基于MSP430F11X的低功耗低成本實(shí)時(shí)時(shí)鐘

前言

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）可應(yīng)用于多種領(lǐng)域--從鐘表到時(shí)間標(biāo)記事件，甚至到產(chǎn)生事件。對(duì)于通信工程、電力自動(dòng)化、工業(yè)控制等自動(dòng)化程度高的領(lǐng)域大多數(shù)情況下很多設(shè)備都處于無人值守的情況，都希望能把故障發(fā)生的時(shí)間和相關(guān)信息記錄下來，以便具體分析。目前市面上有很多專用RTC器件，這些器件往往靈活性差，系統(tǒng)集成度低。而MSP430F11X系列單片機(jī)具有低成本、低電流損耗、使用靈活簡單及擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，使之成為專用RTC器件在某些特殊場(chǎng)合的理想替代品。

本系統(tǒng)采用了TI公司超低功耗16位微處理器--MSP430F111，具有極低功耗特性、極強(qiáng)的抗干擾能力和極高的性價(jià)比。整個(gè)系統(tǒng)僅用兩個(gè)普通電池（工作電壓為3V）就可以長期工作，無需其他電源，大大拓寬了應(yīng)用范圍。

系統(tǒng)工作原理和實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的主要難點(diǎn)在于如何產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘。所有MSP430器件既包含一個(gè)數(shù)字控制的RC型振蕩器，又包含一個(gè)晶體振蕩器。一般RC型振蕩器用于 CPU時(shí)鐘，而晶體振蕩器則用于外圍器件。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘的應(yīng)用中，晶體振蕩器可作為用作時(shí)基的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源。因此，不存在對(duì)RC型振蕩器很普遍的不穩(wěn)定問題。

將MSP430制作成RTC的過程很簡單，包括一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器提供1s的中斷以及一個(gè)小型CPU子程序來計(jì)算中斷。在中斷之間，CPU可以處于休眠狀態(tài)或執(zhí)行其他功能。實(shí)際操作過程中還應(yīng)包括一個(gè)用于主機(jī)處理器從MSP430 RTC中抽取時(shí)間的接口子程序，以及其他系統(tǒng)功能，如電池監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)控、通訊接口等。

MSP430F111是MSP430F11X系列中的一個(gè)很簡單、價(jià)格也很便宜的器件，具有14個(gè)通用I/O引腳、2個(gè)16位定時(shí)器、2KB 閃速存儲(chǔ)器、128B RAM和基本時(shí)鐘模塊。

時(shí)鐘的產(chǎn)生

RTC中采用在LF工作方式下具有32768Hz晶振的LFXT1振蕩器來產(chǎn)生時(shí)鐘。LFXT1振蕩器的輸出用于提供ACLK，然后ACLK則用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源，而定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用作RTC的時(shí)基。

DCO產(chǎn)生CPU時(shí)鐘MCLK。實(shí)際上CPU和外圍器件定時(shí)器/計(jì)數(shù)器異步運(yùn)行。只要CPU能在下一個(gè)中斷到達(dá)之前計(jì)算每個(gè)來自定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的中斷，RTC的精度就不受影響。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的選擇

MSP430F111 包含2個(gè)定時(shí)器：看門狗定時(shí)器和定時(shí)器A。定時(shí)器A用作時(shí)基，設(shè)計(jì)成能連續(xù)計(jì)數(shù)并每隔1s時(shí)間提供一次中斷。由于定時(shí)器A用ACLK作為自己的時(shí)鐘源，而 ACLK的工作晶振頻率精確為32768Hz，所以定時(shí)器A可簡單的計(jì)數(shù)到32768，然后開始翻轉(zhuǎn)到0，每次數(shù)到32768時(shí)便給出一個(gè)中斷。而CPU 則可簡單的計(jì)算來自定時(shí)器A的中斷。

外部接口

因?yàn)楝F(xiàn)在可以方便的得到各種RTC的接口，其中絕大部分可以應(yīng)用于 MSP430，如I2C、并行接口、UART及串行接口等。TI有現(xiàn)成的程序代碼模塊以實(shí)現(xiàn)與 MSP430的接口，并易于集成。這樣，建立一個(gè)基于MSP430的完整RTC就成為一件簡單的事，即選擇一個(gè)接口。

電路描述

圖1為RTC的電路圖，此處唯一需要的外部元件是32768Hz的晶體。

圖1 RTC的電路圖

電流損耗

MSP430F111 在正常工作方式下（3V，1MHz）的典型電流消耗是330μA。而在低功耗方式（休眠方式）下的典型電流損耗為1.5μA（3V）。器件從低功耗方式下喚醒的時(shí)間小于6μs，并且時(shí)鐘程序大約可在130μs內(nèi)執(zhí)行。由于極低的電流消耗以及處于有效方式的時(shí)間極短，采用'F111作為一個(gè)RTC僅消耗極少的電流，因此其電池壽命最長。

晶體的精度和選擇

RTC的精度僅取決于為晶體振蕩器而選擇的晶體的精度。我們可以根據(jù)自己期望的精度而購買適當(dāng)?shù)木w。

晶體的精度主要受下面兩個(gè)因素影響：晶體的頻率容限和指定的負(fù)載電容。

晶體的容限是很顯而易見的。晶體頻率的容限越小，RTC的精度越高。