最近在做一個關於電池管理的項目，用到了TI公司的BQ4050，這個IC是專門對電池進行管理、保護和數據采集的，在TI配套的上位機中可以對這個芯片進行配置，具體的配置方法還有各種寄存器的意義可以參照手冊，實際上我對怎么配置這個IC也不怎么明白，基本上是按照默認配置來的。不過因為項目中我們用到四串的電池，所以必須配置為4串，不然第四個電池就不能獲取到電壓。
具體的寄存器描述如圖：
接下來，我們來說說BQ4050的通訊，BQ4050與單片機的通訊是通過SMBus完成的，剛開始我對這個通訊一無所知，查找了一些資料發現這個通訊跟I2C沒有根本上的區別，只是在速率上有些許的區別罷了。I2C的通迅速率：標准：100kHz，快速：400kHz。但是SMBus的速率只在10kHz~100kHz之間。
I2C是飛利浦公司在1980年發明的。stm32為了避開它的專利，把硬件I2C設計得很復雜，通常我們都用模擬I2C來進行通訊，據悉模擬I2C的穩定性要比硬件I2C更高。更重要的一點是模擬I2C可以由普通的IO口進行模擬，所以就可以很自由的選擇通訊的時鍾線SCL和數據線SDA了。而且網上能找到的例程更多的也是模擬I2C。我這個項目的SMBus通訊也是模擬的，下面是我的SMBus代碼片段：
#define I2C_GPIO_Port GPIOB
#define I2C_SCL_Pin (uint16_t)GPIO_PIN_6
#define I2C_SDA_Pin (uint16_t)GPIO_PIN_7
#define SCL_H HAL_GPIO_WritePin(I2C_GPIO_Port,I2C_SCL_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SCL_L HAL_GPIO_WritePin(I2C_GPIO_Port,I2C_SCL_Pin,GPIO_PIN_RESET)
#define SDA_H HAL_GPIO_WritePin(I2C_GPIO_Port,I2C_SDA_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define SDA_L HAL_GPIO_WritePin(I2C_GPIO_Port,I2C_SDA_Pin,GPIO_PIN_RESET)
#define READ_SDA HAL_GPIO_ReadPin(I2C_GPIO_Port,I2C_SDA_Pin)
/********************************
*函數名稱：void I2C_Pin_Init(void)
*函數功能：I2C管腳初始化
*函數形參：無
*函數返回值：無
*備注：PB6————SCL，PB7————SDA
********************************/
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //打開PB組時鍾
/*配置SCL==PB6*/
GPIO_InitStruct.Pin = I2C_SCL_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(I2C_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/*配置SDA==PB7*/
GPIO_InitStruct.Pin = I2C_SDA_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(I2C_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
SCL_H;
SDA_H;
}
//產生IIC起始信號
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT();
SCL_L;
delay_us(2);
SDA_H;
delay_us(1);
SCL_H;
delay_us(9);
SDA_L;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(9);
SCL_L;//鉗住I2C總線，准備發送或接收數據
}
//產生IIC停止信號
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
SCL_L;
delay_us(1);
SDA_L;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SDA_H;//發送I2C總線結束信號
delay_us(9);
}
//等待應答信號到來
//返回值：1，接收應答失敗
// 0，接收應答成功
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
uint8_t ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA設置為輸入
SDA_H;delay_us(9);
SCL_H;delay_us(9);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
SCL_L;//時鍾輸出0
delay_us(2);
return 0;
}
//產生ACK應答
void IIC_Ack(void)
{
SCL_L;
SDA_OUT();
SDA_L;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SCL_L;
}
//不產生ACK應答
void IIC_NAck(void)
{
SCL_L;
SDA_OUT();
SDA_H;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SCL_L;
}
//IIC發送一個字節
//返回從機有無應答
//1，有應答
//0，無應答
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd)
{
uint8_t t;
SDA_OUT();
SCL_L;//拉低時鍾開始數據傳輸
for(t=0;t<8;t++){
if((txd&0x80)>>7)
{
SDA_H;
}
else
{
SDA_L;
}
txd<<=1;
delay_us(8);
SCL_H;
delay_us(8);
SCL_L;
delay_us(8);
}
}
//讀1個字節，ack=1時，發送ACK，ack=0，發送nACK
uint8_t IIC_Read_Byte(void)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA設置為輸入
for(i=0;i<8;i++ )
{
SCL_L;
delay_us(12);
SCL_H;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(9);
}
return receive;
}
/*
函數：I2C_Write()
功能：向I2C總線寫1個字節的數據
參數：
dat：要寫到總線上的數據
*/
void I2C_Write(unsigned char dat)
{
/*發送1，在SCL為高電平時使SDA信號為高*/
/*發送0，在SCL為高電平時使SDA信號為低*/
unsigned char t ;
for(t=0;t<8;t++)
{
if(dat & 0x80)
{
SDA_H;
}
else
{
SDA_L;
}
delay_us(10);
SCL_H; //置時鍾線為高，通知被控器開始接收數據位
delay_us(10);
SCL_L;
delay_us(10);
dat <<= 1;
}
}
/********************************
*函數名稱：void SDA_OUT(void)
*函數功能：SDA線配置為輸出
*函數形參：無
*函數返回值：無
********************************/
void SDA_OUT(void)
{
GPIOB->MODER &= ~(3<<(2*7));
GPIOB->MODER |= 1<<(2*7);
}
/********************************
*函數名稱：void SDA_IN(void)
*函數功能：SDA線配置為輸入
*函數形參：無
*函數返回值：無
********************************/
void SDA_IN(void)
{
GPIOB->MODER &= ~(3<<(2*7));
GPIOB->MODER |= 0<<(2*7);
}
這是實現SMBus通訊的最基礎幾個功能函數，其中與I2C最大的區別應該就是每個時鍾周期都比較長，每次時鍾線電平變化后的延時基本都達到10us左右。另外，把SDA配置為輸入或者輸出模式最好直接用寄存器配置。接下來是stm32與BQ4050的通訊函數：
#define BQ4050_REG_TEMP 0x08 //Temperature U2
#define BQ4050_REG_VOLT 0x09 //Voltage U2#define BQ4050_REG_CURRENT 0x0A //CURRENT I2
#define BQ4050_REG_RSOC 0x0D //RelativeStateOfCharge U1
#define BQ4050_REG_FCC 0x10 //FullChargeCapacity U2
#define BQ4050_REG_TTE 0x12 //TimeToEmpty U2
#define BQ4050_REG_TTF 0x13 //TimeToFull U2
#define BQ4050_REG_RMC 0x0F ///* Remaining Capacity */
#define BQ4050_REG_CURR 0x0A
#define BQ4050_REG_DSG 0x16
#define BQ4050_ADD 0x16
int16_t Get_Battery_Info(uint8_t slaveAddr, uint8_t Comcode) { int16_t Value; uint8_t data[2] = {0}; IIC_Start(); IIC_Send_Byte(slaveAddr);//發送地址 if(IIC_Wait_Ack() == 1) { // printf("SlaveAddr wait ack fail!\r\n"); return -1; } IIC_Send_Byte(Comcode); delay_us(90); if(IIC_Wait_Ack() == 1) { // printf("Comcode wait ack fail!\r\n"); return -1; } IIC_Start(); IIC_Send_Byte(slaveAddr|0x01);//發送地址 if(IIC_Wait_Ack() == 1) { // printf("slaveAddr+1 wait ack fail!\r\n"); return -1; } delay_us(50); data[0] = IIC_Read_Byte(); IIC_Ack(); delay_us(125); data[1] = IIC_Read_Byte(); IIC_NAck(); delay_us(58); IIC_Stop(); printf("data[0]:%x,data[1]:%x\r\n",data[0],data[1]); Value = (data[0] |(data[1]<<8)); delay_us(100); return Value; }
過程是：起始信號代表通訊開始——>發送BQ4050的器件地址，默認是0x16——>等待應答——>發送命令——>等待應答——>發送器件地址+1（1表示讀，0表示寫）——>等待應答信號——>讀取數據——>發送應答信號——>再次讀取數據——>發送非應答信號。BQ4050發送的數據是16bit的，第一次發送數據的低8位，第二次發送數據的高8位。我們將這兩個數據拼接起來就是一個16bit的數據，注意電流有可能是負數，正數代表充電，負數代表放電。
但是調試的過程中，發現接收到的數據有時並不是正確的，很明顯地超出了正常的范圍，比如獲取電壓數據時第一個數據是一個正常的數據，第二個數據是第8位數據是1（電壓沒有負數，所以這一位為1將會是很大的數據，對比TI的上位機采集到的數據，似乎除了這一位，其他位都是正確的），判斷是BQ4050在發送第二次數據的時候沒有將SDA拉低，那么為什么拉不低呢？我猜是延時時間太短，來不及拉低，之前stm32接收第一個數據和接受第二個數據之間的間隔只有25us,經過測試，至少得50us才能避免這種情況，安全起見，我延時了125us。
即使這樣，接收到的數據有時也不正確，比如發來兩個連續的0xff，很明顯就是錯誤的，幸好這種概率很低，在沒有其他更好的解決辦法之前，應該制定一種過濾算法，把錯誤的數據過濾掉。
PS：上面的延時函數是我在網上找到的，在不使用額外定時器的情況下，利用SysTick（滴答定時器）產生的微妙級延時：
#define CPU_FREQUENCY_MHZ 48
/********************************
*函數名稱：void Delay_us(uint32_t delay)
*函數功能：微秒級別的延時
*函數形參：uint32_t delay ———— 延時時間
*函數返回值：無
********************************/
void delay_us(uint32_t delay)
{
int temp,last,curr,val;
while(delay != 0)
{
temp = delay > 900 ? 900 : delay;
last = SysTick->VAL;
curr = last - temp * CPU_FREQUENCY_MHZ;
if(curr > 0)
{
do
{
val = SysTick->VAL;
}
while(( val < last )&&( val >= curr));
}
else
{
curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;
do
{
val = SysTick->VAL;
}
while(( val <= last )||( val > curr));
}
delay -= temp;
}
}
CPU_FREQUENCY_MHZ這個宏定義是當前單片機的主頻率，我這里是48MHz。解釋一下這個函數的實現過程：
1、如果形參傳進來delay的數值小於900，那么temp的值就等於delay，這樣的話只需要循環一次就可以實現延時delay us。
2、SysTick->VAL是滴答定時器的當前值寄存器，它是一個遞減的寄存器，每過1us就會減1。last = SysTick->VAL求出現在last的數值大小。
3、curr = last - temp * CPU_FREQUENCY_MHZ。CPU_FREQUENCY_MHZ（48）這個值實際上主頻（48000000）除以1000000，48000000代表1秒鍾48000000次，那么48就是1us 48次,那么temp*48得出來的當然就是temp微妙的次數了。那么當SysTick->VAL減小到curr =last - temp * CPU_FREQUENCY_MHZ,就代表延時時間到了。
為了方便理解，我畫了一個圖：
這是第一種情況，curr>0的情況，如果是curr得出來小於0呢？那就是第二種情況了，如圖：
這樣得出來的curr是一個負數，但是SysTick->VAL遞減到0之后又從1000開始（這里Max是1000，即1000us,1ms）,所以curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000得到curr②,即SysTick->VAL遞減到0之后，從1000又開始遞減到curr②這個位置，就是延時時間到了。
當然這是延時時間小於900的情況下，如果是延時時間大於900的，那就得重復多幾次了，所以有了下面delay -= temp這個函數，如果delay大於900，就會再循環。
以上就是我對SMBus通訊的相關總結，如果有錯誤的地方，請大家斧正！