电源管理电路 - MSP430实现低功耗水文遥测终端机

　　终端机由太阳能浮充的免维护蓄电池供电，该蓄电池除了给FM发射机提供+12V电源外，还给控制电路提供 +3V的电源，这就需要电压转换电路。Maxim公司的电源管理ICL7663的静态 工作电流只有10μA，输入电压范围1.5～16V，输出电压范围1.3～16V，由于它功耗极低，非常适合于电池供电的设备中，故采用ICL7663可以进一步降低终端机的功耗。输出电压可由式

(1)得出。(1)式(1)中Vset的典型值为1.3V，R1、R2为偏置电阻，用来设置输出电压。图1电路中中选择R1=1MΩ、R2=1.3MΩ,经式(1)计算可得输出电压Vout=3V。

　　输出电流可以通过限流电阻Rcl来设置，由式

(2)得出。(2)图1电路中选择Rcl=20Ω，经计算输出电流为35mA，满足本设计的要求。

　　(3) 时钟电路

　　在CMOS数字逻辑器件中，功耗与系统时钟频率f(clk)成正比，见式

(3)。(3)式(3)中C是COMS的负载电容，V是电源电压，E(sw)是跳变频率。由式(3)可知在负载电容、电源电压和跳变频率基本不变的前提下，要实现低功耗就需要降低微控制器的工作频率。MSP430F147的特色是具有两个外部时钟源，一个为低速的辅助时钟(ACLK)，另一个为高速的主时钟(MCLK)。ACLK可以使用32.768Hz的手表晶振，它可以给系统提供稳定的时间基准并且降低微控制器的功耗，而MCLK可以使用4MHz的晶振，并可以配置成在需要系统全速工作时由中断唤醒，从而高效执行相应的程序和高速处理数据。

　　(4) 外部存储器和复位电路

　　这部分电路采用Xicor公司的X25045，该芯片将可编程看门狗、电压监控、EEPROM集于一体，具有体积小、占用I/O少等优点，应用于系统中可以简化微控制器系统的设计。芯片采用SPI口与微控制器数据交换，通过片内可选时间的看门狗定时器可以在微控制器程序跑飞或者死锁时复位，这样便提高了系统的可靠性。

　　软件设计

　　在软件方面，主要通过模式的选择和片内模块的使用两方面来降低功耗。

　　(1) MSP430F147的低功耗工作模式

　　MSP430F147共有5种低功耗工作模式(LPM0～LPM4)和一个激活模式(AM)，任何低功耗的模式都可以由任何允许的中断唤醒，从而回到激活模式，且转换时间低于6μs。不同工作模式在1MHz时钟下的典型功耗见表1。

　　MSP430F147的不同低功耗模式是通过配置状态寄存器SR中CPUOFF、OSCOFF、SCG0、SCG1 4个模式控制位来实现的，这四位有效与否的不同组合可以达到控制微控制器时钟系统的目的。根据终端机的低功耗设计要求，可以配置状态寄存器SR使微控制器工作于LPM3模式。此时CPUOFF、OSCOFF、SCG0、SCG1 4个模式控制位的值分别为1、0、1、1。在该模式下，CPU、主时钟(MCLK)和内部数字振荡器(DCO)均不工作，微控制器仅由辅助时钟(ACLK)驱动，此时工作电流仅为2μA，功耗很低。处于该模式的微控制器可以由雨量、水位等外部中断或者内部定时中断唤醒，唤醒后进入激活工作模式，此时被关闭的各部分电路将恢复正常工作。由此可以在终端机需要发送数据的时候激活微控制器，不发送的时候则使微控制器进入LPM3模式，这样就大大降低了系统的功耗。