CN116614159B - 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大容量电池监测技术领域，涉及多个大容量电池监测的信号传输技术，具体为用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，能够实现SPI接口与双绞线接口相互转换，具有更高的兼容性、安全性和抗干扰性；本发明定义了一种独特的主从通讯协议，包括写指令流程、读指令流程以及回读数据，每种指令均由48位码流构成，并通过完善定义通讯协议中时序，实现了采用主接口芯片和从接口芯片连接在隔离器件之间提供双绞线通信，避免了一微控制器和多电池管理模块应用中的数据冲突。

Description

用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法

技术领域

本发明属于大容量电池监测技术领域，涉及多个大容量电池监测的信号传输技术，具体为用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法。

背景技术

在仪器仪表、电机系统、远程传感器等大型设备中，为保证其安全性和可靠性，主控制器与从控制器的通讯至关重要。

随着电池管理系统在能源领域的兴起，其中多个电池管理模块的级联更需要安全、准确的通讯，才能让主控制器针对电池状态做出正确处理。在连接时，所有数据都需要由通信接口传输，包括控制命令、电池电压、温度、电池状态等，这些信息的准确性直接影响了主控制器MCU电池管理模块BMIC的判断。

现有基于SPI通信协议的四线传输方式虽然能够实现主控制器对于电池管理模块检测管理，但还存在以下问题：

1、抗干扰能力弱：如图1所示，现有的微控制器基于SPI通信协议的四线传输方式与电池管理模块BMIC通讯，加之电池管理模块长期工作在大量的电磁干扰EMI环境中。而基于SPI通信协议的四线传输方式抗干扰能力弱，会受到大量干扰，并随着线缆的增长造成衰减，使得数据传输出现错误。

2、缺少隔离：随着电池管理系统在能源领域的兴起，其中多个电池管理模块的级联更需要安全、准确的通讯。而级联链中电池管理模块的供电电压域不同，缺少相应的隔离，这会导致一些非通路器件受高电压的影响而毁坏，甚至产生短路故障。

因此，一款抗干扰能力强，能够正确传输信息的通讯接口芯片以及对应的传输方法对精准检测电池的状态乃至整个电池管理系统的广泛应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，解决现有技术中主控制器对于对待监测的电池管理模块的通讯存在抗干扰能力弱的技术问题。

本发明解决上述技术问题的方案：

一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照SPI通讯协议发送写指令；

接收写指令并编码成双绞线数据；

发送双绞线数据；

接收双绞线并解码为符合SPI通讯协议的SPI写指令；

发送SPI写指令给电池管理模块。

进一步限定，所述写指令包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位；

所述电池管理模块地址为待监测电池管理模块的地址；

所述寄存器地址为待监测电池管理模块中需要操作的寄存器地址；

所述寄存器数据为待监测电池管理模块中需要操作的寄存器的数据；

所述广播操作标识符位代表发送指令的范围；

所述循环冗余校验用于验证数据是否有误；

所述写指令模式为链中的通信方式；

所述保留位用于保证每一条指令均为固定码长。

进一步限定，所述写指令码长为48位。

进一步限定，所述广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若广播操作标识符位为广播指令，则电池管理模块地址为空，级联的所有电池管理模块均响应；

若广播操作标识符位为寻址指令，则指定电池管理模块地址，使对应地址的电池管理模块响应。

进一步限定，所述写指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；或写指令为微控制器和电池管理模块双向通信模式；或写指令为电池管理模块回传数据模式。

一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

微控制器按照SPI通讯协议发送写回读寄存器指令；

主接口芯片接收写回读寄存器指令并编码成写回读寄存器双绞线数据；

主接口芯片发送写回读寄存器双绞线数据；

从接口芯片接收写回读寄存器双绞线数据并解码为符合SPI通讯协议的SPI写回读寄存器指令；

从接口芯片发送SPI写回读寄存器指令给电池管理模块；

微控制器按照SPI通讯协议发送回读同步地址指令，经过主接口芯片编码成回读同步地址双绞线数据，并发送给从接口芯片解码成符合SPI通讯协议的回读同步地址指令；同时，电池管理模块将反馈数据发送给从接口芯片；

从接口芯片将反馈数据以及回读同步地址指令编码成双绞线反馈数据，并发送给主接口芯片；

主接口芯片接收到双绞线反馈数据进行解码，得到反馈数据；

同时微控制器发送回读数据地址指令，主接口芯片将解码后的回读数据地址指令与反馈数据共同回传至微控制器。

进一步限定，所述写回读寄存器指令、回读同步地址指令和回读数据地址指令均包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位。

进一步限定，所述写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令，则写回读寄存器指令的电池管理模块地址为空；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为寻址指令，则指定写回读寄存器指令的电池管理模块地址。

进一步限定，所述回读同步地址指令和回读数据地址指令的广播操作标识符位为寻址指令；

回读同步地址指令和回读数据地址指令的电池管理模块地址为指定的电池管理模块地址；

所述回读同步地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述回读数据地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述写回读寄存器指令的指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；

所述回读同步地址指令的指令模式为微控制器和电池管理模块双向通信模式；

所述回读数据地址指令的指令模式为写指令为电池管理模块回传数据模式。

进一步限定，所述写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间的时间间隔t1：

t1为写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间片选使能信号的高电平时间；

回读同步地址指令和回读数据地址指令之间的时间间隔t11：

t11≥主接口芯片解码时间+主接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间解码时间-写回读寄存器指令长度。

本发明的有益效果在于：

1、兼容性强：本发明提供一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片传输方法，能够实现SPI接口与双绞线接口相互转换，具有更高的兼容性、安全性和抗干扰性。

2、避免数据冲突：本发明提出了一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片传输方法，定义了一种独特的主从通讯协议，包括写指令流程、读指令流程以及回读数据，每种指令均由48位码流构成，并通过完善定义通讯协议中时序，实现了采用主接口芯片和从接口芯片连接在隔离器件之间提供双绞线通信，避免了一微控制器和多电池管理模块应用中的数据冲突。

3、准确率高：本发明所提供传输方法，在数据传输过程中，为了提高传输数据正确率，避免数据出现错误对芯片产生影响，在传输过程中加入校验码，可以生成固定位数的校验码，传输的指令包括16位校验码，该校验码可用于检测传输期间数据的任何改变，只有在校验码匹配的情况下，命令或数据才会被视为有效，从而确认接收的数据与最初发送的数据相同，没有错误发生，在写入命令中接收到无效CRC则不会执行该命令。

附图说明

图1为现有的微控制器与电池管理模块通讯示意图；

图2为本发明实施例1用于电池监测的双绞线通讯接口芯片示意图；

图3为本发明实施例1用于电池监测的双绞线通讯接口芯片具体示意图；

图4为本发明实施例1微控制器与电池管理模块通讯示意图；

图5为本发明实施例1数字主控模块示意图；

图6为本发明实施例2用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统图；

图7为实施例3用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统图；

图8为实施例4用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统图；

图9为实施例5用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统图；

图10为本发明实施例9双绞线接口芯片传输协议SPI时序图；

图11为本发明实施例9双绞线接口芯片传输协议写指令时序图；

图12为本发明实施例9双绞线接口芯片传输协议回读指令时序图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。

为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参考图2，本实施例提供一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片，包括双绞线接口电路、SPI接口电路和数字主控模块；

进一步说明，参考图3，双绞线接口电路，用于接收并传输双绞线类型数据；双绞线类型数据包括双绞线数据采集指令或者双绞线反馈数据；

具体的，双绞线接口电路通过双绞线与另一个用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的双绞线接口电路连接，也可以通过双绞线与电池管理模块连接。

双绞线接口电路可以接收接口芯片外部的双绞线类型数据，也可以将接口芯片内部产生的双绞线类型数据发送给接口芯片外部。

SPI接口电路，用于连接电池管理模块或者微控制器，接收或者传输SPI类型信息，SPI类型信息包括SPI反馈数据或者SPI数据采集指令；

具体的，SPI接口电路用于连接电池管理模块或者微控制器，一个用于电池监测的双绞线通讯接口芯片只能通过SPI接口电路连接一个微控制器或者一个电池管理模块。

数字主控模块，用于通过外部引脚决定所属接口芯片为主接口芯片或者从接口芯片；用于接收SPI类型信息；将SPI类型信息编码为双绞线类型数据进行传输；用于接收双绞线类型数据；将双绞线类型数据解码为SPI类型信息进行传输。

具体的，一个用于电池监测的双绞线通讯接口芯片可以通过使用需求设定为主接口芯片或者是从接口芯片；

主接口芯片通过自身的SPI接口电路与微控制器连接，从接口芯片通过自身的SPI接口电路与电池管理模块连接，主接口芯片通过自身的双绞线接口电路与从接口芯片自身的双绞线接口电路连接，参考图4，从而实现：

微控制器发送SPI数据采集指令；

主接口芯片通过自身的SPI接口电路接收SPI数据采集指令；

主接口芯片将SPI数据采集指令编码为双绞线数据采集指令并通过自身的双绞线接口电路发送给从接口芯片；

从接口芯片通过自身的双绞线接口电路接收双绞线数据采集指令；

从接口芯片将双绞线数据采集指令解码为SPI数据采集指令并通过自身的SPI接口电路发送给电池管理模块；

电池管理模块按照采集指令采集数据得到SPI反馈数据，将SPI反馈数据通过从接口芯片的SPI接口电路发送给从接口芯片；

从接口芯片将SPI反馈数据编码得到双绞线反馈数据，将双绞线反馈数据通过自身的双绞线接口电路发送给主接口芯片；

主接口芯片通过自身的双绞线接口电路接收双绞线反馈数据并解码得到SPI反馈数据，将SPI反馈数据通过自身的SPI接口电路发送给微控制器，完成数据的采集。

进一步说明，参考图5，数字主控模块包括主单元、从单元和选通单元；

当所属接口芯片为主接口芯片时，选通单元导通主单元，从单元不导通；当所属接口芯片为从接口芯片时，选通单元导通从单元，主单元不导通，主单元与从单元择一导通。

主单元用于接收SPI数据采集指令编码为双绞线SPI数据采集指令；接收双绞线反馈数据解码为SPI反馈数据；从单元用于接收SPI反馈数据编码为双绞线反馈数据；接收双绞线数据采集指令解码为SPI数据采集指令；

即，用于电池监测的双绞线通讯接口芯片中主单元导通时，作为主接口芯片；用于电池监测的双绞线通讯接口芯片中从单元导通时，作为从接口芯片。

进一步说明，主单元包括主片选使能编/解码模块和主数据编/解码模块；

其中，主片选使能编/解码模块用于对SPI类型信息中的片选使能信号和双绞线类型数据中的片选使能信号进行编/解码；主数据编/解码模块用于对SPI类型信息中的串行时钟信号与串行数据信号和双绞线类型数据中的串行时钟信号与串行数据信号进行编/解码。

进一步说明，从单元包括从片选使能编/解码模块和从数据编/解码模块；

其中，从片选使能编/解码模块（CS使能编/解码模块）用于对SPI类型信息中的片选使能信号和双绞线类型数据中的片选使能信号进行编/解码；从数据编/解码模块用于对SPI类型信息中的串行时钟信号与串行数据信号和双绞线类型数据中的串行时钟信号与串行数据信号进行编/解码。

优选的，主数据编/解码模块和从数据编/解码模块均为曼彻斯特编/解码模块。

进一步说明，主单元还包括用于对双绞线类型数据和SPI类型信息进行存储的主存储单元；从单元还包括用于对双绞线类型数据和SPI类型信息进行存储的从存储单元。

实施例2

参考图6，基于实施例1提供的用于电池监测的双绞线通讯接口芯片，本实施例提供一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统，包括微控制器、主接口芯片、第一从接口芯片和第一电池管理模块；

进一步说明，微控制器：用于向主接口芯片发送SPI数据采集指令；接收主接口芯片发送的SPI反馈数据；

主接口芯片：用于接收微控制器发送的SPI数据采集指令，将SPI数据采集指令编码后形成双绞线数据采集指令发送给第一从接口芯片；接收第一从接口芯片发送的双绞线反馈数据并进行解码形成SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给微控制器；

第一从接口芯片：用于接收主接口芯片发送的双绞线数据采集指令，对双绞线数据采集指令解码为SPI数据采集指令并发送给第一电池管理模块；接收第一电池管理模块发送的SPI反馈数据并编码形成双绞线反馈数据发送给主接口芯片；

第一电池管理模块：用于接收第一从接口芯片发送的SPI数据采集指令进行数据采集得到SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给第一从接口芯片。

一个单独的主接口芯片把微控制器的四线式SPI转换为双绞线链路，从接口芯片再将其转换回可直接与BMIC进行通信的SPI协议；双绞线间还需跨过隔离势垒，接口芯片可在此类应用中使用，以容易地在微控制器电池管理模块之间提供隔离通讯，还实现了微控制器置于一个相对于第一电池管理模块和待测设备远程位置的系统配置。

实施例3

参考图7，与实施例2不同的是，本实施例提供的用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统，电池管理模块内设置有菊花链接口，从接口芯片级联多个电池管理模块，相邻两个电池管理模块之间通过菊花链接口连接。

实施例4

参考图8，基于实施例1提供的用于电池监测的双绞线通讯接口芯片，本实施例提供一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统，包括微控制器、主接口芯片、第一从接口芯片、第一电池管理模块、n个从接口芯片以及n个电池管理模块，n大于1的自然数；

微控制器：用于向主接口芯片发送SPI数据采集指令；接收主接口芯片发送的SPI反馈数据；

主接口芯片：用于接收微控制器发送的SPI数据采集指令，将SPI数据采集指令编码后形成双绞线数据采集指令发送给第一从接口芯片以及n个从接口芯片；接收第一从接口芯片及n个从接口芯片分别发送的双绞线反馈数据并进行解码形成SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给微控制器；

第一从接口芯片：用于接收主接口芯片发送的双绞线数据采集指令，并对双绞线数据采集指令解码后以SPI数据采集指令发送给第一电池管理模块；接收第一电池管理模块发送的SPI反馈数据并编码形成双绞线反馈数据发送给主接口芯片；

第一电池管理模块：用于接收第一从接口芯片发送的SPI数据采集指令进行数据采集得到SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给第一从接口芯片；

从接口芯片：分别用于接收主接口芯片发送的双绞线数据采集指令，并对双绞线数据采集指令解码后以SPI数据采集指令发送给对应的电池管理模块；接收对应电池管理模块分别发送的SPI反馈数据并编码形成双绞线反馈数据发送给主接口芯片；

电池管理模块：用于接收对应从接口芯片发送的SPI数据采集指令进行数据采集得到SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给对应的从接口芯片。

实施例5

参考图9，基于实施例1提供的用于电池监测的双绞线通讯接口芯片，本实施例提供一种用于电池监测的双绞线通讯接口芯片的传输系统，包括微控制器、主接口芯片以及多个级联的电池管理模块；多个级联的电池管理模块均内置有菊花链接口，多个级联的电池管理模块通过菊花链接口依次连接；

微控制器：用于向主接口芯片发送SPI数据采集指令；接收主接口芯片发送的SPI反馈数据；

主接口芯片：用于接收微控制器发送的SPI数据采集指令，将SPI数据采集指令编码后形成双绞线数据采集指令逐级发送给多个级联的电池管理模块；接收多个级联的电池管理模块逐级传递的双绞线反馈数据并进行解码，形成SPI反馈数据；将SPI反馈数据发送给微控制器；

多个级联的电池管理模块：逐级接收主接口芯片发送的双绞线数据采集指令进行数据采集，得到双绞线反馈数据，并将双绞线反馈数据逐级传递给主接口芯片。

实施例6

基于实施例1提供的用于电池监测的双绞线通讯接口芯片，本实施例提供一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，包括以下步骤：

按照SPI通讯协议发送写指令；

接收写指令并编码成双绞线数据；

发送双绞线数据；

接收双绞线并解码为符合SPI通讯协议的SPI写指令；

发送SPI写指令给电池管理模块。

其中，写指令包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位；

电池管理模块地址为待监测电池管理模块的地址；

所述寄存器地址为待监测电池管理模块中需要操作的寄存器地址；

所述寄存器数据为待监测电池管理模块中需要操作寄存器的数据；

所述广播操作标识符位代表发送指令的范围；

所述循环冗余校验用于验证数据是否有误；

所述写指令模式为链中的通信方式；

所述保留位用于保证每一条指令均为固定码长，优选写指令码长为48位。

广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若广播操作标识符位为广播指令，则电池管理模块地址为空，级联的所有电池管理模块均响应；

若广播操作标识符位为寻址指令，则指定电池管理模块地址，使对应地址的电池管理模块响应。

写指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；或写指令为微控制器和电池管理模块双向通信模式；或写指令为电池管理模块回传数据模式。

进一步说明，SPI接口电路端口有片选使能信号（CS）、时钟信号（SCLK）、主输入从输出信号（MISO/SDO）、主输出从输入信号（MOSI/SDI）。

参见表1，为本实例用于电池监测的双绞线通讯接口芯片隔离型通讯传输方法中48位写指令格式；以锂离子电池监控应用为例，多达几十个电池管理模块BMIC可以级连在一起，以允许监控几百个单独的锂离子电池电压。

表1 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位写指令格式

因此，除了要写入的数据之外，每个写入操作还必须包括电池管理模块地址和对应的寄存器地址，将电池管理模块地址定义六位，每一种组合对应标识电池监控堆栈中的唯一电池管理模块BMIC，最高对应64个级联的电池管理模块。将寄存器地址和寄存器数据均定义成八位，表示在寄存器写入操作期间要写入寄存器的地址和数据。当向链中的所有受控电池管理模块均发送相同的指令时，还需要额外的标识符位，广播操作标识符位为1代表广播指令，即级联的所有电池管理模块均响应，若为广播指令则不需要特定的电池管理模块地址，用000000代替；广播操作标识符位为0代表寻址指令，即只有满足自己电池管理模块地址的指令才响应，若为寻址指令则一定需要配置特定的电池管理模块地址。本协议还包括16位循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC），用于验证数据是否有误。指令以MSB优先方式配置，MSB为最高有效位，因此MSB优先意味着在传输中高有效位优先配置在寄存器中。

整条通传输链上的数据传输模式分为单向（写入）或双向（写入/读取）通信。写指令模式有三种，正常写指令模式设置为00，表示链中的通信是单向的，主设备（微控制器）向链上的从设备（电池管理模块）发送命令。

写指令模式为01时，表示链中的通信是双向的，主设备（微控制器）将命令传输到链上的从设备（电池管理模块），然后切换到接收模式，期望从设备返回数据，从设备以接收模式启动，并在接收到命令后切换到发送模式。

写指令模式为10时，主设备（微控制器）接收到回传的数据。

保留位是为保证每一条指令均为48位而设置的固定位。

实施例7

本实施例提供一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，包括以下步骤：

微控制器按照SPI通讯协议发送写回读寄存器指令；

主接口芯片接收写回读寄存器指令并编码成写回读寄存器双绞线数据；

主接口芯片发送写回读寄存器双绞线数据；

从接口芯片接收写回读寄存器双绞线数据并解码为符合SPI通讯协议的SPI写回读寄存器指令；

从接口芯片发送SPI写回读寄存器指令给电池管理模块；

微控制器按照SPI通讯协议发送回读同步地址指令，经过主接口芯片编码成回读同步地址双绞线数据，并发送给从接口芯片解码成符合SPI通讯协议的回读同步地址指令；同时，电池管理模块将反馈数据发送给从接口芯片；

从接口芯片将反馈数据以及回读同步地址指令编码成双绞线反馈数据，并发送给主接口芯片；

主接口芯片接收到双绞线反馈数据进行解码，得到反馈数据；

同时微控制器发送回读数据地址指令，主接口芯片将解码后的回读数据地址指令与反馈数据共同回传至微控制器。

其中，写回读寄存器指令、回读同步地址指令和回读数据地址指令均包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位。

其中，写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令，则写回读寄存器指令的电池管理模块地址为空；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为寻址指令，则指定写回读寄存器指令的电池管理模块地址。

其中，回读同步地址指令和回读数据地址指令的广播操作标识符位与电池管理模块地址均为寻址指令和指定的电池管理模块地址；

所述回读同步地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述回读数据地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述写回读寄存器指令的指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；

所述回读同步地址指令的指令模式为微控制器和电池管理模块双向通信模式；

所述回读数据地址指令的指令模式为写指令为电池管理模块回传数据模式。

其中，写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间的时间间隔t1：

t1为两个指令之间片选使能信号的高电平时间；

回读同步地址指令和回读数据地址指令之间的时间间隔t11：

t11≥主接口芯片解码时间+主接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间解码时间-写回读寄存器指令长度。

进一步说明，在实施例6的基础上，若要从电池管理模块受控设备链读回数据，则将要读回寄存器的地址写入读寄存器地址中。随后，向链中想要回读的电池管理模块发送空帧指令，然后才开始返回每个对应电池管理模块的寄存器内容，对指定电池管理模块进行回读需要3个48位码流指令过程。

原因是SPI通讯协议规定从设备的时钟需要由主设备提供，而接口芯片作为SPI主控微处理器和电池管理模块受控通讯的桥梁起编、解码的作用。电池管理模块受控芯片的CS、SDI、SCLK只能作为其输入以及从接口芯片的输出，SDO只能作为电池管理模块其输出及从接口芯片的输入；同样，主控微处理的CS、SDI、SCLK只能作为其微控制器的输出以及主接口芯片的输入，SDO只能作为微处理器的其输入及主接口芯片的输出。因此，

因此，当微控制器主控给电池管理模块受控发送数据指令时，主接口芯片将微控制器其输出的CS、SDI、SCLK编码成一位串行数据daisy_out_o，从接口芯片对串行数据进行解码作为电池管理模块受控的输入CS、SDI、SCLK，这就是单纯的发送写回读寄存器指令，写回读寄存器指令格式参见表2。

表2 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位写回读寄存器指令格式

而若需要电池管理模块受控芯片发送数据的回读指令后，由于受控电池管理模块只有一个输出SDO给从接口芯片，从接口芯片缺少了编码所需的CS和SCLK，所以需要微控制器再发送回读同步地址指令并重复上述过程给从接口芯片提供编码CS和SCLK，所以从接口芯片在编码时需要将电池管理模块发送的SDO以及自己解码出的CS和SCLK进行编码成daisy_out_o，主接口芯片将其解码成微控制器主控的SDO，回读同步地址指令格式参见表3。

表3 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位回读同步地址指令格式

而解出的CS和SCLK不能作为主控的输入，需要微控制器再次发送回读数据地址指令，参见表4，为回读数据地址指令格式；只要保证此时的SDO与发送的SCLK对齐即可正确传递数据，所以主从接口芯片编码方式基本类似，解码方式有所差别。

表4 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位回读数据地址指令格式

因此，需要芯片回读时指令需要依次发送上表2~4的指令，写回读寄存器指令，把被回读的寄存器地址写入寄存器地址中起到发送命令的功能。回读同步地址指令，只给从接口芯片的编码提供CS和SCLK，与正常指令的区别是写指令模式为01。回读数据地址指令，起到将主接口芯片解码后的数据输出同步到主接口芯片的时钟上传递回来，写指令模式为10。回读同步地址指令和回读数据地址指令只起提供CS和SCLK的作用，而其数据不重要，因此也叫空帧指令，但必须连续发送，可以通过指令模式的不同于00来对电池管理模块设置不执行操作。写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间只要大于最小指令间隔，回读同步地址指令和回读数据地址指令之间则必须严格遵守时间间隔，因为其时间间隔必须大于两个接口芯片的编码时间和解码时间，才能够保证正常数据传输。若想要回读链上所有电池管理模块，由于为避免所有电池管理模块在同一时间回读引发

冲突，则回读同步地址指令和回读数据地址指令只能寻址，因此只能先发送一条对所有电池管理模块回读的广播指令写回读寄存器指令，然后按照从底层到顶层级联电池管理模块的地址顺序对应时序要求依次发送回读同步地址指令和回读数据地址指令；若回读指定地址的电池管理模块则按照该电池管理模块地址对应时序要求依次发送写回读寄存器指令、回读同步地址指令和回读数据地址指令。

以上介绍的是适配本系统的通讯方法，所有寄存器写入和读取操作都是使用48位数据包通过SPI执行的，除电池管理模块BMIC外其他采用SPI主从工作方式的监控芯片也可适用此协议和本接口芯片。另外还需要满足基本的SPI通讯要求，如所有指令的传输从最高有效位开始；CSB空闲时为高，在整个48位指令期间保持低有效；且本发明所提供的协议CPOL=1，CPHA=1，即SCLK空闲时为高，数据在SCLK上升沿上输入，在SCLK下降沿上输出。

由于主从接口芯片之间协议还有所区分，因此在引脚配置方面也不同：

Master：接口芯片主从选择输入。如果芯片位于微控制器侧，则把该引脚连接至VDD，若位于电池管理模块侧，则把此引脚连接至GND。

A0-A5：如果接口芯片位于微控制器侧，则该引脚定义为0；若位于电池管理模块侧，则定义为接口芯片地址。

广播指令一般只存在于部分下一条不会回读出数据的指令，对所有电池管理模块同时操作；若为寻址指令，则只有满足电池管理模块地址才能进行操作。因此，发送数据时只有与电池管理模块相连的从接口芯片需识别广播指令还是寻址指令且地址是否匹配；若接口芯片为主接口芯片，则不需识别指令地址，无论是发送还是接收数据或是广播指令还是寻址指令，均只起编解码功能。发送时，主接口芯片对微控制器传来的数据进行编码同时发给所有从接口芯片，所有从接口芯片均解码若判断是广播指令则所有从接口芯片均传输；若广播操作位为0代表寻址指令，则只有与48位码流中的电池管理模块地址匹配的电池管理模块引脚配置时才进行传输。

实施例8

在实施例7的基础上，从读取操作返回的数据同样包含在48位码流中，分为读寄存器数据结果和读转换数据结果。

参见表5，由于转换数据比较长，因此定义从读取转换结果操作返回的数据应包括7位通道地址和16位转换数据。

表5 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位读转换结果格式

通道地址允许唯一识别单个通道测量结果；从寄存器读取操作返回的读寄存器数需要8位寄存器地址和8位寄存器数据，参见表6。

表6 用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法48位读寄存器数据格式

由于读指令是寻址指令，所以每一组读取数据均包含特定的电池管理模块地址。保留位用于确保每组数据都是48位，所以两种数据的保留位有所区别。若电池管理模块能够正确识别微控制器发送来的回读指令则写应答位为1、广播操作为0，16位CRC保证传输的准确性。

实施例9

需要说明的是，本发明的子电源管理模块不止有两级，其还可以是三级、四级、五级、八级、十级、十二级、十五级、十六级、十八级、二十级，甚至更多级，即n是大于等于1的自然数，其具体数量根据需要测量的大容量锂电池的电池包的数量而定。

参见图10，其中，CS下降沿到SCLK下降沿时间t2定义为62.5ns，到SDO时间t7同样为62.5ns；SCLK上升沿之前SDI建立时间t3为5ns，上升沿之后保持时间t4为125ns。本协议高频时钟采用32MHz，SCLK采用2MHz，因此SCLK高电平脉冲宽度t5和低电平脉冲宽度t6均为0.45*tSCLK=225ns。SCLK下降沿至SDO有效保持最小时间t13同样为125ns。采用其他频率依然可以通讯，但协议时序需要相应改变。

参见图11，曼彻斯特48位编码加上CS前后标志位共四位，一共52位，所以编码长度t12为26μs，而一条SPI的指令长度t8为48位编码时间24μs和两个t2为24.125μs。编码时，当最后一位数据，也就是第48个上升沿跳变时，编码标志位tx_stb跳变为高电平，同时48位编码寄存器tx_data更新完毕，状态机改变开始输出编码，因此定义从SPI发送完CS跳变到高电平到编码结束tx_idle跳变为1的时间为编码延时t9，编码延时t9为编码长度26μs减标志时间250ns为25.75μs，最大值即为编码长度26μs。解码时识别到结束位上升沿后，rx_stb为1，将解码数据存入寄存器rx_data后意味着解码结束，开始输出数据，所以解码延迟t10最小为24μs，典型值为24.0625μs。主从芯片延迟相同。

由于编码长度大于SPI指令长度，因此为了避免下条指令被吞没，要保证两条相邻的编码间隔要大于一个高频时钟周期。主芯片对主控发送的SPI数据进行编码daisy_out_o传入从芯片daisy_data_i进行解码后以SPI数据发送给从控，当主控芯片（微控制器）发送的两条SPI指令间隔大于1625ns时主从芯片之间可以正常传输，但两条相邻的编码daisy_out_o间隔只有一个高频时钟周期，因此指令间隔t1最小为1625ns。但这会使得下一条编码的延迟变大，因为第一条指令在tx_stb刚开始跳变时就开始编码，而第二条指令在tx_stb要结束跳变时才开始编码，tx_stb定义为SCLK最后一个上升沿到CS上升沿的时间，为10*t16CLK=312.5ns，因此t1典型值为1937.5ns。当间隔大于典型值时，发送的指令间隔均能保持不变。但为了保证解码的准确性，可以使间隔再大40个时钟周期，因为在曼彻斯特解码中若有错误发生，等待40个时钟周期的高电平后可以结束错误状态，继续解码。

此外，从接口芯片在解码时还需要判断是否为广播指令即解码寄存器rx_data[16]是否为1，若是则true=1，能正确输出SPI数据，若不是则要判断指令中器件地址是否满足从接口芯片引脚配置，满足true=1，可以正确输出；true=0，不能输出SPI数据。

参见图12，若发送的指令需要从控回读时，首先发送读指令，同样大于最小指令间隔t1的时间发送回读同步指令，即接口协议中所述指令A和指令B；而指令B由于需要给从接口芯片编码接收数据提供CS和SCLK，指令C需要给主接口芯片解码发送数据提供CS和SCLK，因此其必须遵守时间间隔，即回读指令时序中回读同步命令和回读数据命令的间隔t11，因为其时间必须大于两个接口芯片的编码时间和解码时间，参见表7为本发明双绞线接口芯片传输协议时序结果。

表7 双绞线接口芯片传输协议时序结果

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照SPI通讯协议发送写指令；

接收写指令并通过曼彻斯特编码成前后带有标志位的双绞线数据；

发送双绞线数据；

接收双绞线数据并通过曼彻斯特解码为前后带有标志位且符合SPI通讯协议的SPI写指令；

发送SPI写指令给电池管理模块；

所述写指令包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位；

所述电池管理模块地址为待监测电池管理模块的地址；

所述寄存器地址为待监测电池管理模块中需要操作的寄存器地址；

所述寄存器数据为待监测电池管理模块中需要操作的寄存器的数据；

所述广播操作标识符位代表发送指令的范围；

所述循环冗余校验用于验证数据是否有误；

所述写指令模式为链中的通信方式；

所述保留位用于保证每一条指令均为固定码长；

所述写指令码长为48位；

所述广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若广播操作标识符位为广播指令，则电池管理模块地址为空，级联的所有电池管理模块均响应；

若广播操作标识符位为寻址指令，则指定电池管理模块地址，使对应地址的电池管理模块响应；

所述写指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；或写指令为微控制器和电池管理模块双向通信模式；或写指令为电池管理模块回传数据模式。

2.一种用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

微控制器按照SPI通讯协议发送写回读寄存器指令；

主接口芯片接收写回读寄存器指令并通过曼彻斯特编码成前后带有标志位的写回读寄存器双绞线数据；

主接口芯片发送写回读寄存器双绞线数据；

从接口芯片接收写回读寄存器双绞线数据并通过曼彻斯特解码为前后带有标志位的符合SPI通讯协议的SPI写回读寄存器指令；

从接口芯片发送SPI写回读寄存器指令给电池管理模块；

微控制器按照SPI通讯协议发送回读同步地址指令，经过主接口芯片通过曼彻斯特编码成前后带有标志位的回读同步地址双绞线数据，并发送给从接口芯片通过曼彻斯特解码成前后带有标志位的符合SPI通讯协议的回读同步地址指令；同时，电池管理模块将反馈数据发送给从接口芯片；

从接口芯片将反馈数据以及回读同步地址指令通过曼彻斯特编码成前后带有标志位的双绞线反馈数据，并发送给主接口芯片；

主接口芯片接收到双绞线反馈数据进行解码，得到反馈数据；

同时微控制器发送回读数据地址指令，主接口芯片将解码后的回读数据地址指令与反馈数据共同回传至微控制器；

所述写回读寄存器指令、回读同步地址指令和回读数据地址指令均包括电池管理模块地址、寄存器地址、寄存器数据、广播操作标识符位、循环冗余校验、写指令模式以及保留位；

所述写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令或者寻址指令；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为广播指令，则写回读寄存器指令的电池管理模块地址为空；

若写回读寄存器指令的广播操作标识符位为寻址指令，则指定写回读寄存器指令的电池管理模块地址；

所述回读同步地址指令和回读数据地址指令的广播操作标识符位为寻址指令；

回读同步地址指令和回读数据地址指令的电池管理模块地址为指定的电池管理模块地址；

所述回读同步地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述回读数据地址指令的寄存器地址和寄存器数据均为空；

所述写回读寄存器指令的指令模式为微控制器向电池管理模块单向发送指令模式；

所述回读同步地址指令的指令模式为微控制器和电池管理模块双向通信模式；

所述回读数据地址指令的指令模式为写指令为电池管理模块回传数据模式。

3.根据权利要求2所述的用于电池监测的双绞线隔离型通讯传输方法，其特征在于，所述写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间的时间间隔t1：

t1为写回读寄存器指令和回读同步地址指令之间片选使能信号的高电平时间；

回读同步地址指令和回读数据地址指令之间的时间间隔t11：

t11≥主接口芯片解码时间+主接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间+从接口芯片编码时间解码时间-写回读寄存器指令长度。