手持式RFID讀寫器的低功耗設(shè)計(jì)與測試

　　MSP430F149 單片機(jī)的基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊主要由低頻晶體振蕩器（LFXT1）、高頻晶體振蕩器（XT2）、數(shù)字控制振蕩器(DCO)等模塊組成，可以提供主系統(tǒng)時(shí)鐘（MCLK）、子系統(tǒng)時(shí)鐘（SMCLK）及輔助時(shí)鐘（ACLK）3 種時(shí)鐘信號。為優(yōu)化低功耗特性，在手持式RFID 讀寫器設(shè)計(jì)中MSP430F149 可在滿足系統(tǒng)性能的前提下，通過軟件對基本時(shí)鐘系統(tǒng)控制寄存器BCSCTL1、BCSCTL1 及DCO 控制寄存器DCOCTL 進(jìn)行編程設(shè)置DCO 的頻率用作MCLK、SMCLK 的時(shí)鐘源，其范圍為32768Hz～8MHz。其中ACLK 可采用32768Hz 的LFXT1CLK 以提供穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)基和低功耗的備用工作時(shí)鐘頻率, MCU 在執(zhí)行程序時(shí)所需的MCLK 由可快速啟動的DCOCLK 提供，SMCLK 可采用DCOCLK 作為擴(kuò)展FLASH 的時(shí)鐘信號，以滿足擴(kuò)展FLASH 的讀寫操作時(shí)序要求。

　　3 低功耗的軟件控制

　　在低功耗硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件采用MSP430F149 的可編程中斷結(jié)構(gòu)編程來管理系統(tǒng)的工作模式及外圍模塊的開關(guān)連接，從而控制讀寫器降低系統(tǒng)功耗。

　　為充分利用MSP430F149 的低功耗功能，根據(jù)手持式RFID 讀寫器的工作狀態(tài)將其工作模式設(shè)為射頻模式、通信模式和待機(jī)模式，以盡量延長讀寫器的工作時(shí)間。其中射頻模式應(yīng)用于操作人員進(jìn)行射頻識別的讀寫操作，當(dāng)射頻標(biāo)簽進(jìn)入工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生中斷使MSP430F149工作模式由低功耗模式LPM3 切換到活動模式AM；通信模式應(yīng)用于讀寫器進(jìn)行USB 通信或RS232 串行通信或網(wǎng)絡(luò)通信等操作，由鍵盤中斷使MSP430F149 工作模式由低功耗模式LPM4切換到活動模式AM；待機(jī)模式則在系統(tǒng)無操作時(shí)由鍵盤中斷或定時(shí)超時(shí)中斷使MSP430F149工作模式由其他模式進(jìn)行低功耗模式LPM4。

　　另外，在不同的工作狀態(tài)也可通過軟件將MCU 的P1~P6 連接的接口電路設(shè)置為高阻狀態(tài)或?qū)⑾鄳?yīng)外圍模塊工作在省電工作模式，從而也可降低系統(tǒng)的功耗。如FM1702SLRF 收發(fā)芯片提供了Hard Power Down、Soft Power Down 及Stand by 三種省電模式，可由MCU 的IO線信號或通過軟件設(shè)置FM1702SL 內(nèi)部控制寄存器設(shè)置為省電模式，以實(shí)現(xiàn)低功耗的控制。

　　4 功耗測試及結(jié)果分析

　　為測試手持式RFID 讀寫器的系統(tǒng)功耗，按相應(yīng)測試規(guī)程設(shè)計(jì)的功耗測試主程序及功耗測試中斷程序的流程圖分別如圖2、圖3 所示。系統(tǒng)在功耗測試主程序的控制下進(jìn)行待測試狀態(tài)，其中在接口初始化模塊中將鍵盤及顯示接口設(shè)置為功耗測試需要的功能，并提示用戶按測試流程進(jìn)行相應(yīng)測試，等待操作人員進(jìn)行功耗測試操作。當(dāng)操作人員按預(yù)定測試規(guī)程按下相應(yīng)鍵后調(diào)用功耗測試中斷程序進(jìn)行測試。在相應(yīng)中斷程序中可按提示信息將主系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK 及子系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK 時(shí)鐘頻率設(shè)置為8MHz、1MHz、400KHz,然后選擇工作模式設(shè)置為射頻模式、USB 通信模式或待機(jī)模式，最后選擇相應(yīng)模塊狀態(tài)設(shè)置為連接或關(guān)閉，并經(jīng)延時(shí)使系統(tǒng)工作穩(wěn)定后提示測試功耗，最后執(zhí)行中斷返回命令返回主程序待進(jìn)行其他條件下的功耗測試。其中射頻模式下，系統(tǒng)中MCU 設(shè)為活動模式、RF 收發(fā)模塊的發(fā)射電路連續(xù)發(fā)射載波信號、模擬及數(shù)字電路正常工作，OLED 顯示標(biāo)簽信息，其他通信模塊關(guān)閉；USB 通信模式下則是系統(tǒng)中MCU 設(shè)為活動模式、USB 通信工作，OLED 顯示通信信息，其他模塊關(guān)閉；待機(jī)模式下則是MCU 設(shè)為低功耗模式LPM4，其他模塊都關(guān)閉。

　　圖2 功耗測試程序流程圖

　　圖3 功耗測試中斷程序流程圖