STM8S单片机入门3(AD转换及锂电池管理)

锂电池以其容量大、充电性能好的优点，已经得到了广泛引用，特别在小型的需电池供电的电子设备上。但是锂电池的充电和使用条件比较严格，比如充电必须以恒流恒压方式，使用时电压不能低于3V等，所以用锂电池供电的系统一般都需要专门的锂电池管理功能，确保锂电池在正确的工作状态下。

这部分内容以讲述在STM8S单片机系统中，如何使用典型的锂电池充电管理芯片TP4056来实现锂电池的充电，以及如何使用单片机内置的AD转换功能测量电池电压，实现电池电量监控。

1、电路设计

电路图如下，使用TP4056做充电管理，TP4056是一款采用恒定电流/恒定电压线性锂电池充电管理IC，电路简单，只需要外接一个编程电容即可实现恒流恒压充电，充电电流取决编程于电阻的阻值，电阻和电流大致有这个关系：R=1200/I(误差10%)，如2K编程电阻下，充电电流为580mA。下图中R1即编程电阻。

发光二极管D1和限流电阻R2组成充电指示电路，正在向锂电池充电时，D1发光。

D2稳压管TL431，和R2一起组成稳定的2.5V参考电压。这个参考电压输入到STM8S单片机的PD2引脚上（同时也是模拟输入3AIN3），通过单片机的ADC功能可以测量到AIN3（2.5V固定电压）的ADC读数，从而反推出电池的电压。

外部充电电源通过MircoUSB接口P1接入电路。

2、软件设计

锂电池充电功能不需要软件参与，TP4056芯片可独立完成。但是开机状态下的锂电池电量监控需要软件配合实现。软件要实现的功能是，周期性的采集AIN3的ADC读数，然后计算出电池电压，当电池电压低于3V时，需要自动关机。

STM8S单片机的ADC是10位的，即最大读数是1023，VCC就是其AD转换参考电压，所以有如下关系：

1023/AIN3读数=VCC电压/2.5V

所以，VCC电压，也即是电池电压=2.5V*1023/AIN3读数

1）设置ADC工作模式

可以使用STM8S_StdPeriph_Lib库中的ADC1_Init(), ADC1_DeInit(), ADC1_Cmd()来实现ADC工作模式的设置。这三个函数，分别是设置ADC，重置ADC，启用或停用ADC，这里重点说明一下ADC1_Init(),。

ADC1_Init()的接口定义：

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()入参较多，看看每个参数的说明：

ADC1_ConversionMode: 转换模式，指定单次或连续转换，相应取值是：ADC1_CONVERSIONMODE_SINGLE/ADC1_CONVERSIONMODE_CONTINUOUS

ADC1_Channel: 指定转换通道，取值为ADC1_CHANNEL_0~ADC1_CHANNEL_12，注意不同的单片机子型号支持的通道不同，比如STM8S103只支持7个通道，具体要看单片机的数据手册。

ADC1_PrescalerSelection:指定预分频，可以从fcpu/2到fcpu/18，对应取值为ADC1_PRESSEL_FCPU_D2/~3/~4/~6/~8/~10/~12/~18。

ADC1_ExtTrigger: 指定ADC专用外部中断(ADC_ETR)或者定时器触发信号(TRGO)来作为外部触发信号，取值分别为：ADC1_EXTTRIG_GPIO/ADC1_EXTTRIG_TIM

ADC1_ExtTriggerState：外部触发状态，DISABLE或ENABLE

ADC1_Align:数据对齐方式，左对齐或右对齐，取值：ADC1_ALIGN_LEFT/ADC1_ALIGN_RIGHT

ADC1_SchmittTriggerChannel：指定施密特触发器，ADC1_SCHMITTTRIG_CHANNEL0~12

ADC1_SchmittTriggerState：指定施密特触发器状态，DISABLE或ENABLE

这里要通过AIN3引脚采集2.5V固定电压的值，所以使用下面三条代码设置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）启动ADC并获取读数

ADC1设置好之后，执行一次AD转换就比较简单了，先使用ADC1_StartConversion()启动转换，然后用ADC1_GetConversionValue()获取值，ADC1_GetConversionValue()的返回值就是装换结果。

为了避免一次采集数据存在干扰误差较大，一般都要多采集几次，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;

已经算出了2.5V固定电压的值vref，那么最后只要用2.5V*1023/vref就能计算出VCC也就是锂电池的电压了。不过直接计算误差会非常大（因为u16最大值也就是65535，做除法结果精度低），所以改成以下方式计算提高结果精度，结果的单位是mv：

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

3）实现电池电量低自动关机

上面已经得出了电池的电压了，那么结合上一篇《STM8S单片机入门2(关机模式开关机按钮)》，就很容易实关机了，只要在将开机标志fPowerOn_flag设置为FALSE即可，在下一个主循环中就能执行关机了。

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

3、总结

STM8S单片机的ADC功能很强大，这里只以一个监测锂电池电压来说明一下最基本的用法，其他更多的用法还是要看数据手册。现在回顾一下涉及到的知识点：

1）ADC工作模式设置

2）启动AD转换并获取结果