STM8S單片機(jī)入門3(AD轉(zhuǎn)換及鋰電池管理)

鋰電池以其容量大、充電性能好的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛引用，特別在小型的需電池供電的電子設(shè)備上。但是鋰電池的充電和使用條件比較嚴(yán)格，比如充電必須以恒流恒壓方式，使用時(shí)電壓不能低于3V等，所以用鋰電池供電的系統(tǒng)一般都需要專門的鋰電池管理功能，確保鋰電池在正確的工作狀態(tài)下。

這部分內(nèi)容以講述在STM8S單片機(jī)系統(tǒng)中，如何使用典型的鋰電池充電管理芯片TP4056來實(shí)現(xiàn)鋰電池的充電，以及如何使用單片機(jī)內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換功能測(cè)量電池電壓，實(shí)現(xiàn)電池電量監(jiān)控。

1、電路設(shè)計(jì)

電路圖如下，使用TP4056做充電管理，TP4056是一款采用恒定電流/恒定電壓線性鋰電池充電管理IC，電路簡(jiǎn)單，只需要外接一個(gè)編程電容即可實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電，充電電流取決編程于電阻的阻值，電阻和電流大致有這個(gè)關(guān)系：R=1200/I(誤差10%)，如2K編程電阻下，充電電流為580mA。下圖中R1即編程電阻。

發(fā)光二極管D1和限流電阻R2組成充電指示電路，正在向鋰電池充電時(shí)，D1發(fā)光。

D2穩(wěn)壓管TL431，和R2一起組成穩(wěn)定的2.5V參考電壓。這個(gè)參考電壓輸入到STM8S單片機(jī)的PD2引腳上（同時(shí)也是模擬輸入3AIN3），通過單片機(jī)的ADC功能可以測(cè)量到AIN3（2.5V固定電壓）的ADC讀數(shù)，從而反推出電池的電壓。

外部充電電源通過MircoUSB接口P1接入電路。

2、軟件設(shè)計(jì)

鋰電池充電功能不需要軟件參與，TP4056芯片可獨(dú)立完成。但是開機(jī)狀態(tài)下的鋰電池電量監(jiān)控需要軟件配合實(shí)現(xiàn)。軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是，周期性的采集AIN3的ADC讀數(shù)，然后計(jì)算出電池電壓，當(dāng)電池電壓低于3V時(shí)，需要自動(dòng)關(guān)機(jī)。

STM8S單片機(jī)的ADC是10位的，即最大讀數(shù)是1023，VCC就是其AD轉(zhuǎn)換參考電壓，所以有如下關(guān)系：

1023/AIN3讀數(shù)=VCC電壓/2.5V

所以，VCC電壓，也即是電池電壓=2.5V*1023/AIN3讀數(shù)

1）設(shè)置ADC工作模式

可以使用STM8S_StdPeriph_Lib庫中的ADC1_Init(), ADC1_DeInit(), ADC1_Cmd()來實(shí)現(xiàn)ADC工作模式的設(shè)置。這三個(gè)函數(shù)，分別是設(shè)置ADC，重置ADC，啟用或停用ADC，這里重點(diǎn)說明一下ADC1_Init(),。

ADC1_Init()的接口定義：

void ADC1_Init(ADC1_ConvMode_TypeDef ADC1_ConversionMode, ADC1_Channel_TypeDef ADC1_Channel, ADC1_PresSel_TypeDef ADC1_PrescalerSelection, ADC1_ExtTrig_TypeDef ADC1_ExtTrigger, FunctionalState ADC1_ExtTriggerState, ADC1_Align_TypeDef ADC1_Align, ADC1_SchmittTrigg_TypeDef ADC1_SchmittTriggerChannel, FunctionalState ADC1_SchmittTriggerState)

ADC1_Init()入?yún)⑤^多，看看每個(gè)參數(shù)的說明：

ADC1_ConversionMode: 轉(zhuǎn)換模式，指定單次或連續(xù)轉(zhuǎn)換，相應(yīng)取值是：ADC1_CONVERSIONMODE_SINGLE/ADC1_CONVERSIONMODE_CONTINUOUS

ADC1_Channel: 指定轉(zhuǎn)換通道，取值為ADC1_CHANNEL_0~ADC1_CHANNEL_12，注意不同的單片機(jī)子型號(hào)支持的通道不同，比如STM8S103只支持7個(gè)通道，具體要看單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

ADC1_PrescalerSelection:指定預(yù)分頻，可以從fcpu/2到fcpu/18，對(duì)應(yīng)取值為ADC1_PRESSEL_FCPU_D2/~3/~4/~6/~8/~10/~12/~18。

ADC1_ExtTrigger: 指定ADC專用外部中斷(ADC_ETR)或者定時(shí)器觸發(fā)信號(hào)(TRGO)來作為外部觸發(fā)信號(hào)，取值分別為：ADC1_EXTTRIG_GPIO/ADC1_EXTTRIG_TIM

ADC1_ExtTriggerState：外部觸發(fā)狀態(tài)，DISABLE或ENABLE

ADC1_Align:數(shù)據(jù)對(duì)齊方式，左對(duì)齊或右對(duì)齊，取值：ADC1_ALIGN_LEFT/ADC1_ALIGN_RIGHT

ADC1_SchmittTriggerChannel：指定施密特觸發(fā)器，ADC1_SCHMITTTRIG_CHANNEL0~12

ADC1_SchmittTriggerState：指定施密特觸發(fā)器狀態(tài)，DISABLE或ENABLE

這里要通過AIN3引腳采集2.5V固定電壓的值，所以使用下面三條代碼設(shè)置ADC1：

ADC1_DeInit();
ADC1_Init(ADC1_CONVERSIONMODE_SINGLE, ADC1_CHANNEL_3, ADC1_PRESSEL_FCPU_D2, ADC1_EXTTRIG_TIM, DISABLE, ADC1_ALIGN_RIGHT, ADC1_SCHMITTTRIG_CHANNEL3, ENABLE);
ADC1_Cmd(ENABLE);

2）啟動(dòng)ADC并獲取讀數(shù)

ADC1設(shè)置好之后，執(zhí)行一次AD轉(zhuǎn)換就比較簡(jiǎn)單了，先使用ADC1_StartConversion()啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，然后用ADC1_GetConversionValue()獲取值，ADC1_GetConversionValue()的返回值就是裝換結(jié)果。

為了避免一次采集數(shù)據(jù)存在干擾誤差較大，一般都要多采集幾次，比采集10次取平均值。如下采集10次取平均值：

u16 u16_adc1_value=0 ;
for(int i=0;i<10;i++)
{
ADC1_StartConversion();
u16_adc1_value += ADC1_GetConversionValue();
}
u16 vref=u16_adc1_value/10;

已經(jīng)算出了2.5V固定電壓的值vref，那么最后只要用2.5V*1023/vref就能計(jì)算出VCC也就是鋰電池的電壓了。不過直接計(jì)算誤差會(huì)非常大（因?yàn)閡16最大值也就是65535，做除法結(jié)果精度低），所以改成以下方式計(jì)算提高結(jié)果精度，結(jié)果的單位是mv：

u16 vcc=(51200/(vref/10))*5;

3）實(shí)現(xiàn)電池電量低自動(dòng)關(guān)機(jī)

上面已經(jīng)得出了電池的電壓了，那么結(jié)合上一篇《STM8S單片機(jī)入門2(關(guān)機(jī)模式開關(guān)機(jī)按鈕)》，就很容易實(shí)關(guān)機(jī)了，只要在將開機(jī)標(biāo)志fPowerOn_flag設(shè)置為FALSE即可，在下一個(gè)主循環(huán)中就能執(zhí)行關(guān)機(jī)了。

if(vcc<3000)
{
fPowerOn_flag=FALSE;
}

3、總結(jié)

STM8S單片機(jī)的ADC功能很強(qiáng)大，這里只以一個(gè)監(jiān)測(cè)鋰電池電壓來說明一下最基本的用法，其他更多的用法還是要看數(shù)據(jù)手冊(cè)?，F(xiàn)在回顧一下涉及到的知識(shí)點(diǎn)：

1）ADC工作模式設(shè)置

2）啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換并獲取結(jié)果