鋰電池管理系統(tǒng)軟件設計

鋰電池管理系統(tǒng)軟件設計

Software

Design

of

ManagementSystem

of

TheLithium

Battery

鋰電池管理系統(tǒng)軟件設計[摘要]本文所設計系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，以18B20溫度檢測芯片及TLC549數模轉換模塊，專業(yè)的鋰電池充電芯片和LED顯示模塊及報警模塊構成了一種新型的智能鋰電池的充電器，該智能充電器能很好的實現以下幾個功能：實時顯示充電量的多少，過溫保護，溫度過高的報警，過流過壓保護。本文主要是研究了溫度檢測，數模轉換，LED顯示及報警電路的軟件設計。[關鍵詞]溫度檢測；充電器；數模轉換；鋰電池

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BatteryAbstract:Thisdesignofthisarticlethesystemtakethe89C51single-chipmicrocomputerasthecontrollingcore,thiskindofbatterychargerofanewintelligentlithiumbatterycontainsthe18B20temperatureexaminationchip,theTLC549digital-analogconversionmodule,thespecializedlithiumbatterychargechip,theLEDrealisticmoduleandthewarningmodule.Thisintelligentbatterychargercanrealizethefollowingseveralfunctionssmoothly:howmuchchargequantitycanbedisplayedreallytime,excessivelywarmprotection,hyperpyrexiawarning,overflowovervoltageprotection.Thisarticlemainlyresearchedthesoftwaredesignoftemperatureexamination,theD/Aconversion,LEDdisplayandalarmcircuit.Keywords：TemperatureExamination;BatteryCharger;Digital-analogConversion;LithiumBattery目錄1引言 11.1課題的背景及意義 11.2鋰電池的發(fā)展階段及發(fā)展趨勢 11.3鋰電池管理系統(tǒng)的整體設計 32溫度檢測模塊的軟件設計 42.1溫度檢測轉換 42.2DS1820測量溫度 42.3存儲器操作命令 72.4溫度檢測流程圖 93充電電壓檢測電路軟件設計 103.1電壓檢測電路 103.2A/D時序 103.3A/D轉換軟件設計 114數碼顯示模塊和報警模塊的軟件設計 124.1數碼顯示模塊軟件設計 124.1.1數碼管驅動模塊 124.1.274LS47譯碼器原理 124.1.3七段數碼管顯示流程圖 134.3報警電路軟件設計 14結束語 15參考文獻 15附錄 16致謝 211引言1.1課題的背景及意義鋰離子電池充電管理芯片的發(fā)展反映了當今信息時代鋰離子電池的廣泛應用。近年來，隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，越來越多的便攜式電子產品如移動電話、筆記本電腦、個人數字助理(PDA)、攝錄像機等逐漸普及，為人們的日常工作和生活帶來便利。由于這些產品均朝向無線化、可攜帶化方向發(fā)展，其關鍵性零組件——電源，也往輕、薄、短、小的目標邁進，團此對于體積小、重量輕、能量密度高的二次電池需求相當迫切。小型二次電池包括鎳鎘電池、鎳氫電池及鋰電池。在防止鎘污染的環(huán)保需求下，鎳鎘電池慢慢被取代已成趨勢。鎳氫電池雖無環(huán)保問題，但是能量密度低，高溫特性差及少許記憶效應等缺點，在3C產品應用上，己逐漸被鋰離子電池所取代。鋰電池具有工作電壓高(3.7Volt)、能量密度大(175Wh/Kg)，重量輕、壽命長及環(huán)保性佳等優(yōu)點，目前已大量應用于可攜帶式電子產品上，包括筆記型計算機、PDA、移動電話、攝錄像機、數字相機、迷你光驅、掌上型終端機及游戲機等，未來更可作為電動工具、電動自行車、電動機車的動力來源，其未來需求及發(fā)展前景是相當看好的?？偟膩碚f，鋰離子電池具有以下優(yōu)點。

（1）工作電壓高：通常單節(jié)鋰離子電池的電壓為3.7V，單體電池即可為3V的邏輯電路供電。對于要求較高供電電壓的電子設備，電池組所需串聯電池數也可大大減少。（2）體積小、重量輕、比能量高：通常鋰離子電池的比能量可達鎳鎘電池的2倍以上，與同容量鎳氫電池相比，體積可減少30%，重量可降低50%，有利于便攜式電子設備小型輕量化。（3）壽命長：鋰離子電池采用碳負極，在充放電過程中，碳負極不會生成金屬鋰，從而可以避免電池因內部金屬鋰短路而損壞。目前，鋰離子電池的壽命可達1200次以上，遠遠高于各類電池。（4）安全快速充電：鋰離子電池與金屬鋰電池不同，它的負極用特殊的碳電極代替金屬鋰電極，因此允許快速充電。在特定情況下可在短時間內充足電，而且安全性能大大提高。本文所設計系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，可實現電池的過流過壓保護，過溫保護。能實時顯示充電量的多少，同時帶有LED燈指示，充滿電后能自動提示。1.2鋰電池的發(fā)展階段及發(fā)展趨勢鋰電池(LithiumBattery,簡寫成LB)分為鋰一次電池(又稱鋰原電池,PrimaryLB)與鋰二次電池(又稱鋰可充電電池,RechargeableLB)。鋰原電池通常以金屬鋰或者鋰合金為負極，用MnO2，SOCl2，(CF)n等材料為正極。鋰二次電池研發(fā)分為金屬鋰二次電池、鋰離子電池與鋰聚合物電池三個階段。（1）鋰電池概念與鋰原電池發(fā)展（1960-1970）1960-1970年代的石油危機迫使人們去尋找新的替代能源，同時軍事、航空、醫(yī)藥等領域也對電源提出新的要求。當時的電池已不能滿足高能量密度電源的需要。由于在所有金屬中鋰比重很小（M=6.94g/mol,ρ=0.53g/cm3）、電極電勢極低（-3.04V相對標準氫電極），它是能量密度很大的金屬，鋰電池體系理論上能獲得最大的能量密度，因此它順理成章地進入了電池設計者的視野。與其他堿金屬相比較，鋰金屬在室溫下與水反應速度比較慢,但要讓鋰金屬應用在電池體系中，“非水電解質”的引入是關鍵的一步。（2）鋰金屬二次電池(1972-1984)鋰原電池的成功激起了二次電池的研究熱潮。除Exxon等零星幾家公司繼續(xù)氟化碳的理論問題研究外，學術界的目光都集中在“如何使該電池反應變得可逆”這個問題上，鋰二次電池的研究正式拉開了序幕。當鋰原電池由于其高能量密度迅速被應用到如手表、計算器以及可植入醫(yī)學儀器等領域的時候，眾多無機物與堿金屬的反應顯示出很好的可逆性。這些后來被確定為具有層狀結構的化合物的發(fā)現，對鋰二次電池的發(fā)展起到極為關鍵的作用。事實上，嵌入化合物化學、固體材料化學、固體離子學的發(fā)展,為鋰二次電池正極材料的選擇帶來解決方案，從而使鋰二次電池的研發(fā)邁出了決定性一步。（3）鋰離子電池(1980-1990)鑒于各種改良方案不奏效，鋰金屬二次電池研究停滯不前，研究人員選擇了顛覆性方案。第一種方案是拋棄鋰金屬，選擇另一種嵌入化合物代替鋰。這種概念的電池被形象地稱為“搖椅式電池”(RockingChairBattery，簡稱RCB)。將這一概念產品化，花了足足十年的時間，最早到達成功彼岸的是索尼公司，他們把這項技術命名為“Li-ion”(鋰離子技術)。（4）鋰聚合物電池(1978-1999)除了拋棄金屬鋰電極的第一種方案之外，研發(fā)人員還做出了另一種選擇，那就是拋棄液體電解質的第二種方案，選擇離子導電聚合物電解質取代液體電解質。聚合物電解質同時還兼有液態(tài)鋰離子電池中隔膜的作用。按照鋰電池中應用的不同，它大致可以劃分成兩種類型：（1）固體聚合物電解質，簡稱SPEs；（2）凝膠聚合物電解質，簡稱GPEs。（5）展望從1958年開始，經過了30多年的研發(fā)，終于迎來了鋰離子二次電池的誕生。未來，鋰電池將會朝著低成本、高能量、大功率、長壽命、微型化的方向發(fā)展。在這個過程中，除了制造工藝等的技術創(chuàng)新，最根本的還在于電池設計與電池材料的革新。電池中每一部件的技術突破都會帶來電池性能的飛躍。1.3鋰電池管理系統(tǒng)的整體設計鋰電池管理的整體設計如圖1所示，包含了鋰電池充電模塊，溫度檢測模塊，模數轉換模塊，數碼顯示模塊，報警模塊和單片機處理模塊。其中鋰電池充電模塊是采用市面上專用的鋰電池充電芯片，而A/D轉換模塊則是采用片型小，采樣速度快，功耗低，價格便宜，控制簡單的TLC549芯片，主要用來采集鋰電池的充電量的多少，并把這個模擬量轉化為數字量，然后送入AT89C51單片機進行處理，溫度檢測模塊采用18B20芯片，該芯片具有轉換速度快、測量精度高、多點檢測、測量范圍寬和不需外部電源等優(yōu)點。主要是用來檢測鋰電池充電模塊充電時的溫度，然后送入處理器處理。設計的核心器件是AT89C51單片機，處理A/D轉換模塊和溫度檢測模塊送過來的數據，同時，驅動LED燈顯示A/D轉換模塊測得的鋰電池充電量。數碼顯示部分則是用兩個數碼管，用來顯示0～99，分為100份，表示充電量占所需充電的百分比。而蜂鳴器則是當充電完畢后報警所用。圖1鋰電池管理系統(tǒng)硬件設計框圖圖2鋰電池管理的軟件設計流程圖本設計主要包括A/D轉換軟件設計，溫度檢測軟件設計，數碼顯示和報警軟件設計部分，上電復位之后分為溫度采集和電量采集兩部分，溫度檢測部分：當溫度高于設定值時，發(fā)出報警信號。不然則繼續(xù)檢測。A/D轉換部分：先是電量采集，然后進過ADC轉換，送入單片機進行處理。報警部分是利用蜂鳴器，當溫度高達一定程度時單片發(fā)出指令，蜂鳴器報警。電量顯示則利用兩個七段數碼管，實時顯示電量采集到得電量。其整體流程圖如圖2所示：2溫度檢測模塊的軟件設計2.1溫度檢測轉換溫度檢測模塊主要是要在鋰電池充電時完成對電池的溫度檢測，同時把檢測到得溫度值轉換成二進制數送入單片機，當檢測到得溫度值大于一定值的時候，單片機會發(fā)出報警信號。本設計用專用溫度檢測芯片DS1820作為本模塊的檢測芯片，DS1820具有以下特性，能很好的適應本設計的要求。（1）獨特的單線接口，只需1個接口引腳即可通信（2）多點（multidrop）能力使分布式溫度檢測應用得以簡化（3）不需要外部元件（4）可以數據線供電（5）不需備份電源（6）測量范圍從-55℃至+125℃，增量值為0.5℃。等效的華氏溫度范圍是-67℉至257℉，增量值為0.9℉。（7）以9位數字值方式讀出溫度（8）在1秒（典型值）內把溫度變換為數字（9）用戶可定義的，非易失性的溫度告警設置（10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）（11）應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產品，溫度計或任何熱敏系統(tǒng)2.2DS1820測量溫度DS1820通過使用在板（on-board）溫度測量專利技術來測量溫度。DS1820通過門開通期間內低溫度系數振蕩器經歷的時鐘周期個數計數來測量溫度，而門開通期由高溫度系數振蕩器決定。計數器予置對應于-55℃的基數，如果在門開通期結束前計數器達到零，那么溫度寄存器也被予置到-55℃的數值-將增量，指示溫度高于同時，計數器用鈄率累加器電路所決定的值進行予置。為了對遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進行補償，這種電路是必需的。時鐘再次使計數器值至它達到零。如果門開通時間仍未結束，那么此過程再次重復。鈄率累加器用于補償振蕩器溫度特性的非線性，以產生高分辨率的溫度測量。通過改變溫度每升高一度，計數器必須經歷的計數個數來實行補償。因此，為了獲得所需的分辨率，計數器的數值以及在給定溫度處每一攝氏度的計數個數（鈄率累加器的值）二者都必須知道。此計算在DS1820內部完成以提供0.5℃的分辨率。溫度讀數以16位，符號擴展的二進制補碼讀數形式提供。表1說明輸出數據對測量溫度的關系。數據在單線接口上串行發(fā)送。DS1820可以以0.5℃的增量值，在0.5℃至+125℃的范圍內測量溫度。對于應用華氏溫度的場合，必須使用查找表或變換系數。注意，在DS1820中，溫度是以1/2℃LSB（最低有效位）形式表示時，產生以下如圖3所示的9位格式：圖3符號擴展位最高有效（符號）位被復制到存儲器內兩字節(jié)的溫度寄存器中較高MSB的所有位，這種“符號擴展”產生了如表1所示的16位溫度讀數。以下的過程可以獲得較高的分辨率。首先，讀溫度，并從讀得的值截去0.5℃位（最低有效位）。這個值便是TEMP-READ。然后可以讀留在計數器內的值。此值是門開通期停止之后計數剩余TEMPRATURE（溫度）=TEMP_READ-0.25+[（COUNT_PER_C-COUNT_REMAIN）/(COUNT_PER_C)]（COUNT_REMAIN）。所需的最后一個數值是在該溫度處每一攝氏度的計數個數（COUNT_PER_C）。于是，用戶可以使用下式計算實際溫度：表1溫度/數據關系溫度數字輸出/（二進制）安息字輸出（十六進制）+125000000001111101000FAh+2500000000001100100032h+1/200000000000000010001h+000000000000000000000h-1/21111111111111111FFFFh-251111111111001110FFCEh-1251111111110010010FF92h（1）CRC檢驗DS1820有一存貯在64位ROM的最高有效字節(jié)內的8位CRC。總線上的主機可以根據64位ROM的前56位計算機CRC的值并把它與存貯在DS1820內的值進行比較以決定ROM的數據是否已被主機正確地接收，CRC的等效多項式函數為：CRC=X8+X5+X4+1。DS1820也利用與上述相同的多項式函數產生一個8位CRC值并把此值提供給總線的主機以確認數據字節(jié)的傳送。在使用CRC來確認數據傳送的每一種情況中，總線主機必須使用上面給出的多項式函數計算CRC的值并把計算所得的值或者與存貯在DS1820的64位ROM部分中的8位CRC值（ROM讀數），或者與DS1820中計算得到的8位CRC值（在讀暫存存貯器中時，它作為第九個字節(jié)被讀出）進行比較。CRC值的比較和是否繼續(xù)操作都由總線主機來決定。當存貯在DS1820內或由DS1820計算得到的CRC值與總線主機產生的值不相符合時，在DS1820內沒有電路來阻止命令序列的繼續(xù)執(zhí)行。移位寄存器的所有位被初始化為零。然后從產品系列號編碼的最低有效位開始，每次移入移位。當產品系列編碼的8位移入以后，接著移入序列號。在序列號的第48位進入之后，移位寄存器便包含了CRC值。移入CRC的8位應該使移位寄存器返回至全零。（2）存貯器的讀寫DS1820的存貯器如圖所示那樣被組織。存貯器由一個高速暫存（便箋式）RAM和一個非易失性，電可擦除（E2）RAM組成，后者存貯高溫度和低溫度和觸發(fā)器TH和TL。暫存存貯器有助于在單線通信時確保數據的完整性。數據首先寫入暫存存貯器，在那里它可以被讀回。當數據被校驗之后，復制暫存存貯器的命令把數據傳送到非易失性（E2）RAM。這一過程確保了更改存貯器時數據的完整性。暫存存貯器是按8位字節(jié)存儲器來組織的。頭兩個字節(jié)包含測得溫度信息。第三和第四個字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝，在每一次上電復位時被刷新。接著的兩個字節(jié)沒有使用，但是在讀回時，它們呈現為邏輯全1。第七和第八個字節(jié)是計數寄存器，它們可用于獲得較高的溫度分辨率。其存貯器映像圖如圖4所示。圖4DS1820存貯器映像圖還有第九個字節(jié)，它可用readscratchpad（讀暫存存貯器）命令讀出。該字節(jié)包含一個循環(huán)冗余校驗（CRC）字節(jié)，它是前面所有8個字節(jié)的CRC值。2.3存儲器操作命令存儲器讀寫命令如表2所示：表2DS1820命令集指令說明約定代碼發(fā)出約定代碼后單總線的操作注溫度變換命令溫度變換啟動溫度變換44h讀溫度“忙“狀態(tài)1存儲器命令讀暫存存儲器從暫存存儲器讀字節(jié)BEh<讀9字節(jié)數據>寫暫存存儲器寫字節(jié)至暫存存儲器地址2和3處（TH和TL溫度觸發(fā)器）4Eh<數據至地址2和地址3的2個字節(jié)>復制暫存存儲器把暫存存儲器復制入非異性存儲器（僅地址2和地址3）43h<讀復制狀態(tài)>2重新調出E2把貯存在非易失性存儲器內的數值重新調入暫存存儲器（溫度觸發(fā)器）E3h<讀溫度“忙”狀態(tài)讀電源發(fā)DS1820電源方式的信號至主機B4h<讀電源狀態(tài)>a溫度變換需要2秒鐘。在接收到溫度變換命令之后，如果器件未從VDD引腳取得電源，那么DS1820的I/O引線必須至少保持2秒的高電平以提供變換過程所需的電源。這樣，在溫度變換命令發(fā)出之后，至少在此期間內單線總線上不允許發(fā)生任何其他的動作。b在接收到復制暫存存儲器的命令以后，如果期間沒有從VDD引腳取得電源，那么DS1820的I/O引腳必須至少維持10ms的高電平，以便提供復制過程中所需的電源，這樣，在復制暫存存儲命令發(fā)出之后，至少在這一期間之內單線總線上不允許發(fā)生任何其他的動作。此命令寫至DS1820的暫存存儲器，以地址2開始。接著寫的兩個字節(jié)將被保存在暫存存儲器地址2和3之間中。發(fā)出一個復位便可字任何處終止寫操作。讀暫存存儲器（ResdScratchpad）[BEh]此命令讀暫存存儲器的內容。讀開始于字節(jié)0，并繼續(xù)經過暫存存儲器，直至第九個字節(jié)（字節(jié)8，CRC）被讀出為止。如果不是所有位置均可讀，那么主機可以再任何時候發(fā)出一復位以中止讀操作。復制暫存存儲器（CopyScratchpad）[48h]此命令把暫存存儲器復制入DS1820的E2存儲器，把溫度觸發(fā)器字節(jié)存貯入非易失性存儲器。如果總線主機在此命令之后發(fā)出讀時間片，那么只要DS1820正忙于把暫存存儲器復制入E2，它就會在總線上輸出“0”；當復制過程完成之后，它將返回“1”。如果由寄生電源供電，總線主機在發(fā)出此命令之后必須能立即強制上拉至少10ms。溫度變換（ConvertT）[44h]此命令開始溫度變換。不需要另外的數據。溫度變換將被執(zhí)行，接著DS1820便保持在空閑狀態(tài)。如果總線主機在此命令之后發(fā)出讀時間片，那么只要DS1820正忙于進行溫度變換，它將在總線上輸出“0”；當溫度轉換完成時，它便返回“1”。如果由寄生電源供電，那么總線主機在發(fā)出此命令之后必須立即強制上拉至少2秒。重新調出E2（RecallE2）[B8h]此命令把貯存在E2中溫度觸發(fā)器的值重新調至暫存存儲器，這種重新調出的操作在對DS1820上電時也自動發(fā)生，因此只要器件一接電，暫存存儲器內就有有效的數據可供使用。在此命令發(fā)出之后，對于發(fā)出的第一個讀數據時間片，器件都將輸出其忙的標志“0”=忙，“1”=準備就緒。讀電源（ReadPowerSupply）[B4h]對于在此命令送至DS1820之后發(fā)出的第一讀出數據的時間片，器件都會給出其電源方式的信號：“0”=寄生電源供電，“1”=外部電源供電。（3）讀/寫時間片通過使用時間片（timeslots）來讀出和寫入DS1820的數據，時間片用于處理數據位和指定進行何種操作的命令字。a寫時間片（writetimeslots）當主機把數據線從高邏輯電平拉至低邏輯電平時，產生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1時間片和寫0時間片。所有時間片必須有最短為60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間。在I/O線由高電平變?yōu)榈碗娖街?，DS1820在15us至60us的窗口之間對I/O線采樣。如果線為高電平，寫1就發(fā)生。如果線為低電平，便發(fā)生寫0。對于主機產生些1時間片的情況，數據線必須先被拉直邏輯低電平，然后就被釋放，使數據線在寫時間片開始之后的15微秒之內拉至高電平。對于主機產生寫0時間片的情況，數據線必須被拉至邏輯低電平且至少保持低電平60us。b讀時間片當從DS1820讀數據時，主機產生讀時間片。當主機把數據線從邏輯高電平拉至低電平時，產生讀時間片。數據線必須保持在低邏輯電平至少1微秒；來自DS1820的數據在讀時間片下降沿之后15微秒有效。因此，為了讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)主機必須停止把I/O引腳驅動至低電平。在讀時間片結束時，I/O引腳進過外部的上拉電阻拉回至高電平。所有讀時間片的最短持續(xù)期限為60微秒，各個讀時間片之間必須有最短為1微秒的恢復時間。2.4溫度檢測流程圖溫度檢測部分主要是利用DS1820采集鋰電池的充電時的溫度。具體流程圖如圖5所示，首先檢測DS1820是否存在，如果存在則繼續(xù)檢測鋰電池的溫度，讀取溫度值，如果不存在則返回，繼續(xù)查找DS1820是否存在。圖5溫度檢測流程圖3充電電壓檢測電路軟件設計3.1電壓檢測電路本模塊的是要實現對鋰電池的充電電壓的采集，同時轉換成數字量，送入單片機進行處理，本設計采用美國德州儀器公司生產的8位串行A/D轉換芯片-TLC549,該芯片可與通用微處理器、控制器通過I/OCLOCK、/CS、DATAOUT三條口線進行串行接口。具有4MHz片內系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉換時間最長17us，TLC549允許的最高轉換速率為40000次/s，總失調誤差最大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW，采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉換范圍，VREF-接地，VREF+-VREF-≥1V，可用于較小信號的采樣。3.2A/D時序TLC548、TLC549均有片內系統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/OCLOCK是獨立工作的，無需特殊的速度或相位匹配。其工作時序如圖6所示。圖6工作時序圖當/CS為高時，數據輸出（DATAOUT）端處于高阻狀態(tài)，此時I/OCLOCK不起作用。這種/CS控制作用允許在同時使用多片TLC548、TLC549時，共用I/OCLOCK，以減少多路（片）A/D并用時的I/O控制端口。一組通常的控制時序為：（1）將/CS置低。內部電路在測得/CS下降沿后，再等待兩個內部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認這一變化，最后自動將前一次轉換結果的最高位（D7）位輸出到DATAOUT端上。（2）前四個I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個位（D6、D5、D4、D3），片上采樣保持電路在第4個I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。（3）接下來的3個I/OCLOCK的周期的下降沿將移出第6、7、8（D2、D1、D）個轉換位。（4）最后，片上采樣保持電路在第8個I/OCLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8（D2、D1、D0）個轉換位。保持功能將持續(xù)4個內部時鐘周期，然后開始進行32個內部時鐘周期的A/D轉換。第8個I/OCLOCK后，/CS必須為高，或I/OCLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個內部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉換工作的完成。如果/CS為低時I/OCLOCK上出現一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時序失去同步，若/CS為高時出現一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉換過程。在36個內部系統(tǒng)時鐘周期結束之前，實施步驟（1）-（4），可重新啟動一次新的A/D轉換，與此同時，正在進行的轉換終止，此時的輸出是前一次的轉換結果而不是正在進行轉換結果。若要在特定的時刻采樣模擬信號，應使第8個I/OCLOCK時鐘的下降沿與該時刻對應，因為芯片雖在第4個I/OCLOCK時鐘下降沿開始采樣，卻在第8個I/OCLOCK的下降沿開始保存。3.3A/D轉換軟件設計TLC548、TLC549可方便地與具有串行外圍接口（SPI）的單片機或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機連接使用。與51系列單片機采樣程序框圖如圖7所示。圖7采樣程序流程圖實際應用程序清單如下：初始化：SETBP1.2;CLRP1.0;MOVR0,#00H;A/D過程：A/DP:CLRP1.2NOP;NXT:SETBP1.0MOVC,P1.1RLCACLRP1.0INCR0CJNER0,#8,NXTMOVRO,#00SETBP1.2MOV-DTSVRM,A;DTSVRM:DATASAVERAM.RETTLC549片型小，采樣速度快，功耗低，價格便宜，控制簡單，適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D或多路并聯采樣。4數碼顯示模塊和報警模塊的軟件設計4.1數碼顯示模塊軟件設計4.1.1數碼管驅動模塊74LS47是BCD-7段數碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼轉化成數碼塊中的數字,通過它解碼，可以直接把數字轉換為數碼管的顯示數字，從而簡化了程序，節(jié)約了單片機的I/O開銷。4.1.274LS47譯碼器原理譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，表3列出了74LS47的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系。（1）LT(-)：試燈輸入，是為了檢查數碼管各段是否能正常發(fā)光而設置的。當LT(-)=0時，無論輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅動的數碼管正常，是顯示8。（2）BI(-)：滅燈輸入，是為控制多位數碼顯示的滅燈所設置的。BI(-)=0時。不論LT(-)和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極7段數碼管熄滅。（3）RBI(-)：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設定的。當對每一位A3=A2=A1=A0=0時，本應顯示0，但是在RBI(--)=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。（4）RBO(-)：滅零輸出，它和滅燈輸入BI(-)共用一端，兩者配合使用，可以實現多位數碼顯示的滅零控制。表3<74LS47功能表>輸入輸出顯示數字符號LTRBIA3A2A1A0BIRBOabcdefg1100001000000101X00011100111111X00101001001021X00111000011031X01001100110041X01011010010051X01101110000061X01111000111171X10001000000081X1001100011009XXXXXX01111111熄滅10000001111111熄滅0XXXXX1000000084.1.3七段數碼管顯示流程圖數碼顯示部分主要是利用七段數碼管來顯示TLC549所測得的電池充電量的百分比，經過單片機的處理，在七段數碼管上顯示出來，用兩個數碼管來顯示，分別為00-99，表示已充電量占所需充電量的百分比，其流程圖如圖8所示，具體程序如附錄。圖8七段數碼管顯示流程圖4.3報警電路軟件設計此模塊實現的功能是當電池充電時，電池溫度超過一定值的時候，系統(tǒng)會延遲一段時間再次檢測，當這次檢測與上次檢測都顯示溫度高于一定值的時候，系統(tǒng)才會發(fā)出報警信號，驅動蜂鳴器報警，提醒人們電池現在的溫度很高。監(jiān)控程序流程圖如圖9所示。具體軟件程序見附錄。圖9報警電路流程圖結束語本文針對鋰離子電池組在便攜設備中的日益廣泛應用，及鋰離子電池組管理系統(tǒng)的現狀與應用問題，開發(fā)設計了一種安全可靠、經濟適用的三節(jié)鋰離子電池組智能管理系統(tǒng)。盡管鋰離子電池問世只有十多年的時間，但己經普遍應用于各種便攜式電子設備中，如筆記本計算機、攝像機、掌上電腦和智能電話等。隨著信息化社會的不斷發(fā)展，鋰離子電池將會在通信、汽車電子、儀器儀表、航空和海洋探索等各個領域得到更深層次的開發(fā)應用。因此研究鋰離子電池的特點，掌握其應用方法，對擴展其在電子設備中的應用，有著重要而實際的意義。文中詳細闡述了本課題設計過程中使用的技術基礎和要點，通過學習和研究，確定了本系統(tǒng)中使用的具體算法和實現方式。在此基礎之上，綜合考慮系統(tǒng)實際應用需求，提出了電池管理系統(tǒng)的總體設計方案，并從硬件與軟件兩方面進行了設計實現。時代的進步，科技的發(fā)展，使得越來越多的電子產品出現在人們的生活當中。隨著這些電子產品的日益普及，其對化學電源提出了更高更新的要求:體積小、質量輕、能量大、安全性好、無污染。鋰離子電池作為本世紀90年代新發(fā)展起來的綠色能源，也是我國能源領域重點支持的高新技術產業(yè)，以其高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和高能量密度等優(yōu)異性能而備受世人青睞，成為這些電子產品的理想電源，并得到廣泛應用。本系統(tǒng)由TLC549數模轉換器，DS1820數字溫度計，AT89C51單片機和7段數碼管，報警器構成。初步驗證了采樣電路、充電電路及控制電路的正常工作，單片機系統(tǒng)完成了對模擬信號的采集與轉換，按照軟件流程設計，基本實現系統(tǒng)主要功能。但由于受實驗條件、設備及時間的限制，尚不能對系統(tǒng)所有功能進行完整而全面的驗證。因此，在接下來的時間里，仍需繼續(xù)努力，不斷優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設計，以期取得更大的研究成果。參考文獻[1]潘靖.鋰電池智能管理系統(tǒng)學位論文.浙江大學.2004.7[2]周志敏，周紀海，紀愛華.便攜式電子設備電源設計與應用.第1版.北京二人民郵電出版社2007.[3]王國華，王鴻麟，羊彥，周小軍.便攜電子設備電源管理技術.第1版.西安:西安電子科技大學出版社.2004.[4]沙占友.新型單片開關電源的設計與應用.第1版.北京電子工業(yè)出版社.2001.[5]周志敏，周紀海，紀愛華.充電器電路設計與應用.第1版.人民郵電出版社.2005.[6]劉霞，鄒彥艷，金梅，李玉春.鋰電池電量的動態(tài)預測.大慶石油學院學報.2004.[7]郭炳餛，徐徽，王先友，肖立新.鋰離子電池.第1版.中南大學出版社.2002[8]馬潮.AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應用實踐四.第1版.北京航空航天大學出版社.2007.[9]習耿德根，宋建國，馬潮，葉勇建.AVR高速嵌入式單片機原理與應用.第1版.北京航空航天大學出版社.2001.[10]鴻麟等.智能快速充電器設計與制作.科學出版社.1998.[11]羅光毅.蓄電池智能管理系統(tǒng).浙江大學碩士學位論文.2003.[12]CaoXi-wu,ChengYa-ming,LuoLi-hui.Adesignofchargingforlithium-ionbatteryofambulatorymedicalinstruments[M].ChineseJournalofMedicalPhysics.2003.1[13]MAXIM.Switch-Mode,liner,andPulseChargingTechniquesforLi+BatteryinMobilePhoneandPDAs.MAXIMApplicationNote913[M].Dec27.2001附錄（1）A/D轉換模塊軟件程序#DEFINEADCDATARll#DEFINECounterR12P2INEQU00028H;//P20UT-EQU00029H;//P2口輸出寄存器P2DIR-EQU0002AH;//P2口方向寄存器WDTCTL-EQU00120H;//看門狗定時控制器WDTHOLDEQU00080H;//看門狗保持位WDTPWEQUOSAOOH;//看門狗寫入控制字CSEQUOOlH;//芯片片選CLKEQU002H;//芯片時鐘DOEQU008H;//數據輸出ORGOFOOOh;//編程起始地址RESETMOV.W#0300H,SP;//初始化X112X堆棧STOPWDTMOV.W#WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL;//關閉看門狗定時器SETUPP2MOV.B#CS,&P20UT;///CS設置，P2.X初始化BIS.B#CS+CLK,&P2DIR;///CS和CLK輸出MAINLOOPCALL#MEAS549;//調用Meas549子程序jmpMainloop;//重復調用Meas549子程序MWAS-549;//采樣TLC549的數據，數據移入ADCData(Rl1),二計數器(R12)記錄移位的位數MOV.W#B,COUNTER;//8位數據的位數CLR.WADCDATA;//清除數據緩沖區(qū)BIC.B#CS,&P20UT;///CS復位，使能ADCADC-OOPBIT.B#DO,&P2IN;//(4)DO移入c(進位)BIS.B#CLK,&P20UT;//(4)時鐘變高電平BIC.B#CLK,&P20UT;//(4)時鐘變低電平RLC.WADCDATA;//(1)C移入ADCDataDEC.WCOUNTER;//8位全部移入否?JNZADC-OOP;//(2)如果沒有，調用ADC少oopBIS.B#CS,&P20UT;///CS設置，關閉ADCRET;//調出子程序ORGOFFFEh;DWRESET;//MSP430復位向量END（2）DS1820程序TEMPER_LEQU36HTEMPER_HEQU35HTEMPER_NUMEQU60HFLAG1BIT00HDQBITP3.3AAA:

MOVSP,#70HLCALLGET_TEMPERLCALLTEMPER_COVLJMPAAANOP讀出轉換后的溫度值GET_TEMPER:

SETBDQ;BCD:

LCALLINIT_1820

JBFLAG1,S22

LJMPBCD;S22:

LCALLDELAY1

MOVA,#0CCH;

MOVA,#44H;

LCALLWRITE_1820

NOP

LCALLDELAY

LCALLDELAYCBA:

LCALLINIT_1820

JBFLAG1,ABC

LJMPCBAABC:

LCALLDELAY1

MOVA,#0CCH;

LCALLWRITE_1820

MOVA,#0BEH;

LCALLWRITE_1820

LCALLREAD_18200;READ_1820

RET讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出一個字節(jié)的數據READ_1820:

MOVR2,#8RE1:

CLRC

SETBDQ

NOP

NOP

CLRDQ

NOP

NOP

NOP

SETBDQ

MOVR3,#7DJNZR3,$MOVC,DQMOVR3,#23DJNZR3,$RRCADJNZR2,RE1RET寫DS18B20的程序WRITE_1820:

MOVR2,#8

CLRCWR1:

CLRDQ

MOVR3,#6

DJNZR3,$

RRCA

MOVDQ,C

MOVR3,#23

DJNZR3,$

SETBDQ

NOP

DJNZR2,WR1

SETBDQ

RET讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數據READ_18200:

MOVR4,#2;

MOVR1,#36H;RE00:

MOVR2,#8RE01:

CLRC

SETBDQ

NOP

NOP

CLRDQ

NOP

NOP