通过1点条形图显示器简化电池电量计

随着嵌入式系统(尤其是IoT设备)的高速发展，业界越来越要求对为它们供电的可充电电池系统进行改进。特别是，有许多应用都可以从既高性价比又准确的电池电量计当中受益。尽管大多数汽车、医疗和军事应用都需要提供完整的电池管理系统(BMS)，但许多其他产品也可以透过更简单的电池电量计来实现很好的服务，亦即只需要利用它来告诉使用者，可以为设备供电的电量是多少。

本设计实例是一个1点式条形图显示器，相比于通常的四LED条形图电池电量计，它提供了一种简单、紧凑、低成本和低功耗的替代方案。 它包括一个表面黏贴(SMD)式的RGB LED，并利用一个超小尺寸的MCU驱动——在本例中为6引脚封装的Microchip PIC10F220或PIC10F222。最终的解决方案可以在面积仅为3.1×3.2mm2的PCB上实现，也可以轻松整合到现有设计中(图1)。

原型板的尺寸很小，因此可很容易地添加到目前没有电池电量计的现有产品中。在本例中，它安装在锂离子电池行动电源的外壳内，在此，PIC使用其内部0.6V能隙基准来测量电池电压(在其自身的Vdd引脚上检测)。ADC进行的测量将0.6V基准表示为在Vdd输入上所检测的电压的百分比，随着Vdd的增加，得到的数字将会减少，反之亦然，这样就可以得到被测电压与A/D输出值之间的「1/x」关系，Microchip应用笔记AN1072中提供了透过A/D输出推导出被测电压实际值的计算。

与任何电量计一样，在选择MCU显示颜色(红、黄、绿或蓝色，与电池荷电状态对应)所对应的阈值电压时，本设计必须考虑锂离子电池所呈现的非线性电压与荷电状态关系曲线(可参见「Discharge Characteristics of Li-ion」一文)。为了避免在每次测量Vdd时使用PIC有限的数学功能来计算充电状态时所遇到的麻烦，本文创建了一张查找表，可以将它储存在PIC的程序内存中。这张表(请点击此处)是使用Microsoft Excel创建的，仅涵盖了预期的电池组电压范围，在本例中为2.9~.3V。用PIC的8位ADC测量时，这些电压会产生52~35之间的输出值。

为了使功耗最小，本设计使用了高亮度RGB LED，并将MCU配置为保持睡眠模式，直到它从其看门狗定时器接收到周期性中断(大约每秒一次)为止。从睡眠模式唤醒后，MCU会测量其Vdd引脚上的电压，并透过驱动与最新测量值相对应的相关颜色的LED引脚，使相应的LED短暂闪烁(每0.25s发送1ms脉冲)。

此处可下载两个版本的MCU汇编程序源代码清单，借此，本设计就能驱动共阳极和共阴极RGB LED中的任何一种情况。程序代码清单进行了完全注释，大小也进行了优化，并使用了宏来简化阅读过程。此外，它们非常紧凑，仅需要85个程序字和3个数据字节，从而使得在几乎任何其他引脚有限的PICmicro MCU上都可以轻松实现该应用。请注意，再做一点试验，应该可以修改此处提供的程序，在阈值之间插值，从而根据电池的荷电状态按比例点亮两个LED。