基于MSP430F413水果电池供电的低功耗时钟
我最早接触MSP430时候，看到书的第一页就是一张水果电池的图片，一直以来想做一个低功耗的可以水果电池供电的系统，毕业之后的下半年选择MSP430F413单片机来画了一个低功耗的板子，一直没有调试成功，液晶显示太暗几乎看不到，最近又拿出来调试，更换偏压电阻，最终更换液晶后才可以正常显示，先看下最终效果：
最终效果
电路图：
调试过程
最初调试时，先准备好苹果一个，电池正负极（铜锌），程序是显示一个数字，效果如下：
突发奇想，用自来水试了一下，效果也是杠杠的（程序中间修改过，这是显示较多的液晶段）：
时钟调试效果（这里电池没有接入电路，调试时所用，当时没有拿下来，用跳线帽接到水果供电的电路上）：
刚刚调试时，万用表测试水果电池电压接近0.9V，短路电流25-30uA，接上电路仅显示数字7的时候，电流12uA，4节水果电池电压从3.4降到2.6V；水（普通自来水，每个地方水中含有离子数量不一样，获得电压电流都有区别）每节电池0.8V，短路电流接近40uA。
程序换为时钟时，水果电池3.4V降到2.2V，大约维1个多小时，液晶完全没有显示，电极片换个位置重新插一下，时钟可以继续运行，测试电压和新做水果电池一样，苹果都要变干的时候，电压低一些，液晶明显变暗。
后来，电路中提供液晶偏压电压的电阻有330K改为1M后，系统电流降到大约10uA，水果电池大约可以维持3-4小时，用水做的电池可以维持24小时以上
功耗分析
这个低功耗的电路还有优化空间，单片机的不用的引脚可以再做优化，现有线路中有一般的液晶段引脚没有使用，却也提供的驱动波形，这里相对现有系统应当是浪费电流最大的一部分；另外一个优化空间是4个按键的上拉电阻太小，10K，3V的时候，按键按下瞬间，电流可以达到300uA，用水果电池的时候，按键功能不能使用，现在调试的时候，都是先拿CR2302供电，调节好时间后，再用水果(水)电池供电。
进一步优化功耗后，电流应当可以降到5uA以下。
程序
按键程序继续使用之前程序库中的按键程序；
RTC计时使用TI的RTC软件库
段码液晶的程序由程序库中的数码管程序移植而来：
#include <msp430x41x.h>
#include "segment_lcd_btl006.h"
/*宏定义，数码管a-h各段对应的比特，更换硬件只用改动以下8行*/
#define a 0x01 // AAAA
#define b 0x02 // F B
#define c 0x04 // F B
#define d 0x80 // GGGG
#define e 0x40 // E C
#define f 0x10 // E C
#define g 0x20 // DDDD HH
#define h 0x08 //小数点
/*用宏定义自动生成段码表，很好的写法，值得学习*/
/*更换硬件无需重写段码表*/
const char tab[] = {
a + b + c + d + e + f, // Displays "0"
b + c, // Displays "1"
a + b + d + e + g, // Displays "2"
a + b + c + d + g, // Displays "3"
b + c + f + g, // Displays "4"
a + c + d + f +g, // Displays "5"
a + c + d + e + f + g, // Displays "6"
a + b + c, // Displays "7"
a + b + c + d + e + f + g, // Displays "8"
a + b + c + d + f + g, // Displays "9"
a + b + c + e + f + g, // Displays "A"
c + d + e + f + g, // Displays "B"
a + d + e + f, // Displays "C"
b + c + d + e + g, // Displays "D"
a + d + e + f + g, // Displays "E"
a + e + f + g, // Displays "F"
a + c + d + e + f, // Displays "G"
b + c + e + f + g, // Displays "H"
e + f, // Displays "I"
b + c + d + e, // Displays "J"
b + d + e + f + g, // Displays "K"
d + e + f, // Displays "L"
a + c + e + g, // Displays "M"
a + b + c + e + f, // Displays "N"
c + e + g, // Displays "n"
c + d + e + g, // Displays "o"
a + b + c + d + e + f, // Displays "O"
a + b + e + f + g, // Displays "P"
a + b + c + f + g, // Displays "Q"
e + g, // Displays "r"
a + c + d + f +g, // Displays "S"
d + e + f + g, // Displays "t"
a + e + f , // Displays "T"
b + c + d + e + f, // Displays "U"
c + d + e, // Displays "v"
b + d + f + g, // Displays "W"
b + c + d + f + g, // Displays "Y"
a + b + d + e + g, // Displays "Z"
g, // Displays "-"
h, // Displays "."
0 // Displays " "
};
#undef a
#undef b
#undef c
#undef d
#undef e
#undef f
#undef g
void lcd_init()
{
// Initialize LCD
LCDCTL = LCDP1+LCDP0+LCD4MUX+LCDON; // 4-Mux LCD, segments S0-S23
BTCTL = BTFRFQ1; // Set freqLCD = ACLK/128
P5SEL = 0xFC; // Set Rxx and COM pins for LCD
// Clear LCD memory to clear display
for (int i=0; i<12; i++)
{
LCDMEM[i] = 0x00;
}
}
void lcd_clear()
{
for (int i=0; i<12; i++)
{
LCDMEM[i] = 0x00;
}
}
//不影响小数点或者冒号
void lcd_display_char(char ch,char addr)
{
addr = addr*2+2;
LCDMEM[addr] = ((tab[ch]&0x0f)<<4)|(LCDMEM[addr]&0x80);
LCDMEM[addr+1] = (tab[ch]&0xf0);//|(LCDMEM[addr+1]&0x80)
}
计时程序，每隔1s中断运行一次，计时则秒增1，设置则显示对应设置界面：
#include <msp430x41x.h>
#include "RTC_Calendar.h"
#include "RTC_TA.h"
#include "segment_lcd_btl006.h"
#include "time.h"
char state = 0; //1-6:年月日 时分秒
void time_init()
{
lcd_init();
setDate(2015,9,13);
setTime( 0, 0, 0, 1); // initialize time to 12:00:00 AM
TACCR0 = 32768-1;
TACTL = TASSEL_1+MC_1; // ACLK, upmode
TACCTL0 |= CCIE; // enable TA0CCRO interrupt
}
//两位时间显示，格式十六进制高地位 地址0低位，1高位
void time_display(char time,char addr)
{
addr = addr*2;
lcd_display_char(time>>4,addr+1);
lcd_display_char((time&0x0f),addr);
}
//4位时间显示，year，格式十六进制各个位
void year_display(int year)
{
lcd_display_char(year>>12,3);
lcd_display_char((year>>8)&0x0f,2);
lcd_display_char((year>>4)&0x0f,1);
lcd_display_char((year)&0x0f,0);
}
//计时标志，冒号闪烁
void tick()
{
LCDMEM[1]&=~0X80;
LCDMEM[2]^=0x80;
time_display(get24Hour(),1);
time_display(TI_minute,0);
}
void setting()
{
LCDMEM[1]=0X80;
switch(state)
{
case 1:
year_display(TI_year);
break;
case 2:
time_display(TI_month==9?TI_month+7:TI_month+1,1);
break;
case 3:
time_display(TI_day,0);
break;
case 4:
time_display(get24Hour(),1);
LCDMEM[2]|=0x80;
break;
case 5:
time_display(TI_minute,0);
LCDMEM[2]|=0x80;
break;
case 6:
time_display(TI_second,0);
LCDMEM[2]|=0x80;
break;
default:
state = 0;
break;
}
}
// Timer A0 interrupt service routine
#pragma vector=TIMERA0_VECTOR
__interrupt void Timer_A (void)
{
incrementSeconds();
if(state == 0)
{
tick();
}
else
{
setting();
}
__bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits);
}
主函数，根据按键更改操作状态，并且设置时间值：
#include <msp430x41x.h>
#include "RTC_Calendar.h"
#include "RTC_TA.h"
#include "segment_lcd_btl006.h"
#include "time.h"
#include "key.h"
int main( void )
{
// Stop watchdog timer to prevent time out reset
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
FLL_CTL0 |= XCAP14PF; // Configure load caps
time_init();
KeyInit();
__bis_SR_register(GIE);
while(1)
{
__bis_SR_register(LPM3_bits); // enter LPM3, clock will be updated
char key = ReadKey();
if(key=='0'&&state==1)
{
setDate(2015,TI_month>9?TI_month-5:TI_month+1,(TI_day>>4)*10+(TI_day&0x0f));
}
if(key=='1')
{
if(++state == 7)
{
state = 0;
}
}
if(key=='2')
{
switch(state)
{
case 1:
incrementYears();
break;
case 2:
incrementMonths();
break;
case 3:
incrementDays();
break;
case 4:
incrementHours();
break;
case 5:
incrementMinutes();
break;
case 6:
incrementSeconds();
break;
default:
state = 0;
break;
}
}
if(state!=0)
{
lcd_clear();
setting();
}
else
{
tick();
}
}
return 0;
}
最新运行效果
上午刚刚拍的，昨天（2015-10-02）晚上，发觉液晶有些暗，水里面加了一些盐，显示效果更好一些，运行时间应该也会更久：
