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：