【TI首届低功耗设计大赛】【超低功耗码表】完结篇

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    作品终于告一段落了，虽然没有多少技术难度，不过在这个过程当中熟悉了FR系列单片机，熟悉了CCS开发环境，熟悉了TI的430代码库，还是很不错的。
    我的超低功耗码表原理很简单，用32768晶体作为ACLK时钟源，不分频，直接给定时器使用。单片机P1.3管脚用做外部中断，检测自行车的触发信号，市场上几乎所有的码表都用的干簧管加磁铁，这样可以保证系统的低功耗要求。干簧管配上少量外部电路就能产生方波信号。每接收到一次下降沿就证明车轮转了一圈，累加车轮周长就是路程，计算两次中断间的时间差就可以得到瞬时速度，总路程除以总时间就是平均速度。下面是估算过程：
    速度计算考虑到自行车触发频率不是很高，采用测周期法测频率误差小：
    触发频率估算：普通人平路上骑车最高速度40km/h下山冲刺可能加速到60~70km/h,再高就相当危险了，达到100km/h随时都可能丧命，普通人是不可能做到的。当速度为100km/h假设自行车轮胎为26英寸（约660.4mm），那么干簧管的触发频率为(100/3.6)*1000/660.4≈42Hz，即便速度达到200km/h，也只上升到84Hz左右，这对单片机来说是很低的频率了，
这时用周期法测频率最准确了。当人推车步行时一般为3km/h,触发频率大概为1.6Hz，非常慢的情况下1km/h(女生散步也比这快吧),频率降到0.5Hz，大概每2s触发一次。如果速度再低是不太可能的现象（没有人骑车或推车走这么慢）不过还是照顾下“叫真儿”的群众们，超过2s不触发，就当作速度为0处理。
    接下来是测量精度问题。周期法的特点是频率越低测量越精准，设速度为SPD(km/h)，显示精确到0.1km/h,定时器最小定时单位为 tick,则为了满足0.1km/h的精度，测量周期时精度要小于等于0.1/SPD:
                  tick                     0.1
      -----------------------   ≤  ---------  , 即：tick ≤ 42ms，用32768做定时器时钟源最小计数单位为30.5us，绝对够用，
      SPD x 1000 x    1             SPD
      3.6              660.4
同时，16位的计数器刚好能计量2s，作为低速溢出判断很合适。
      在管脚外部中断函数里判断定时器的状态：

1. void Port_1(void)
   
2. {
   
3.         uint16_t TimerA_counterValue;//暂存定时器计数值
   
4.         if(P1IFG&BIT3){
   
5.                                 TimerA_counterValue = Timer_A_getCounterValue(TIMER_A1_BASE);
   
6.                                 Timer_A_clear(TIMER_A1_BASE);
   
7.                         //如果计数为0，说明之前定时器处于关闭状态（刚好溢出的情况非常小，即便出现了忽略掉影响甚微），应当开启定时器
   
8.                                 if(TimerA_counterValue == 0){
   
9.                                         //开启定时器
   
10.                                         Timer_A_startCounter(TIMER_A1_BASE,TIMER_A_CONTINUOUS_MODE);
    
11.                                         ridingFlag = true;
    
12.                                         // 开启LED
    
13.                                         GPIO_setOutputHighOnPin(GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN0);
    
14.                                 }
    
15.                         //如果定时器值不等于0，说明这不是第一次进入该中断了，定时器里的值就是两次中断的时间差，开始计算相关参数
    
16.                                 else{
    
17.                                         ODO += WHEEL_SIZE;//总行程计数
    
18.                                         singalTrip.DST += WHEEL_SIZE;//单次行程计数
    
19. 
    
20.                         //                                      (WHEEL_SIZE/10^6) * 3600
    
21.                         //        SPD=    ----------------------------------------------= 779039.5392/n
    
22.                         //                                                                                    n
    
23.                         //                                                                         ----------
    
24.                         //                                                                         32768
    
25.                                         singalTrip.SPD = (uint16_t)(((uint32_t)77903954/TimerA_counterValue)/100); //单位：百米/小时
    
26.                                         //当首次开始计算时骑行时间为0s，无法计算平均速度，用此时的瞬时速度代替，防止出现分母为0的现象
    
27.                                         if(singalTrip.TM.totalSeconds == 0){
    
28.                                                 singalTrip.AVS = singalTrip.SPD;
    
29.                                         }
    
30.                                         else{//平均速度=骑行路程/骑行时间
    
31.                         //                                        (DST/10^6)*3600                                DST*0.0036                                  DST
    
32.                         //                                  ----------------------------- = -------------------------- =( ------------------- * 36 )/10000
    
33.                         //                                                 Seconds                                          Seconds                               Seconds
    
34. 
    
35.                                                 singalTrip.AVS = (uint16_t)(((singalTrip.DST/singalTrip.TM.totalSeconds)*36)/10000);
    
36.                                         }
    
37.                                 }
    
38.         }
    
39. 
    
40.         if(P1IFG&BIT1){         //清除单次骑行记录
    
41.                 singalTrip.AVS = 0;
    
42.                 singalTrip.DST = 0;
    
43.                 singalTrip.TM.totalSeconds = 0;
    
44.                 singalTrip.TM.Seconds = 0;
    
45.                 singalTrip.TM.Minutes = 0;
    
46.                 singalTrip.TM.Hours = 0;
    
47.         }
    
48. 
    
49.     P1IFG = 0;
    
50.     //    GPIO_clearInterruptFlag(GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN0+GPIO_PIN3);
    
51. }
    
52. 
    
53. <font size="4">定时器里要做的就简单多了：</font>
    
54. <div class="blockcode"><blockquote>void TIMER1_A1_ISR(void)//最长2s中断一次
    
55. {
    
56.     //Any access, read or write, of the TAIV register automatically resets the
    
57.     //highest "pending" interrupt flag
    
58.     switch(__even_in_range(TA1IV,14))  //0~14内TA1IV为偶数才进switch
    
59.     {
    
60.     case  0: break;                              //No interrupt
    
61.     case  2: break;                              //CCR1 not used
    
62.     case  4: break;                              //CCR2 not used
    
63.     case  6: break;                              //CCR3 not used
    
64.     case  8: break;                              //CCR4 not used
    
65.     case 10: break;                              //CCR5 not used
    
66.     case 12: break;                              //CCR6 not used
    
67.     case 14:
    
68.             //如果定时器溢出，说明用户没有在骑自行车，停止计算速度，关闭定时器
    
69.         timerA_OverFlowCnts++;//溢出一次加一次，相当于扩展成24位定时器
    
70.         Timer_A_stop (TIMER_A1_BASE);
    
71.         Timer_A_clear(TIMER_A1_BASE);
    
72.         ridingFlag = false;
    
73.         singalTrip.SPD = 0;
    
74.         // 关闭LED
    
75.         GPIO_setOutputLowOnPin(GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN0);
    
76. 
    
77.         break;
    
78.     default: break;
    
79.     }
    
80. }

复制代码

          定时器溢出，说明速度太慢，只是偶尔触发，并没有骑行，将速度归零，骑行标志复位。
          整个过程都是用中断来实现的，系统实时性强，但显示操作相对来说比较费时，不过它的实时性要求低，因此可以放到主循环里执行：
整过过程无需全程开启CPU，只在RTC时钟1s中断到来后唤醒CPU，显示一下就行了，平时进入LPM3休眠模式。

1. _Bool reflashFlag = true;//LCD刷新标志
   
2. void main(void) {
   
3.         SystemInit();
   
4.         while(1){
   
5.                 if(reflashFlag == true){
   
6.                                 DispRealTime(¤tTime);
   
7.                                 DispSpeed();
   
8.                                 reflashFlag = false;//刷新过了标志失效
   
9.                 }
   
10.                 __bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);
    
11.         }
    
12. }
    

复制代码

来看一下有方波信号和没方波信号时候的功耗差别吧，
有输入信号：

下面是无输入信号时候：

主要是因为有信号输入时每秒钟都会刷新一次LCD，刷新过程CPU全速运行。

      CCS6.0的功能还是很赞的，虽然速度上比不上IAR，但功能上超出了不少。
         回到正题，这个码表的创新点就是利用FRAM的非易失性，将要保存的变量定义在不用初始化的FRAM区，这样复位也好，掉电也好都不会对变量的值清零。我是看了一个老外发的帖子学来的：http://processors.wiki.ti.com/in ... Variables_Using_CCS
首先要修改下lnk_msp430fr5969.cmd文件，把原来的FRAM区域声明注释掉，重新开辟一个FRAM_VARS区域

1. MEMORY
   
2. {
   
3.     SFR                     : origin = 0x0000, length = 0x0010
   
4.     PERIPHERALS_8BIT        : origin = 0x0010, length = 0x00F0
   
5.     PERIPHERALS_16BIT       : origin = 0x0100, length = 0x0100
   
6.     RAM                     : origin = 0x1C00, length = 0x0800
   
7.     INFOA                   : origin = 0x1980, length = 0x0080
   
8.     INFOB                   : origin = 0x1900, length = 0x0080
   
9.     INFOC                   : origin = 0x1880, length = 0x0080
   
10.     INFOD                   : origin = 0x1800, length = 0x0080
    
11.     <font color="Red">//FRAM                    : origin = 0x4400, length = 0xBB80
    
12.     FRAM_VARS                                : origin = 0x4400, length = 0x0400 //1k byte
    
13.     FRAM                                        : origin = 0x4800, length = 0xB780</font>
    
14.     FRAM2                   : origin = 0x10000,length = 0x4000
    
15.     JTAGSIGNATURE           : origin = 0xFF80, length = 0x0004, fill = 0xFFFF
    
16.     BSLSIGNATURE            : origin = 0xFF84, length = 0x0004, fill = 0xFFFF
    
17.     IPESIGNATURE            : origin = 0xFF88, length = 0x0008, fill = 0xFFFF
    
18.     INT00                   : origin = 0xFF90, length = 0x0002
    
19.     INT01                   : origin = 0xFF92, length = 0x0002
    
20.     INT02                   : origin = 0xFF94, length = 0x0002

复制代码

将这个区域的性质定义成不用初始化，这样一来上电复位变量值就不会被清零了。

1.     .infoA     : {} > INFOA              /* MSP430 INFO FRAM  MEMORY SEGMENTS */
   
2.     .infoB     : {} > INFOB
   
3.     .infoC     : {} > INFOC
   
4.     .infoD     : {} > INFOD
   
5. 
   
6.         <font color="Red">.fram_vars : {} > FRAM_VARS type=NOINIT</font>

复制代码

最后是定义变量了，一定要区分开是定义在SRAM中的变量还是定义在FRAM_VARS区中的变量。所以像平常那样声明是不行的。
IAR可以用__no_init关键字，但CCS里没有类似的关键字，好像只能修改 .cmd 文件开辟一个NOINIT空间来实现，然后在代码中这样声明

1. <font color="Red">#pragma SET_DATA_SECTION(".fram_vars")</font>
   
2. Calendar currentTime; //当前系统时间
   
3. 
   
4. _Bool ridingFlag = false; //用户是否在骑行
   
5. unsigned char timerA_OverFlowCnts = 0; //记录TimerA溢出次数
   
6. singalTripData singalTrip; //单次骑行数据
   
7. uint64_t ODO;   //总行驶路程,单位0.1mm（因为轮胎外径精确到0.5mm）
   
8. <font color="Red">#pragma SET_DATA_SECTION()</font>

复制代码

把你要放在不用初始化的FRAM区域的变量包含在两条红色语句中就行了。个人感觉没有IAR的关键字方便。还有一个不方便的地方就是CCS没有@Address功能，不能在定义变量时就直接给定绝对地址（或许有但我没找到）。
         下面附上视频

由于其电路和原理简单，就没必要画原理图和PCB了
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