MSP430低功耗技术在称重控制仪上的应用

刘 海 徐春艳

(1.梅特勒—托利多测量技术有限公司 江苏常州 213125 2.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164)

MSP430低功耗技术在称重控制仪上的应用

刘 海1徐春艳2

(1.梅特勒—托利多测量技术有限公司 江苏常州 213125 2.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164)

分析对比几种现在主流的微处理器的低功耗特性，重点研究MSP430处理器的节电特性。根据实际应用需求，提出了一套在称重控制仪上可行的低功耗方案。介绍基于MSP430单片机的称重系统中低功耗技术实现的具体方法。

低功耗;MSP430;ADS1230

在工业环境中，往往有很多场合需要使用移动设备或者是现场无条件使用交流电。因此，电池成为了此类设备的标准配置。在不扩大电池容量的前提条件下，尽可能得延长设备使用电池时的工作时间，就成为了一种突出的市场需求。低功耗技术也就成为了广大电气工程师所热衷研究的一个焦点技术。目前，在嵌入式领域，已经有不少较为成熟的低功耗解决方案。其中以MSP430系列单片机为核心的一套低功耗方案是业界较为主流的、成熟的方案。

1 MSP430低功耗性能分析

MSP430系列单片机是TI公司设计生产的，一种具有超低功耗特性的单片机。目前其MSP4301XX、2XX、4XX已经被广泛使用。与现在市场上通用的一些单片机相比，MSP430的低功耗特性相当显著。其超低功耗的特性，得益于两方面:

1)超低功耗的硬件结构设计。这点可以从MSP430系列单片机的性能参数指标上看出:

①0.1uA RAM保持电流;

②0.8uA实时时钟模式;

③250uA/1MPIS active;

④ 1.8～3.6V 工作电压;

⑤ ＜6us时钟启动;

⑥ ＜50nA端口漏电。

2)灵活、可供选择的多种工作模式。MSP430总共有6种工作模式:活动模式(AM)、低功耗模式0(LPM0)、低功耗模式1(LPM1)、低功耗模式2(LPM2)、低功耗模式 3(LPM3)、低功耗模式 4(LPM4)。合理运用这些工作模式，可以解决运行速度、数据流量与低功耗设计的冲突，能将各个模块的电流消耗降至最低状态，能够限制活动状态至最低要求。

2 低功耗称重系统组成

本课题的研究主要是基于MSP417+ADS1230组成的称重系统。如图1所示，该小型称重系统是以MSP417为核心;A/D转换部分由TI公司的ADS1230及外围放大电路组成，可带载4个350欧姆的称重传感器;显示部分由一块LCD显示屏和背光电路组成;另外还有键盘扫描和 RS232通信电路。

图1 称重系统组成示意图

在本系统中，MSP417工作在4 MHz频率上。ADS1230通过时钟线(SCLK)、数据线(DOUT)与CPU相连。ADS1230每秒将转换产生80个有效数据，其精度为20位。CPU通过查询方式获取来自ADS1230的重量数据。LCD显示屏连接至MSP417内置的显示驱动模块，上键盘部分则由 CPU的GPIO引脚来完成行列扫描。

整个系统中A/D转换和LCD显示电路是5 V供电的，其余部分都是工作在3.3 V。电路分析可知，带载4个350欧姆传感器，耗电量为60 mA;显示部分在背光点亮时，耗电量为30 mA，MSP417在4 MHz频率下全速运行耗电量为3 mA，通信芯片及其余电路耗电量约为3 mA，整个系统的耗电量约为96 mA。要降低系统功耗，可从三个方面入手:

①传感器耗电，它占了整个系统耗电量的大半，是降低功耗的重点;

②显示耗电;

③MSP430芯片耗电。

3 低功耗在称重控制仪上的实现

在上面提到的三种降低功耗的途径中，后两种比较容易实现。要降低显示功耗，可在仪表设定中增加显示背光点亮时间，自由选择合适的背光点亮时间。要降低MSP417芯片功耗，可降低芯片的工作频率。

对于仪表传感器的节电实现，可以基于这样的思路:如图2所示，通过设定检测时间，定期检测仪表是否处于工作状态。当仪表工作时，MSP417处于活动模式(AM)，其余时候仪表休眠，MSP417处于低功耗模式3(LPM3)。由MSP430的特性可知，当处于LPM3模式下，CPU、MCLK和SMCLK都停止工作，所有的内部总线也停止活动，只有ACLK保持活动。直至有任一中断请求或者复位发生。一旦仪表休眠，则关闭LCD背光、切断传感器的激励电压。此时保持CPU内核中10 ms定时器工作，使其每隔50 ms检测有无按键中断，有无重量数据变化。当检测到有按键中断发生或者有来自于ADS1230的重量数据变化时，CPU从LPM3模式转回AM模式。

图2 降低系统功耗流程示意图

本设计已实际运用于梅特勒—托利多测量技术有限公司的一款仪表(IND212)中。当仪表开启节能模式，整体消耗的平均电流为16 mA。使用10 AH的铅酸蓄电池，可连续使用500小时以上。经过用户大量现场使用后反映其性能稳定，续航能力强。这种基于MSP430系统上实现的低功耗技术是一种有效的节能技术。

［1］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2002.

［2］徐科军，陈荣保，张崇巍.自动检测和仪表中的共性技术［M］.北京:清华大学出版社，2000.

［3］陈荣保，王谊.基于 MSP430的低功耗涡街流量计［J］.自动化仪表，2003(11).

The Application of Low Power Consumption Technology for MSP430 in Weigh Control Indicator

LIU Hai1XU Chun-yan2
(1.Metter-Toledo Measure Technology Company，Changzhou 213125 2.Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

The article analyses and compares the low power consumption character in some kinds of micro processors at present，especially researches the save-power character in the MSP430 processor.Based on the practical application requirement，the article gives a feasible low power consumption project for the weigh control indicator.And it introduces the detailed plan based on the MSP430 processor in the weigh system.

low power consumption;MSP430;ADS1230

TH 715

B

1672-2434(2010)01-0061-02

2009-10-27

刘 海(1982-)，男，工程师，硕士，从事研究方向:电子信息