MSP430x09x系列MCU在電動(dòng)剃須刀中的應(yīng)用
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外部存儲(chǔ)部分
圖4 外擴(kuò)EEPROM 存儲(chǔ)模塊
上圖為EEPROM模塊和由分立元件構(gòu)成的BOOST 升壓電路，工作原理在此不再贅述。在開機(jī)階段，MSP430L092 需與EEPROM通過SPI 通信將程序載入到RAM中，期間由P1.2 腳控制升壓電路工作，輸出供EEPROM工作的3V 電壓，該部分代碼無需用戶編寫，已固化在IDE 中。
充電電路控制模塊
圖 5充電控制電路
上圖為系統(tǒng)充電控制模塊。系統(tǒng)外部上電，系統(tǒng)進(jìn)入充電模式，MCU 得電運(yùn)行，CHARGE_IN 處低電平，MCU 進(jìn)入充電模式，通過AD 采樣電池電壓，判斷充飽后切換充電電路進(jìn)入涓流充電模式，防止電池過充。同時(shí)檢測電池電壓，待電池低于1.45V 時(shí)再次切換進(jìn)入充電模式。MSP430x09x 系列特有的模擬功能池的ADC 模塊支持RAMP 和SAR 兩種AD 采樣模式，其中RAMP 模式下還可將AD 模塊設(shè)定在不同的誤差補(bǔ)償模式下，以提高采樣精度，詳情請(qǐng)參考MSP430x09x User’s Guide。
按鍵自鎖部分
圖 6系統(tǒng)自鎖電路
上圖為系統(tǒng)按鍵自鎖電路。按下按鍵，MCU 得電運(yùn)行，判斷進(jìn)入工作模式，開機(jī)自鎖，按鍵松開系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行；再次按鍵，切換工作模式；再按鍵，系統(tǒng)解除自鎖，關(guān)機(jī)。另外，MCU 通過A-Pool定期檢測電池電壓，在電池電壓低于1V 時(shí)，切斷工作電路，防止欠壓工作時(shí)對(duì)電池造成永久損傷，影響電池壽命。MCU 還通過配置A-Pool 檢測系統(tǒng)溫度，超過正常工作范圍，則切斷電路。
電路驅(qū)動(dòng)部分
圖 7直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
系統(tǒng)的直流電機(jī)模塊如圖7 所示，作為單電池系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)在電池較低電壓下也能正常工作，系統(tǒng)選擇工作電壓0.9V 的直流電機(jī)以及MOSFET，使整個(gè)系統(tǒng)更加節(jié)能，運(yùn)行更持久。由于一些低壓的MOSFET 額定電流較小，單個(gè)無法滿足直流電機(jī)性能的要求，故將有時(shí)需將兩個(gè)MOSFET 并聯(lián)，增大工作電流的同時(shí)，減少了在MOSFET 上的壓降。本設(shè)計(jì)中MOSFET 分別選用了ROHM 公司的RYU002N05(2個(gè)并聯(lián))和VISHAY 公司的Si2342DS(單個(gè)) ，都能夠使系統(tǒng)正常工作。
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)通過兩種方式得電啟動(dòng)工作：系統(tǒng)充電與按鍵開機(jī)。得電后L092 從EEPROM 中載入程序，開始正常運(yùn)行，判斷工作模式。系統(tǒng)充電時(shí)，系統(tǒng)工作是定期檢測電池充電電壓，根據(jù)電池特性，待檢測到電池充滿電后，進(jìn)入涓流充電模式，防止電池過充，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)，按鍵開機(jī)則進(jìn)入正常工作模式，系統(tǒng)自鎖，保證放開按鍵正常工作，系統(tǒng)輸出PWM 控制電機(jī)運(yùn)行，并通過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ADC 模塊定時(shí)檢測電池電壓，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，通過這個(gè)特征來判斷電機(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，開啟相應(yīng)功能模塊。
圖 8系統(tǒng)軟件流程圖
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)簡單等優(yōu)勢，并開創(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 做了簡單介紹。從中可見，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。
參考文檔
1. MSP430x09x Family User’s Guide (SLAU321)
2. MSP430L092,MSP430C09x Mixed Signal Microcontroller (SLAS673)
3. MSP430x09x Analog Pool: Feature Set and Advanced Use (SLAA475)
評(píng)論