高精度锂电池监测芯片DS2762的原理及应用

摘要：DS2762是MAXIM公司推出的智能高精度锂电池监测芯片。该芯片集数据采集、信息储存及安全保护于一身，且功能强大，结构简单。文章介绍了DS2762的特性，给出了DS2762与单片机的硬件连接电路及应用软件流程。 关键词：DS2762；　锂电池监测；　单片机 １　主要特点 为了满足当前移动性和轻便性的要求，设计便携式产品时通常采用电池供电。而使用电池供电时，电池的当前状态往往是用户所关心的问题之一，当前的智能电话、数码相机等都需要实时显示电池的当前状态。通过ＭＡＸＩＭ公司的ＤＳ２７６２即可实时监测电池的电压、电流、充放电状况及剩余电量等参数，并可以把这些数据储存起来，提供给单片机作相应处理。 ＤＳ２７６２芯片是ＭＡＸＩＭ公司推出的新一代智能锂电池监测芯片，该芯片集数据采集、信息储存、安全保护于一身,而且功能强大、硬件接线简单。其主要特性如下： ●仅用一根双向数据线即可实现与单片机的通讯。 ●内含温度传感器，可免去在电池块内装设热敏电阻。 ●片内模数转换器可进行电池电压监测，以用于判定电池充电和放电的结束。 ●通过片内电流累加器可实时记录电流流入、流出的总量。 ●具有两种电流感应模式一是片内２５ｍΩ电阻感应方式，二是可由片外用户选择的电阻感应方式。 ●具有两种电源模式：即工作方式和睡眠方式。在正常工作模式，ＤＳ２７６２可实时监测电流、电压、温度和剩余电量等参数，而在睡眠模式，ＤＳ２７６２将停止对这些参数的监测。 ２　引脚功能 ＤＳ２７６２的引脚排列如图１所示，各引脚的功能如下： ＣＣ:充电保护控制脚； ＰＬＳ：用户端电压正极; ＤＣ:放电保护控制脚； ＳＮＳ：感应电阻连接端; ＤＱ:数据输入、输出端口； ＩＳ１，ＩＳ２：感应输入端; ＰＳ:电源模式选择端； ＶＳＳ：接地; ＰＩＯ：可编程Ｉ／Ｏ端:可根据需要控制用户定义的外围电路； ＶＤＤ：电池正极输入 Ｖｉｎ：感应电压输入。 ３　ＤＳ２７６２的存储结构 ＤＳ２７６２内含ＥＥＰＲＯＭ、可锁存ＥＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ和其它一些功能寄存器，表１是ＤＳ２７６２的内部存储器结构。其中ＥＥＰＲＯＭ是非易失性存储器，具有掉电保护功能，可用于储存电池的重要信息；处于锁存状态时，也可用可锁存ＥＥＰＲＯＭ储存其它一些固定信息；ＳＲＡＭ一般用于储存一些不重要的临时数据。采集到的数据先存到ＲＡＭ，然后进入ＥＥＰＲＯＭ；实际上，ＥＥＰＲＯＭ中的信息也可复制到ＲＡＭ，这两者是镜像关系。 表1 DS2762的内部存储器结构表 地 址 内 容 读写状况 00H 保护寄存器 可读写 01H 状态寄存器 只读 02H-06H 保留 　 07H EEPROM寄存器 可读写 08H 特殊寄存器 可读写 09H-0BH 保留 　 0CH 电压寄存器的最高有效位 只读 0DH 电压寄存器的最低有效位 只读 0EH 电流寄存器的最高有效位 只读 0FH 电流寄存器的最低有效位 只读 10H 电流累加寄存器的最高有效位 可读写 11H 电流累加寄存器的最低有效位 可读写 12-17H 保留 　 18H 温度寄存器的最高有效位 只读 19H 温度寄存器的最低有效位 只读 1AH-1FH 保留 　 20H-2FH EEPROM,块0 锁存时只读，未锁存时可读写 30H-3FH EEPROM,块1 锁存时只读，未锁存时可读写 40H-4FH 保留 　 80H-8FH SRAM 可读写 90H-FFH 保留 　 ＤＳ２７６２的操作命令有两类：一类是地址命令，包括读地址、地址匹配、跳过、ＳＷＡＰ等。另一类是功能命令，包括读数据、写数据、复制数据、取消数据和锁存等。 ４　应用 以ＤＳ２７６２为核心设计的智能锂电池监测系统的硬件结构如图２所示。本系统采用片内电阻感应方式。 本电池监测系统由ＤＳ２７６２锂电池监测芯片、５１单片机和液晶显示模块组成。ＤＳ２７６２主要完成对电池当前状态的监测，包括当前电池的充、放电状态、电压、电流、温度和剩余电量等参数的监测,同时它还能自动采集这些数据，并将其放在存储器中。场效应管ＦＥＴ１、ＦＥＴ２等构成了ＤＳ２７６２的充、放电保护回路，可用于实现过压、欠压、充电过流以及短路保护等功能。 通过８０５１单片机可以按照用户需要对电池的相应参数进行读取和处理，然后送往液晶显示模块进行显示。由于存放这些参数的ＥＥＰＲＯＭ具有非易失性，所以本系统同时具有掉电保护功能。图２电路中的单片机是整个系统的控制处理中心，由于大量的工作均可由单片机来完成，因而明显地降低了该系统的硬件复杂度。 液晶显示模块可用来显示用户需要了解的电池当前状态信息，以便用户可根据这些信息作出相应的处理。实际上，该液晶显示模块只接受单片机的控制和访问。 由于ＤＳ２７６２与单片机进行数据通讯时仅用一根数据线，因此，必须严格按照芯片的读写时序要求来编写程序，这样才能保证数据的正确读写。下面介绍利用ＤＳ２７６２芯片来对电池的工作方式和电压、电流、温度、剩余电量等参数进行监测的具体实现方法。 （１） 电池工作方式的监测 要确定电池在使用中处于何种工作方式，可利用ＤＳ２７６２中电流寄存器的值来进行判断。单片机每８８ｍｓ监测一次电压，并将ＩＳ１和ＩＳ２两端的压差（Ｖｉｓ＝Ｖｉｓ１－Ｖｉｓ２）转换成电流存入电流寄存器。若Ｖｉｓ为正值，说明电池正在充电；若Ｖｉｓ为负值，说明电池正在放电，也就是仪器正由锂电池供电。其软件流程图见图３所示。 （２） 电池电压和温度的测量 由于ＤＳ２７６２芯片内部集成有Ａ／Ｄ转换器和数字温度传感器，因此，要获得电池的电压、温度等参数，只需通过单片机对ＤＳ２７６２发出采集电压、温度的控制命令，并待其采样完毕后自动将电压、温度的测量值存入相对应的寄存器，最后再由单片机读取寄存器的内容即可。 （３） 剩余电量的监测 电池的剩余电量是用户所需要的重要信息之一，它可利用电流累加寄存器中的值来求得。电流累加寄存器的值是由ＤＳ２７６２实时自动测量电池电流后得到的，因而无须对其进行控制。通常在电池充电时，该值增加，电池放电时，该值减少。这样，通过单片机读取此值即可获得剩余电量。剩余电量监测的流程图见图４所示。 在单片机对ＤＳ２７６２进行任意存储命令操作时，每个命令发出之前都必须按照ＤＳ２７６２的复位时序要求先发出复位信号且等待ＤＳ２７６２的应答（以示ＤＳ２７６２准备接受或发送数据），然后再发出一个ＲＯＭ命令以用于选择总线上要访问的ＤＳ２７６２。在本文的程序流程图中，此过程已在“ＤＳ２７６２的初始化”程序中所包含。 一般情况下，在读取电流累加寄存器的值时，为防止读取错误，要先检查ＤＳ２７６２是否正在修改寄存器的内容。这一点可通过判断ＥＥＰＲＯＭ寄存器的ＥＥＣ位来实现。 ５　结束语 本文介绍的基于ＤＳ２７６２芯片的智能锂电池监测系统是便携式仪器的一部分。本系统功能强大、操作方便，能够与其它系统协同工作。随着各种便携式电子产品的广泛应用，电池实时监测已成为系统设计的一种必不可少的功能，因此，本文所介绍的系统具有较强的实用性。