最近在做一個關於電池管理的專案，用到了TI公司的BQ4050，這個IC是專門對電池進行管理、保護和資料採集的，在TI配套的上位機中可以對這個晶片進行配置，具體的配置方法還有各種暫存器的意義可以參照手冊，實際上我對怎麼配置這個IC也不怎麼明白，基本上是按照預設配置來的。不過因為專案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。

具體的暫存器描述如圖：

接下來，我們來說說BQ4050的通訊，BQ4050與微控制器的通訊是通過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：標準：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，把硬體I2C設計得很複雜，通常我們都用模擬I2C來進行通訊，據悉模擬I2C的穩定性要比硬體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鐘線SCL和資料線SDA了。而且網上能找到的例程更多的也是模擬I2C。我這個專案的SMBus通訊也是模擬的，下面是我的SMBus程式碼片段：

#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)

/********************************
*函式名稱：void I2C_Pin_Init(void)
*函式功能：I2C管腳初始化
*函式形參：無
*函式返回值：無
*備註：PB6————SCL，PB7————SDA
********************************/
void IIC_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();					//開啟PB組時鐘
	/*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起始訊號
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匯流排，準備傳送或接收資料
}	
 
 
//產生IIC停止訊號
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();
	SCL_L;
	delay_us(1);
	SDA_L;
	delay_us(9);
	SCL_H;
 	delay_us(9);	
	SDA_H;//傳送I2C匯流排結束訊號
	delay_us(9);									   	
}
//等待應答訊號到來
//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設定為輸入 
	SDA_H;delay_us(9);	   
	SCL_H;delay_us(9);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	SCL_L;//時鐘輸出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傳送一個位元組
//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;//拉低時鐘開始資料傳輸
    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個位元組，ack=1時，傳送ACK，ack=0，傳送nACK   
uint8_t IIC_Read_Byte(void)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA設定為輸入
  for(i=0;i<8;i++ )
	{
    SCL_L; 
    delay_us(12);
		SCL_H;
    receive<<=1;
    if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(9); 
    }					 

    return receive;
}
 
 
 
 
 
/*
函式：I2C_Write()
功能：向I2C匯流排寫1個位元組的資料
引數：
 dat：要寫到總線上的資料
*/
void I2C_Write(unsigned char dat)
{
  /*傳送1，在SCL為高電平時使SDA訊號為高*/
  /*傳送0，在SCL為高電平時使SDA訊號為低*/
 unsigned char t ;
 for(t=0;t<8;t++)
 {
　　if(dat & 0x80)
　　{
	SDA_H;
　　}
　　else
　　{
	　　SDA_L;
　　}
  delay_us(10);
  SCL_H;  //置時鐘線為高，通知被控器開始接收資料位
  delay_us(10);
  SCL_L;   
  delay_us(10);
  dat <<= 1;
 }
 
 
}


/********************************
*函式名稱：void SDA_OUT(void)
*函式功能：SDA線配置為輸出
*函式形參：無
*函式返回值：無
********************************/
void SDA_OUT(void)
{	
	GPIOB->MODER &= ~(3<<(2*7));
	GPIOB->MODER |= 1<<(2*7);
}

/********************************
*函式名稱：void SDA_IN(void)
*函式功能：SDA線配置為輸入
*函式形參：無
*函式返回值：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式，其中與I2C最大的區別應該就是每個時鐘週期都比較長，每次時鐘線電平變化後的延時基本都達到10us左右。另外，把SDA配置為輸入或者輸出模式最好直接用暫存器配置。接下來是stm32與BQ4050的通訊函式：

#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);//傳送地址
   　　　　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);//傳送地址
	 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：起始訊號代表通訊開始——>傳送BQ4050的器件地址，預設是0x16——>等待應答——>傳送命令——>等待應答——>傳送器件地址+1（1表示讀，0表示寫）——>等待應答訊號——>讀取資料——>傳送應答訊號——>再次讀取資料——>傳送非應答訊號。BQ4050傳送的資料是16bit的，第一次傳送資料的低8位，第二次傳送資料的高8位。我們將這兩個資料拼接起來就是一個16bit的資料，注意電流有可能是負數，正數代表充電，負數代表放電。

但是除錯的過程中，發現接收到的資料有時並不是正確的，很明顯地超出了正常的範圍，比如獲取電壓資料時第一個資料是一個正常的資料，第二個資料是第8位資料是1（電壓沒有負數，所以這一位為1將會是很大的資料，對比TI的上位機採集到的資料，似乎除了這一位，其他位都是正確的），判斷是BQ4050在傳送第二次資料的時候沒有將SDA拉低，那麼為什麼拉不低呢？我猜是延時時間太短，來不及拉低，之前stm32接收第一個資料和接受第二個資料之間的間隔只有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，接收到的資料有時也不正確，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，應該制定一種過濾演算法，把錯誤的資料過濾掉。

PS：上面的延時函式是我在網上找到的，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
/********************************
*函式名稱：void Delay_us(uint32_t delay)
*函式功能：微秒級別的延時
*函式形參：uint32_t delay ———— 延時時間
*函式返回值：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這個巨集定義是當前微控制器的主頻率，我這裡是48MHz。解釋一下這個函式的實現過程：
1、如果形參傳進來delay的數值小於900，那麼temp的值就等於delay，這樣的話只需要迴圈一次就可以實現延時delay us。
2、SysTick->VAL是滴答定時器的當前值暫存器，它是一個遞減的暫存器，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秒鐘48000000次，那麼48就是1us 48次,那麼temp*48得出來的當然就是temp微妙的次數了。那麼當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之後又從1000開始（這裡Max是1000，即1000us,1ms）,所以curr +=CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000得到curr②,即SysTick->VAL遞減到0之後，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，那就得重複多幾次了，所以有了下面delay -= temp這個函式，如果delay大於900，就會再迴圈。

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！