鋰電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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Battery

鋰電池管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[摘要]本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，以18B20溫度檢測(cè)芯片及TLC549數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，專業(yè)的鋰電池充電芯片和LED顯示模塊及報(bào)警模塊構(gòu)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(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：實(shí)時(shí)顯示充電量的多少，過溫保護(hù)，溫度過高的報(bào)警，過流過壓保護(hù)。本文主要是研究了溫度檢測(cè)，數(shù)模轉(zhuǎn)換，LED顯示及報(bào)警電路的軟件設(shè)計(jì)。[關(guān)鍵詞]溫度檢測(cè)；充電器；數(shù)模轉(zhuǎn)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(shì) 11.3鋰電池管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 32溫度檢測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì) 42.1溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換 42.2DS1820測(cè)量溫度 42.3存儲(chǔ)器操作命令 72.4溫度檢測(cè)流程圖 93充電電壓檢測(cè)電路軟件設(shè)計(jì) 103.1電壓檢測(cè)電路 103.2A/D時(shí)序 103.3A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì) 114數(shù)碼顯示模塊和報(bào)警模塊的軟件設(shè)計(jì) 124.1數(shù)碼顯示模塊軟件設(shè)計(jì) 124.1.1數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊 124.1.274LS47譯碼器原理 124.1.3七段數(shù)碼管顯示流程圖 134.3報(bào)警電路軟件設(shè)計(jì) 14結(jié)束語 15參考文獻(xiàn) 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(dāng)今信息時(shí)代鋰離子電池的廣泛應(yīng)用。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，越來越多的便攜式電子產(chǎn)品如移動(dòng)電話、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、攝錄像機(jī)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(chǎn)品均朝向無線化、可攜帶化方向發(fā)展，其關(guān)鍵性零組件——電源，也往輕、薄、短、小的目標(biāo)邁進(jìn)，團(tuán)此對(duì)于體積小、重量輕、能量密度高的二次電池需求相當(dāng)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(shì)。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(yīng)等缺點(diǎn)，在3C產(chǎn)品應(yīng)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(diǎn)，目前已大量應(yīng)用于可攜帶式電子產(chǎn)品上，包括筆記型計(jì)算機(jī)、PDA、移動(dòng)電話、攝錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)、迷你光驅(qū)、掌上型終端機(jī)及游戲機(jī)等，未來更可作為電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)機(jī)車的動(dòng)力來源，其未來需求及發(fā)展前景是相當(dāng)看好的?？偟膩碚f，鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（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(duì)于要求較高供電電壓的電子設(shè)備，電池組所需串聯(lián)電池?cái)?shù)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(dá)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(shè)備小型輕量化。（3）壽命長：鋰離子電池采用碳負(fù)極，在充放電過程中，碳負(fù)極不會(huì)生成金屬鋰，從而可以避免電池因內(nèi)部金屬鋰短路而損壞。目前，鋰離子電池的壽命可達(dá)1200次以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)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(shí)間內(nèi)充足電，而且安全性能大大提高。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，可實(shí)現(xiàn)電池的過流過壓保護(hù)，過溫保護(hù)。能實(shí)時(shí)顯示充電量的多少，同時(shí)帶有LED燈指示，充滿電后能自動(dòng)提示。1.2鋰電池的發(fā)展階段及發(fā)展趨勢(shì)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(fù)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(gè)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(jī)迫使人們?nèi)ふ倚碌奶娲茉?，同時(shí)軍事、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域也對(duì)電源提出新的要求。當(dāng)時(shí)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(shì)極低（-3.04V相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入了電池設(shè)計(jì)者的視野。與其他堿金屬相比較，鋰金屬在室溫下與水反應(yīng)速度比較慢,但要讓鋰金屬應(yīng)用在電池體系中，“非水電解質(zhì)”的引入是關(guān)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(xué)術(shù)界的目光都集中在“如何使該電池反應(yīng)變得可逆”這個(gè)問題上，鋰二次電池的研究正式拉開了序幕。當(dāng)鋰原電池由于其高能量密度迅速被應(yīng)用到如手表、計(jì)算器以及可植入醫(yī)學(xué)儀器等領(lǐng)域的時(shí)候，眾多無機(jī)物與堿金屬的反應(yīng)顯示出很好的可逆性。這些后來被確定為具有層狀結(jié)構(gòu)的化合物的發(fā)現(xiàn)，對(duì)鋰二次電池的發(fā)展起到極為關(guān)鍵的作用。事實(shí)上，嵌入化合物化學(xué)、固體材料化學(xué)、固體離子學(xué)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(chǎn)品化，花了足足十年的時(shí)間，最早到達(dá)成功彼岸的是索尼公司，他們把這項(xiàng)技術(shù)命名為“Li-ion”(鋰離子技術(shù))。（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(zhì)的第二種方案，選擇離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)。聚合物電解質(zhì)同時(shí)還兼有液態(tài)鋰離子電池中隔膜的作用。按照鋰電池中應(yīng)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(zhì)，簡稱SPEs；（2）凝膠聚合物電解質(zhì)，簡稱GPEs。（5）展望從1958年開始，經(jīng)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(huì)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(gè)過程中，除了制造工藝等的技術(shù)創(chuàng)新，最根本的還在于電池設(shè)計(jì)與電池材料的革新。電池中每一部件的技術(shù)突破都會(huì)帶來電池性能的飛躍。1.3鋰電池管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)鋰電池管理的整體設(shè)計(jì)如圖1所示，包含了鋰電池充電模塊，溫度檢測(cè)模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)碼顯示模塊，報(bào)警模塊和單片機(jī)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(zhuǎn)換模塊則是采用片型小，采樣速度快，功耗低，價(jià)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(gè)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后送入AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理，溫度檢測(cè)模塊采用18B20芯片，該芯片具有轉(zhuǎn)換速度快、測(cè)量精度高、多點(diǎn)檢測(cè)、測(cè)量范圍寬和不需外部電源等優(yōu)點(diǎn)。主要是用來檢測(cè)鋰電池充電模塊充電時(shí)的溫度，然后送入處理器處理。設(shè)計(jì)的核心器件是AT89C51單片機(jī)，處理A/D轉(zhuǎn)換模塊和溫度檢測(cè)模塊送過來的數(shù)據(jù)，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)LED燈顯示A/D轉(zhuǎn)換模塊測(cè)得的鋰電池充電量。數(shù)碼顯示部分則是用兩個(gè)數(shù)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(dāng)充電完畢后報(bào)警所用。圖1鋰電池管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖圖2鋰電池管理的軟件設(shè)計(jì)流程圖本設(shè)計(jì)主要包括A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)，溫度檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)，數(shù)碼顯示和報(bào)警軟件設(shè)計(jì)部分，上電復(fù)位之后分為溫度采集和電量采集兩部分，溫度檢測(cè)部分：當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。不然則繼續(xù)檢測(cè)。A/D轉(zhuǎn)換部分：先是電量采集，然后進(jìn)過ADC轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)進(jìn)行處理。報(bào)警部分是利用蜂鳴器，當(dāng)溫度高達(dá)一定程度時(shí)單片發(fā)出指令，蜂鳴器報(bào)警。電量顯示則利用兩個(gè)七段數(shù)碼管，實(shí)時(shí)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(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)2.1溫度檢測(cè)轉(zhuǎn)換溫度檢測(cè)模塊主要是要在鋰電池充電時(shí)完成對(duì)電池的溫度檢測(cè)，同時(shí)把檢測(cè)到得溫度值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)送入單片機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到得溫度值大于一定值的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)用專用溫度檢測(cè)芯片DS1820作為本模塊的檢測(cè)芯片，DS1820具有以下特性，能很好的適應(yīng)本設(shè)計(jì)的要求。（1）獨(dú)特的單線接口，只需1個(gè)接口引腳即可通信（2）多點(diǎn)（multidrop）能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡化（3）不需要外部元件（4）可以數(shù)據(jù)線供電（5）不需備份電源（6）測(cè)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(shù)字值方式讀出溫度（8）在1秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字（9）用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置（10）告警搜索命令識(shí)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(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)2.2DS1820測(cè)量溫度DS1820通過使用在板（on-board）溫度測(cè)量專利技術(shù)來測(cè)量溫度。DS1820通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)來測(cè)量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。計(jì)數(shù)器予置對(duì)應(yīng)于-55℃的基數(shù)，如果在門開通期結(jié)束前計(jì)數(shù)器達(dá)到零，那么溫度寄存器也被予置到-55℃的數(shù)值-將增量，指示溫度高于同時(shí)，計(jì)數(shù)器用鈄率累加器電路所決定的值進(jìn)行予置。為了對(duì)遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償，這種電路是必需的。時(shí)鐘再次使計(jì)數(shù)器值至它達(dá)到零。如果門開通時(shí)間仍未結(jié)束，那么此過程再次重復(fù)。鈄率累加器用于補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測(cè)量。通過改變溫度每升高一度，計(jì)數(shù)器必須經(jīng)歷的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)來實(shí)行補(bǔ)償。因此，為了獲得所需的分辨率，計(jì)數(shù)器的數(shù)值以及在給定溫度處每一攝氏度的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)（鈄率累加器的值）二者都必須知道。此計(jì)算在DS1820內(nèi)部完成以提供0.5℃的分辨率。溫度讀數(shù)以16位，符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供。表1說明輸出數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量溫度的關(guān)系。數(shù)據(jù)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(nèi)測(cè)量溫度。對(duì)于應(yīng)用華氏溫度的場(chǎng)合，必須使用查找表或變換系數(shù)。注意，在DS1820中，溫度是以1/2℃LSB（最低有效位）形式表示時(shí)，產(chǎn)生以下如圖3所示的9位格式：圖3符號(hào)擴(kuò)展位最高有效（符號(hào)）位被復(fù)制到存儲(chǔ)器內(nèi)兩字節(jié)的溫度寄存器中較高M(jìn)SB的所有位，這種“符號(hào)擴(kuò)展”產(chǎn)生了如表1所示的16位溫度讀數(shù)。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(gè)值便是TEMP-READ。然后可以讀留在計(jì)數(shù)器內(nèi)的值。此值是門開通期停止之后計(jì)數(shù)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(gè)數(shù)值是在該溫度處每一攝氏度的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)（COUNT_PER_C）。于是，用戶可以使用下式計(jì)算實(shí)際溫度：表1溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系溫度數(shù)字輸出/（二進(jìn)制）安息字輸出（十六進(jìn)制）+125000000001111101000FAh+2500000000001100100032h+1/200000000000000010001h+000000000000000000000h-1/21111111111111111FFFFh-251111111111001110FFCEh-1251111111110010010FF92h（1）CRC檢驗(yàn)DS1820有一存貯在64位ROM的最高有效字節(jié)內(nèi)的8位CRC?？偩€上的主機(jī)可以根據(jù)64位ROM的前56位計(jì)算機(jī)CRC的值并把它與存貯在DS1820內(nèi)的值進(jìn)行比較以決定ROM的數(shù)據(jù)是否已被主機(jī)正確地接收，CRC的等效多項(xiàng)式函數(shù)為：CRC=X8+X5+X4+1。DS1820也利用與上述相同的多項(xiàng)式函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)8位CRC值并把此值提供給總線的主機(jī)以確認(rèn)數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送。在使用CRC來確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的每一種情況中，總線主機(jī)必須使用上面給出的多項(xiàng)式函數(shù)計(jì)算CRC的值并把計(jì)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(shù)），或者與DS1820中計(jì)算得到的8位CRC值（在讀暫存存貯器中時(shí)，它作為第九個(gè)字節(jié)被讀出）進(jìn)行比較。CRC值的比較和是否繼續(xù)操作都由總線主機(jī)來決定。當(dāng)存貯在DS1820內(nèi)或由DS1820計(jì)算得到的CRC值與總線主機(jī)產(chǎn)生的值不相符合時(shí)，在DS1820內(nèi)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(chǎn)品系列號(hào)編碼的最低有效位開始，每次移入移位。當(dāng)產(chǎn)品系列編碼的8位移入以后，接著移入序列號(hào)。在序列號(hào)的第48位進(jìn)入之后，移位寄存器便包含了CRC值。移入CRC的8位應(yīng)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(gè)高速暫存（便箋式）RAM和一個(gè)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(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)首先寫入暫存存貯器，在那里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗(yàn)之后，復(fù)制暫存存貯器的命令把數(shù)據(jù)傳送到非易失性（E2）RAM。這一過程確保了更改存貯器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。暫存存貯器是按8位字節(jié)存儲(chǔ)器來組織的。頭兩個(gè)字節(jié)包含測(cè)得溫度信息。第三和第四個(gè)字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝，在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。接著的兩個(gè)字節(jié)沒有使用，但是在讀回時(shí)，它們呈現(xiàn)為邏輯全1。第七和第八個(gè)字節(jié)是計(jì)數(shù)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(gè)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(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）字節(jié)，它是前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC值。2.3存儲(chǔ)器操作命令存儲(chǔ)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(dòng)溫度變換44h讀溫度“忙“狀態(tài)1存儲(chǔ)器命令讀暫存存儲(chǔ)器從暫存存儲(chǔ)器讀字節(jié)BEh<讀9字節(jié)數(shù)據(jù)>寫暫存存儲(chǔ)器寫字節(jié)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器地址2和3處（TH和TL溫度觸發(fā)器）4Eh<數(shù)據(jù)至地址2和地址3的2個(gè)字節(jié)>復(fù)制暫存存儲(chǔ)器把暫存存儲(chǔ)器復(fù)制入非異性存儲(chǔ)器（僅地址2和地址3）43h<讀復(fù)制狀態(tài)>2重新調(diào)出E2把貯存在非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)值重新調(diào)入暫存存儲(chǔ)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(hào)至主機(jī)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(nèi)單線總線上不允許發(fā)生任何其他的動(dòng)作。b在接收到復(fù)制暫存存儲(chǔ)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(fù)制過程中所需的電源，這樣，在復(fù)制暫存存儲(chǔ)命令發(fā)出之后，至少在這一期間之內(nèi)單線總線上不允許發(fā)生任何其他的動(dòng)作。此命令寫至DS1820的暫存存儲(chǔ)器，以地址2開始。接著寫的兩個(gè)字節(jié)將被保存在暫存存儲(chǔ)器地址2和3之間中。發(fā)出一個(gè)復(fù)位便可字任何處終止寫操作。讀暫存存儲(chǔ)器（ResdScratchpad）[BEh]此命令讀暫存存儲(chǔ)器的內(nèi)容。讀開始于字節(jié)0，并繼續(xù)經(jīng)過暫存存儲(chǔ)器，直至第九個(gè)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(jī)可以再任何時(shí)候發(fā)出一復(fù)位以中止讀操作。復(fù)制暫存存儲(chǔ)器（CopyScratchpad）[48h]此命令把暫存存儲(chǔ)器復(fù)制入DS1820的E2存儲(chǔ)器，把溫度觸發(fā)器字節(jié)存貯入非易失性存儲(chǔ)器。如果總線主機(jī)在此命令之后發(fā)出讀時(shí)間片，那么只要DS1820正忙于把暫存存儲(chǔ)器復(fù)制入E2，它就會(huì)在總線上輸出“0”；當(dāng)復(fù)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(jī)在發(fā)出此命令之后必須能立即強(qiáng)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(shù)據(jù)。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(jī)在此命令之后發(fā)出讀時(shí)間片，那么只要DS1820正忙于進(jìn)行溫度變換，它將在總線上輸出“0”；當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換完成時(shí)，它便返回“1”。如果由寄生電源供電，那么總線主機(jī)在發(fā)出此命令之后必須立即強(qiáng)制上拉至少2秒。重新調(diào)出E2（RecallE2）[B8h]此命令把貯存在E2中溫度觸發(fā)器的值重新調(diào)至?xí)捍娲鎯?chǔ)器，這種重新調(diào)出的操作在對(duì)DS1820上電時(shí)也自動(dòng)發(fā)生，因此只要器件一接電，暫存存儲(chǔ)器內(nèi)就有有效的數(shù)據(jù)可供使用。在此命令發(fā)出之后，對(duì)于發(fā)出的第一個(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)間片，器件都將輸出其忙的標(biāo)志“0”=忙，“1”=準(zhǔn)備就緒。讀電源（ReadPowerSupply）[B4h]對(duì)于在此命令送至DS1820之后發(fā)出的第一讀出數(shù)據(jù)的時(shí)間片，器件都會(huì)給出其電源方式的信號(hào)：“0”=寄生電源供電，“1”=外部電源供電。（3）讀/寫時(shí)間片通過使用時(shí)間片（timeslots）來讀出和寫入DS1820的數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和指定進(jìn)行何種操作的命令字。a寫時(shí)間片（writetimeslots）當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從高邏輯電平拉至低邏輯電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫1時(shí)間片和寫0時(shí)間片。所有時(shí)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(fù)時(shí)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(duì)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(duì)于主機(jī)產(chǎn)生些1時(shí)間片的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉直邏輯低電平，然后就被釋放，使數(shù)據(jù)線在寫時(shí)間片開始之后的15微秒之內(nèi)拉至高電平。對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫0時(shí)間片的情況，數(shù)據(jù)線必須被拉至邏輯低電平且至少保持低電平60us。b讀時(shí)間片當(dāng)從DS1820讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至低電平時(shí)，產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線必須保持在低邏輯電平至少1微秒；來自DS1820的數(shù)據(jù)在讀時(shí)間片下降沿之后15微秒有效。因此，為了讀出從讀時(shí)間片開始算起15微秒的狀態(tài)主機(jī)必須停止把I/O引腳驅(qū)動(dòng)至低電平。在讀時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O引腳進(jìn)過外部的上拉電阻拉回至高電平。所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期限為60微秒，各個(gè)讀時(shí)間片之間必須有最短為1微秒的恢復(fù)時(shí)間。2.4溫度檢測(cè)流程圖溫度檢測(cè)部分主要是利用DS1820采集鋰電池的充電時(shí)的溫度。具體流程圖如圖5所示，首先檢測(cè)DS1820是否存在，如果存在則繼續(xù)檢測(cè)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(cè)流程圖3充電電壓檢測(cè)電路軟件設(shè)計(jì)3.1電壓檢測(cè)電路本模塊的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的充電電壓的采集，同時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，本設(shè)計(jì)采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)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(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長17us，TLC549允許的最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s，總失調(diào)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(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF-接地，VREF+-VREF-≥1V，可用于較小信號(hào)的采樣。3.2A/D時(shí)序TLC548、TLC549均有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I/OCLOCK是獨(dú)立工作的，無需特殊的速度或相位匹配。其工作時(shí)序如圖6所示。圖6工作時(shí)序圖當(dāng)/CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出（DATAOUT）端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/OCLOCK不起作用。這種/CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLC548、TLC549時(shí)，共用I/OCLOCK，以減少多路（片）A/D并用時(shí)的I/O控制端口。一組通常的控制時(shí)序?yàn)椋海?）將/CS置低。內(nèi)部電路在測(cè)得/CS下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位（D7）位輸出到DATAOUT端上。（2）前四個(gè)I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5個(gè)位（D6、D5、D4、D3），片上采樣保持電路在第4個(gè)I/OCLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。（3）接下來的3個(gè)I/OCLOCK的周期的下降沿將移出第6、7、8（D2、D1、D）個(gè)轉(zhuǎn)換位。（4）最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I/OCLOCK周期的下降沿將移出第6、7、8（D2、D1、D0）個(gè)轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，然后開始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個(gè)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(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果/CS為低時(shí)I/OCLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時(shí)序失去同步，若/CS為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟（1）-（4），可重新啟動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，應(yīng)使第8個(gè)I/OCLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)樾酒m在第4個(gè)I/OCLOCK時(shí)鐘下降沿開始采樣，卻在第8個(gè)I/OCLOCK的下降沿開始保存。3.3A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)TLC548、TLC549可方便地與具有串行外圍接口（SPI）的單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機(jī)連接使用。與51系列單片機(jī)采樣程序框圖如圖7所示。圖7采樣程序流程圖實(shí)際應(yīng)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(jià)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(lián)采樣。4數(shù)碼顯示模塊和報(bào)警模塊的軟件設(shè)計(jì)4.1數(shù)碼顯示模塊軟件設(shè)計(jì)4.1.1數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，從而簡化了程序，節(jié)約了單片機(jī)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(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過來。實(shí)現(xiàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表3列出了74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關(guān)系。（1）LT(-)：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng)LT(-)=0時(shí)，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(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。（2）BI(-)：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。BI(-)=0時(shí)。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(shù)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(shè)定的。當(dāng)對(duì)每一位A3=A2=A1=A0=0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在RBI(--)=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結(jié)果和加入滅燈信號(hào)的結(jié)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(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。表3<74LS47功能表>輸入輸出顯示數(shù)字符號(hào)LTRBIA3A2A1A0BIRBOabcdefg1100001000000101X00011100111111X00101001001021X00111000011031X01001100110041X01011010010051X01101110000061X01111000111171X10001000000081X1001100011009XXXXXX01111111熄滅10000001111111熄滅0XXXXX1000000084.1.3七段數(shù)碼管顯示流程圖數(shù)碼顯示部分主要是利用七段數(shù)碼管來顯示TLC549所測(cè)得的電池充電量的百分比，經(jīng)過單片機(jī)的處理，在七段數(shù)碼管上顯示出來，用兩個(gè)數(shù)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(shù)碼管顯示流程圖4.3報(bào)警電路軟件設(shè)計(jì)此模塊實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)電池充電時(shí)，電池溫度超過一定值的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)延遲一段時(shí)間再次檢測(cè)，當(dāng)這次檢測(cè)與上次檢測(cè)都顯示溫度高于一定值的時(shí)候，系統(tǒng)才會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，提醒人們電池現(xiàn)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(bào)警電路流程圖結(jié)束語本文針對(duì)鋰離子電池組在便攜設(shè)備中的日益廣泛應(yīng)用，及鋰離子電池組管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀與應(yīng)用問題，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)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(shí)間，但己經(jīng)普遍應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備中，如筆記本計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、掌上電腦和智能電話等。隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，鋰離子電池將會(huì)在通信、汽車電子、儀器儀表、航空和海洋探索等各個(gè)領(lǐng)域得到更深層次的開發(fā)應(yīng)用。因此研究鋰離子電池的特點(diǎn)，掌握其應(yīng)用方法，對(duì)擴(kuò)展其在電子設(shè)備中的應(yīng)用，有著重要而實(shí)際的意義。文中詳細(xì)闡述了本課題設(shè)計(jì)過程中使用的技術(shù)基礎(chǔ)和要點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)和研究，確定了本系統(tǒng)中使用的具體算法和實(shí)現(xiàn)方式。在此基礎(chǔ)之上，綜合考慮系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求，提出了電池管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并從硬件與軟件兩方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，使得越來越多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。隨著這些電子產(chǎn)品的日益普及，其對(duì)化學(xué)電源提出了更高更新的要求:體積小、質(zhì)量輕、能量大、安全性好、無污染。鋰離子電池作為本世紀(jì)90年代新發(fā)展起來的綠色能源，也是我國能源領(lǐng)域重點(diǎn)支持的高新技術(shù)產(chǎn)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(chǎn)品的理想電源，并得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)由TLC549數(shù)模轉(zhuǎn)換器，DS1820數(shù)字溫度計(jì)，AT89C51單片機(jī)和7段數(shù)碼管，報(bào)警器構(gòu)成。初步驗(yàn)證了采樣電路、充電電路及控制電路的正常工作，單片機(jī)系統(tǒng)完成了對(duì)模擬信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換，按照軟件流程設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能。但由于受實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)備及時(shí)間的限制，尚不能對(duì)系統(tǒng)所有功能進(jìn)行完整而全面的驗(yàn)證。因此，在接下來的時(shí)間里，仍需繼續(xù)努力，不斷優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，以期取得更大的研究成果。參考文獻(xiàn)[1]潘靖.鋰電池智能管理系統(tǒng)學(xué)位論文.浙江大學(xué).2004.7[2]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.便攜式電子設(shè)備電源設(shè)計(jì)與應(yīng)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(shè)備電源管理技術(shù).第1版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2004.[4]沙占友.新型單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.第1版.北京電子工業(yè)出版社.2001.[5]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)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(dòng)態(tài)預(yù)測(cè).大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).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(xué)出版社.2002[8]馬潮.AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐四.第1版.北京航空航天大學(xué)出版社.2007.[9]習(xí)耿德根，宋建國，馬潮，葉勇建.AVR高速嵌入式單片機(jī)原理與應(yīng)用.第1版.北京航空航天大學(xué)出版社.2001.[10]鴻麟等.智能快速充電器設(shè)計(jì)與制作.科學(xué)出版社.1998.[11]羅光毅.蓄電池智能管理系統(tǒng).浙江大學(xué)碩士學(xué)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(zhuǎn)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(shí)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(shí)鐘DOEQU008H;//數(shù)據(jù)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(guān)閉看門狗定時(shí)器SETUPP2MOV.B#CS,&P20UT;///CS設(shè)置，P2.X初始化BIS.B#CS+CLK,&P2DIR;///CS和CLK輸出MAINLOOPCALL#MEAS549;//調(diào)用Meas549子程序jmpMainloop;//重復(fù)調(diào)用Meas549子程序MWAS-549;//采樣TLC549的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)移入ADCData(Rl1),二計(jì)數(shù)器(R12)記錄移位的位數(shù)MOV.W#B,COUNTER;//8位數(shù)據(jù)的位數(shù)CLR.WADCDATA;//清除數(shù)據(jù)緩沖區(qū)BIC.B#CS,&P20UT;///CS復(fù)位，使能ADCADC-OOPBIT.B#DO,&P2IN;//(4)DO移入c(進(jìn)位)BIS.B#CLK,&P20UT;//(4)時(shí)鐘變高電平BIC.B#CLK,&P20UT;//(4)時(shí)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(diào)用ADC少oopBIS.B#CS,&P20UT;///CS設(shè)置，關(guān)閉ADCRET;//調(diào)出子程序ORGOFFFEh;DWRESET;//MSP430復(fù)位向量END（2）DS1820程序TEMPER_LEQU36HTEMPER_HEQU35HTEMPER_NUMEQU60HFLAG1BIT00HDQBITP3.3AAA:

MOVSP,#70HLCALLGET_TEMPERLCALLTEMPER_COVLJMPAAANOP讀出轉(zhuǎn)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)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(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)READ_18200:

MOVR4,#2;

MOVR1,#36H;RE00:

MOVR2,#8RE01:

CLRC

SETBDQ

NOP

NOP

CLRDQ

NOP

NOP