基于MC9S08LL16芯片在水表气表中的设计应用
MC9S08LL 系列是飞思卡尔最新推出的内置LCD 驱动，极低功耗的单片机。 非常适合于在水表气表中的设计应用。MC9S08LL16的低功耗特性 在水表气表中的应用中， 都是电池供电， 所以低功耗是设计中首要考虑的因素。 系统功耗由两部分组成： 单片机本身的功耗和外部电路的功耗。 由于外部电路的功耗基本上是固定的，因此选用低功耗的单片机至关重要。LL16 是目前业界功耗最低的单片机之一。 单片机本身的功耗包括正常运行时的功耗和睡眠时的功耗。 在水表气表中的应用中， 由于平时大部分时间工作于睡眠状态， 因此睡眠时的电流至关重要， 睡眠时的功耗主要决定系统的平均功耗。 IC卡气表的原理框图 下图为预付费IC 卡气表的原理框图：http://www.go-gddq.com/upload/2009-12/09120811183103.gif电源电路 气表和水表采用电池供电，气表一般采用碱性电池或锂电池。 如果采用碱性电池，一般使用四节。 因此电池电压需经LDO 降压到3V 供给MCU。 由于IC 卡有5V工作的或3V 工作的，如果采用5V 的IC 卡， 电池电压需经另一LDO 降压到5V。 水表普遍采用锂电池供电, 电池电压可以不需需经LDO 降压直接供给MCU。 晶振电路 LL16 内部有琐相环电路可以把MCU 运行的总线频率倍频上去， 最高可以倍频到20MHz。 同时LL16 内部有RC 振荡器， 校准后的精度可以达到±2%（全温度范围最大误差。常温下该精度为±0.2%）。 由于在本参考设计中使用软时钟， 所以选择外接32.768k 的晶振， 以保证时钟的精度。EEPROM接口电路 由于在气表水表应用中，需要不断地保存信息，例如：时间，当前用气/水量，剩余用气/水量，等。因此需要EEPROM来保存这些数据。虽然LL16 的FLASH 可以用来模拟EEPROM， 但LL16 FLASH 的擦写次数有限，为10 万次，可能 满足不了气表水表应用的需求。 因此需外接EEPROM。 IC卡接口电路 在气表应用中，根据存储介质的不同有CPU 卡，IC 卡，RF 卡等。 由于IC 卡具有保密性强， 数据容量大，使用方便， 成本低等特点， 因此在预付费卡表普遍应用。 目前普遍采用的是SLE442。电池电压检测 由于气表采用电池供电， 因此需对电池电压进行监测， 在电池耗尽之前， 报警提醒用户更换电池。 虽然LL16 内部有掉电检测电路LVI， 但使能该模块将消耗较大的电流， 所以不宜采用。 可以利用LL16 内部模拟比较器或A/D 模块监测电池电压， A/D 模块或内部模拟比较器会消耗一定的功耗， 为了降低功耗， 可以采用定时检测的方法， 因为电池电压是缓慢下降的。电机驱动电路 在气表应用中，采用直流电机来开关阀门。 其驱动电路普遍采用H 桥电路。软时钟的实现 由于在气表水表应用中， 对时钟的要求并不是特别精确， 因此可以利用LL16 的TOD 模块方便地实现软时钟， 从而省去外部的实时时钟芯片， 降低系统成本。LCD 驱动 LL16 内部有LCD 驱动模块， 可配置为24*8，或28*4。 LCD 与I/O 复用， 多余的段可设为普通I/O。注意，所有和LCD 驱动复用的GPIO，在作为I/O 功能使用时， 其输出模式为开漏，需要外接上拉电阻。流量脉冲检测 目前普遍采用双干簧管进行流量检测，其缺点是没有霍尔传感器稳定。 但霍尔传感器功耗相对要大，成本要高。 随着成本的逐渐减低，将来霍尔传感器有取代双干簧管的趋势。 双干簧管把流量信号转换成脉冲信号， 因此利用I/O 口可以很方便地检测流量脉冲信号。 为了降低功耗， 检测电路的电源通过IO 口进行控制。 由于气/水表的流量脉冲信号之间的间隔比较长， 因此可以采用定时查询来计数脉冲个数， 也可以接到键盘中断口利用中断方式检测。 由于LL16 具有超低功耗， 内置LCD 驱动及丰富的外围接口， 性价比高等特点， 因此非常适合于在水表气表中的设计应用。在本参考设计中, 系统功耗在LCD常亮的状态下, 大约为4.5uA。 在水表气表设计中， 如何降低功耗，是设计中的要点。
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