基于MSP430的低功耗水文遙測終端機實現

　　終端機由太陽能浮充的免維護蓄電池供電，該蓄電池除了給FM發射機提供+12V電源外，還給控制電路提供 +3V的電源，這就需要電壓轉換電路。Maxim公司的電源管理ICL7663的靜態 工作電流只有10μA，輸入電壓范圍1.5～16V，輸出電壓范圍1.3～16V，由于它功耗極低，非常適合于電池供電的設備中，故采用ICL7663可以進一步降低終端機的功耗。輸出電壓可由式

(1)得出。(1)式(1)中Vset的典型值為1.3V，R1、R2為偏置電阻，用來設置輸出電壓。圖1電路中中選擇R1=1MΩ、R2=1.3MΩ,經式(1)計算可得輸出電壓Vout=3V。

　　輸出電流可以通過限流電阻Rcl來設置，由式

(2)得出。(2)圖1電路中選擇Rcl=20Ω，經計算輸出電流為35mA，滿足本設計的要求。

　　(3) 時鐘電路

　　在CMOS數字邏輯器件中，功耗與系統時鐘頻率f(clk)成正比，見式

(3)。(3)式(3)中C是COMS的負載電容，V是電源電壓，E(sw)是跳變頻率。由式(3)可知在負載電容、電源電壓和跳變頻率基本不變的前提下，要實現低功耗就需要降低微控制器的工作頻率。MSP430F147的特色是具有兩個外部時鐘源，一個為低速的輔助時鐘(ACLK)，另一個為高速的主時鐘(MCLK)。ACLK可以使用32.768Hz的手表晶振，它可以給系統提供穩定的時間基準并且降低微控制器的功耗，而MCLK可以使用4MHz的晶振，并可以配置成在需要系統全速工作時由中斷喚醒，從而高效執行相應的程序和高速處理數據。

　　(4) 外部存儲器和復位電路

　　這部分電路采用Xicor公司的X25045，該芯片將可編程看門狗、電壓監控、EEPROM集于一體，具有體積小、占用I/O少等優點，應用于系統中可以簡化微控制器系統的設計。芯片采用SPI口與微控制器數據交換，通過片內可選時間的看門狗定時器可以在微控制器程序跑飛或者死鎖時復位，這樣便提高了系統的可靠性。

　　軟件設計

　　在軟件方面，主要通過模式的選擇和片內模塊的使用兩方面來降低功耗。

　　(1) MSP430F147的低功耗工作模式

　　MSP430F147共有5種低功耗工作模式(LPM0～LPM4)和一個激活模式(AM)，任何低功耗的模式都可以由任何允許的中斷喚醒，從而回到激活模式，且轉換時間低于6μs。不同工作模式在1MHz時鐘下的典型功耗見表1。

　　MSP430F147的不同低功耗模式是通過配置狀態寄存器SR中CPUOFF、OSCOFF、SCG0、SCG1 4個模式控制位來實現的，這四位有效與否的不同組合可以達到控制微控制器時鐘系統的目的。根據終端機的低功耗設計要求，可以配置狀態寄存器SR使微控制器工作于LPM3模式。此時CPUOFF、OSCOFF、SCG0、SCG1 4個模式控制位的值分別為1、0、1、1。在該模式下，CPU、主時鐘(MCLK)和內部數字振蕩器(DCO)均不工作，微控制器僅由輔助時鐘(ACLK)驅動，此時工作電流僅為2μA，功耗很低。處于該模式的微控制器可以由雨量、水位等外部中斷或者內部定時中斷喚醒，喚醒后進入激活工作模式，此時被關閉的各部分電路將恢復正常工作。由此可以在終端機需要發送數據的時候激活微控制器，不發送的時候則使微控制器進入LPM3模式，這樣就大大降低了系統的功耗。