MSP430系統(tǒng)應用結(jié)構(gòu)設計與選型

1、msp430系統(tǒng)應用結(jié)構(gòu)設計與選型1 簡介msp430是ti公司推出的16位系列產(chǎn)品，在電池供電的低功耗應用中具有獨特的優(yōu)勢。其工作為1.83.6 v，正常工作時功耗可控制在200a左右，低功耗模式可實現(xiàn)2a甚至o.1a的低功耗。msp430系列單片機作為性能優(yōu)異的在中國已經(jīng)得到了廣泛的應用。msp430具有高集成度，通常在單個芯片上集成了12位的a/d轉(zhuǎn)換器、多個定時器，以及片內(nèi)usart、片內(nèi)dco等。普通單片就可滿足大多數(shù)的應用需要。msp430單片機的程序存儲器是flash存儲器，并且支持jtag在線編程，可以便利地實現(xiàn)程序的下載、調(diào)試和升級。目前整合性最好的msp430f44x系列，

2、具有60 kb程序存儲(可記錄數(shù)據(jù))，2kb片內(nèi)ram，6個i/o端口(p1和p2具有中斷能力)，160段液晶驅(qū)動，2個串行端口，4個定時器(其中tb帶有7個捕捉/比較器，包括看門狗)，模擬比較器，硬件乘法器，8路12位a/d轉(zhuǎn)換器，頻率調(diào)節(jié)fll+以及系統(tǒng)復位svs模塊等。而基本型的 msp430f1101和msp430c1101惟獨1 kb程序存儲、128字節(jié)片內(nèi)ram、模擬比較器和2個定時器等。msp430f44x與msp430f11x在硬件結(jié)構(gòu)上、在系統(tǒng)整合上存在較大差異;msp430f41x與msp430f11x的差異不是很大。但這3系列芯片的價格由幾元到數(shù)十元不等，那么如何挑選系統(tǒng)

3、芯片呢?以3種芯片為例，其系統(tǒng)功能框圖分離1、圖2、圖3所示。2 常用的msp430應用系統(tǒng)的設計計劃在圖4所示系統(tǒng)中，有模擬輸入、脈沖采集、日歷時鐘、液晶顯示、鍵盤操作和外圍設備控制等?？刹杉{以下幾種計劃舉行msp430的選型。(1)選用msp430f44x系列這個計劃設計最容易，由于目前msp430f44x系列芯片是集成度最高的。該系列任何一款芯片都能勝任(普通程序字節(jié)不會大于32 kb)。(2)選用msp430f41x系列假如程序在8 kb范圍以內(nèi)，那么這是一種較好的計劃。msp430f41x系列雖然不能挺直舉行a/d轉(zhuǎn)換，但囫圇系統(tǒng)價格適中。(3)選用msp430f11xx系列該系列芯

4、片不能挺直驅(qū)動液晶，且程序量較小，也沒有挺直的a/d轉(zhuǎn)換能力。與前兩種計劃相比，這是顯然的不足，但其價格是最低的。在這3種計劃中，假如對生產(chǎn)成本要求不高，則第1種計劃最好;假如要考慮批量的生產(chǎn)成本，則第3種計劃最好，性價比最高。假如用法msp430f1121a，則批量報價不到9元，適合于大批量生產(chǎn)、成本敏感的產(chǎn)品，可得到最高的性價比。但第3種計劃存在無數(shù)問題，有待解決。3 高性價比的msp430應用系統(tǒng)解決辦法圖4是較為經(jīng)典的msp430應用系統(tǒng)框圖。假如用法最經(jīng)濟的msp430系列器件msp430f11xx系列，則要解決5個問題：模/數(shù)轉(zhuǎn)換問題、液晶顯示問題、程序量小的問題、日歷時鐘的程序化

5、問題及串行通信問題。3.1模/數(shù)轉(zhuǎn)換問題解決計劃msp430f11xx系列單片機片內(nèi)有模擬比較器comparator_a和功能強大的定時器time_a，可以構(gòu)成斜率(slope)a/d轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。詳細原理5所示(這里以模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換為例)。在圖5中，rref、rmeas分離為標準的參考電阻和被測量的電阻，ca0起充放電作用。比較器的輸出caout用于驅(qū)動定時器捕捉的發(fā)生。msp430內(nèi)部的模擬比較器能產(chǎn)生用于比較的模擬電壓(關(guān)閉內(nèi)部參考電壓，用法外部參考電壓o.25vcc、o.5vcc和管壓降)。比較器負端挑選o.25vcc。首先，標準電阻rref對電容cao充電到vc

6、c，再通過參考電阻rref放電，同時記錄定時器值t1;當電容放電到o.5vcc時，比較器產(chǎn)生輸出，caout觸發(fā)定時器產(chǎn)生捕捉動作，將定時器值t2讀出。第二，用法被測量電阻rmeas對電容充電到vcc，再通過rmeas放電，同時讀取定時器值t3;當電容放電到0.5vcc時，比較器輸出信號再次捕捉定時器數(shù)據(jù)t4，則在電容放電的線性區(qū)域可以得到被測量電阻的阻值：對其他電壓等物理量的測量也可采納此方法。3.2 液晶顯示問題解決計劃msp430f11xx沒有液晶驅(qū)動能力，必需外部擴展。6所示，可以用法i/o輸出挺直驅(qū)動價格低廉的液晶驅(qū)動芯片來顯示信息。假如這樣，為什么還要選用自帶液晶驅(qū)動的價格昂貴的m

7、sp430f43x或msp430f44x呢?例如，用msp430的px.x兩個i/o口與驅(qū)動芯片的clk、data舉行通信，即可實現(xiàn)所需的顯示信息?？梢怨?jié)約本就不多的i/o端口以作他用。3.3 程序量小問題解決計劃msp430f11xx系列單片機最大的程序容量惟獨4 kb，對較為復雜的應用來說程序空間比較小。對于msp430系列單片機有個巧妙的解決方法：因為msp430單片機的存儲器具有線性統(tǒng)一編址的特點，因此單片機運行的程序可以在除了片內(nèi)外圍模塊空間以外的任何存儲空間，這里ram用作程序存儲器。又因為ram內(nèi)容可變，故可將程序存放在外部存儲器中，在需要時調(diào)到ram中，再執(zhí)行ram中的程序。外

8、部存儲器可選用串行24c系列為e2prom，既可減小系統(tǒng)體積，又可使程序空間增強32kb乃至更多，且系統(tǒng)總成本增強很少。24c系列e2prom與msp430單片機的接口，只需要2根i/o口線和2個上拉電阻。首先，需要將存放在e2prom中的應用程序劃分為較小的模塊。這里針對msp430f1121a將每個模塊的大小限定在128字節(jié)內(nèi)。msp430f1121a的片內(nèi)ram有256字節(jié)，一半用于存儲程序處理中的數(shù)據(jù)，另一半用于暫存程序調(diào)度的程序。第二，msp430f1121a的片內(nèi)存儲器用于存放對24c系列存儲器的讀寫操作程序，以及最常用的處理程序和各種中斷服務程序等。將各個小模塊的應用程序存放在e

9、2prom中，同時，每個小模塊的應用程序在e2prom中的起始位置和模塊長度在msp430的程序存儲器中用數(shù)據(jù)表格的形式存放。每當要調(diào)用在e2prom中的小模塊時，就在表格中查找。用法e2prom讀程序，在e2prom中讀出所有的小模塊程序數(shù)據(jù)到msp430的ram中的后128字節(jié)。最后，將程序計數(shù)器(pc指針)壓棧，再轉(zhuǎn)變pc內(nèi)容為280h(ram的后128字節(jié)開頭位置)，程序?qū)⒂纱碎_頭運行。該模塊運行完畢后，最后一句是ret，將剛壓棧的pc指針復原。程序繼續(xù)運行msp430 flash中的主程序。3.4 日歷時鐘程序化問題解決計劃因為msp430系列單片機的超低功耗特性，用法其內(nèi)部定時器模

10、塊的比較模式實現(xiàn)日歷時鐘，時鐘源用法鐘表32 768 hz晶振產(chǎn)生的aclk信號。將定時器模塊設置為1s中斷一次，在中斷服務程序中編寫日歷時鐘程序。只要在編寫的過程中注重公歷的各種推算，甚至可以用法某種算法將農(nóng)歷也編寫進去。在中斷程序結(jié)束后立刻進入低功耗lmp3模式，這時系統(tǒng)耗電小于1a，比多數(shù)的專用日歷時鐘芯片的耗電還要小。選材時，只要選用精度高的晶振，做出的時鐘將是很精確的，而且用法單片機將日歷時鐘程序化從各方面講(牢靠性、功耗、成本、體積等)都是很好的解決計劃。3.5串行通信問題解決計劃msp430f11xx系列單片機片內(nèi)沒有串行通信模塊，不能挺直用于異步串行通信，但因為定時器time_a的捕捉與比較以及特別的結(jié)構(gòu)，利用其實現(xiàn)異步串行通信的位定時(波特率產(chǎn)生)以及起始位檢測等功能，可便利實現(xiàn)串行通信。串行發(fā)送相對容易一點：設置time_a為比較模式，比較的數(shù)據(jù)體現(xiàn)每一位的發(fā)送時光，用法中斷，每當初間到則發(fā)送下一位，所有發(fā)送則發(fā)送完畢。串行接收相對復雜一點：設置time_a為捕捉模式，要捕捉到串行通信的起始位;捕捉到起始位后，將time_a設置為比較模式，同時第一位與后面其他位的定時時光不一樣，第一位的定時時光是其他位的1.5倍。全部數(shù)據(jù)接收完畢即結(jié)束。在硬件上