基于MSP430F413水果电池供电的低功耗时钟

我最早接触MSP430时候，看到书的第一页就是一张水果电池的图片，一直以来想做一个低功耗的可以水果电池供电的系统，毕业之后的下半年选择MSP430F413单片机来画了一个低功耗的板子，一直没有调试成功，液晶显示太暗几乎看不到，最近又拿出来调试，更换偏压电阻，最终更换液晶后才可以正常显示，先看下最终效果：

最终效果

电路图：

调试过程

最初调试时，先准备好苹果一个，电池正负极（铜锌），程序是显示一个数字，效果如下：

突发奇想，用自来水试了一下，效果也是杠杠的（程序中间修改过，这是显示较多的液晶段）：

时钟调试效果（这里电池没有接入电路，调试时所用，当时没有拿下来，用跳线帽接到水果供电的电路上）：

刚刚调试时，万用表测试水果电池电压接近0.9V，短路电流25-30uA，接上电路仅显示数字7的时候，电流12uA，4节水果电池电压从3.4降到2.6V；水（普通自来水，每个地方水中含有离子数量不一样，获得电压电流都有区别）每节电池0.8V，短路电流接近40uA。

程序换为时钟时，水果电池3.4V降到2.2V，大约维1个多小时，液晶完全没有显示，电极片换个位置重新插一下，时钟可以继续运行，测试电压和新做水果电池一样，苹果都要变干的时候，电压低一些，液晶明显变暗。

后来，电路中提供液晶偏压电压的电阻有330K改为1M后，系统电流降到大约10uA，水果电池大约可以维持3-4小时，用水做的电池可以维持24小时以上

功耗分析

这个低功耗的电路还有优化空间，单片机的不用的引脚可以再做优化，现有线路中有一般的液晶段引脚没有使用，却也提供的驱动波形，这里相对现有系统应当是浪费电流最大的一部分；另外一个优化空间是4个按键的上拉电阻太小，10K，3V的时候，按键按下瞬间，电流可以达到300uA，用水果电池的时候，按键功能不能使用，现在调试的时候，都是先拿CR2302供电，调节好时间后，再用水果(水)电池供电。
进一步优化功耗后，电流应当可以降到5uA以下。

程序

按键程序继续使用之前程序库中的按键程序；

RTC计时使用TI的RTC软件库

段码液晶的程序由程序库中的数码管程序移植而来：

    #include  <msp430x41x.h>#include  "segment_lcd_btl006.h"/*宏定义，数码管a-h各段对应的比特，更换硬件只用改动以下8行*/#define a       0x01                            //  AAAA#define b       0x02                            // F    B#define c       0x04                            // F    B#define d       0x80                            //  GGGG#define e       0x40                            // E    C#define f       0x10                            // E    C#define g       0x20                            //  DDDD  HH#define h       0x08        //小数点/*用宏定义自动生成段码表，很好的写法，值得学习*//*更换硬件无需重写段码表*/const char tab[] = {a + b + c + d + e + f,                  // Displays "0"b + c,                                  // Displays "1"a + b + d + e + g,                      // Displays "2"a + b + c + d + g,                      // Displays "3"b + c + f + g,                          // Displays "4"a + c + d + f +g,                       // Displays "5"a + c + d + e + f + g,                  // Displays "6"a + b + c,                              // Displays "7"a + b + c + d + e + f + g,              // Displays "8"a + b + c + d + f + g,                  // Displays "9"a + b + c + e + f + g,                  // Displays "A"c + d + e + f + g,                      // Displays "B"  a + d + e + f,                          // Displays "C"b + c + d + e + g,                      // Displays "D"a + d + e + f + g,                      // Displays "E"a + e + f + g,                          // Displays "F"a + c + d + e + f,                      // Displays "G"b + c + e + f + g,                      // Displays "H"  e + f,                                  // Displays "I"b + c + d + e,                          // Displays "J"b + d + e + f + g,                      // Displays "K"d + e + f,                              // Displays "L"  a + c + e + g,                          // Displays "M" a + b + c + e + f,                      // Displays "N"   c + e + g,                              // Displays "n"c + d + e + g,                          // Displays "o"a + b + c + d + e + f,                  // Displays "O"a + b + e + f + g,                      // Displays "P"a + b + c + f + g,                      // Displays "Q" e + g,                                  // Displays "r"a + c + d + f +g,                       // Displays "S"d + e + f + g,                          // Displays "t"a + e + f ,                             // Displays "T" b + c + d + e + f,                      // Displays "U"c + d + e,                              // Displays "v" b + d + f + g,                          // Displays "W"b + c + d + f + g,                      // Displays "Y" a + b + d + e + g,                      // Displays "Z"g,                                      // Displays "-"h,                                      // Displays "."  0                                       // Displays " "}; #undef a#undef b#undef c#undef d#undef e#undef f#undef g void lcd_init(){// Initialize LCDLCDCTL = LCDP1+LCDP0+LCD4MUX+LCDON;       // 4-Mux LCD, segments S0-S23BTCTL  = BTFRFQ1;                         // Set freqLCD = ACLK/128P5SEL  = 0xFC;                            // Set Rxx and COM pins for LCD// Clear LCD memory to clear displayfor (int i=0; i<12; i++){LCDMEM[i] = 0x00;}}void lcd_clear(){    for (int i=0; i<12; i++){LCDMEM[i] = 0x00;}}//不影响小数点或者冒号void lcd_display_char(char ch,char addr){addr = addr*2+2;LCDMEM[addr] = ((tab[ch]&0x0f)<<4)|(LCDMEM[addr]&0x80);LCDMEM[addr+1] = (tab[ch]&0xf0);//|(LCDMEM[addr+1]&0x80)}

计时程序，每隔1s中断运行一次，计时则秒增1，设置则显示对应设置界面：

    #include  <msp430x41x.h>#include  "RTC_Calendar.h"#include  "RTC_TA.h"#include "segment_lcd_btl006.h"#include "time.h"char state = 0;  //1-6:年月日 时分秒void time_init(){lcd_init();setDate(2015,9,13);setTime( 0, 0, 0, 1);                  // initialize time to 12:00:00 AMTACCR0 = 32768-1;TACTL = TASSEL_1+MC_1;                    // ACLK, upmodeTACCTL0 |= CCIE;                          // enable TA0CCRO interrupt}//两位时间显示，格式十六进制高地位 地址0低位，1高位void time_display(char time,char addr){addr = addr*2;lcd_display_char(time>>4,addr+1);lcd_display_char((time&0x0f),addr);  }//4位时间显示，year，格式十六进制各个位 void year_display(int year){lcd_display_char(year>>12,3);lcd_display_char((year>>8)&0x0f,2);  lcd_display_char((year>>4)&0x0f,1);  lcd_display_char((year)&0x0f,0);  }//计时标志，冒号闪烁void tick(){LCDMEM[1]&=~0X80;LCDMEM[2]^=0x80;time_display(get24Hour(),1);time_display(TI_minute,0);}void setting(){LCDMEM[1]=0X80;switch(state){case 1:year_display(TI_year);break;case 2:time_display(TI_month==9?TI_month+7:TI_month+1,1);break;case 3:time_display(TI_day,0);break;case 4:time_display(get24Hour(),1);LCDMEM[2]|=0x80;break;case 5:time_display(TI_minute,0);LCDMEM[2]|=0x80;break;case 6:time_display(TI_second,0);LCDMEM[2]|=0x80;break;default:state = 0;break;}}// Timer A0 interrupt service routine#pragma vector=TIMERA0_VECTOR__interrupt void Timer_A (void){incrementSeconds();if(state == 0){tick();}else{setting();}__bic_SR_register_on_exit(LPM3_bits);}

主函数，根据按键更改操作状态，并且设置时间值：

    #include  <msp430x41x.h>#include  "RTC_Calendar.h"#include  "RTC_TA.h"#include  "segment_lcd_btl006.h"#include "time.h"#include "key.h"int main( void ){// Stop watchdog timer to prevent time out resetWDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;FLL_CTL0 |= XCAP14PF;                     // Configure load capstime_init();KeyInit();__bis_SR_register(GIE);while(1){__bis_SR_register(LPM3_bits);           // enter LPM3, clock will be updatedchar key = ReadKey();if(key=='0'&&state==1){setDate(2015,TI_month>9?TI_month-5:TI_month+1,(TI_day>>4)*10+(TI_day&0x0f));}if(key=='1'){if(++state == 7){state = 0;}        }if(key=='2'){switch(state){case 1:incrementYears();break;case 2:incrementMonths();break;case 3:incrementDays();break;case 4:incrementHours();break;case 5:incrementMinutes();break;case 6:incrementSeconds();break;default:state = 0;break;}}if(state!=0){lcd_clear();setting();}else{tick();}}return 0;}