若Ｖｉｓ為正值，說(shuō)明電池正在充電；若Ｖｉｓ為負(fù)值，說(shuō)明電池正在放電，也就是儀器正由鋰電池供電。其軟件流程圖見(jiàn)圖/3所示。
（2）電池電壓和溫度的測(cè)量
由于ＤＳ2７６2芯片內(nèi)部集成有Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器，因此，要獲得電池的電壓、溫度等參數(shù)，只需通過(guò)單片機(jī)對(duì)ＤＳ2７６2發(fā)出采集電壓、溫度的控制命令，并待其采樣完畢后自動(dòng)將電壓、溫度的測(cè)量值存入相對(duì)應(yīng)的寄存器，最后再由單片機(jī)讀取寄存器的內(nèi)容即可。
（/3）剩余電量的監(jiān)測(cè)
電池的剩余電量是用戶所需要的重要信息之一，它可利用電流累加寄存器中的值來(lái)求得。電流累加寄存器的值是由ＤＳ2７６2實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量電池電流后得到的，因而無(wú)須對(duì)其進(jìn)行控制。通常在電池充電時(shí)，該值增加，電池放電
時(shí)，該值減少。這樣，通過(guò)單片機(jī)讀取此值即可獲得剩余電量。剩余電量監(jiān)測(cè)的流程圖見(jiàn)圖4所示。
在單片機(jī)對(duì)ＤＳ2７６2進(jìn)行任意存儲(chǔ)命令操作時(shí)，每個(gè)命令發(fā)出之前都必須按照ＤＳ2７６2的復(fù)位時(shí)序要求先發(fā)出復(fù)位信號(hào)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(gè)ＲＯＭ命令以用于選擇總線上要訪問(wèn)的ＤＳ2７６2。在本文的程序流程圖中，此過(guò)程已在“ＤＳ2７６2的初始化”程序中所包含。
一般情況下，在讀取電流累加寄存器的值時(shí)，為防止讀取錯(cuò)誤，要先檢查ＤＳ2７６2是否正在修改寄存器的內(nèi)容。這一點(diǎn)可通過(guò)判斷ＥＥＰＲＯＭ寄存器的ＥＥＣ位來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5、結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的基于ＤＳ2７６2芯片的智能鋰電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是便攜式儀器的一部分。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作方便，能夠與其它系統(tǒng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的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(shí)用性。
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