MSP430低功耗技術(shù)在稱重控制儀上的應(yīng)用

劉 海 徐春艷

(1.梅特勒—托利多測量技術(shù)有限公司 江蘇常州 213125 2.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

MSP430低功耗技術(shù)在稱重控制儀上的應(yīng)用

劉 海1徐春艷2

(1.梅特勒—托利多測量技術(shù)有限公司 江蘇常州 213125 2.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

分析對比幾種現(xiàn)在主流的微處理器的低功耗特性，重點研究MSP430處理器的節(jié)電特性。根據(jù)實際應(yīng)用需求，提出了一套在稱重控制儀上可行的低功耗方案。介紹基于MSP430單片機(jī)的稱重系統(tǒng)中低功耗技術(shù)實現(xiàn)的具體方法。

低功耗;MSP430;ADS1230

在工業(yè)環(huán)境中，往往有很多場合需要使用移動設(shè)備或者是現(xiàn)場無條件使用交流電。因此，電池成為了此類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置。在不擴(kuò)大電池容量的前提條件下，盡可能得延長設(shè)備使用電池時的工作時間，就成為了一種突出的市場需求。低功耗技術(shù)也就成為了廣大電氣工程師所熱衷研究的一個焦點技術(shù)。目前，在嵌入式領(lǐng)域，已經(jīng)有不少較為成熟的低功耗解決方案。其中以MSP430系列單片機(jī)為核心的一套低功耗方案是業(yè)界較為主流的、成熟的方案。

1 MSP430低功耗性能分析

MSP430系列單片機(jī)是TI公司設(shè)計生產(chǎn)的，一種具有超低功耗特性的單片機(jī)。目前其MSP4301XX、2XX、4XX已經(jīng)被廣泛使用。與現(xiàn)在市場上通用的一些單片機(jī)相比，MSP430的低功耗特性相當(dāng)顯著。其超低功耗的特性，得益于兩方面:

1)超低功耗的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。這點可以從MSP430系列單片機(jī)的性能參數(shù)指標(biāo)上看出:

①0.1uA RAM保持電流;

②0.8uA實時時鐘模式;

③250uA/1MPIS active;

④ 1.8～3.6V 工作電壓;

⑤ ＜6us時鐘啟動;

⑥ ＜50nA端口漏電。

2)靈活、可供選擇的多種工作模式。MSP430總共有6種工作模式:活動模式(AM)、低功耗模式0(LPM0)、低功耗模式1(LPM1)、低功耗模式2(LPM2)、低功耗模式 3(LPM3)、低功耗模式 4(LPM4)。合理運用這些工作模式，可以解決運行速度、數(shù)據(jù)流量與低功耗設(shè)計的沖突，能將各個模塊的電流消耗降至最低狀態(tài)，能夠限制活動狀態(tài)至最低要求。

2 低功耗稱重系統(tǒng)組成

本課題的研究主要是基于MSP417+ADS1230組成的稱重系統(tǒng)。如圖1所示，該小型稱重系統(tǒng)是以MSP417為核心;A/D轉(zhuǎn)換部分由TI公司的ADS1230及外圍放大電路組成，可帶載4個350歐姆的稱重傳感器;顯示部分由一塊LCD顯示屏和背光電路組成;另外還有鍵盤掃描和 RS232通信電路。

圖1 稱重系統(tǒng)組成示意圖

在本系統(tǒng)中，MSP417工作在4 MHz頻率上。ADS1230通過時鐘線(SCLK)、數(shù)據(jù)線(DOUT)與CPU相連。ADS1230每秒將轉(zhuǎn)換產(chǎn)生80個有效數(shù)據(jù)，其精度為20位。CPU通過查詢方式獲取來自ADS1230的重量數(shù)據(jù)。LCD顯示屏連接至MSP417內(nèi)置的顯示驅(qū)動模塊，上鍵盤部分則由 CPU的GPIO引腳來完成行列掃描。

整個系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換和LCD顯示電路是5 V供電的，其余部分都是工作在3.3 V。電路分析可知，帶載4個350歐姆傳感器，耗電量為60 mA;顯示部分在背光點亮?xí)r，耗電量為30 mA，MSP417在4 MHz頻率下全速運行耗電量為3 mA，通信芯片及其余電路耗電量約為3 mA，整個系統(tǒng)的耗電量約為96 mA。要降低系統(tǒng)功耗，可從三個方面入手:

①傳感器耗電，它占了整個系統(tǒng)耗電量的大半，是降低功耗的重點;

②顯示耗電;

③MSP430芯片耗電。

3 低功耗在稱重控制儀上的實現(xiàn)

在上面提到的三種降低功耗的途徑中，后兩種比較容易實現(xiàn)。要降低顯示功耗，可在儀表設(shè)定中增加顯示背光點亮?xí)r間，自由選擇合適的背光點亮?xí)r間。要降低MSP417芯片功耗，可降低芯片的工作頻率。

對于儀表傳感器的節(jié)電實現(xiàn)，可以基于這樣的思路:如圖2所示，通過設(shè)定檢測時間，定期檢測儀表是否處于工作狀態(tài)。當(dāng)儀表工作時，MSP417處于活動模式(AM)，其余時候儀表休眠，MSP417處于低功耗模式3(LPM3)。由MSP430的特性可知，當(dāng)處于LPM3模式下，CPU、MCLK和SMCLK都停止工作，所有的內(nèi)部總線也停止活動，只有ACLK保持活動。直至有任一中斷請求或者復(fù)位發(fā)生。一旦儀表休眠，則關(guān)閉LCD背光、切斷傳感器的激勵電壓。此時保持CPU內(nèi)核中10 ms定時器工作，使其每隔50 ms檢測有無按鍵中斷，有無重量數(shù)據(jù)變化。當(dāng)檢測到有按鍵中斷發(fā)生或者有來自于ADS1230的重量數(shù)據(jù)變化時，CPU從LPM3模式轉(zhuǎn)回AM模式。

圖2 降低系統(tǒng)功耗流程示意圖

本設(shè)計已實際運用于梅特勒—托利多測量技術(shù)有限公司的一款儀表(IND212)中。當(dāng)儀表開啟節(jié)能模式，整體消耗的平均電流為16 mA。使用10 AH的鉛酸蓄電池，可連續(xù)使用500小時以上。經(jīng)過用戶大量現(xiàn)場使用后反映其性能穩(wěn)定，續(xù)航能力強(qiáng)。這種基于MSP430系統(tǒng)上實現(xiàn)的低功耗技術(shù)是一種有效的節(jié)能技術(shù)。

［1］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［2］徐科軍，陳榮保，張崇巍.自動檢測和儀表中的共性技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［3］陳榮保，王誼.基于 MSP430的低功耗渦街流量計［J］.自動化儀表，2003(11).

The Application of Low Power Consumption Technology for MSP430 in Weigh Control Indicator

LIU Hai1XU Chun-yan2
(1.Metter-Toledo Measure Technology Company，Changzhou 213125 2.Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

The article analyses and compares the low power consumption character in some kinds of micro processors at present，especially researches the save-power character in the MSP430 processor.Based on the practical application requirement，the article gives a feasible low power consumption project for the weigh control indicator.And it introduces the detailed plan based on the MSP430 processor in the weigh system.

low power consumption;MSP430;ADS1230

TH 715

B

1672-2434(2010)01-0061-02

2009-10-27

劉 海(1982-)，男，工程師，碩士，從事研究方向:電子信息