MSP430x09x 系列 MCU 在電動(dòng)剃須刀中的應用

圖4 外擴EEPROM 存儲模塊

上圖為EEPROM模塊和由分立元件構成的BOOST 升壓電路，工作原理在此不再贅述。在開(kāi)機階段，MSP430L092 需與EEPROM通過(guò)SPI 通信將程序載入到RAM中，期間由P1.2 腳控制升壓電路工作，輸出供EEPROM工作的3V 電壓，該部分代碼無(wú)需用戶(hù)編寫(xiě)，已固化在IDE 中。

4.3 充電電路控制模塊

圖 5充電控制電路

上圖為系統充電控制模塊。系統外部上電，系統進(jìn)入充電模式，MCU 得電運行，CHARGE_IN 處低電平，MCU 進(jìn)入充電模式，通過(guò)AD 采樣電池電壓，判斷充飽后切換充電電路進(jìn)入涓流充電模式，防止電池過(guò)充。同時(shí)檢測電池電壓，待電池低于1.45V 時(shí)再次切換進(jìn)入充電模式。MSP430x09x 系列特有的模擬功能池的ADC 模塊支持RAMP 和SAR 兩種AD 采樣模式，其中RAMP 模式下還可將AD 模塊設定在不同的誤差補償模式下，以提高采樣精度，詳情請參考MSP430x09x User’s Guide。

4.4 按鍵自鎖部分

圖 6系統自鎖電路

上圖為系統按鍵自鎖電路。按下按鍵，MCU 得電運行，判斷進(jìn)入工作模式，開(kāi)機自鎖，按鍵松開(kāi)系統仍能正常運行;再次按鍵，切換工作模式;再按鍵，系統解除自鎖，關(guān)機。另外，MCU 通過(guò)A-Pool定期檢測電池電壓，在電池電壓低于1V 時(shí)，切斷工作電路，防止欠壓工作時(shí)對電池造成永久損傷，影響電池壽命。MCU 還通過(guò)配置A-Pool 檢測系統溫度，超過(guò)正常工作范圍，則切斷電路。

4.5 電路驅動(dòng)部分

圖 7直流電機驅動(dòng)電路

系統的直流電機模塊如圖7 所示，作為單電池系統，為了保證系統在電池較低電壓下也能正常工作，系統選擇工作電壓0.9V 的直流電機以及MOSFET，使整個(gè)系統更加節能，運行更持久。由于一些低壓的MOSFET 額定電流較小，單個(gè)無(wú)法滿(mǎn)足直流電機性能的要求，故將有時(shí)需將兩個(gè)MOSFET 并聯(lián)，增大工作電流的同時(shí)，減少了在MOSFET 上的壓降。本設計中MOSFET 分別選用了ROHM 公司的RYU002N05(2個(gè)并聯(lián))和VISHAY 公司的Si2342DS(單個(gè)) ，都能夠使系統正常工作。

5 系統軟件設計

本系統軟件部分主要需實(shí)現主程序主循環(huán)，初始化，外部存儲通信，電池充電控制，按鍵處理，LED 指示，直流電機驅動(dòng)控制，電壓采樣，溫度采樣，睡眠喚醒功能等。系統通過(guò)兩種方式得電啟動(dòng)工作：系統充電與按鍵開(kāi)機。得電后L092 從EEPROM 中載入程序，開(kāi)始正常運行，判斷工作模式。系統充電時(shí)，系統工作是定期檢測電池充電電壓，根據電池特性，待檢測到電池充滿(mǎn)電后，進(jìn)入涓流充電模式，防止電池過(guò)充，對電池造成損傷，待電池電壓低于1.45V 時(shí)，再次進(jìn)入充電模式。正常使用時(shí)，按鍵開(kāi)機則進(jìn)入正常工作模式，系統自鎖，保證放開(kāi)按鍵正常工作，系統輸出PWM 控制電機運行，并通過(guò)按鍵改變切換工作模式，繼續按鍵，解除自鎖，系統關(guān)機。另外，系統正常工作時(shí)，通過(guò)ADC 模塊定時(shí)檢測電池電壓，低于一定電壓后禁止系統繼續工作，防止欠壓時(shí)工作給充電電池帶來(lái)的永久性損傷。同時(shí)MCU 需記錄前后電池電壓值。因為電機堵轉時(shí)，電池電壓會(huì )有較大跳變，結合記錄電池電壓值，通過(guò)這個(gè)特征來(lái)判斷電機是否堵轉，堵轉則立即關(guān)閉系統。ADC 采樣電池電壓后，再配置A-Pool 進(jìn)行系統溫度采樣，判斷工作溫度是否在正常范圍內，不正常則立即關(guān)閉系統。整個(gè)系統通過(guò)輸入口以及各中斷處理程序設置系統工作狀態(tài)值，在程序大循環(huán)中根據不同狀態(tài)值，開(kāi)啟相應功能模塊。

圖 8系統軟件流程圖

6 總結

本文主要介紹了TI 新推出的0.9V 工作電壓的MSP430x09x 系列MCU 在真正單電池供電系統中的應用。MSP430x09x 系列繼承了MSP430 系列單片機低功耗，外設豐富，設計簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，并開(kāi)創(chuàng )性的集成了能夠實(shí)現ADC、DAC、比較器、系統電壓監控器以及溫度傳感器的模擬功能池。本文主要闡述了以MSP430x09x 為核心，通過(guò)使用其部分片上資源設計完成的電動(dòng)剃須刀的軟硬件結構并對該系列MCU 做了簡(jiǎn)單介紹。從中可見(jiàn)，MSP430x09x 系列MCU 功能強大，適合廣泛應用于電動(dòng)剃須刀、電動(dòng)牙刷、玩具、電子汽車(chē)香水座以及安全設備等各種應用中，具有很好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應用前景。

參考文檔

1. MSP430x09x Family User’s Guide (SLAU321)

2. MSP430L092,MSP430C09x Mixed Signal Microcontroller (SLAS673)

3. MSP430x09x Analog Pool: Feature Set and Advanced Use (SLAA475)