MC9S08LL16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：



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。