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;

    }