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(多图) MSP430系统应用结构设计与选型

来源:单片机与嵌入式系统应用?? 2007年10月16日 ?? 收藏0

  1 MSP430简介

  MSP430是TI公司推出的16位单片机系列产品,在电池供电的低功耗应用中具有独特的优势。其工作电压为1.8~3.6 V,正常工作时功耗可控制在200μA左右,低功耗模式可实现2μA甚至O.1μA的低功耗。MSP430系列单片机作为性能优异的MCU在中国已经得到了广泛的应用。MSP430具有高集成度,通常在单个芯片上集成了12位的A/D转换器、比较器、多个定时器,以及片内USART、看门狗、片内DCO等。一般单片就可满足大多数的应用需要。

  MSP430单片机的程序存储器是Flash存储器,并且支持JTAG在线编程,可以方便地实现程序的下载、仿真、调试和升级。

  目前整合性最好的MSP430F44X系列,具有60 KB程序存储(可记录数据),2 KB片内RAM,6个I/O端口(P1和P2具有中断能力),160段液晶驱动,2个串行端口,4个定时器(其中TB带有7个捕获/比较器,包括看门狗),模拟比较器,硬件乘法器,8路12位A/D转换器,频率调整电路FLL+以及系统复位SVS模块等。而基本型的 MSP430F1101 和MSP430C1101只有1 KB程序存储、128字节片内RAM、模拟比较器和2个定时器等。

  MSP430F44X与MSP430F11X在硬件结构上、在系统整合上存在较大差异;MSP430F41X与MSP430F11X的差异不是很大。但这3系列芯片的价格由几元到数十元不等,那么如何选择系统芯片呢?以3种芯片为例,其系统功能框图分别如图1、图2、图3所示。

系统功能框图

系统功能框图

系统功能框图

  2 常用的MSP430应用系统的设计方案

  在图4所示系统中,有模拟输入、脉冲采集、日历时钟、液晶显示、键盘操作和外围设备控制等。可采用以下几种方案进行MSP430的选型

常用的MSP430应用系统

  (1)选用MSP430F44X系列

  这个方案设计最简单,因为目前MSP430F44X系列芯片是集成度最高的。该系列任何一款芯片都能胜任(一般程序字节不会大于32 KB)。

  (2)选用MSP430F41X系列

  如果程序在8 KB范围以内,那么这是一种较好的方案。MSP430F41X系列虽然不能直接进行A/D转换,但整个系统价格适中。

  (3)选用MSP430F11XX系列

  该系列芯片不能直接驱动液晶,且程序量较小,也没有直接的A/D转换能力。与前两种方案相比,这是明显的不足,但其价格是最低的。

  在这3种方案中,如果对生产成本要求不高,则第1种方案最好;如果要考虑批量的生产成本,则第3种方案最好,性价比最高。如果使用MSP430F1121A,则批量报价不到9元,适合于大批量生产、成本敏感的产品,可得到最高的性价比。但第3种方案存在很多问题,有待解决。

  3 高性价比的MSP430应用系统解决方法

  图4是较为经典的MSP430应用系统框图。如果使用最经济的MSP430系列器件MSP430F11XX系列,则要解决5个问题:模/数转换问题、液晶显示问题、程序量小的问题、日历时钟的程序化问题及串行通信问题。

  3.1模/数转换问题解决方案

  MSP430F11XX系列单片机片内有模拟比较器Comparator_A和功能强大的定时器Time_A,可以构成斜率(Slope)A/D转换,实现从模拟到数字的转换。具体原理如图5所示(这里以电阻模拟量到数字量的转换为例)。

  在图5中,Rref、Rmeas分别为标准的参考电阻和被测量的电阻,电容ca0起充放电作用。比较器的输出CAOUT用于驱动定时器捕获的发生。MSP430内部的模拟比较器能产生用于比较的模拟电压(关闭内部参考电压,使用外部参考电压O.25Vcc、O.5Vcc和二极管管压降)。比较器负端选择O.25Vcc。

斜率

  首先,标准电阻Rref对电容CAO充电到VCC,再通过参考电阻Rref放电,同时记录定时器值T1;当电容放电到O.5Vcc时,比较器产生输出,CAOUT触发定时器产生捕获动作,将定时器值T2读出。其次,使用被测量电阻Rmeas对电容充电到Vcc,再通过Rmeas放电,同时读取定时器值T3;当电容放电到0.5Vcc时,比较器输出信号再次捕获定时器数据T4,则在电容放电的线性区域可以得到被测量电阻的阻值:

公式

  对其他电压等物理量的测量也可采用此办法。


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MSP430? 结构设计? 选型?

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