PXA270的電池充電及電量計(jì)量模塊設(shè)計(jì)

PXA270的電池充電及電量計(jì)量模塊設(shè)計(jì)摘要：以PXA270芯片為處理器，利用2種高性能芯片LM3658和DS2786設(shè)計(jì)了電池充電與電量計(jì)量模塊。該模塊可以運(yùn)用于手機(jī)、 PDA、數(shù)碼相機(jī)、MP3等手持設(shè)備中，能夠在滿足充電任務(wù)的同時(shí)， 實(shí)時(shí)精確地計(jì)量當(dāng)前的剩余電量， 并顯示在用戶界面上， 方便用戶使用，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：電池充電；電量計(jì)量；開路電壓； WindowsCE;驅(qū)動(dòng)隨著技術(shù)的發(fā)展和普及，手持設(shè)備出現(xiàn)在越來越多的場合。手持設(shè)備以體積小、重量輕、可攜帶性好等優(yōu)勢(shì)吸引了各種電子設(shè)備向手持方向轉(zhuǎn)型和發(fā)展， 同時(shí)也必然地提出了電池的充電和電量計(jì)量問題。手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、 MP3、筆記本、PDA等手持設(shè)備都必備1個(gè)電池的充電電路以及可以在手持設(shè)備顯示界面上反饋當(dāng)前電池電量的計(jì)量電路。 本文通過2款高性能的芯片LM3658和DS2786，以PXA270處理器為例，介紹1種可應(yīng)用于各種手持設(shè)備場合的電路模塊。1硬件設(shè)計(jì)1.1PXA270處理器簡介PXA270嵌入式處理器是Intel公司推出的基于XS-cale架構(gòu)的新一代高性能處理器，

主用應(yīng)用于高端無線手持和移動(dòng)設(shè)備。 PXA270主頻可以設(shè)置在312?624MHz之間，內(nèi)部集成了WMMX技術(shù)，擁有高性能、低功耗的多媒體加速能力，可以很好地支持音頻、視頻解碼。同時(shí)它集成了 Intel先進(jìn)的SpeedStep技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)CPU的性能，實(shí)現(xiàn)高效的功耗控制。此外，PXA270內(nèi)部提供了UART、I2C、I2S、USB等各種常用接口，使得PXA270可以應(yīng)用在各種場合。1.2電池充電及電量計(jì)量電路由于PXA270出色的移動(dòng)性能，電池供電成為了 PXA270系統(tǒng)的必需電路。本系統(tǒng)中的充電芯片選用了美國國家半導(dǎo)體公司 (NationalSemi-conductorCorporation) 推出的PDA、MP3、數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)等。圖LM3658。它可以使用USB充電，也可以使用交流適配器充電，同時(shí)具有電源管理功能。該芯片可為單顆鋰電池和鋰聚合物電池安全充電，終止充電誤差不超過 1.PDA、MP3、數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)等。圖電池壽命，因此適用于多種場合下的手持設(shè)備，包括1是LM3658的引腳分布和典型電路。CHGINBAIT4.5-6VI—. USBpwrI TsCHGINBAIT4.5-6VI—. USBpwrI TsI時(shí)USBsdStallStai2團(tuán)1 LM3658引■分布及典型電路如圖1所示，EN_b是充電的使能端，低電平表示允許充電，高電平表示禁止充電。CHG_IN和USBpwr引腳分別表示交流適配器輸入和 USB輸入。輸入電壓都是在4.56V之間。LM3658芯片在利用USB或交流適配器為鋰電池或鋰聚合物電池充電時(shí)，若這

2種電源都處于開啟狀態(tài)，充電器芯片便會(huì)自動(dòng)選用預(yù)先設(shè)定的交流電模式。 如果用交流適配器電源充電，可以通過 Iset引腳與地址之間連接1個(gè)電阻，該電阻阻值的大小決定了充電時(shí)的電流大小。如果用USB給電池充電，可以通過USB_sel引腳決定充電電流的大小，該引腳低電平時(shí)充電電流為 100mA，高電平時(shí)充電電流為500mA。LM3658通過BATT引腳連接電池的正極，為電池提供充電電流。同時(shí)通過 Ts引腳連接電池的負(fù)極，獲取電池的溫度信息。Statl和Stat2高低電平的不同組合可以反映當(dāng)前電池的 4種充電狀態(tài)，如表1所列?？梢詫tatl和Star2的狀態(tài)輸出到PXA270的GPIO，通過軟件程序讀出當(dāng)前狀態(tài)，并顯示在用戶界面上。?1電池我態(tài)覆StatlStfltaOFFOF}IE電掛起戲中斷ONOFF垃在充電OFF充電完鍛ONON電池抜障本系統(tǒng)中的電量計(jì)量芯片選用的是美國 DallasSemiconductor 公司推出的一款基于開路電壓（OCV）的電量計(jì)量芯片 DS2786。該芯片能夠根據(jù)電池閑置期間的開路電壓來估算可充電鋰離子和鋰離子聚合物電池的可用電量。通過儲(chǔ)存在 IC中的查找表，開路電壓可用于確定電池的相對(duì)電量， 可以在電池包插入后立即得到準(zhǔn)確的電量信息。 當(dāng)電池高速率放電時(shí)，無法使用OCV計(jì)量，因此DS2786使用庫侖計(jì)量作為估算相對(duì)電量的第 2種方法。DS2786以百分比的形式給出剩余電量的同時(shí)， 還給出了電池電壓、電流和溫度信息。電量計(jì)算所需的電池特性和應(yīng)用參數(shù)存儲(chǔ)在片上 EE-PROM中。為了支持在某些對(duì)成本比較敏感的場合對(duì)電量進(jìn)行監(jiān)測， DS2786還提供了電流、電壓和溫度的測量數(shù)據(jù)。DS2786可以應(yīng)用在手持設(shè)備上，也可安裝在電池包內(nèi)，其典型應(yīng)用如圖2所示。VDD是芯片DS2786的工作電源輸入引腳，而VIN則是所測量電池的電壓輸入引腳。電池L保護(hù)/Polymer)PTT制I秦統(tǒng)OVDD電池L保護(hù)/Polymer)PTT制I秦統(tǒng)OVDDVOUTVTNVDDVPROGA1N0SDAAIN1SCI.VSSSNS7軟件測試點(diǎn)T3審行

TJ總線DS2786Rsnsj*?kV/l5kVESD町選jj^OVSSffi2電■計(jì)■電踣的典型盛用通過VPROG引腳可以對(duì)芯片內(nèi)部EEPROM里存儲(chǔ)的查找表進(jìn)行修改。 SCL和SDA

分別是串行時(shí)鐘輸入和串行數(shù)據(jù)輸入/輸出， 可以將電量計(jì)量數(shù)據(jù)傳遞給 PXA270上的I2C接口進(jìn)行讀取操作。在2個(gè)輔助輸入端AN0和ANl，可通過比例計(jì)量法提供電池包識(shí)別(PACKID)電阻和熱敏電阻的阻抗計(jì)量。本系統(tǒng)采用PXA270+LM3658+DS2786組成1個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)的電池充電及電

量計(jì)量模塊。LM3658負(fù)責(zé)電池的充電功能和反饋當(dāng)前電池的充電狀態(tài)， DS2786負(fù)責(zé)提供當(dāng)前電池的剩余電量信息，而 PXA270則提供系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)接收功能。L1BATT10USBpwrGNDUSB_sc1ENBTS[setStallStai22艮二.L1BATT10USBpwrGNDUSB_sc1ENBTS[setStallStai22艮二.￡lVCC5V—VOUTVINVDDVPROGAIN0SDAAINISCLVSSSNSpJ0|1FL圈3電池充電圧電■計(jì)■樓燒電踣圖模塊的系統(tǒng)框圖如圖3所示。由于沒有采用USB電源供電，因此將LM3658芯片的CHG-IN引腳直接5V輸入。BATT端接上電池的正極進(jìn)行充電。 在電池的正極同時(shí)接上N溝道的MOSFET管，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的安全保護(hù)，防止充電過量，出現(xiàn)電流過大、溫度過高等情況。電池的充電狀態(tài)通過 Statl和Stat2引腳將信息輸出到PXA270的GPIO進(jìn)行讀取操作。DS2786的VDD引腳用5V外接電壓直接供電。而VIN引腳既可以用電池電壓輸入，也可以用外接5V電壓輸入。當(dāng)電池電壓輸入VIN的時(shí)候，DS2786可以根據(jù)OCV查找表計(jì)算電池的剩余電量。當(dāng)電池高速率放電時(shí)，通過電流感測電阻 R進(jìn)行庫侖計(jì)測量。最終通過SDA和SCL將電量信息輸出給PXA270的I2C接口。2軟件設(shè)計(jì)WindowsCE。并且提供了強(qiáng)大的開發(fā)WindowsCE5 .O的流接口驅(qū)動(dòng)程序以本系統(tǒng)中PXA270上面運(yùn)行的嵌入式操作系統(tǒng)采用微軟公司的WindowsCE。并且提供了強(qiáng)大的開發(fā)WindowsCE5 .O的流接口驅(qū)動(dòng)程序以本模塊的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)采用的是流接口的形式。 WindowsCEDLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫)的形式存在，由設(shè)備管理器 (通常是de-vice.exe或者gwes.exe)統(tǒng)一加載、管理和卸載。與具有單獨(dú)目的的本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相比， 所有流接口驅(qū)動(dòng)程序都是用同一接口，并調(diào)用同一個(gè)函數(shù)集。每個(gè)流式接口驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn) 1組標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)，用來完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I/O函數(shù)和電源管理函數(shù)，這些函數(shù)提供給 WindowsCE 操作系統(tǒng)的內(nèi)核使用。這些函數(shù)通常叫做流式接口驅(qū)動(dòng)程序的 DLL接口。同時(shí)，本驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)采用分層驅(qū)動(dòng)的形式。分層驅(qū)動(dòng)程序把驅(qū)動(dòng)程序的代碼分為 2層：上面一層叫模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)(MDD)，下面一層叫平臺(tái)相關(guān)驅(qū)動(dòng)(PDD)。WindowsCE操作系統(tǒng)自帶驅(qū)動(dòng)的MDD代碼,MDD的代碼是無需更改的，只需修改 PDD層的代碼。本系統(tǒng)的主要涉及函數(shù)如下：

BOOLW1NAPIBfltteryPDDInitialize(LPCTSTRpszRegistry-Context){ 件初始化SYSTEM.POWER衛(wèi)TATUS.EX2spsj//定文呂p!i為存梯電池信息的結(jié)構(gòu)體voidWINAPIBfitteryPDDDeinilia1i￡e(voidl)//完成硬件特定的謝除卸載任務(wù)YOidWiNAPl teryPDDResume(void)//在系統(tǒng)從睡眠中恢復(fù)后含執(zhí)行硬件電池處理操作BOOLWINAPIBatteryPDDGetSiatus(PSYSTEM_POWER_STATUS,EX2pstatus(PBOOLpfBatteriesChangedSineeLastCa11)//檢査電池當(dāng)前的狀態(tài)，電新蹙新曲9結(jié)構(gòu)休的信息LONGBatteryPDIXjetT.-*vck(void%〃査詢驅(qū)動(dòng)理月對(duì)殺St電力狀態(tài)的監(jiān)控功能BOOLBatteryPDDSupportsChangeNotifi€ation<void；其中sps其中sps的結(jié)構(gòu)體定文如下所示工SYSTEM_POWER^STATUS_EX2<〃是否連接到AC電源//當(dāng)前系統(tǒng)的電池狀態(tài)〃電余百分比typeciefstructBYTEACLineStatusiBYTEBatteryFUgi//保矗位，置0//保矗位，置0"電盤的剩余時(shí)間//電油完全充蘭所需時(shí)間〃保留ttt*o〃備用電池的狀態(tài)〃備用電池電■剩余百分比BYTEReservedliDWORDBfltteryLifeTimetDWORDBatteryFullLifeTimeiBYTEReservedZjBYTEBackupBatteryFlagtBYTEBackupBatteryLifePercentjBYTEReserved31 "保9{fc?1DWORDB^ckupBatteryLifeTimei〃備用電量的剩余時(shí)間驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用PDD層的初始化函數(shù)BatteryPDDInitialize