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MSP430F415在LCD空调红外遥控器中的应用
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2014-06-10
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空调红外遥控器是通常由两节碱性电池供电,通过38KHZ 红外载波调制与挂机或者柜机单向通讯的便携式设备。由于其成本低廉,低功耗等特点不仅在空调,还在其它家电及玩具等领域得到了广泛应用。基于便携及电池供电的要求,系统的超低功耗及可靠性设计是首要目标之一。本文针对应用中对低功耗,高集成度的要求,采用MSP430F415 超低功耗MCU,实现按键扫描,LCD 显示,红外发送等完整功能。
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Application Report
ZHCA425 – Jan. 2012
1
MSP430F415
在
LCD
空调红外遥控器中的应用
郭君
MSP430
产品技术支持
摘要
空调红外遥控器是通常由两节碱性电池供电,通过 38KHZ 红外载波调制与挂机或者柜机单向通讯的便携式设备。
由于其成本低廉,低功耗等特点不仅在空调,还在其它家电及玩具等领域得到了广泛应用。基于便携及电池供电的
要求,系统的超低功耗及可靠性设计是首要目标之一。本文针对应用中对低功耗,高集成度的要求,采用
MSP430F415 超低功耗 MCU,实现按键扫描,LCD 显示,红外发送等完整功能。
目录
1 空调遥控器简介 .............................................................................................................................. 2
2 系统结构和整体方案 ....................................................................................................................... 2
3 系统软硬件设计 .............................................................................................................................. 3
3.1 系统时钟分配 .......................................................................................................................... 3
3.2
软件功能模块设计 ................................................................................................................... 4
3.2.1 按键扫描设计 .............................................................................................................. 4
3.2.2
红外载波及编码发送设计 ............................................................................................. 6
3.2.3
整机软件功能架构设计 ................................................................................................ 7
4 系统可靠性设计 .............................................................................................................................. 8
5 总结 .............................................................................................................................................. 11
参考文档 .............................................................................................................................................. 11
图
图一. 空调遥控器系统框图 ...................................................................................................................... 2
图二. 系统功耗示意 ................................................................................................................................ 3
图三. 按键扫描电路 ................................................................................................................................ 4
图四. 按键扫描软件流程 ......................................................................................................................... 6
图五. 红外编码数据帧格式 ...................................................................................................................... 6
图六. 38K 载波 TimerA 实现方法 ........................................................................................................... 7
图七. 整机软件框图 ................................................................................................................................ 8
图八. MSP430F415 最大 MCLK 与 VCC 关系 ................................................................................................ 8
图九. 零功耗 BOR 对 VCC 的监控 ............................................................................................................... 9
图十. SVS 结构 .................................................................................................................................. 9
图十一. SVS 寄存器设置 ....................................................................................................................... 10
图十二.晶体的 PCB LAYOUT ................................................................................................................... 10
表
表一. MSP430 工作模式与系统时钟关系 ..................................................................................... 3
表二. 系统时钟分配 ..................................................................................................................... 3
表三. 按键扫描键值 ..................................................................................................................... 5
表四. 红外数据帧说明 ................................................................................................................. 7
ZHCA425
2 MSP430F415
在
LCD
空调红外遥控器中的应用
1. 空调红外遥控器简介
根据空调红外遥控器的实际应用,需满足以下设计要求
• a. 两节电池供电
• b. 待机功耗<6uA
• c. 支持 12 个按键,96 段液晶显示
• d. 38Khz 红外载波调制
• e. RTC 实时时钟功能
• f. 频繁上电掉电时系统需可靠工作
2. 系统结构和总体方案
本文描述的空调红外遥控器以 MSP430F415 为主芯片,完成按键检测,LCD 显示,红外发
送,背光控制等功能。MSP430 系列单片机 CPU 采用 16 位精简指令集,集成了 16 个通用
寄存器以及常数发生器,极大的提高了代码的执行效率。提供了五种低功耗模式,可最大限
度的延长手持设备的电池寿命。其数字控制振荡器(DCO) 可在 6us 内由低功耗模式切换到运
行模式。MSP430F415 属于 F4xx 的产品家族, 内置了支持 96 段 4 COM 的 LCD 驱动, 有 16
个 GPIO 口支持中断。并有零功耗 BOR 和可配置的 SVS 电源监控模块,可以方便的实现单芯
片红外遥控器设计。
空调红外遥控器的系统框图如图一所示
ZHCA425
MSP430F415
在
LCD
空调红外遥控器中的应用
3
图一.空调遥控器系统框图
3.系统软硬件设计
系统以 MSP430F415 为中心, 分为按键检测,红外发送,背光控制和 LCD 显示部分。按键
检测电路采用三行四列矩阵方式, 每一行通过 100K 电阻上拉到 VCC。按键的两端分别接
到对应的行和列。红外发送电路由红外发光管和驱动三级管组成。 MCU 产生的 PWM 信
号经过三极管之后由红外发光管发送出去。 背光部分同样有三极管驱动两个 LED 灯为
LCD 提供背光。 LCD 驱动信号由 MCU 内置的 LCD driver 来提供, LCD COM 端和 SEG
端都可以直接连到 MCU 对应端口。 对 LCD 偏压和亮度的调节 R03,R13,R23,R33 的电
阻来实现。
3.1
系统时钟分配
MSP430 超低功耗 MCU 通过对系统时钟的分类和使能控制来实现灵活的功耗管理。
MSP430 的内部时钟分为 ALCK,MCLK,SMCLK。不同的低功耗模式分别对上述三种
内部时钟进行使能控制。表一是 MSP430F415 的各种工作模式下时钟和功耗列表。
Active
LPM0
LPM3
LPM4
MCLK
有效
禁止
禁止
禁止
SMCLK
有效
有效
禁止
禁止
ACLK
有效
有效
有效
禁止
MSP430F415
功耗
SMCLK=MCLK=4M,
ACLK=XT1=32.768K
3V,25
℃
240uA* 92uA* 0.9uA* 0.1uA*
表一.MSP430 工作模式与系统时钟关系
*电流典型值, 来源于 MSP430F41x 数据手册
所以系统时钟的分配与整机功耗有直接关系。软件设计时需根据系统功耗的要求对各个功能模块时钟源
仔细分配。图二给出了本应用主要功能对应的低功耗时钟资源配置。
系统功能
说明
资源
时钟源
有效域
MSP430 最低
工作模式
实现方式
红外发送 38K 载波调制 TimerA1 SMCLK=4M 仅红外发送 Active TimerA 工作于 up 模式
,在 IO 口产生 PWM 信号
RTC 实时时钟 TimerA0 ACLK=32.768K 全程 LPM3 TimerA0 工作在
continuous 模式,产生
250mS 中断.
长按 按键长按检测 TimerA0 ACLK=32.768K 仅按键操作 LPM3 TimerA0 工作在
continuous 模式,产生
250mS 中断.
按键去抖 10mS、20mS 按键去
抖时延
BT ACLK=32.768K 仅按键操作 LPM3 Basic Timer 实现 10mS-
20mS 按键去抖时延
LCD 刷新 LCD 刷新频率 BT ACLK=32.768K 全程 LPM3 Basic Timer 实现
看门狗 看门狗时钟 WDT ACLK=32.768K 全程 LPM3 WDT 配置成看门狗模式
表二.系统时钟分配
按照上表的时钟资源分配,除红外发送外,其它主要功能的时钟都由 ACLK 提供,这样我们可以选取
LPM3 作为主要的低功耗模式,用来工作在待机状态。在 3V,25℃下,MSP430F415 的典型电流值是
0.9uA。如图二是系统功耗示意。
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雨林彬风
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