基于MSP430F149的温度记录仪的低功耗设计

　　0　引言

　　温度记录仪在气温监测,货物运输、储存等应用中起到重要的作用,它能在无人的情况下长时间自动记录环境或被测对象的温度,把数据保存在非易失性储存介质中,供读取并进行分析。一个通用的温度记录仪需要符合以下几个条件:轻巧,不增加储存和运输的成本和复杂度;低功耗,靠电池供电能进行长时间记录;工作温度范围广,满足其通用性。

　　微处理器的选择很大程度上决定了系统的总体性能,表1中对比了3款典型微处理器在温度记录仪应用中涉及到的功能和性能。

　　(2)所选用的模式为各处理器适合记录仪应用的低功耗模式。

　　可以看出MSP430F149(以下简称MSP430)的总体性能较优,它可以在1 .8~3 .6 V电压下工作,更好地适应电池直接供电;有活动模式和5种低功耗模式,实现低功耗操作的灵活性;集成12位ADC,可以直接对片内的温度传感器进行数模转换工作温度范围为-40~85℃,节省外围温度传感器。拥有数字控制振荡器(DCO),能节省外置晶体振荡器,并以很低的电流消耗为系统程序提供时序。因此,以MSP430为核心设计的温度记录仪,满足了设计的低功耗要求。

　　1　设计思路

　　(1)除了需要设计出高效率的电源管理模块外,还需要考虑系统的供电电压水平。在设计中,大部分元件采用了CMOS工艺,动态功耗是CMOS集成电路的主要功耗部分,表示为

　　式中:α为门电路的跳变频率;C为门电路总的工作频率; V为工作电压;f为系统工作频率[1]。

　　可见,在各参数中,工作电压的改变对功耗的影响最大,在器件正常工作的情况下,采用更低的工作电压,能达到更好的低功耗效果。

　　(2)尽量选择低功耗的器件。作为系统核心的微处理器需要长时间运作,因此它必须有低功耗的工作模式,以便在系统空闲时,微处理器仍然能在很低的功耗下运作,起到监控系统的作用,只有在任务事件触发后,微处理器才进入活动模式。外围器件尽量带有关断或休眠控制功能,在模块不需要工作的时候进入低功耗状态。

　　(3)软件设计的优化。突出表现在微处理器的程序控制上,完成同样的任务,经过优化设计的程序能减少微控制器和系统运行中不必要的功耗。

　　2　系统的硬件组成及分析

　　图1是温度记录仪的原理框图,系统主要由微处理器、外围器件和电源3部分组成。

　　2.1微处理器

　　MSP430外接一个32 .768 kHz晶体,通过定时器中断实现实时时钟的功能,不需要采用额外的实时时钟芯片。