MSP430x09x 系列 MCU 在电动剃须刀中的应用

4    系统硬件设计

4.1    MCU 引脚分配


图3 MCU 引脚分配

本系统的引脚分配如上图所示，可以看出MSP430x09x 系列各引脚复用，可供用户合理分配相应功能，使设计简便灵活。本系统中使用了通用I/O,SPI,TA0,TA1,A-Pool，BOOST 等功能。

4.2    外部存储部分


图4 外扩EEPROM 存储模块

上图为EEPROM模块和由分立元件构成的BOOST 升压电路，工作原理在此不再赘述。在开机阶段，MSP430L092 需与EEPROM通过SPI 通信将程序载入到RAM中，期间由P1.2 脚控制升压电路工作，输出供EEPROM工作的3V 电压，该部分代码无需用户编写，已固化在IDE 中。

4.3    充电电路控制模块


图 5充电控制电路

上图为系统充电控制模块。系统外部上电，系统进入充电模式，MCU 得电运行，CHARGE_IN 处低电平，MCU 进入充电模式，通过AD 采样电池电压，判断充饱后切换充电电路进入涓流充电模式，防止电池过充。同时检测电池电压，待电池低于1.45V 时再次切换进入充电模式。MSP430x09x 系列特有的模拟功能池的ADC 模块支持RAMP 和SAR 两种AD 采样模式，其中RAMP 模式下还可将AD 模块设定在不同的误差补偿模式下，以提高采样精度，详情请参考MSP430x09x User’s Guide。

4.4    按键自锁部分


图 6系统自锁电路

上图为系统按键自锁电路。按下按键，MCU 得电运行，判断进入工作模式，开机自锁，按键松开系统仍能正常运行；再次按键，切换工作模式；再按键，系统解除自锁，关机。另外，MCU 通过A-Pool定期检测电池电压，在电池电压低于1V 时，切断工作电路，防止欠压工作时对电池造成永久损伤，影响电池寿命。MCU 还通过配置A-Pool 检测系统温度，超过正常工作范围，则切断电路。

4.5    电路驱动部分


图 7直流电机驱动电路

系统的直流电机模块如图7 所示，作为单电池系统，为了保证系统在电池较低电压下也能正常工作，系统选择工作电压0.9V 的直流电机以及MOSFET，使整个系统更加节能，运行更持久。由于一些低压的MOSFET 额定电流较小，单个无法满足直流电机性能的要求，故将有时需将两个MOSFET 并联，增大工作电流的同时，减少了在MOSFET 上的压降。本设计中MOSFET 分别选用了ROHM 公司的RYU002N05(2个并联)和VISHAY 公司的Si2342DS(单个) ，都能够使系统正常工作。

5    系统软件设计

本系统软件部分主要需实现主程序主循环，初始化，外部存储通信，电池充电控制，按键处理，LED 指示，直流电机驱动控制，电压采样，温度采样，睡眠唤醒功能等。系统通过两种方式得电启动工作：系统充电与按键开机。得电后L092 从EEPROM 中载入程序，开始正常运行，判断工作模式。系统充电时，系统工作是定期检测电池充电电压，根据电池特性，待检测到电池充满电后，进入涓流充电模式，防止电池过充，对电池造成损伤，待电池电压低于1.45V 时，再次进入充电模式。正常使用时，按键开机则进入正常工作模式，系统自锁，保证放开按键正常工作，系统输出PWM 控制电机运行，并通过按键改变切换工作模式，继续按键，解除自锁，系统关机。另外，系统正常工作时，通过ADC 模块定时检测电池电压，低于一定电压后禁止系统继续工作，防止欠压时工作给充电电池带来的永久性损伤。同时MCU 需记录前后电池电压值。因为电机堵转时，电池电压会有较大跳变，结合记录电池电压值，通过这个特征来判断电机是否堵转，堵转则立即关闭系统。ADC 采样电池电压后，再配置A-Pool 进行系统温度采样，判断工作温度是否在正常范围内，不正常则立即关闭系统。整个系统通过输入口以及各中断处理程序设置系统工作状态值，在程序大循环中根据不同状态值，开启相应功能模块。


图 8系统软件流程图

6    总结

本文主要介绍了TI 新推出的0.9V 工作电压的MSP430x09x 系列MCU 在真正单电池供电系统中的应用。MSP430x09x 系列继承了MSP430 系列单片机低功耗，外设丰富，设计简单等优势，并开创性的集成了能够实现ADC、DAC、比较器、系统电压监控器以及温度传感器的模拟功能池。本文主要阐述了以MSP430x09x 为核心，通过使用其部分片上资源设计完成的电动剃须刀的软硬件结构并对该系列MCU 做了简单介绍。从中可见，MSP430x09x 系列MCU 功能强大，适合广泛应用于电动剃须刀、电动牙刷、玩具、电子汽车香水座以及安全设备等各种应用中，具有很好的实用价值和广阔的应用前景。

参考文档

1. MSP430x09x Family User’s Guide (SLAU321)
2. MSP430L092,MSP430C09x Mixed Signal Microcontroller (SLAS673)
3. MSP430x09x Analog Pool: Feature Set and Advanced Use (SLAA475)