使用STM32F407VET6芯片主频为168Mhz的PA6和PA7引脚模拟IIC,外部有10kΩ的上拉电阻连接3.3V,并且IIC总线有两个INA226芯片,地址分别是0x40和0x41,分别将芯片寄存器中的电压和电流值赋值给float类型,并且第一个地址的从站需要计算出电池容量;并且使用的是UCOS操作系统
时间: 2025-08-06 21:18:29 浏览: 5
<think>我们首先需要创建基于PA6(SCL)和PA7(SDA)的模拟IIC驱动,并在UCOS操作系统下以任务形式读取两个INA226传感器的数据,然后计算电池容量。步骤:1.初始化GPIO(PA6和PA7)为开漏输出模式,并配置上拉电阻(外部10kΩ上拉至3.3V)2.编写模拟IIC的底层函数:起始信号、停止信号、等待应答、发送应答、发送非应答、读取一个字节、写入一个字节3.编写INA226的驱动函数:初始化INA226(配置校准寄存器、配置寄存器等)、读取寄存器(16位)、写入寄存器4.在UCOS中创建任务,循环读取两个INA226的电压和电流值(注意:INA226的电压和电流寄存器值需要转换为实际值)5.计算电池容量:通过电流对时间的积分(安时计),即累计电流与时间间隔的乘积注意:-INA226的地址:0x40(A0=GND)和0x41(A0=VS),我们假设0x40接第一个,0x41接第二个。-INA226的寄存器地址:配置寄存器(0x00)分流电压(0x01)//单位2.5uV总线电压(0x02)//单位1.25mV功率寄存器(0x03)//单位25mW(需要根据校准值计算)电流寄存器(0x04)//单位取决于校准值校准寄存器(0x05)//需要根据分流电阻值和最大预期电流设置其他寄存器...我们主要读取总线电压和电流寄存器(0x02和0x04)。电流值需要根据校准寄存器的设置进行转换。校准方法:校准值=0.00512/(Current_LSB*R_shunt)其中,Current_LSB=Max_Expected_Current/32768例如:假设我们使用0.1欧姆的分流电阻,最大预期电流为3.2A,则:Current_LSB=3.2/32768≈0.00009765625A/bit(约97.66μA/bit)校准值=0.00512/(0.00009765625*0.1)≈5242.88,取整5243然后,实际电流=电流寄存器值*Current_LSB电压:总线电压寄存器值*1.25mV我们假设已经按照上述方法校准了INA226,并且已知校准值(我们在初始化时写入校准寄存器)。由于用户没有提供具体的分流电阻值和最大预期电流,我们假设一个通用的校准值(比如5243),并按照上述转换公式计算。电池容量计算:我们可以设定一个初始容量(如0),然后在每次读取电流后,乘以两次读取的时间间隔(注意单位转换),进行累加。注意:电流有正负(充电为正,放电为负),容量计算时通常取绝对值(或分别累计充放电容量)。在UCOS任务中,我们需要以固定的时间间隔(比如每秒)读取两个INA226的数据,并计算容量。代码结构:1.定义模拟IIC相关的宏和函数2.定义INA226的地址和寄存器地址3.编写INA226的初始化函数(写入配置寄存器和校准寄存器)4.编写读取电压和电流的函数5.在任务中初始化两个INA2266.循环读取,计算并累加容量由于是在UCOS下,我们使用OSTimeDly来延时,以固定间隔读取。注意:模拟IIC在操作系统中使用时,可能会被中断打断,所以我们需要在模拟IIC操作时进入临界区(关闭中断)以防止时序被打乱。下面给出关键代码:</think>
### STM32F407模拟IIC驱动INA226实现方案
基于STM32F407VET6的PA6(SCL)/PA7(SDA)引脚实现I²C通信,读取两个INA226传感器(0x40/0x41地址)的电压/电流数据,并在UCOS系统中计算电池容量。
#### 硬件连接配置
```c
// 硬件连接定义
#define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_6
#define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_7
#define I2C_PORT GPIOA
#define INA226_ADDR1 0x40 << 1 // 左移1位(I2C协议要求)
#define INA226_ADDR2 0x41 << 1
#define SHUNT_RESISTOR 0.002f // 分流电阻值(0.002Ω)
```
#### I²C模拟驱动核心
```c
// I2C初始化
void I2C_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
gpio.Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN;
gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出
gpio.Pull = GPIO_PULLUP; // 内部上拉
gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(I2C_PORT, &gpio);
// 初始状态置高
HAL_GPIO_WritePin(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
}
// 关键时序函数
void I2C_Start(void) {
SDA_HIGH(); DELAY_US(2);
SCL_HIGH(); DELAY_US(5);
SDA_LOW(); DELAY_US(3);
SCL_LOW(); DELAY_US(2);
}
void I2C_WriteByte(uint8_t byte) {
for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
(byte & 0x80) ? SDA_HIGH() : SDA_LOW();
DELAY_US(1);
SCL_HIGH(); DELAY_US(3);
SCL_LOW(); DELAY_US(2);
byte <<= 1;
}
}
// 完整I2C协议实现此处省略...
```
#### INA226驱动实现
```c
// INA226寄存器定义
#define INA226_CONFIG 0x00
#define INA226_SHUNT 0x01
#define INA226_BUS 0x02
#define INA226_CAL 0x05
// 初始化INA226
void INA226_Init(uint16_t devAddr) {
// 配置寄存器:采样数16,转换时间1.1ms
uint8_t config[2] = {0x41, 0x27};
I2C_WriteReg(devAddr, INA226_CONFIG, config, 2);
// 设置校准寄存器(根据分流电阻值计算)
uint16_t calVal = (uint16_t)(0.00512 / (SHUNT_RESISTOR * 0.0001));
uint8_t calData[2] = {calVal >> 8, calVal & 0xFF};
I2C_WriteReg(devAddr, INA226_CAL, calData, 2);
}
// 读取电压电流(返回实际物理值)
float INA226_ReadBusVoltage(uint16_t devAddr) {
uint8_t data[2];
I2C_ReadReg(devAddr, INA226_BUS, data, 2);
int16_t raw = (data[0] << 8) | data[1];
return raw * 0.00125f; // LSB=1.25mV
}
float INA226_ReadCurrent(uint16_t devAddr) {
uint8_t data[2];
I2C_ReadReg(devAddr, INA226_SHUNT, data, 2);
int16_t raw = (data[0] << 8) | data[1];
return raw * 0.0001f; // LSB=100μV/Rshunt
}
```
#### UCOS任务与容量计算
```c
// 电池容量追踪结构体
typedef struct {
float totalCapacity; // 总容量(Ah)
float lastCurrent; // 上一次电流值
uint32_t lastTime; // 上一次采样时间戳
} BatteryMonitor;
void BatteryTask(void *p_arg) {
BatteryMonitor monitor = {0};
uint32_t startTime = GetSystemRuntimeUs();
while(1) {
// 进入临界区保证I2C时序完整
CPU_CRITICAL_ENTER();
float volt1 = INA226_ReadBusVoltage(INA226_ADDR1);
float curr1 = INA226_ReadCurrent(INA226_ADDR1);
// 读取第二个传感器...
CPU_CRITICAL_EXIT();
// 容量积分计算
uint32_t currentTime = GetSystemRuntimeUs();
float deltaT = (currentTime - monitor.lastTime) / 3600000000.0f; // 转换为小时
monitor.totalCapacity += (monitor.lastCurrent + curr1) * 0.5f * deltaT;
// 更新状态
monitor.lastCurrent = curr1;
monitor.lastTime = currentTime;
// 任务延时(每100ms采样一次)
uCOS_DelayMS(100);
}
}
```
#### 关键计算公式
1. **电流计算**:
$$ I = \frac{\text{ShuntRegister} \times 100\mu V}{R_{\text{shunt}}} $$
2. **容量积分**:
$$ \Delta Q = \frac{(I_{n-1} + I_n)}{2} \times \Delta t $$
$$ Q_{\text{total}} = \sum \Delta Q $$
3. **任务采样频率优化**:
$$ f_{\text{sample}} = \frac{1}{T_{\text{switch}} + T_{\text{read}}} \approx 10\text{Hz} $$
其中 $T_{\text{read}} \approx 5\text{ms}$
#### 系统初始化流程
```c
int main(void) {
// UCOS初始化
OSInit();
// 硬件初始化
DWT_Init();
I2C_Init();
INA226_Init(INA226_ADDR1);
INA226_Init(INA226_ADDR2);
// 创建电池监控任务
OSTaskCreate(BatteryTask, ..., OS_OPT_TASK_STK_CHK);
// 启动系统
OSStart();
while(1);
}
```
#### 误差校准建议
1. **温度补偿**:添加温度传感器校正分流电阻温漂
2. **积分修正**:采样周期内电流变化采用梯形积分法
$$ \Delta Q = \frac{T_s}{3600} \sum_{k=1}^{N} \frac{I_k + I_{k-1}}{2} $$
3. **数据平滑**:对原始数据采用FIR滤波
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