2024年4月16日发(作者：詹密思)
电子电路网（）
超低功耗倾角测量仪电路设计
该超低功耗倾角测量仪以TI公司的低功耗单片机MSP430G2553为控制核心，利用高精
度三轴加速度传感器MMA8452测量倾角，使用低功耗段码液晶显示结果。充电装置采用
TI公司的TPS61040芯片和TPS61070芯片构成两级BOOST升压电路为电容充电。主
系统供电采用TI公司的TPS54331芯片构成BUCK降压电路，在轻载条件下仍具有较高
电源效率。为进一步实现系统的低功耗运行，每次测量后，测量仪进入低功耗待机模式，液
晶屏可保持显示上次的测量结果。该仪器实现了角度测量误差在±0.7度以内，重力加速度
测量误差在±2%以内的精度。在使用2200uF电容为仪器供电时，可工作3分钟；使用100uF
电容供电时工作时间可达20秒。
1.引言
本超低功耗倾角测量仪的设计中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、
TPS61040和TPS54331等器件和加速度传感器，实现了超低功耗高精度角度测量仪的制
作。首先，我们使用MSP430单片机，此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内
资源丰富等优点，而且具有超低功耗和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA
左右，当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗和控制运算的需
求。在实际使用中，我们让它工作在2.5V,省电模式下RAM数据保持在低功耗模式，消耗
电流仅0.1μA.
其次，设计中还使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST
升压电路，相对于反激式升压电路相比，该方案不但效率高，而且有利于降低电源损耗。
在选择降压电路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当
25V将至2.5V时普通的线性降压芯片效率只有10%,但是这块芯片在轻载情况下效率也
可达到30%以上，而且功耗低。此次设计中，主要使用TI的芯片，性能很好，对制作的
实现起到了促进作用。
2.方案设计与论证
本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量，并保证精度达到±1度以内，用2200uF
电容供电，在工作情况下能持续工作60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。
2.1控制系统的比较与选择
方案一：采用DSP,具有高精度，运算速度快的优点，但DSP功耗高，不满足本设计
低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD,这款单片机价格便宜，但是运算速度比较慢，功
耗大，不符合本设计的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430单片机为控制系统。此单片机不仅具有运算速度快的
特点而且具有间歇工作的优势。在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流
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在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
综上论证选取方案三。
2.2测角传感器比较与选择
方案一：MMA7455,它是10位精度三轴数字加速度传感器，具有I2C,SPI通信接口，
但是测量结果偏差较大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度传感器，此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机
加速度传感器，具有体积小，重量轻和丰富嵌入式的特点，可以减少整体功耗，有利于实
现系统的超低功耗运行。此传感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的优点，而且能
够返回数字信号，有利于信号采集与功能实现。
综上论证选取方案二。
2.3供电降压电路选择
方案一：用7805组成线性降压电路。
选用7805虽然能将电压降到要求值，但是，7805的工作原理就是将额外的压降加
在了芯片上，当电压由25V降到5V时，7805会严重发热，功耗很大，在超低功耗下很难
工作。
方案二：用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成
了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到3.3v的稳压。用此芯片实现的开关型
BUCK降压电路功能，比功耗小，效率也高。
综上论证选择方案二。
2.4充电升压电路选择
方案一：用反激击式升压电路，此电路虽然实现输入输出隔离，但是此方案工作效率低，
功耗大，不利于1.5v蓄电池长期使用。且反激式电路需绕制高频变压器，占用空间较大，
不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级boost升压电路，相对
反激式升压电路相比，该方案效率高，易于低功耗设计的实现。
综上论证选择方案二。
2.5系统总体结构设计
通过以上方案选取我们的系统总体结构为通过boost升压电路，将1.5V电压升到充电
电压25V给电容充电。用充好电的电容通过BUCK电路降压对测量仪进行供电，通过测试
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超低功耗倾角测量仪电路设计
该超低功耗倾角测量仪以TI公司的低功耗单片机MSP430G2553为控制核心，利用高精
度三轴加速度传感器MMA8452测量倾角，使用低功耗段码液晶显示结果。充电装置采用
TI公司的TPS61040芯片和TPS61070芯片构成两级BOOST升压电路为电容充电。主
系统供电采用TI公司的TPS54331芯片构成BUCK降压电路，在轻载条件下仍具有较高
电源效率。为进一步实现系统的低功耗运行，每次测量后，测量仪进入低功耗待机模式，液
晶屏可保持显示上次的测量结果。该仪器实现了角度测量误差在±0.7度以内，重力加速度
测量误差在±2%以内的精度。在使用2200uF电容为仪器供电时，可工作3分钟；使用100uF
电容供电时工作时间可达20秒。
1.引言
本超低功耗倾角测量仪的设计中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、
TPS61040和TPS54331等器件和加速度传感器，实现了超低功耗高精度角度测量仪的制
作。首先，我们使用MSP430单片机，此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内
资源丰富等优点，而且具有超低功耗和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA
左右，当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗和控制运算的需
求。在实际使用中，我们让它工作在2.5V,省电模式下RAM数据保持在低功耗模式，消耗
电流仅0.1μA.
其次，设计中还使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST
升压电路，相对于反激式升压电路相比，该方案不但效率高，而且有利于降低电源损耗。
在选择降压电路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当
25V将至2.5V时普通的线性降压芯片效率只有10%,但是这块芯片在轻载情况下效率也
可达到30%以上，而且功耗低。此次设计中，主要使用TI的芯片，性能很好，对制作的
实现起到了促进作用。
2.方案设计与论证
本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量，并保证精度达到±1度以内，用2200uF
电容供电，在工作情况下能持续工作60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。
2.1控制系统的比较与选择
方案一：采用DSP,具有高精度，运算速度快的优点，但DSP功耗高，不满足本设计
低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD,这款单片机价格便宜，但是运算速度比较慢，功
耗大，不符合本设计的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430单片机为控制系统。此单片机不仅具有运算速度快的
特点而且具有间歇工作的优势。在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流
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在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
综上论证选取方案三。
2.2测角传感器比较与选择
方案一：MMA7455,它是10位精度三轴数字加速度传感器，具有I2C,SPI通信接口，
但是测量结果偏差较大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度传感器，此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机
加速度传感器，具有体积小，重量轻和丰富嵌入式的特点，可以减少整体功耗，有利于实
现系统的超低功耗运行。此传感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的优点，而且能
够返回数字信号，有利于信号采集与功能实现。
综上论证选取方案二。
2.3供电降压电路选择
方案一：用7805组成线性降压电路。
选用7805虽然能将电压降到要求值，但是，7805的工作原理就是将额外的压降加
在了芯片上，当电压由25V降到5V时，7805会严重发热，功耗很大，在超低功耗下很难
工作。
方案二：用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成
了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到3.3v的稳压。用此芯片实现的开关型
BUCK降压电路功能，比功耗小，效率也高。
综上论证选择方案二。
2.4充电升压电路选择
方案一：用反激击式升压电路，此电路虽然实现输入输出隔离，但是此方案工作效率低，
功耗大，不利于1.5v蓄电池长期使用。且反激式电路需绕制高频变压器，占用空间较大，
不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级boost升压电路，相对
反激式升压电路相比，该方案效率高，易于低功耗设计的实现。
综上论证选择方案二。
2.5系统总体结构设计
通过以上方案选取我们的系统总体结构为通过boost升压电路，将1.5V电压升到充电
电压25V给电容充电。用充好电的电容通过BUCK电路降压对测量仪进行供电，通过测试
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