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!
");
			return -1;
	 }

	 IIC_Send_Byte(Comcode);
	 delay_us(90);
	 if(IIC_Wait_Ack() == 1)
	 {
//		 printf("Comcode wait ack fail!
");
		 return -1;
	 }
	
   IIC_Start(); 
	 IIC_Send_Byte(slaveAddr|0x01);//发送地址
	 if(IIC_Wait_Ack() == 1)
	 {
//		 printf("slaveAddr+1 wait ack fail!
");
		 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
",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！