stm32与BQ4050通讯
最近在做一个关于电池管理的项目，用到了TI公司的BQ4050，这个IC是专门对电池进行管理、保护和数据采集的，在TI配套的上位机中可以对这个芯片进行配置，具体的配置方法还有各种寄存器的意义可以参照手册，实际上我对怎么配置这个IC也不怎么明白，基本上是按照默认配置来的。不过因为项目中我们用到四串的电池，所以必须配置为4串，不然第四个电池就不能获取到电压。
具体的寄存器描述如图：
接下来，我们来说说BQ4050的通讯，BQ4050与单片机的通讯是通过SMBus完成的，刚开始我对这个通讯一无所知，查找了一些资料发现这个通讯跟I2C没有根本上的区别，只是在速率上有些许的区别罢了。I2C的通迅速率：标准：100kHz，快速：400kHz。但是SMBus的速率只在10kHz~100kHz之间。
I2C是飞利浦公司在1980年发明的。stm32为了避开它的专利，把硬件I2C设计得很复杂，通常我们都用模拟I2C来进行通讯，据悉模拟I2C的稳定性要比硬件I2C更高。更重要的一点是模拟I2C可以由普通的IO口进行模拟，所以就可以很自由的选择通讯的时钟线SCL和数据线SDA了。而且网上能找到的例程更多的也是模拟I2C。我这个项目的SMBus通讯也是模拟的，下面是我的SMBus代码片段：
#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)
/********************************
*函数名称：void I2C_Pin_Init(void)
*函数功能：I2C管脚初始化
*函数形参：无
*函数返回值：无
*备注：PB6————SCL，PB7————SDA
********************************/
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); //打开PB组时钟
/*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;
}
//产生IIC起始信号
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;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();
SCL_L;
delay_us(1);
SDA_L;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SDA_H;//发送I2C总线结束信号
delay_us(9);
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
uint8_t IIC_Wait_Ack(void)
{
uint8_t ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
SDA_H;delay_us(9);
SCL_H;delay_us(9);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
SCL_L;//时钟输出0
delay_us(2);
return 0;
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
SCL_L;
SDA_OUT();
SDA_L;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SCL_L;
}
//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{
SCL_L;
SDA_OUT();
SDA_H;
delay_us(9);
SCL_H;
delay_us(9);
SCL_L;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(uint8_t txd)
{
uint8_t t;
SDA_OUT();
SCL_L;//拉低时钟开始数据传输
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);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
uint8_t IIC_Read_Byte(void)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
SCL_L;
delay_us(12);
SCL_H;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(9);
}
return receive;
}
/*
函数：I2C_Write()
功能：向I2C总线写1个字节的数据
参数：
dat：要写到总线上的数据
*/
void I2C_Write(unsigned char dat)
{
/*发送1，在SCL为高电平时使SDA信号为高*/
/*发送0，在SCL为高电平时使SDA信号为低*/
unsigned char t ;
for(t=0;t<8;t++)
{
if(dat & 0x80)
{
SDA_H;
}
else
{
SDA_L;
}
delay_us(10);
SCL_H; //置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位
delay_us(10);
SCL_L;
delay_us(10);
dat <<= 1;
}
}
/********************************
*函数名称：void SDA_OUT(void)
*函数功能：SDA线配置为输出
*函数形参：无
*函数返回值：无
********************************/
void SDA_OUT(void)
{
GPIOB->MODER &= ~(3<<(2*7));
GPIOB->MODER |= 1<<(2*7);
}
/********************************
*函数名称：void SDA_IN(void)
*函数功能：SDA线配置为输入
*函数形参：无
*函数返回值：无
********************************/
void SDA_IN(void)
{
GPIOB->MODER &= ~(3<<(2*7));
GPIOB->MODER |= 0<<(2*7);
}
这是实现SMBus通讯的最基础几个功能函数，其中与I2C最大的区别应该就是每个时钟周期都比较长，每次时钟线电平变化后的延时基本都达到10us左右。另外，把SDA配置为输入或者输出模式最好直接用寄存器配置。接下来是stm32与BQ4050的通讯函数：
#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);//发送地址 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);//发送地址 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; }
过程是：起始信号代表通讯开始——>发送BQ4050的器件地址，默认是0x16——>等待应答——>发送命令——>等待应答——>发送器件地址+1（1表示读，0表示写）——>等待应答信号——>读取数据——>发送应答信号——>再次读取数据——>发送非应答信号。BQ4050发送的数据是16bit的，第一次发送数据的低8位，第二次发送数据的高8位。我们将这两个数据拼接起来就是一个16bit的数据，注意电流有可能是负数，正数代表充电，负数代表放电。
但是调试的过程中，发现接收到的数据有时并不是正确的，很明显地超出了正常的范围，比如获取电压数据时第一个数据是一个正常的数据，第二个数据是第8位数据是1（电压没有负数，所以这一位为1将会是很大的数据，对比TI的上位机采集到的数据，似乎除了这一位，其他位都是正确的），判断是BQ4050在发送第二次数据的时候没有将SDA拉低，那么为什么拉不低呢？我猜是延时时间太短，来不及拉低，之前stm32接收第一个数据和接受第二个数据之间的间隔只有25us,经过测试，至少得50us才能避免这种情况，安全起见，我延时了125us。
即使这样，接收到的数据有时也不正确，比如发来两个连续的0xff，很明显就是错误的，幸好这种概率很低，在没有其他更好的解决办法之前，应该制定一种过滤算法，把错误的数据过滤掉。
PS：上面的延时函数是我在网上找到的，在不使用额外定时器的情况下，利用SysTick（滴答定时器）产生的微妙级延时：
#define CPU_FREQUENCY_MHZ 48
/********************************
*函数名称：void Delay_us(uint32_t delay)
*函数功能：微秒级别的延时
*函数形参：uint32_t delay ———— 延时时间
*函数返回值：无
********************************/
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这个宏定义是当前单片机的主频率，我这里是48MHz。解释一下这个函数的实现过程：
1、如果形参传进来delay的数值小于900，那么temp的值就等于delay，这样的话只需要循环一次就可以实现延时delay us。
2、SysTick->VAL是滴答定时器的当前值寄存器，它是一个递减的寄存器，每过1us就会减1。last = SysTick->VAL求出现在last的数值大小。
3、curr = last - temp * CPU_FREQUENCY_MHZ。CPU_FREQUENCY_MHZ（48）这个值实际上主频（48000000）除以1000000，48000000代表1秒钟48000000次，那么48就是1us 48次,那么temp*48得出来的当然就是temp微妙的次数了。那么当SysTick->VAL减小到curr =last - temp * CPU_FREQUENCY_MHZ,就代表延时时间到了。
为了方便理解，我画了一个图：
这是第一种情况，curr>0的情况，如果是curr得出来小于0呢？那就是第二种情况了，如图：
这样得出来的curr是一个负数，但是SysTick->VAL递减到0之后又从1000开始（这里Max是1000，即1000us,1ms）,所以curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000得到curr②,即SysTick->VAL递减到0之后，从1000又开始递减到curr②这个位置，就是延时时间到了。
当然这是延时时间小于900的情况下，如果是延时时间大于900的，那就得重复多几次了，所以有了下面delay -= temp这个函数，如果delay大于900，就会再循环。
以上就是我对SMBus通讯的相关总结，如果有错误的地方，请大家斧正！
