基于BQ27210的便攜設備電池監測系統設計

2 主要特性其引腳功能
BQ27210的主要特性為：I2C串行接口通信；能夠準確報告電池的可使用時(shí)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(dòng)失調校準，無(wú)需用戶(hù)校準；可編程輸入／輸出端口；內部用戶(hù)EEPROM配置內存；無(wú)需外部組件即可提供穩定的振蕩器；動(dòng)態(tài)放電結束后檢測延遲，允許在高動(dòng)態(tài)負載環(huán)境中使用；當通信線(xiàn)路較低時(shí)自動(dòng)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(guò)程序設置；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(shí)鐘接口，用來(lái)與單片機進(jìn)行數據通信；SDA為串行數據接口，用來(lái)與單片機進(jìn)行數據通信；SRN為電池充電、放電電流檢測輸入端(負極)；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的內部結構框圖如圖l所示。該器件可將計算得到的與電池充放電相關(guān)的數據存放在內部RAM中，這些數據可通過(guò)RBI上的電壓予以保持，而EPPROM則用以保存永久性的用戶(hù)數據信息。由于BQ27210內部集成有A／D轉換器和溫度傳感器，因此要獲得電池的電壓、溫度等參數，只需通過(guò)外部處理器對器件發(fā)出采集電壓和溫度控制命令即可，當芯片采樣完畢后會(huì )自動(dòng)將電壓、溫度測量值存入相對應的RAM寄存器中，再由外部處理器讀取寄存器的內容。

該芯片的最大的特點(diǎn)是在電池使用過(guò)程中能夠實(shí)時(shí)監測電池的電量，并根據最新監測的電池電量值來(lái)更新RAM中寄存器LMD(電池最新放電電量)的參數，同時(shí)BQ27210還能保留更新后的參數，并將其存放在寄存器LMD中直到寄存器復位。在整個(gè)電池充電到放電終止過(guò)程中，BQ27210就是通過(guò)這種不斷地監測并更新來(lái)獲取電池電量相關(guān)的實(shí)時(shí)參數。BQ27210的工作流程如圖2所示。

4 典型應用
4．1 接口電路
由于BQ27210常用于便攜式設備中，因此采用一款體積小、功耗低的單片機C805lF304實(shí)現硬件連接。C805lF304是一款完全集成的混合信號系統級MCU，僅有11個(gè)引腳，具有高達25MI／s速率和流水線(xiàn)結構的805l微控制器內核；全速、非侵入式的在線(xiàn)系統調試接口；同時(shí)該器件內部集成SMBusI／O接口，SMBus完全符合系統管理總線(xiàn)規范1．1版本，與I2C串行總線(xiàn)完全兼容。C8051F304最獨特之處是引入了數字交叉開(kāi)關(guān)，允許將內部數字系統資源映射到端口I／O引腳。這樣，通過(guò)設置數字交叉開(kāi)關(guān)控制寄存器中的值，即可將片內串行總線(xiàn)配置在端口I／O引腳，由單片機的SMBus串行接口自動(dòng)控制與BQ27210的數據傳輸。BQ27210與C8051F304的接口電路如圖3所示。

圖3中，BQ27210通過(guò)監測與電池串聯(lián)的小型電流感應電阻器Rs上的壓降情況來(lái)確定電池的充放電。當監測到的通信線(xiàn)路低，電源被切斷或需更換電池時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式。同時(shí)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(guò)電阻電容與電池相連，用以實(shí)現電壓和充放電電流的測量。RBI通過(guò)與外部電容C8相連接向內部寄存器提供備份電壓，即當VCC高于門(mén)限電壓時(shí)對電容充電；當VCC低于門(mén)限電壓時(shí)，電容將提供一段時(shí)間維持數據電壓，此時(shí)芯片內部寄存器會(huì )記錄當前數據信息，只要RBI的電壓高于1．3 V，將會(huì )一直保留數據。
C805lF304的P0．0和P0．1端口與BQ272lO的SCL和SDA引腳相連接，通過(guò)I2C總線(xiàn)實(shí)現數據傳輸，以用于單片機控制電路對電池充放電狀態(tài)的查詢(xún)或中斷處理，同時(shí)利用該串行接口電路還可以讀、寫(xiě)操作BQ27210中的各個(gè)內部寄存器，讀出所需的電池信息。
4．2 軟件設計
軟件設計分為兩個(gè)部分，一是C805lF304單片機端口I／O的初始化配置。主要通過(guò)正確配置端口I／O交叉開(kāi)關(guān)寄存器XBR0，XBRl，XBR2中的值，使數字交叉開(kāi)關(guān)使能．同時(shí)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(kāi)關(guān)不跳過(guò)任何一個(gè)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(shí)際上，通過(guò)I2C總線(xiàn)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(mén)限電壓、初始待機負載電流、放電率補償常數、溫度補償常數等。BQ27210每經(jīng)歷一次強復位都會(huì )把更新的EEPROM信息強制寫(xiě)入RAM相應的寄存器中。但值得注意的是在對EEPROM數據區寫(xiě)入任何數據前，必須保證編程模式使能，通過(guò)把數據OXDD寫(xiě)入EE_EN寄存器地址0X6E后，將激活編程使能模式，同時(shí)在PGM引腳上加一個(gè)持續時(shí)間為50ms的2l V脈沖信號，這樣即可將所需數據寫(xiě)入EEPROM的合適地址中。圖4為BQ27210的EEPROM編程流程圖。

現給出單片機C805lF304通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議讀取BQ272lO內部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 結語(yǔ)
本儀器使用時(shí)應注意：開(kāi)機前應將治療劑量調小，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(yáng)穴部位嚴禁治療。采用嵌入式器件AT89C51 SNDlC設計的治療儀已達到預期的治療效果，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(dòng)記憶、病癥與歌曲旋律的自動(dòng)匹配問(wèn)題等。