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1 MSP430x09x 簡(jiǎn)介
    MSP430x09x 是MSP430 系列單片機(jī)中首款0.9V 工作電壓的MCU。 這一系列功能強(qiáng)大，能夠方便的應(yīng)用于微型電機(jī)控制，紅外傳輸以及電源檢測(cè)等場(chǎng)合中，另外，其0.9V 工作特性可以在單電池供電的消費(fèi)類電子中得到廣泛應(yīng)用。MSP430x09x 包含豐富的功能模塊(見(jiàn)圖1)。該系列解決方案不僅高度整合了16 位定時(shí)器、看門(mén)狗定時(shí)器、11 個(gè)帶中斷功能的I/O 以及零功耗低壓復(fù)位功能(BOR)，此外還集成了可配置為ADC、DAC、比較器、系統(tǒng)電壓監(jiān)控器(SVS)以及溫度傳感器的全新模擬功能池外設(shè)，全部工作電壓僅為0.9V。16 位的RISC 架構(gòu)CPU 及其指令集可與現(xiàn)有MSP430 MCU 器件相兼容，工作頻率高達(dá)4MHz，而且工作模式下耗電量?jī)H為45μA/MHz。
2模擬功能池(A-Pool)
    模擬功能池看起來(lái)很復(fù)雜，其實(shí)它的核心就是一個(gè)比較器和兩個(gè)多路復(fù)用器。多路復(fù)用器用來(lái)選擇比較器正向和反向輸入端的的輸入信號(hào)以實(shí)現(xiàn)不同的功能。此外，ADC 和DAC 模塊的操作可以通過(guò)多種觸發(fā)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)更加靈活智能的模擬采集轉(zhuǎn)換功能?？删幊藺-Pool 可使各種模擬外設(shè)配置有序運(yùn)行，無(wú)需用戶干預(yù)，從而提高了系統(tǒng)靈活性。A-Pool 還提供了兩種AD 采樣模式—RAMP 和SAR 模式。使用RAMP 模式時(shí)，可以工作于無(wú)補(bǔ)償模式、過(guò)載補(bǔ)償模式、偏置補(bǔ)償模式、全補(bǔ)償模式以及窗口模式等，當(dāng)然精度越高，所需的采樣周期就越長(zhǎng)，因此需根據(jù)采樣精度和采樣時(shí)間的偏重，合理安排工作模式。另外，當(dāng)模擬采樣電壓大于參考電壓時(shí)，可以通過(guò)軟件設(shè)定合適的電壓采樣范圍，完成較高電壓的AD 采樣，從而省去了外部分壓電阻，大大方便了用戶。模擬功能池作為一個(gè)強(qiáng)大的模擬功能模塊可以實(shí)現(xiàn)豐富的模擬功能，為了使它能更好的工作，避免誤操作，請(qǐng)參考其用戶手冊(cè)的使用說(shuō)明。
3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和總體設(shè)計(jì)方案
    本方案中電動(dòng)剃須刀使用MSP430L092 作為MCU，其超低功耗的特性能夠讓剃須刀使用更持久。MSP430x09x 片上全部功能工作電壓都為0.9V，所以在系統(tǒng)采用單節(jié)電池供電的情況下，無(wú)需任何升壓芯片，就能使系統(tǒng)正常工作。這樣實(shí)現(xiàn)同樣的功能，不僅省去了一節(jié)電池，也省去了升壓電路的成本，也使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。整個(gè)系統(tǒng)由單節(jié)電池給MCU 和0.9V直流電機(jī)供電，通過(guò)自鎖電路實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵完成開(kāi)機(jī)、選擇速度、關(guān)機(jī)功能，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面通過(guò)配合使用0.9V MOSFET 實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)(由于單個(gè)0.9V MOSFET 額定電流較小，故采用兩個(gè)MOSFET 并聯(lián)的方法，同時(shí)降低了MOSFET 上的壓降)，并利用PWM 波控制MOSFET 通斷實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。由于MSP430x09x 系列MCU 具有功能強(qiáng)大的模擬功能池，可以輕松對(duì)系統(tǒng)供電電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在低于一定電壓時(shí)，阻止系統(tǒng)繼續(xù)工作，以防止過(guò)度使用而對(duì)充電電池造成永久損傷。另外，在充電時(shí)，還能夠通過(guò)AD 采樣電池電壓，在充電充滿時(shí)，利用PWM 控制充電電路進(jìn)入涓流充電模式，以實(shí)現(xiàn)充電管理。用戶可以利用MSP430x09x 中模擬功能池的比較器，AD,DA，內(nèi)部溫度傳感器等功能，開(kāi)發(fā)出更高級(jí)功能更豐富的產(chǎn)品。鑒于產(chǎn)品研發(fā)階段使用MSP430L092，自身只有RAM，所以需外擴(kuò)EEPROM供用戶程序使用，由于EEPROM 的工作電壓為2.5~5.5V，因此需要用獨(dú)立元件搭一個(gè)簡(jiǎn)單的升壓電路，以供L092 初始化階段從EEPROM中載入運(yùn)行程序，在最終產(chǎn)品中使用C092 或者C091，外擴(kuò)EEPROM部分可省去。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)軟件部分主要需實(shí)現(xiàn)主程序主循環(huán)，初始化，外部存儲(chǔ)通信，電池充電控制，按鍵處理，LED 指示，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，電壓采樣，溫度采樣，睡眠喚醒功能等。系統(tǒng)通過(guò)兩種方式得電啟動(dòng)工作：系統(tǒng)充電與按鍵開(kāi)機(jī)。得電后L092 從EEPROM 中載入程序，開(kāi)始正常運(yùn)行，判斷工作模式。系統(tǒng)充電時(shí)，系統(tǒng)工作是定期檢測(cè)電池充電電壓，根據(jù)電池特性，待檢測(cè)到電池充滿電后，進(jìn)入涓流充電模式，防止電池過(guò)充，對(duì)電池造成損傷，待電池電壓低于1.45V 時(shí)，再次進(jìn)入充電模式。正常使用時(shí)，按鍵開(kāi)機(jī)則進(jìn)入正常工作模式，系統(tǒng)自鎖，保證放開(kāi)按鍵正常工作，系統(tǒng)輸出PWM 控制電機(jī)運(yùn)行，并通過(guò)按鍵改變切換工作模式，繼續(xù)按鍵，解除自鎖，系統(tǒng)關(guān)機(jī)。另外，系統(tǒng)正常工作時(shí)，通過(guò)ADC 模塊定時(shí)檢測(cè)電池電壓，低于一定電壓后禁止系統(tǒng)繼續(xù)工作，防止欠壓時(shí)工作給充電電池帶來(lái)的永久性損傷。同時(shí)MCU 需記錄前后電池電壓值。因?yàn)殡姍C(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，電池電壓會(huì)有較大跳變，結(jié)合記錄電池電壓值，通過(guò)這個(gè)特征來(lái)判斷電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)則立即關(guān)閉系統(tǒng)。ADC 采樣電池電壓后，再配置A-Pool 進(jìn)行系統(tǒng)溫度采樣，判斷工作溫度是否在正常范圍內(nèi)，不正常則立即關(guān)閉系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)輸入口以及各中斷處理程序設(shè)置系統(tǒng)工作狀態(tài)值，在程序大循環(huán)中根據(jù)不同狀態(tài)值，開(kāi)啟相應(yīng)功能模塊。
5總結(jié)
    本文主要介紹了TI 新推出的0.9V 工作電壓的MSP430x09x 系列MCU 在真正單電池供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。MSP430x09x 系列繼承了MSP430 系列單片機(jī)低功耗，外設(shè)豐富，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，并開(kāi)創(chuàng)性的集成了能夠?qū)崿F(xiàn)ADC、DAC、比較器、系統(tǒng)電壓監(jiān)控器以及溫度傳感器的模擬功能池。本文主要闡述了以MSP430x09x 為核心，通過(guò)使用其部分片上資源設(shè)計(jì)完成的電動(dòng)剃須刀的軟硬件結(jié)構(gòu)并對(duì)該系列MCU 做了簡(jiǎn)單介紹。從中可見(jiàn)，MSP430x09x 系列MCU 功能強(qiáng)大，適合廣泛應(yīng)用于電動(dòng)剃須刀、電動(dòng)牙刷、玩具、電子汽車香水座以及安全設(shè)備等各種應(yīng)用中，具有很好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。