基于DS2438芯片的智能電池監測系統

一、引言

　　目前設計便攜式設備，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)，電池的當前狀態(tài)是用戶(hù)所關(guān)心的，如MP3播放器、手機、筆記本電腦等都實(shí)時(shí)顯示電池的當前狀態(tài)。為此在設計本文所涉及的儀器時(shí)，智能電池監測系統被充分考慮。本文實(shí)現的電池監測系統由DS2438智能電池監測芯片、51單片機、液晶顯示模塊組成，其中核心功能是由DS2438智能電池監測芯片完成的。本文介紹了本系統的硬件實(shí)現和軟件設計，以及DS2438芯片特性和相關(guān)控制軟件程序。

二、系統硬件實(shí)現

　　本系統的硬件設計力求簡(jiǎn)潔，目的是盡量減少對單片機指令周期的占用，以便使單片機能夠完成更多其他功能。系統的硬件實(shí)現框圖見(jiàn)圖1。

　　本系統由DS2438智能電池監測芯片、51單片機、液晶顯示模塊組成。

　　DS2438芯片完成對電池當前各種狀態(tài)的監測，包括當前電池的充/放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度、剩余電量、消逝時(shí)間等參數的監測。DS2438芯片能夠自動(dòng)采集這些參數，并將其放在SRAM/EEPROM中。51單片機根據需要發(fā)出命令讀取這些參數，然后處理這些參數，顯示電池狀態(tài)。由于存放這些參數的EEPROM具有非易失性，所以本系統具有掉電保護的功能。

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

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

　　由此可見(jiàn)，本系統的主要功能是由DS2438芯片和51單片機的軟件程序完成的，其中51單片機、液晶顯示模塊的用法與其在其他系統中的用法相同，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測芯片，具有功能強大、體積小、硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.特性
　　(1)僅有一根雙向數據線(xiàn)，故單片機僅需一個(gè)端口與之連接。
　　(2)內含數字溫度傳感器(免去在電池塊內設裝熱敏電阻)。
　　(3)片內模數轉換器可進(jìn)行電池電壓監測，從而可判定充電和放電的結束。
　　(4)片內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，便于統計電量。
　　(5)內含二進(jìn)制格式的消逝時(shí)間表。
　　(6)內含40字節可用于存放電池特殊參數的掉電保護的用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)存儲器。

　　2.芯片硬件接線(xiàn)(見(jiàn)圖2)

　　3.存儲空間

　　DS2438的存儲空間有8頁(yè)，每頁(yè)8個(gè)字節，共64個(gè)字節，每一頁(yè)都有對應的高速暫存頁(yè)，因此存儲器包括RAM高速暫存器和SRAM/EEPROM (掉電保護)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(xiàn)通訊時(shí)數據能夠保持一致性(數據寫(xiě)入DS2438時(shí)先寫(xiě)入高速暫存器，僅當數據被確認后，才能用暫存器復制命令將暫存頁(yè)的數據寫(xiě)入相應的掉電保護空間中)，單片機對DS2438進(jìn)行數據讀/寫(xiě)時(shí)只能對高速暫存器進(jìn)行操作。存儲空間內包括一些特殊功能寄存器和用戶(hù)可使用的存儲單元。下面僅對存儲空間中與我們設計的實(shí)際系統有關(guān)的特殊寄存器做一下說(shuō)明。

　　(1)狀態(tài)/標志寄存器
　　狀態(tài)/標志寄存器決定了DS2438的工作狀態(tài)，單片機通過(guò)對特殊功能寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)操作，可實(shí)現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，即對相應的控制位進(jìn)行寫(xiě)操作。

　　(2)電流寄存器
　　DS2438內含一個(gè)可有效測量流入、流出電池塊電流的模數轉換器，電流的測量是通過(guò)測量外部傳感電阻兩端的電壓來(lái)實(shí)現的。測量的結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部的電流積分累加器(ICA)實(shí)現的。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(gè)寄存器內的值可用于計算電池的剩余電量。

　　(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于內部基準時(shí)間的電池充電完畢、其脫離系統的精確時(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)是存儲功能命令，有讀/寫(xiě)暫存頁(yè)、復制暫存頁(yè)、讀SRAM/EEPROM頁(yè)、溫度轉換、電壓轉換等命令，此類(lèi)命令的主要作用是進(jìn)行數據采集和存儲。另一類(lèi)是ROM功能命令，包括對DS2438的RAM序列號進(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(fǎng)問(wèn)一條總線(xiàn)上連接的多個(gè)DS2438芯片。