A／D模数转换器在很多微处理器系统中是必需的，对于内部没有集成A／D模块的某些MSP430单片机，利用其片内集成的比较器和定时器；采用Slope(斜边)A／D实现信号的数字化。本文利用MSP430F413内部集成的比较器和定时器实现SlopeA／D转换，通过测量外部热敏电阻阻值的方法实现超低功耗温度控制仪的设计，同时将获得的温度值和设定值进行比较来点亮LED，表示所操作的状态，最后对系统功耗进行评估和分析。

　　SlopeA／D原理

      SlopeA/D技术是利用比较器而不是标准的ADC模块实现A/D转换，通过对已知容量的电容进行充、放电，记录电容放电时间，然后计算出实际的电压值达到对电压数字化。可以通过测量具有变化阻抗元件如热敏电阻进行电压数字化，若电阻不变则电压和放电时间存在V-T指数函数关系，也可以进行电阻数字化，电压不变则电阻和放电时间存在线性关系，而微控制器完成线性关系转换比计算V—T指数函数关系转换更容易，本文采用后一种方法。

　　MCU通过SIopeA/D转换测量阻抗的电路原理图如下图所示，

通过被测电阻Rsens和参考电阻Rref对电容进行放电，测量两者放电时间得出两者关系，具体测量方法如下：

　　测量Rsens阻值，首先将P1．4口置为高电平，对电容Cm进行充电，定时器TAR开始计时，然后将P1．4口置为低电平，电容Cm通过电阻Rsens放电，当电容电压降到比较器参考电压Vcaref时，比较器输出端(CAOUT)跳变，同时捕捉定时器TAR值并保存到寄存器CCR1中，该值即为被测电阻Rsens的放电时间tsens，同理对电阻Rref重复以上过程，得出参考电阻的放电时间tref，两种放电情况下Vcaref值不变，计算出唯一的未知量Rsen，大多数利用SlopeA／D测量阻值的方案都采用该方法，比指数运算计算量小且精度高。

　　温控仪原理以MSP430F413微控制器的DEMO板为例，结合上述介绍的阻值测量方法实现超低功耗温控仪。首先热敏电阻的阻值通过SlopeA/D转换得到，查表获得环境温度，MCU通过设置按键改变不同工作模式和设定温度值，再根据不同工作模式驱动LCD显示当前温度、设定温度及设定时间等值。

　　硬件设计温控仪的原理框图和原理图分别如下图所示，

包括MSP430F413、LCD显示、实时时钟和设置按键输入，由中断触发主循环每秒运行一次，执行完毕后进入LPM3模式实现系统超低功耗。

　　工作模式MCU的DEMO板设置有两个按键，一个“模式”按键切换不同的工作模式，另一个“设置”按键实现不同工作模式下的某些功能设置。

　　1．模式按键(MODE_KEY)每按一次MODE_KEY键，显示当前工作模式的内容，从模式1到模式8按下面的顺序工作：

　　模式1显示当前温度值(默认的显示状态)，LCD显示采样的当前温度，DEMO板华氏温度测量范围为60~95F，摄氏温度测量范围为14～50℃，如果测量时超出范围值或传感器出现短路、断路，LCD上显示测温溢出提示符“---”标志，如果当前温度值低于设定温度值，LED控制指示灯点亮。

　　模式2设置目标温度，显示用户设定的目标温度，LCD以O．5s的频率闪烁，通过“SET_KEY”按键设置设定温度值，每按一次“SET_KEY”键目标温度在调整范围内增加1F或1℃，同时将设定的温度值保存到MCU内部“InformationA”里。

　　模式3显示12制实时系统时钟(时、分)，此模式下如果没有“SET_KEY”或“MODE_KEY”键按下超过5s自动切换到模式1默认的显示状态下。

　　模式4设置系统时钟“分”，LCD显示系统时钟“分”，以O．5s的频率闪烁，通过设置“SET_KEY”键，每按一次系统时钟“分”，在调整范围内加1分钟。

　　模式5设置系统时钟“时”，LCD显示系统时钟“时”，以0．5s的频率闪烁，通过设置“SET_KEY”键，每按一次系统时钟“时”在调整范围内加1小时。

　　模式6显示系统时钟“秒”。

　　模式7测试低功耗状态A(LPM3+LCD显示)，进入此模式后系统关闭2s，定时测温处于LPM3模式，RTC时钟运行并定时刷新LCD显示，LCD显示“LPXX”，其中“LP”为低功耗，“XX”为时钟“秒”。

　　模式8测试低功耗状态B(LPM3)，进入此模式后系统关闭2s，定时测温，同时关闭LCD显示，仅RTC时钟运行系统处于LPM3模式下。

　　2．设置按键(SET_KEY)在模式2、模式4和模式5状态下，  “SET_KEY”键有效，用来调整当前模式的内容。模式2状态时每按一次“SET_KEY”键，温度增加1℃或1F，以℃为单位时在14-50℃范围内调整，以F为单位时在60~95F范围内调整：模式4状态时每按一次“SET_KEY”键，时钟“分”在0～59范围内调整增加1；模式5状态时每按一次“SET_KEY”键，时钟“时”在O-12范围内增加1。

　　中断和低功耗模式分配A-CLK为系统时钟源，为充分体现低功耗，程序要求分时工作的同时尽可能进入合理的睡眠模式，并利用中断模式唤醒。简单列举睡眠模式和中断唤醒：LPMO模式时5ms电容充电中断，LPM3模式时O．5s定时中断，20ms键盘消抖中断，放电检测中断；同时1s内可以分时完成如修改时钟、测量温度、修改显示、扫描键盘以及温度设定和时钟设定等工作。

　　温控仪的实物图如下图所示。

　　软件设计各中断服务程序及主程序流程图分别如下图所示。

　　功耗分析

系统功耗分析图如下图所示，

图中近似相等的时间和电流均用统一的状态标号，不同状态标号对应的电流值和意义如下表所示，

系统运行时主程序循环一次所消耗的功率值如下表所示，

其中电容，二极管和I／O口的漏电流忽略不计。