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用MSP430规划超低功耗数字温度计

用MSP430设计超低功耗数字温度计-很多地方都需要测量温度。在设计温度遥测系统时,通常需要采用电池供电的极低功耗模块。传统的测温手段比较多,但不论是采用分立晶体管、热敏电阻,或者是热电偶,功耗都降不

  概述

  许多当地都需求丈量温度。在规划温度遥测体系时,一般需求选用电池供电的极低功耗模块。传统的测温手法比较多,但不论是选用分立晶体管、热敏电阻,或者是热电偶,功耗都降不下来。本文介绍了一种满意低功耗要求的可行计划,该计划运用一枚极低功耗的、带Flash存储器的MCU,以及数字温度传感器、液晶模块(LCD)和一个32kHz的挂钟用振荡器。该计划的杰出特点是节能经用,仅需一枚扣子电池,就能够接连作业10年以上。

  作业原理

  图一所示MCU扩展体系的电源是一枚CR-2032型扣子式锂电池,这种电池的容量为220mAh。要让体系到达接连作业10年(87600小时)的要求,答应的最大负载电流能够用以下办法计算出来:

  220mAh / 87,600小时 = 2.51 A

  这个测温体系不光要丈量温度,还要接连显现丈量成果。当体系处于单步形式时,TMP100温度传感器每完结一次丈量,就会主动进入关断形式,此刻的典型功耗为0.1 A;体系处于节能低功率形式(LPM3)时,晶振、LCD驱动器和16位守时器持续作业,此刻MSP430的典型功耗为0.9 A;3位半LCD的典型功耗为1 A。

  体系每个作业周期的耗电状况如图2所示,温度传感器、MCU和LCD的总功耗平均值为2.45 A。为了尽可能延伸电池的运用寿命,在作业周期内的绝大多数时刻,体系都处于等候形式。

  硬件规划说明

  电池加上一只0.1 F的去耦%&&&&&%,构成了这个体系的电源。MCU的复位端衔接一只68k的上拉电阻,时钟脉冲(ACLK)取自32.768KHz的挂钟用晶体。在I2C总线的SCL(时钟)和SDA(数据)上,别离衔接一只10K的上拉电阻。

  作业原理

  MCU同温度传感器之间经过I2C总线衔接。I2C总线占用2条MCU输入输出口线,二者之间的通讯彻底依托软件完结。温度传感器的地址能够经过2根地址引脚设定,这使得一根 I2C总线上能够一起衔接8个这样的传感器。本计划中,传感器的7位地址现已设定为1001000。MCU需求拜访传感器时,先要宣布一个8位的寄存器指针,然后再宣布传感器的地址(7位地址,低位是WR信号)。传感器中有3个寄存器可供MCU运用,8位寄存器指针便是用来确认MCU终究要运用哪个寄存器的。本计划中,主程序会不断更新传感器的装备寄存器,这会使传感器作业于单步形式,每更新一次就会丈量一次温度。

  要读取传感器丈量值寄存器的内容,MCU有必要首要发送传感器地址和寄存器指针。MCU宣布一个发动信号,接着宣布传感器地址,然后将RD/WR管脚设为高电平,就能够读取丈量值寄存器。

  为了读出传感器丈量值寄存器中的16位数据,MCU有必要与传感器进行两次8位数据通讯。当传感器上电作业时,默许的丈量精度为9位,分辨力为0.5 C/LSB(量程为-128.5 C至128.5 C)。本计划选用默许丈量精度,根据需求,能够从头设置传感器,将丈量精度提高到12位。假如只要求作一般的温度指示,比方主动调温器,那么分辨力到达1 C就能够满意要求了。这种状况下,传感器的低8位数据能够疏忽,只用高8位数据就能够到达分辨力1 C的规划要求。因为读取寄存器时是按先高8位后低8位的次序,所以低8位数据既能够读,也能够不读。只读取高8位数据的长处有二,第一是能够缩短MCU和传感器的作业时刻,下降功耗;第二是不影响分辨力目标。

  MCU读取传感器的丈量值后,接下来就要进行换算并将成果显现在LCD上。整个处理进程包含:判别显现成果的正负号,进行二进制码到BCD码的转化,将数据传到LCD的相关寄存器中。

  数据处理结束并显现成果之后,MCU会向传感器宣布一个单步指令。单步指令会让传感器发动一次温度测验,然后主动进入等候形式,直到模数转化结束。MCU宣布单步指令后,就进入LPM3形式,这时MCU体系时钟持续作业,发生守时中止唤醒CPU。守时的长短能够经过编程调整,以便习惯详细运用的需求。

  功用扩大

  完成上文所述计划的程序代码只要400字节左右,而MCU的 Flash程序存储器有8k之多。此外,尽管MCU有256字节的RAM,可是本程序一个字节都不用用。这256字节的RAM以及那些未用的在体系可编程 (ISP)Flash存储器能够用来记载历史数据。别的,MCU还剩下22根输入输出口线、一个双端电压比较器和一个完好的三通道16位守时器Timer A,这些闲暇的资源能够用来完成其他一些常用的功用,例如键盘、组成铃声、模数转化、电池电量检测以及串行通讯功用。因为体系时钟运用的是32kHz的挂钟晶体,所以能够运用守时器中止完成时钟功用(RTC)。

  因为温度传感器和MCU之间选用了I2C总线,所以,能够依托分配不同的地址衔接更多的传感器。以3位地址的TMP100传感器为例,总线上最多能够一起衔接8枚传感器。

  小结

  本文介绍了一种极低功耗测温设备的软硬件规划计划,计划选用了MCU、传感器和LCD显现屏,具有功用完善、节能经用、结构简略、外形细巧、价格低廉等长处。依照该计划制造的测温设备不光能够到达丈量要求,并且能够在运用一枚3V电池供电的状况下,接连作业10年以上而不用替换电池。

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