手持式RFID讀寫器的低功耗設計與測試

　　MSP430F149 單片機的基礎時鐘模塊主要由低頻晶體振蕩器（LFXT1）、高頻晶體振蕩器（XT2）、數字控制振蕩器(DCO)等模塊組成，可以提供主系統時鐘（MCLK）、子系統時鐘（SMCLK）及輔助時鐘（ACLK）3 種時鐘信號。為優化低功耗特性，在手持式RFID 讀寫器設計中MSP430F149 可在滿足系統性能的前提下，通過軟件對基本時鐘系統控制寄存器BCSCTL1、BCSCTL1 及DCO 控制寄存器DCOCTL 進行編程設置DCO 的頻率用作MCLK、SMCLK 的時鐘源，其范圍為32768Hz～8MHz。其中ACLK 可采用32768Hz 的LFXT1CLK 以提供穩定的系統時基和低功耗的備用工作時鐘頻率, MCU 在執行程序時所需的MCLK 由可快速啟動的DCOCLK 提供，SMCLK 可采用DCOCLK 作為擴展FLASH 的時鐘信號，以滿足擴展FLASH 的讀寫操作時序要求。

　　3 低功耗的軟件控制

　　在低功耗硬件的基礎上，通過軟件采用MSP430F149 的可編程中斷結構編程來管理系統的工作模式及外圍模塊的開關連接，從而控制讀寫器降低系統功耗。

　　為充分利用MSP430F149 的低功耗功能，根據手持式RFID 讀寫器的工作狀態將其工作模式設為射頻模式、通信模式和待機模式，以盡量延長讀寫器的工作時間。其中射頻模式應用于操作人員進行射頻識別的讀寫操作，當射頻標簽進入工作區域時產生中斷使MSP430F149工作模式由低功耗模式LPM3 切換到活動模式AM；通信模式應用于讀寫器進行USB 通信或RS232 串行通信或網絡通信等操作，由鍵盤中斷使MSP430F149 工作模式由低功耗模式LPM4切換到活動模式AM；待機模式則在系統無操作時由鍵盤中斷或定時超時中斷使MSP430F149工作模式由其他模式進行低功耗模式LPM4。

　　另外，在不同的工作狀態也可通過軟件將MCU 的P1~P6 連接的接口電路設置為高阻狀態或將相應外圍模塊工作在省電工作模式，從而也可降低系統的功耗。如FM1702SLRF 收發芯片提供了Hard Power Down、Soft Power Down 及Stand by 三種省電模式，可由MCU 的IO線信號或通過軟件設置FM1702SL 內部控制寄存器設置為省電模式，以實現低功耗的控制。

　　4 功耗測試及結果分析

　　為測試手持式RFID 讀寫器的系統功耗，按相應測試規程設計的功耗測試主程序及功耗測試中斷程序的流程圖分別如圖2、圖3 所示。系統在功耗測試主程序的控制下進行待測試狀態，其中在接口初始化模塊中將鍵盤及顯示接口設置為功耗測試需要的功能，并提示用戶按測試流程進行相應測試，等待操作人員進行功耗測試操作。當操作人員按預定測試規程按下相應鍵后調用功耗測試中斷程序進行測試。在相應中斷程序中可按提示信息將主系統時鐘MCLK 及子系統時鐘SMCLK 時鐘頻率設置為8MHz、1MHz、400KHz,然后選擇工作模式設置為射頻模式、USB 通信模式或待機模式，最后選擇相應模塊狀態設置為連接或關閉，并經延時使系統工作穩定后提示測試功耗，最后執行中斷返回命令返回主程序待進行其他條件下的功耗測試。其中射頻模式下，系統中MCU 設為活動模式、RF 收發模塊的發射電路連續發射載波信號、模擬及數字電路正常工作，OLED 顯示標簽信息，其他通信模塊關閉；USB 通信模式下則是系統中MCU 設為活動模式、USB 通信工作，OLED 顯示通信信息，其他模塊關閉；待機模式下則是MCU 設為低功耗模式LPM4，其他模塊都關閉。

　　圖2 功耗測試程序流程圖

　　圖3 功耗測試中斷程序流程圖