基于MSP430F413水果电池供电的低功耗时钟

只看该作者 · 2019-2-15 19:37

我最早接触MSP430时候，看到书的第一页就是一张水果电池的图片，一直以来想做一个低功耗的可以水果电池供电的系统，毕业之后的下半年选择MSP430F413单片机来画了一个低功耗的板子，一直没有调试成功，液晶显示太暗几乎看不到，最近又拿出来调试，更换偏压电阻，最终更换液晶后才可以正常显示，先看下最终效果：

最终效果

电路图：

调试过程

最初调试时，先准备好苹果一个，电池正负极（铜锌），程序是显示一个数字，效果如下：

突发奇想，用自来水试了一下，效果也是杠杠的（程序中间修改过，这是显示较多的液晶段）：

时钟调试效果（这里电池没有接入电路，调试时所用，当时没有拿下来，用跳线帽接到水果供电的电路上）：

刚刚调试时，万用表测试水果电池电压接近0.9V，短路电流25-30uA，接上电路仅显示数字7的时候，电流12uA，4节水果电池电压从3.4降到2.6V；水（普通自来水，每个地方水中含有离子数量不一样，获得电压电流都有区别）每节电池0.8V，短路电流接近40uA。

程序换为时钟时，水果电池3.4V降到2.2V，大约维1个多小时，液晶完全没有显示，电极片换个位置重新插一下，时钟可以继续运行，测试电压和新做水果电池一样，苹果都要变干的时候，电压低一些，液晶明显变暗。

后来，电路中提供液晶偏压电压的电阻有330K改为1M后，系统电流降到大约10uA，水果电池大约可以维持3-4小时，用水做的电池可以维持24小时以上

功耗分析

这个低功耗的电路还有优化空间，单片机的不用的引脚可以再做优化，现有线路中有一般的液晶段引脚没有使用，却也提供的驱动波形，这里相对现有系统应当是浪费电流最大的一部分；另外一个优化空间是4个按键的上拉电阻太小，10K，3V的时候，按键按下瞬间，电流可以达到300uA，用水果电池的时候，按键功能不能使用，现在调试的时候，都是先拿CR2302供电，调节好时间后，再用水果(水)电池供电。
进一步优化功耗后，电流应当可以降到5uA以下。

程序

按键程序继续使用之前程序库中的按键程序；

RTC计时使用TI的RTC软件库

段码液晶的程序由程序库中的数码管程序移植而来：

#include  <msp430x41x.h> #include  "segment_lcd_btl006.h"       /*宏定义，数码管a-h各段对应的比特，更换硬件只用改动以下8行*/ #define a    0x01                         //  AAAA #define b    0x02                         // F B #define c    0x04                         // F B #define d    0x80                         //  GGGG #define e    0x40                         // E C #define f    0x10                         // E C #define g    0x20                         //  DDDD  HH #define h    0x08       //小数点       /*用宏定义自动生成段码表，很好的写法，值得学习*/ /*更换硬件无需重写段码表*/ const char tab[] = {       a + b + c + d + e + f,                // Displays "0"       b + c,                               // Displays "1"       a + b + d + e + g,                   // Displays "2"       a + b + c + d + g,                   // Displays "3"       b + c + f + g,                         // Displays "4"       a + c + d + f +g,                      // Displays "5"       a + c + d + e + f + g,                // Displays "6"       a + b + c,                            // Displays "7"       a + b + c + d + e + f + g,             // Displays "8"       a + b + c + d + f + g,                // Displays "9"       a + b + c + e + f + g,                // Displays "A"       c + d + e + f + g,                   // Displays "B"          a + d + e + f,                         // Displays "C"       b + c + d + e + g,                   // Displays "D"       a + d + e + f + g,                   // Displays "E"       a + e + f + g,                         // Displays "F"       a + c + d + e + f,                   // Displays "G"       b + c + e + f + g,                   // Displays "H"          e + f,                               // Displays "I"       b + c + d + e,                         // Displays "J"       b + d + e + f + g,                   // Displays "K"       d + e + f,                            // Displays "L"          a + c + e + g,                         // Displays "M"       a + b + c + e + f,                   // Displays "N"          c + e + g,                            // Displays "n"       c + d + e + g,                         // Displays "o"       a + b + c + d + e + f,                // Displays "O"       a + b + e + f + g,                   // Displays "P"       a + b + c + f + g,                   // Displays "Q"       e + g,                               // Displays "r"       a + c + d + f +g,                      // Displays "S"       d + e + f + g,                         // Displays "t"       a + e + f ,                            // Displays "T"       b + c + d + e + f,                   // Displays "U"       c + d + e,                            // Displays "v"       b + d + f + g,                         // Displays "W"       b + c + d + f + g,                   // Displays "Y"       a + b + d + e + g,                   // Displays "Z"       g,                                     // Displays "-"       h,                                     // Displays "."          0                                     // Displays " " };    #undef a #undef b #undef c #undef d #undef e #undef f #undef g       void lcd_init() {          // Initialize LCD       LCDCTL = LCDP1+LCDP0+LCD4MUX+LCDON;    // 4-Mux LCD, segments S0-S23       BTCTL  = BTFRFQ1;                      // Set freqLCD = ACLK/128       P5SEL  = 0xFC;                         // Set Rxx and COM pins for LCD          // Clear LCD memory to clear display       for (int i=0; i<12; i++)       {          LCDMEM = 0x00;       } }       void lcd_clear() {          for (int i=0; i<12; i++)       {          LCDMEM = 0x00;       } }       //不影响小数点或者冒号 void lcd_display_char(char ch,char addr) {       addr = addr*2+2;       LCDMEM[addr] = ((tab[ch]&0x0f)<<4)|(LCDMEM[addr]&0x80);       LCDMEM[addr+1] = (tab[ch]&0xf0);//|(LCDMEM[addr+1]&0x80) }
计时程序，每隔1s中断运行一次，计时则秒增1，设置则显示对应设置界面：
#include  <msp430x41x.h> #include  "RTC_Calendar.h" #include  "RTC_TA.h" #include "segment_lcd_btl006.h" #include "time.h"       char state = 0;  //1-6:年月日时分秒       void time_init() {       lcd_init();       setDate(2015,9,13);       setTime( 0, 0, 0, 1);                // initialize time to 12:00:00 AM       TACCR0 = 32768-1;       TACTL = TASSEL_1+MC_1;                   // ACLK, upmode       TACCTL0 |= CCIE;                         // enable TA0CCRO interrupt }       //两位时间显示，格式十六进制高地位地址0低位，1高位 void time_display(char time,char addr) {       addr = addr*2;       lcd_display_char(time>>4,addr+1);       lcd_display_char((time&0x0f),addr);    }       //4位时间显示，year，格式十六进制各个位 void year_display(int year) {       lcd_display_char(year>>12,3);       lcd_display_char((year>>8)&0x0f,2);       lcd_display_char((year>>4)&0x0f,1);       lcd_display_char((year)&0x0f,0);    }       //计时标志，冒号闪烁 void tick() {       LCDMEM[1]&=~0X80;       LCDMEM[2]^=0x80;       time_display(get24Hour(),1);       time_display(TI_minute,0); }       void setting() {       LCDMEM[1]=0X80;       switch(state)          {             case 1:                   year_display(TI_year);                   break;             case 2:                   time_display(TI_month==9?TI_month+7:TI_month+1,1);                   break;             case 3:                   time_display(TI_day,0);                   break;             case 4:                   time_display(get24Hour(),1);                   LCDMEM[2]|=0x80;                   break;             case 5:                   time_display(TI_minute,0);                   LCDMEM[2]|=0x80;                   break;             case 6:                   time_display(TI_second,0);                   LCDMEM[2]|=0x80;                   break;             default:                   state = 0;                   break;          } }          // Timer A0 interrupt service routine #pragma vector=TIMERA0_VECTOR __interrupt void Timer_A (void) {       incrementSeconds();       if(state == 0)       {          tick();       }       else       {          setting();       }       __bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits); }
主函数，根据按键更改操作状态，并且设置时间值：
#include  <msp430x41x.h> #include  "RTC_Calendar.h" #include  "RTC_TA.h" #include  "segment_lcd_btl006.h" #include "time.h" #include "key.h"       int main( void ) {    // Stop watchdog timer to prevent time out reset       WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;       FLL_CTL0 |= XCAP14PF;                   // Configure load caps       time_init();       KeyInit();       __bis_SR_register(GIE);          while(1)       {          __bis_SR_register(LPM3_bits);          // enter LPM3, clock will be updated          char key = ReadKey();          if(key=='0'&&state==1)          {             setDate(2015,TI_month>9?TI_month-5:TI_month+1,(TI_day>>4)*10+(TI_day&0x0f));          }          if(key=='1')          {             if(++state == 7)             {                   state = 0;             }                   }          if(key=='2')          {             switch(state)             {                   case 1:                      incrementYears();                      break;                   case 2:                      incrementMonths();                      break;                   case 3:                      incrementDays();                      break;                   case 4:                      incrementHours();                      break;                   case 5:                      incrementMinutes();                      break;                   case 6:                      incrementSeconds();                      break;                   default:                      state = 0;                      break;             }          }          if(state!=0)          {             lcd_clear();             setting();          }          else          {             tick();          }       }          return 0; }最新运行效果
上午刚刚拍的，昨天（2015-10-02）晚上，发觉液晶有些暗，水里面加了一些盐，显示效果更好一些，运行时间应该也会更久：

原贴链接：https://www.cnblogs.com/Engin/p/4853236.html
作者：给我一杯酒
出处：http://Engin.cnblogs.com/
本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，转载保留此段文字并且注明出处；谢谢。