一、方案概述
1.1 定位
SH367309 是中颖微电子（Sino Wealth）面向 3~5 串锂离子/聚合物电池包推出的数字-模拟混合保护 IC。
官方参考设计包含：
硬件：原理图 + PCB（4 层，过流/短路/温度/平衡保护）
软件：Cortex-M3 内核，STM32F103 为主控，IAR 5.4 / Keil 5 双工程
协议：SMBus 1.1 兼容，支持 SBS 1.1 指令集（0x00~0x6F）
1.2 软件仓库结构
合并后共 135 个文件，总代码行 ≈ 2.1 万行。关键目录：
├─ CORE/ // CMSIS + 启动文件
├─ HARDWARE/ // 板级驱动（ADC、LCD、KEY、EXTI、FLASH…）
├─ USER/ // 业务逻辑（保护算法、SMBus、电量计、平衡）
├─ PROJECT/ // IAR / Keil 工程文件
└─ DOC/ // 寄存器手册、SMBus 指令表、校准方法
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二、硬件抽象层（HAL）设计
2.1 时钟与低功耗策略
运行频率：72 MHz（外部 8 M 晶振 + PLL）
低功耗顺序：
关闭外设时钟（ADC、DMA、LCD）
配置 Standby 模式，RTC 唤醒周期 5 s
唤醒源：ALARM 引脚（PB0 下降沿）+ RTC 闹钟
唤醒后 2 ms 内恢复 PLL，保证 SMBus 第一时间响应主机
2.2 关键外设驱动
ADC（adc.c）
3 通道循环采样：
CH0 → 电池组电压（分压 1/11）
CH1 → 充电电流（INA199，±50 A，增益 100）
CH4 → 温度（NTC 10 k，β=3435）
采样时序：定时器 6 触发，20 ms 周期，DMA 双缓冲，硬件平均 8 点
校准：2 点线性修正（增益 & 零点），系数保存在 Flash 0x0800_F000 固定表
Flash 模拟 EEPROM（stmflash.c）
采用“扇区交换 + 双备份”机制，保证掉电不丢数据
写流程：
读出整个 2 kB 扇区 → RAM
修改对应偏移 → CRC16 校验
擦除扇区 → 回写 → 第二备份区镜像
寿命：每扇区 10 k 次擦写，实测 25 °C 下 > 6 万次
LCD 驱动（lcd.c）
支持 9341/9325/5310/5510 等 8 种驱动 IC，自动识别 ID
提供快速打点函数 LCD_Fast_DrawPoint()，采用“寄存器地址连续写”模式，刷 320×240 全屏 < 120 ms
字体：12×6、16×8、24×12 三级点阵，支持 ASCII 与自定义图标（电量格、充放电箭头）
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三、保护算法与状态机
3.1 状态总览
整个电池包运行状态由主任务轮询 + 中断事件共同驱动，状态图如下：
┌──────────┐
│ POWER_ON│
└────┬─────┘
│初始化
┌────▼─────┐
│ STANDBY │◄──────────┐
└────┬─────┘ │
│按键/充电器插入 │I²C 指令
┌────▼─────┐ │
│ NORMAL │ │
└────┬─────┘ │
故障检测 │ │
┌────▼─────┐ │
│ FAULT │───────────┘
└────┬─────┘ 清除故障
┌────▼─────┐
│ SLEEP │<-- 无通信 3 s
└──────────┘
3.2 保护项与阈值（可配置）
过充检测：
一级 4.23 V/3 s、二级 4.25 V/2 s、三级 4.30 V/1 s
恢复 4.10 V/3 s 滞后
过放检测：
一级 2.90 V/5 s、二级 2.80 V/3 s、三级 2.70 V/1 s
恢复 3.40 V/3 s 滞后
充/放电过流（软件）：
充电 25 A/60 s、50 A/5 s
放电 105 A/122 s、140 A/32 s、175 A/12 s
采用 4 点滑动平均 + 峰值滤波，防止误触发
高低温：
充电高温 55 °C、低温 0 °C
放电高温 65 °C、低温 -20 °C
采用 10 k NTC，查表法（1 °C 步进）+ 线性插值
3.3 平衡算法
被动平衡，开启电压 4.10 V，压差 100 mV
策略：最高单体 > 开启电压 且 与最低单体差 > 压差 → 打开 MOSFET 旁路 200 mA
平衡期间采样保持，防止电压跌落误判
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四、SMBus 协议栈实现
4.1 链路层
物理层：PB8=SCL、PB9=SDA，开漏 5 V 容忍，上拉 4.7 k
速率：100 kHz 标准模式，7 位地址 0x16（可改 EEPROM）
中断：EV = I2C1_EV_IRQHandler、ER = I2C1_ER_IRQHandler，支持多主机仲裁
4.2 协议层
支持 Quick Command、Send Byte、Receive Byte、Write Byte/Word、Read Byte/Word、Block Read
寄存器映射兼容 SBS 1.1：
0x00~0x1F – 电量计（Voltage、Current、Temperature、RemainingCapacityAlarm…）
0x20~0x3F – 状态/控制（BatteryStatus、BatteryMode、ChargingCurrent…）
0x40~0x5F – 制造商信息（ManufacturerName、DeviceName、DeviceChemistry…）
0x60~0x6F – 扩展指令（SafetyAlert、SafetyStatus、PFAlert…）
4.3 代码流程
主机写：
Start → 地址+W → ACK → 命令码 → ACK → 数据低 → ACK → 数据高 → ACK → Stop
→ 触发 I2C1_EV_IRQHandler → 根据命令码查表 → 写入 RAM 缓存 → 置位 update_flag
主机读：
Start → 地址+R → ACK → 返回数据低 → ACK → 数据高 → NACK → Stop
→ 事先在 update_flag 为真时把数据准备好，中断里直接取
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五、电量计量（Coulomb Counter）
5.1 电流采样
16 bit ADC，±50 A 量程，LSB = 1.526 mA
硬件 8 点平均后，软件再做 4 点滑动平均，有效分辨率 ≈ 0.1 mA
零偏校准：休眠前 1 s 平均电流 < 5 mA 即视为“零”，写入 EEPROM 偏移
5.2 容量学习
满充学习：
条件：单体 4.20 V + 电流 < 0.05 C + 温度 10~45 °C
动作：将 FCC（FullChargeCapacity）更新为 RemainingCapacity
满放学习：
条件：单体 2.75 V + 电流 < 0.1 C
动作：将 DesignCapacity 与 PassedCharge 比较，修正 CC Gain
周期计数：每完成 1 次 DOD>60% 的循环，CycleCount++，同时衰减 FCC（默认 80%@500 次）
5.3 温度补偿
容量温度系数：-0.5%/°C（<25 °C）、-0.3%/°C（>25 °C）
内阻温度系数：-0.7%/°C，用于预测最大允许电流
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六、Flash 数据映射（0x0800_F000）
扇区 0（1 kB）—— 系统参数
扇区 1（1 kB）—— 用户校准
扇区 2（1 kB）—— 平衡历史
扇区 3（1 kB）—— 循环计数 & 异常日志
关键数据结构（共 512 B，双备份）见 flash.c 中 const dataflash[]，包含：
设计容量 / 满充容量 / 循环阈值
单节过充、过放、过流、温度阈值
AFE MTP 区域 26 B（SH367309 内部寄存器初值）
校准系数：电压增益、电流增益、零点、温度偏移
制造商字符串、序列号、生产日期（BCD 码）
尾部 2 B 校验：0x5AA5，上电 CRC 校验失败则恢复出厂默认值
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七、启动流程与异常处理
7.1 上电时序（startup_stm32f10x_hd.s）
① 初始化 MSP = __initial_sp（0x2000_0800）
② 调用 SystemInit() → 打开 HSE → PLL 9 倍频 → 72 MHz
③ 复制 .data → RAM，清空 .bss
④ 调用 __main → 最终进入 main()
7.2 main() 主循环（伪代码）
int main(void)
{
InitClock(); // 72 MHz
InitGPIO(); // 高驱 MOSFET 引脚
InitADC(); // 3 通道 DMA
InitSMBus(); // 100 kHz
InitLCD(); // 显示 **
ReadFlashParam(); // 加载 0x0800_F000
SH367309_Init(); // AFE 寄存器 + MTP
while (1)
{
RefreshADC(); // 20 ms
ProtectFSM(); // 过充/过放/过流/温度
BalanceCtrl(); // 需要平衡？
UpdateSOC(); // 库仑计
RefreshLCD(); // 1 s
EnterSleep(); // 无通信 3 s
}
}
7.3 异常向量
HardFault：保存 R0~R3、MSP、PSP 到 Backup SRAM，重启
NMI：SH367309 ALARM 中断，标记 bAFE** = 1，主循环读取 AFE 状态寄存器
I²C 错误：总线死锁检测，超过 5 ms 无应答则复位 I2C 外设
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八、开发与调试指南
8.1 编译选项
IAR：Options → General Options → Library Configuration → Full
Keil：Target → Use MicroLIB 取消，否则 printf 重定向异常
优化等级：建议 -O2，若需单步调试请改为 -O0
8.2 在线升级
预留 8 kB BootLoader（0x0800_0000~0x0800_1FFF），支持 SMBus 0x7E 进入 ISP
升级流程：
① 主机发送 0x7E 0x02 0x00 0x00 0x00 0x00
② Boot 返回 0x55 0xAA 就绪
③ 每帧 64 B，带包序号 + CRC16，失败重传 3 次
④ 升级完成写入 MagicWord（0x0800_1FF0 = 0x55AA），软复位
8.3 常见问题速查
LCD 白屏：ID 识别失败 → 检查 SPI 模式（9341 需 8 位 SPI + 16 位并口）
电流漂移：零偏未校准 → 进入休眠前确保 < 5 mA，重新 Learn Zero
SMBus 无应答：上拉电阻过大 → 改为 3.3 V 供电时 2.2 k
平衡不开启：压差未到 100 mV → 调低阈值或延长采样窗口
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九、结语
本文从源码级对 SH367309 锂电池保护板的 CMSIS 层、板级驱动、保护算法、SMBus 协议、电量计量、Flash 数据映射及异常处理进行了全流程梳理。
开发者可据此快速定位业务逻辑、二次开发新保护项或移植到更高串数平台。如需进一步深入（如 SH367309 寄存器级配置、NTC 查表生成脚本、BootLoader 源码），可继续基于“0x0800_F000”固定表与“protect_fsm()”状态机进行扩展。
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