Ứng dụng MCU Series MSP430x09x trong Máy cạo râu điện
1 Giới thiệu về MSP430x09x
MSP430x09x là MCU đầu tiên có điện áp hoạt động 0,9V trong dòng MSP430. Một loạt các chức năng mạnh mẽ này có thể được sử dụng thuận tiện trong điều khiển vi động cơ, truyền hồng ngoại và phát hiện năng lượng. Ngoài ra, đặc tính vận hành 0.9V của nó có thể được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng chạy bằng pin đơn. MSP430x09x chứa vô số các mô đun chức năng (xem Hình 1). Chuỗi giải pháp này không chỉ tích hợp cao bộ định thời 16 bit, bộ định thời giám sát, 11 I / O với chức năng ngắt và chức năng đặt lại điện áp thấp (BOR), mà còn tích hợp ADC, DAC, Bộ so sánh, màn hình điện áp hệ thống (SVS) và các thiết bị ngoại vi nhóm chức năng tương tự mới của cảm biến nhiệt độ, tất cả điện áp làm việc chỉ là 0,9V. CPU kiến trúc RISC 16 bit và bộ hướng dẫn của nó tương thích với các thiết bị MCU MSP430 hiện có. Tần số hoạt động lên tới 4 MHz và mức tiêu thụ điện trong chế độ làm việc chỉ là 45μA / MHz.
Bể bơi chức năng 2Analog (A-Pool)
Nhóm chức năng tương tự trông rất phức tạp, nhưng cốt lõi của nó là một bộ so sánh và hai bộ ghép kênh. Bộ ghép kênh được sử dụng để chọn tín hiệu đầu vào của các đầu vào đầu vào thuận và ngược của bộ so sánh để đạt được các chức năng khác nhau. Ngoài ra, hoạt động của các mô-đun ADC và DAC có thể đạt được chức năng thu nhận và chuyển đổi tương tự linh hoạt và thông minh hơn thông qua nhiều phương thức kích hoạt. A-Pool có thể lập trình có thể cho phép các cấu hình ngoại vi tương tự khác nhau chạy một cách có trật tự mà không cần sự can thiệp của người dùng, do đó cải thiện tính linh hoạt của hệ thống. A-Pool cũng cung cấp hai chế độ lấy mẫu AD Chế độ RAM RAM và SAR. Khi sử dụng chế độ RAMP, nó có thể hoạt động ở chế độ không bù, chế độ bù quá tải, chế độ bù bù, chế độ bù đầy đủ, chế độ cửa sổ, v.v ... Tất nhiên, độ chính xác càng cao, thời gian lấy mẫu cần thiết càng dài, do đó cần phải dựa trên độ chính xác của mẫu và lấy mẫu Ưu tiên thời gian, sắp xếp hợp lý chế độ làm việc. Ngoài ra, khi điện áp lấy mẫu tương tự lớn hơn điện áp tham chiếu, phạm vi lấy mẫu điện áp phù hợp có thể được thiết lập bằng phần mềm để hoàn thành lấy mẫu AD điện áp cao hơn, do đó loại bỏ sự cần thiết của điện trở chia bên ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng. Là một mô-đun chức năng mô phỏng mạnh mẽ, nhóm chức năng mô phỏng có thể nhận ra các chức năng mô phỏng phong phú. Để làm cho nó hoạt động tốt hơn và tránh hoạt động sai, vui lòng tham khảo hướng dẫn trong hướng dẫn sử dụng.
3 Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống và kế hoạch thiết kế tổng thể
Trong giải pháp này, máy cạo râu điện sử dụng MSP430L092 làm MCU và mức tiêu thụ năng lượng cực thấp của nó có thể giúp máy cạo râu bền hơn. Tất cả các chức năng trên chip MSP430x09x có điện áp làm việc là 0,9V, vì vậy khi hệ thống được cung cấp năng lượng bởi một pin duy nhất, hệ thống có thể hoạt động bình thường mà không cần bất kỳ chip tăng tốc nào. Thực hiện chức năng tương tự theo cách này không chỉ tiết kiệm pin mà còn tiết kiệm chi phí cho mạch tăng áp, và cũng làm cho cấu trúc hệ thống tổng thể rất đơn giản. Toàn bộ hệ thống được cung cấp bởi một pin duy nhất cho động cơ DC MCU và 0,9V. Một nút duy nhất được sử dụng để hoàn thành chức năng khởi động, lựa chọn tốc độ và tắt máy thông qua mạch tự khóa. Ổ đĩa động cơ DC sử dụng MOSFET 0.9V để đạt được ổ đĩa động cơ (do một MOSFET 0.9V duy nhất). Dòng điện định mức nhỏ, do đó hai MOSFET được kết nối song song và giảm điện áp trên MOSFET cùng một lúc) và sóng PWM được sử dụng để điều khiển bật và tắt MOSFET để điều chỉnh tốc độ động cơ. Do MCU sê-ri MSP430x09x có nhóm chức năng tương tự mạnh mẽ, nó có thể dễ dàng theo dõi điện áp nguồn của hệ thống. Khi điện áp thấp hơn một điện áp nhất định, hệ thống sẽ không được tiếp tục hoạt động để ngăn việc sử dụng quá mức và làm hỏng vĩnh viễn pin sạc. Ngoài ra, trong quá trình sạc, điện áp pin cũng có thể được lấy mẫu thông qua AD. Khi sạc đầy, mạch sạc điều khiển PWM sẽ chuyển sang chế độ sạc nhỏ giọt để thực hiện quản lý sạc. Người dùng có thể sử dụng bộ so sánh, AD, DA, cảm biến nhiệt độ bên trong và các chức năng khác của nhóm chức năng tương tự trong MSP430x09x để phát triển các sản phẩm tiên tiến hơn và phong phú hơn. Do MSP430L092 được sử dụng trong giai đoạn phát triển sản phẩm, nó chỉ có RAM, do đó cần mở rộng EEPROM để sử dụng chương trình người dùng. Vì điện áp làm việc của EEPROM là 2,5 ~ 5,5V, nên cần phải xây dựng mạch tăng áp đơn giản với các thành phần độc lập cho giai đoạn khởi tạo L092 Tải chương trình đang chạy từ EEPROM, sử dụng C092 hoặc C091 trong sản phẩm cuối cùng và phần EEPROM mở rộng bên ngoài có thể được bỏ qua.
4 Thiết kế phần mềm hệ thống
Phần mềm của hệ thống này chủ yếu cần thực hiện vòng lặp chính của chương trình chính, khởi tạo, giao tiếp lưu trữ ngoài, điều khiển sạc pin, xử lý nút, chỉ báo đèn LED, điều khiển động cơ DC, lấy mẫu điện áp, lấy mẫu nhiệt độ, chức năng đánh thức giấc ngủ, v.v. Hệ thống bắt đầu hoạt động theo hai cách: sạc hệ thống và bật nút. Sau khi bật nguồn, L092 tải chương trình từ EEPROM, bắt đầu hoạt động bình thường và phán đoán chế độ làm việc. Khi hệ thống đang sạc, hệ thống hoạt động để kiểm tra định kỳ điện áp sạc pin. Theo đặc điểm của pin, sau khi pin được sạc đầy, nó sẽ chuyển sang chế độ sạc nhỏ giọt để ngăn không cho pin sạc quá mức và làm hỏng pin. Khi điện áp pin thấp hơn 1,45V, Vào chế độ sạc lại. Trong sử dụng bình thường, khi bật nút, nó sẽ chuyển sang chế độ làm việc bình thường. Hệ thống tự khóa để đảm bảo hoạt động bình thường khi nút được nhả. Hệ thống xuất ra PWM để điều khiển hoạt động của động cơ và thay đổi chế độ làm việc bằng cách nhấn nút. Tiếp tục nhấn nút để tự khóa và tắt hệ thống. Ngoài ra, khi hệ thống hoạt động bình thường, điện áp pin được phát hiện định kỳ thông qua mô-đun ADC và hệ thống bị cấm tiếp tục hoạt động khi điện áp thấp hơn điện áp nhất định để tránh làm hỏng vĩnh viễn pin sạc do làm việc dưới điện áp. Đồng thời, MCU cần ghi lại các giá trị điện áp pin trước và sau. Bởi vì khi động cơ bị khóa, điện áp pin sẽ có bước nhảy lớn. Kết hợp với việc ghi lại giá trị điện áp của pin, tính năng này có thể được sử dụng để xác định xem động cơ có bị khóa hay không, và hệ thống sẽ bị tắt ngay lập tức khi động cơ bị khóa. Sau khi ADC lấy mẫu điện áp pin, cấu hình A-Pool để lấy mẫu nhiệt độ hệ thống để xác định xem nhiệt độ hoạt động có nằm trong phạm vi bình thường hay không. Nếu bất thường, hãy tắt hệ thống ngay lập tức. Toàn bộ hệ thống đặt giá trị trạng thái làm việc của hệ thống thông qua cổng đầu vào và từng chương trình xử lý ngắt và bật mô đun chức năng tương ứng theo các giá trị trạng thái khác nhau trong chu trình chương trình.
5 tóm tắt
Bài viết này chủ yếu giới thiệu ứng dụng MCU sê-ri MSP430x09x mới được giới thiệu của TI với điện áp làm việc 0,9V trong một hệ thống cung cấp năng lượng pin đơn thực sự. Sê-ri MSP430x09x thừa hưởng những ưu điểm của máy vi tính đơn chip dòng MSP430 như tiêu thụ điện năng thấp, thiết bị ngoại vi phong phú, thiết kế đơn giản, v.v., và tích hợp đột phá các nhóm chức năng tương tự có thể nhận ra ADC, DAC, bộ so sánh, cảm biến điện áp hệ thống. Bài viết này chủ yếu mô tả cấu trúc phần cứng và phần mềm của máy cạo râu điện được thiết kế với MSP430x09x làm lõi và sử dụng một số tài nguyên trên chip của nó và giới thiệu ngắn gọn về loạt MCU. Có thể thấy rằng dòng MCU MSP430x09x có chức năng mạnh mẽ và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau như máy cạo râu điện, bàn chải đánh răng điện, đồ chơi, hộp đựng nước hoa điện tử và thiết bị an toàn. Chúng có giá trị thực tế tốt và triển vọng ứng dụng rộng rãi.