MC908LL16的主要功能
MC908LL16 是 Freescale 基于HCS08 核的8 位单片机。具有极低功耗，内置LCD 驱动及丰富的外围接口。LL16 的主要特性如下：
• 低工作电压1.8V-3.6V
• 最大总线频率10MHz
• 内置琐频环电路FLL
• 16K FLASH程序空间
• 2K字节RAM
• 2个16位定时器
• 实时时钟计数器 TOD
• 8路12位A/D
• 模拟比较器
• 内置LCD驱动，可配置为8*24 或4*28模式
• 1个外部中断和8个外部键盘中断KBI
• 内部RC振荡器的看门狗
• 低电压检测电路LVI
• 1个SPI，I2C，SCI
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，单片机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。下图为LL16各种模式下的电流参数表：
从表中看出， 睡眠3(STOP3 )模式的电流为 400nA， 睡眠2(STOP2 )模式的电流为 350nA。由于STOP2 与STOP3功耗相差不大，但是STOP2下可以保持工作的外设很少，并且从STOP2唤醒的条件严格得多，从STOP2唤醒后，程序也会从复位处重新执行，且所有寄存器设置会回到默认状态，在实际应用中没有STOP3模式方便, 因此建议采用STOP3模式。
在水表气表中的应用中， 进入睡眠时， LCD屏需要常亮， 外部32.768 kHz的晶振不能停振，因为TOD模块采用外部32.768 kHz的晶振作为时钟源实现软时钟。 把这些模块的功耗考虑进去， 那么进入睡眠状态时， LCD常亮， TOD模块工作（定时唤醒 MCU ），外部32.768 kHz的晶振工作， MCU本身的功耗仅为2uA左右。
另外有一个参数对系统功耗的影响也非常重要， 即从睡眠模式唤醒的时间。 唤醒时间越短越好， 因为唤醒的过程中， 功耗会比较大。 LL16从睡眠3（STOP3 ）模式唤醒的时间非常短， 只有6uS， 大大低于业界的大部分同类产品。
下面将以LL16在预付费IC卡气表中的应用为例， 介绍各模块的使用。
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卡工作电压有5V或3V的，如果采用工作电压为5V的IC卡， 电池电压需经另一LDO降压到5V供给IC卡。
在水表普遍采用锂电池供电, 锂电池电压可以不需需经LDO降压直接供给MCU,因为LL16工作电压范围为1.8V-3.6V.
晶振电路
LL16内部有琐频环电路(FLL)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%（±2%为全温度范围的最大误差。常温下该精度为±0.2%）。 由于在大部分设计中使用软时钟而省去外部的专用RTC芯片以节省时间成本, 所以选择外接32.768k的晶振，以保证时钟的精度。时钟模块的初始化程序如下：
void ICS_init(void)
{
ICSC1 = 0x00;
ICSC2 = 0x47;
ICSSC_DRST_DRS=0;
while((ICSSC & 0xC0) != 0x00) { }
}
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。LL16的FLASH可以自我擦写,可以用来模拟EEPROM. 需要注意的是LL16 FLASH的擦写次数有限，常温下为10万次. 如果需要更多的擦写次数, 需要外接EEPROM。下面以外接24LC64为例介绍它的接口应用， 硬件接口电路如下：
为了降
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低功耗， 24LC64的电源通过I/O口 PTB6控制。当需要读写24LC64时，PTB6输出高电平， 给24LC64供电，否则输出低电平， 关闭24LC64的电源。
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。 这里以SLE4442为例，介绍IC卡如何与LL16进行接口及操作。SLE4442内置256字， 具有写保护和安全代码可编程等特点。 由于LL16工作在3V, 如果采用5V工作的SLE4442，需要电平转换。下图为LL16 与5V工作的SLE4442的接口电路图, 如果采用3V工作的SLE442卡, 则可省去电平转换电路。
PTA1，A2与数据线DATA相连， PTA0与时钟线CLK相连， PTC7与复位脚RST相连。 PTA3控制SLE4442的电源。 对SLE4442的操作主要包括读写SLE4442的主存储器， 保护区存储器和安全区存储器。 对SLE4442写操作之前，必须先进行安全认证。 如果连续三次认证失败， 则IC卡被作废， 再也无法使用。PTA5，A4用于插卡检测， 检测IC卡是否插入卡座。 可以采用定时查询的方式或中断方式。
下面以读主存储器起始地址为0x20的3个字节为例说明它的编程：
/************* main function ************/
void main (void)
{
unsigned char buffer[3];
//read main memory at address 0x20. 21, 22, and stored at buffer
Read_4442_main_memory(0x20, 3, buffer);
}
// read main memory function
void Read_4442_main_memory(unsigned char Address, unsigned char number, unsigned
char *data)
{
unsigned char command[3];
command[0] = 0x30;
command[1] = Address;
send_SLE4442_Command(command);
send_SLE4442_Data(number, data);
}
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。
本文关键字：水表 嵌入式系统-技术，单片机-工控设备 - 嵌入式系统-技术
