MC9S08LL16在水表氣表中的設(shè)計應(yīng)用

　　MC9S08LL 系列是飛思卡爾最新推出的內(nèi)置LCD 驅(qū)動，極低功耗的單片機。 非常適合于在水表氣表中的設(shè)計應(yīng)用。

MC9S08LL16的低功耗特性

　　在水表氣表中的應(yīng)用中， 都是電池供電， 所以低功耗是設(shè)計中首要考慮的因素。

　　系統(tǒng)功耗由兩部分組成： 單片機本身的功耗和外部電路的功耗。 由于外部電路的功耗基本上是固定的，因此選用低功耗的單片機至關(guān)重要。LL16 是目前業(yè)界功耗最低的單片機之一。 單片機本身的功耗包括正常運行時的功耗和睡眠時的功耗。 在水表氣表中的應(yīng)用中， 由于平時大部分時間工作于睡眠狀態(tài)， 因此睡眠時的電流至關(guān)重要， 睡眠時的功耗主要決定系統(tǒng)的平均功耗。

IC卡氣表的原理框圖

　　下圖為預(yù)付費IC 卡氣表的原理框圖：

電源電路

　　氣表和水表采用電池供電，氣表一般采用堿性電池或鋰電池。 如果采用堿性電池，一般使用四節(jié)。 因此電池電壓需經(jīng)LDO 降壓到3V 供給MCU。 由于IC 卡有5V工作的或3V 工作的，如果采用5V 的IC 卡， 電池電壓需經(jīng)另一LDO 降壓到5V。
水表普遍采用鋰電池供電, 電池電壓可以不需需經(jīng)LDO 降壓直接供給MCU。

晶振電路

　　LL16 內(nèi)部有瑣相環(huán)電路可以把MCU 運行的總線頻率倍頻上去， 最高可以倍頻到20Mhz。 同時LL16 內(nèi)部有RC 振蕩器， 校準后的精度可以達到±2%（全溫度范圍最大誤差。常溫下該精度為±0.2%）。 由于在本參考設(shè)計中使用軟時鐘， 所以選擇外接32.768k 的晶振， 以保證時鐘的精度。

EEPROM接口電路

　　由于在氣表水表應(yīng)用中，需要不斷地保存信息，例如：時間，當前用氣/水量，剩余用氣/水量，等。因此需要EEPROM來保存這些數(shù)據(jù)。雖然LL16 的FLASH 可以用來模擬EEPROM， 但LL16 FLASH 的擦寫次數(shù)有限，為10 萬次，可能 滿足不了氣表水表應(yīng)用的需求。 因此需外接EEPROM。

IC卡接口電路

　　在氣表應(yīng)用中，根據(jù)存儲介質(zhì)的不同有CPU 卡，IC 卡，RF 卡等。

　　由于IC 卡具有保密性強， 數(shù)據(jù)容量大，使用方便， 成本低等特點， 因此在預(yù)付費卡表普遍應(yīng)用。 目前普遍采用的是SLE442。

電池電壓檢測

　　由于氣表采用電池供電， 因此需對電池電壓進行監(jiān)測， 在電池耗盡之前， 報警提醒用戶更換電池。 雖然LL16 內(nèi)部有掉電檢測電路LVI， 但使能該模塊將消耗較大的電流， 所以不宜采用。 可以利用LL16 內(nèi)部模擬比較器或A/D 模塊監(jiān)測電池電壓， A/D 模塊或內(nèi)部模擬比較器會消耗一定的功耗， 為了降低功耗， 可以采用定時檢測的方法， 因為電池電壓是緩慢下降的。

電機驅(qū)動電路

　　在氣表應(yīng)用中，采用直流電機來開關(guān)閥門。 其驅(qū)動電路普遍采用H 橋電路。

軟時鐘的實現(xiàn)

　　由于在氣表水表應(yīng)用中， 對時鐘的要求并不是特別精確， 因此可以利用LL16 的TOD 模塊方便地實現(xiàn)軟時鐘， 從而省去外部的實時時鐘芯片， 降低系統(tǒng)成本。

LCD 驅(qū)動

　　LL16 內(nèi)部有LCD 驅(qū)動模塊， 可配置為24*8，或28*4。 LCD 與I/O 復(fù)用， 多余的段可設(shè)為普通I/O。注意，所有和LCD 驅(qū)動復(fù)用的GPIO，在作為I/O 功能使用時， 其輸出模式為開漏，需要外接上拉電阻。

流量脈沖檢測

　　目前普遍采用雙干簧管進行流量檢測，其缺點是沒有霍爾傳感器穩(wěn)定。 但霍爾傳感器功耗相對要大，成本要高。 隨著成本的逐漸減低，將來霍爾傳感器有取代雙干簧管的趨勢。 雙干簧管把流量信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號， 因此利用I/O 口可以很方便地檢測流量脈沖信號。 為了降低功耗， 檢測電路的電源通過IO 口進行控制。 由于氣/水表的流量脈沖信號之間的間隔比較長， 因此可以采用定時查詢來計數(shù)脈沖個數(shù)， 也可以接到鍵盤中斷口利用中斷方式檢測。

　　由于LL16 具有超低功耗， 內(nèi)置LCD 驅(qū)動及豐富的外圍接口， 性價比高等特點， 因此非常適合于在水表氣表中的設(shè)計應(yīng)用。在本參考設(shè)計中, 系統(tǒng)功耗在LCD常亮的狀態(tài)下, 大約為4.5uA。 在水表氣表設(shè)計中， 如何降低功耗，是設(shè)計中的要點。