探索BC100硬件：多功能电池充电开发套件

在电子工程领域，电池充电技术一直是研究和开发的热点。今天我们要深入探讨的是AVR451文档中介绍的BC100硬件，它是一款专门针对电池充电设计的参考开发套件，具有丰富的功能和广泛的应用场景。

文件下载：ATAVRBC100.pdf

1. BC100硬件概述

BC100硬件主要由两部分组成：电池充电电路和与ATmega644板控制器相关的电路。其中，电池充电电路可以独立于板控制器工作。

1.1 电池充电电路

充电电路配备了两个AVR®插座，分别适用于ATtiny261/461/861和ATtiny25/45/85。从工厂发货时，套件中包含ATtiny861和ATtiny85，它们都能控制板上的降压转换器，但不能同时工作。

1.2 降压转换器

BC100有三个降压转换器，它们具有不同的电压和电流额定值，可根据充电电压和电流的要求进行选择。通过一组跳线可以选择使用哪个降压转换器电路，这些跳线将板电源连接到其中一个降压转换器电路，将ATtiny的PWM输出连接到开关FET，并将降压转换器的输出通过分流器和继电器连接到电池。

2. 主要硬件模块

2.1 降压转换器

降压转换器用于生成特定的输出电压，可用于给电池充电或控制直流电机的速度。由于降压转换器的组件选择决定了最大输出电压和电流，因此BC100设计中包含了三种不同的降压转换器，这有助于应用设计师根据所需的输出电压和电流来预估PCB尺寸。

2.2 分流网络

在电池的充放电路径中放置了一个70mOhm、1%的分流电阻，用于测量流入和流出电池的电流。ATtiny设备通过差分ADC读取分流电阻上的电压，并利用该信息计算电流，从而相应地调整充电电压或电流，甚至终止充电。为了降低ATtiny看到的电压，使用了一个电阻分压器网络，该网络可以通过设置相应的跳线配置为分流端子电压的1/2、1/4、1/8、1/12或1/16。

2.3 电子负载

BC100具有两个电子控制的恒流负载（可调），主要用于开发目的。一个负载可用于加载降压转换器的输出，以验证在“充电”过程中ADC是否读取到预期的电流；另一个负载可用于验证电池放电到负载时是否读取到正确的电流。电子负载由ATmega644板控制器控制，负载电流由PWM（TIMER 2上的OC2A）的占空比控制。需要注意的是，电子负载不能承受非常高的电流，应限制通过负载的电流，以避免超过FET（15W）和电阻（2W）的耐受能力。

2.4 电源电压和接地电平

BC100板使用三种电源电压（V3P3、V6P0和V3P3A）和两个接地（PGND和GND）。VP3P3（3.5V）和VP6P0（6.3V）为ATmega644和其他用于支持应用开发的杂项部件供电；V3P3A（3.3V）是ATtiny设备的可调混合模拟和数字电源电压，可由mega644进行调整。PGND用作所有电力电子设备（如降压转换器、电子负载等）的接地参考，而GND用作其他对噪声敏感的模拟电路和低电流电路（如微控制器）的接地参考。PGND和GND通过两个0欧姆电阻（R142和R143）连接。

2.5 ADC参考

为了在电流测量中实现足够高的精度，使用了一个2.500V（0.1%）的外部参考。该参考是一个高精度齐纳二极管，由运算放大器缓冲。如果希望使用AVR的内部电压参考而不是外部参考，可以通过移除电阻R141来断开外部电压参考。

3. 连接器和跳线

3.1 电源连接器

BC100可以通过4mm香蕉连接器或电源插孔（负极中心）连接到9V - 40V的直流电源。

3.2 RS232C连接器

RS232C连接器可用于将BC100连接到PC，它连接到ATmega644板控制器（USART0），可用于与连接到充电电路的ATtiny AVR进行交互或作为网关。

3.3 电池端子

充电器可以连接到两个独立的电池组，通过两组螺丝端子连接到板上。电池连接器（J500和J501）支持各种类型的电池组，除了正负极外，还有额外的端子，可用于连接电池的电阻ID（RID）、负温度系数电阻（NTC）、1-Wire eeprom、TWI/SMBus数据线和时钟线等。降压转换器的输出通过继电器连接到端子，使得一个充电器可以连接两个电池。继电器默认是断开的，需要主动闭合才能连接电池。当使用ATtinyx5给电池充电时，通常只应连接一个电池组（除非电池组是并联的）。

3.4 DB101接头

可以在BC100上安装DB101显示板作为顶部模块，BC100板控制器（ATmega644）可以通过串行链路将信息传递给DB101，并在其图形显示屏上显示。

3.5 编程和调试接头

ATtinyx61和ATtinyx5可以通过各自的ISP/dW 6针接头进行ISP编程，也可以使用这些接头进行DebugWire调试。板控制器（ATmega644）可以通过ISP或JTAG进行编程和调试。需要注意的是，板上的三个AVR共享SPI编程线，在进行SPI编程时要确保没有设备驱动共享的SPI编程线，否则编程可能会失败。

3.6 跳线概述

BC100上有多个跳线，用于配置其功能。例如，J302用于选择将电源电压连接到哪个降压转换器；J404和J405用于选择分流电阻的ADC输入的电阻分压器网络设置等。

3.7 微动开关和LED

在ATmega644板控制器所在的一端，有多个LED和微动开关，它们连接到ATmega644。左侧的LED和开关可用于通用IO，右侧的LED可用于显示电池充电电压和电流。

3.8 测试点

在降压转换器电路的所有相关线路上都设置了测试点，同时还设置了GND/PGND测试点，以便准确测量模拟信号。

4. 预编程固件

BC100的ATtiny861中预编程了应用笔记AVR458 “Charging Lithium - Ion Batteries with ATAVRBC100” 的固件；ATtiny85中预编程了一个小程序，仅将设备置于掉电模式；ATmega644中预编程了一个控制板上电源开关的固件，其源代码随本应用笔记一起分发。

BC100硬件为电池充电相关的开发提供了一个强大而灵活的平台，电子工程师们可以根据自己的需求进行定制和开发。你在使用类似的开发套件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。