【应用】内置LCD 驱动器的低功耗MCU助力带移动电源功能的PM2.5检测仪
带移动电源功能的PM2.5 检测仪有两种功能：一种是PM2.5浓度检测功能，随时随地掌握PM2.5 浓度值，指导我们的活动，有助于身体健康；另一种是集供电和充电功能于一体的移动电源功能，可以给手机等数码设备随时随地充电，一般由锂电芯作为储电单元，使用方便快捷。本文阐述了一种基于瑞萨公司低功耗、内置LCD 驱动器的单片机R7F0C001的带移动电源功能的PM2.5检测仪解决方案。
R7F0C001低功耗微控制器介绍
RENESAS的R7F0C001微控制器采用了RL78 内核，在同类产品中实现了以最低功耗实现高处理性能，同时内置了液晶显示屏(LCD)驱动器。R7F0C001低功耗MCU不仅拥有RL78/G13系列的高精度(±1%)片上振荡器、24 MHz工作频率的CPU，以及其他标准内置功能，还配备了内置的超低功耗LCD电路(内部升压方式下0.63uA)，与之前产品相比驱动LCD时可以减小 30%的工作电流。R7F0C001作为RL78/L12系列下的一款低功耗微控制器支持多达280 LCD段的多像素屏，有三种LCD驱动电压生成方式 (内部升压/电容分割/外部电阻分割)。除此之外，该产品支持遥控载波输出功能，广泛应用于带LCD 的遥控器、智能仪表、便携式家用电器、医疗保健等消费类应用中。
R7F0C001低功耗微控制器关键特性：
1. 低功耗模式
· VDD=1.6～5.5V的单电源
· 待机功能：HALT、STOP、SNOOZE 模式
2. RL78 CPU 内核
· 最短指令执行时间：能更改高速（0.04167 μs @ 24 MHz 运行）到超低速（30.5 μs @ 32.768 kHz 副系统时钟运行）
· 通用寄存器：：8 位×32 个寄存器
· ROM：16 KB，RAM：1KB，数据闪存：2 KB
3. 内置±1%精度的高速振荡器
· 可选高速片上振荡器时钟：24/16/12/8/6/4/3/2/1 MHz（典型值）
4. 内置看门狗定时器（能以低速内部振荡器时钟运行）
5. 宽工作环境温度范围
· TA=-40～+85°C
6. 电源管理和服务功能
· 内置上电复位（POR）电路和电压检测电路（LVD）
7. 功能模块：
·定时器：
16 位定时器： 6 个通道（有遥控输出功能）
看门狗定时器： 1 个通道
实时时钟： 1 个通道
12 位间隔定时器： 1 个通道·串行接口
CSI：2通道
UART：1通道
·A/D转换器
8/10 位分辨率 A/D 转换器：9~10 通道
·LCD 控制器/驱动器（能进行内部升压、电容分割和外部电阻分割切换）
·输入/输出端口：33 个（N-ch 漏极开路：2 个）
带移动电源功能的PM2.5 检测仪演示板的硬件电路板如图1所示，是一个集储电，升压，充电管理，放电管理，PM2.5 检测于一体的便携式设备。
图1 带移动电源功能的PM2.5 检测仪演示板
带移动电源功能的PM2.5 检测仪演示板由输入充电控制电路，放电控制电路，电池保护电路，微粒传感器控制电路，LCD 显示控制电路，EEPROM 控制电路和主控MCU 等组成，其原理框图如图2所示。
图2 带移动电源功能的PM2.5 检测仪演示板工作原理框图
带移动电源功能的PM2.5 检测仪演示板硬件结构框图如图3所示。
图3 带移动电源功能的PM2.5 检测仪硬件结构框图
R7F0C001低功耗微控制器的外围功能分配及用途如表1所示。
表1 主控MCU 的外围功能分配及用途
系统供电电路如图4示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪采用NCP1450A 升压芯片将电池电压升压到5V 给MCU 和其它芯片供电。
图4 系统供电电路
电池充电控制电路及过温保护电路如图5所示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪使采用ME4057 作为充电管理芯片，将充电过程分为涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电四个部分，使便携式电源能够最大程度地储备电量。
图5 电池充电电路及过温保护电路
电池电压检测电路如图6所示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪使用R7F0C001 的ANI0（BAT_ANI）管脚检测电池电压，用于监控和计算电池的电量。
图6电池电压检测电路
电池放电控制电路如图7所示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪使用移动电源同步升压IC（G2116）配合电感做DC-DC 升压电路，将电池电压放大为5V 电压。
图7 电池放电电路
电池保护电路如图8所示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪使用保护IC（DW01+）配合MOSFET（8205A）做电池的保护电路，该保护电路拥有过放保护，过充保护，过流保护，短路保护的功能。
图8 电池保护电路电路
微粒传感器控制电路如图9所示，带移动电源功能的PM2.5 检测仪使用了GP2Y1010AU 微粒传感器。GP2Y1010AU 是一款光学微粒传感器，设计用来感应空气中的尘埃粒子，其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到。
图9微粒传感器控制电路
EEPROM 接口控制电路如图10所示，传感器计算的过程中需要一个补偿值，所以使用了一个EEPROM 存储设备来保存补偿值。带移动电源功能的PM2.5 检测仪选择了一个IIC 接口的EEPROM 芯片AT24C64A。
图10 EEPROM 接口控制电路
LCD 显示屏控制电路如图11所示，显示部分由4 位10 段LCD 完成。R7F0C001 单片机装载有4~8 个COM 引脚，22~26 个SEG 引脚，可以独立完成LCD 的驱动控制。
图11 LCD 显示屏控制电路
另外，本应用方案还提供了详细的软件设计，主程序流程图如图12所示。其他模块流程图请参考手册。
图12 主程序流程图
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