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基于MSP430F149的最小系统设计

2010/03/25 作者:与非网编辑
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O 引言

        单片机芯片配以必要的外部器件,一般包括电源供入及电源开关、复位电路晶振、输入输出电路等就能构成最小系统。

        MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器,有60KB+256字节FLASH,2KBRAM,包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获/比较寄存器PWM输出的16位定时器、带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。MSP430F149芯片具有如下特点:

              1)功耗低:电压2.2V、时钟频率1MHz时,活动模式为200μA;关闭模式时仅为0.1A,且具有5种节能工作方式。

              2)高效16位RISC-CPU,27条指令,8MHz时钟频率时,指令周期时间为125ns,绝大多数指令在一个时钟周期完成;32kHz时钟频率时,16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。

              3)低电压供电、宽工作电压范围:1.8~3.6V;

              4)灵活的时钟系统:两个外部时钟和一个内部时钟;

              5)低时钟频率可实现高速通信;

              6)具有串行在线编程能力;

              7)强大的中断功能;

              8)唤醒时间短,从低功耗模式下唤醒仅需6μs;

              9)ESD保护,抗干扰力强;

            10)运行环境温度范围为-40~+85℃,适合于工业环境。

        MSP430系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的,故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器,可以选择汇编或C语言编程,IAR公司为MSP430系列的单片机开发了专用的C430语言,可以通过WORKBENCH和C-SPY直接编译调试,使用灵活简单。

1 系统总体设计

        最小系统是由保证处理器可靠工作所必须的基本电路组成的,主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、通信接口电路、数据存储电路组成,其硬件框图如图1所示。

1.1 电源电路

        本系统需要使用+5V和+3.3V的直流稳压电源,其中MSP430Fl49及部分外围器件需要+3.3V电源,另外部分需要+5V电源。在本系统中,以+5V直流电压为输入电压,+3.3V由+5V直接线性降压。电源电路原理如图2所示。

1.2 晶振电路

        MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器(DCO)、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾,通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式,才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求,如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430内部,在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。

        低速晶体振荡器(LFXTl)满足了低功耗及使用32.768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式,即32.768kHz,也可以通过外接450kHz~8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式,在本电路中我们使用低频模式,晶振外接2个22pF的电容经过XIN和XOUT连接到MCU。

        高速晶振也称为第二振荡器XT2,它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟,XT2最高可达8MHz。在系统中XT2采用4MHz的晶体,XT2外接2个22pF的电容经过XT2IN和XT2OUT连接到MCU,原理如图3所示。

1.3 复位电路原理图

        手动复位是最小系统常用的功能,本系统采用专用复位芯片IMP811实现手动复位,原理如图4所示。

1.4 通讯接口电路

        通信接口担负与外围的串行主机数据交换和支持打印等任务。

        串行通讯只需较少的端口就可以实现单片机和PC机的互通,具有无可比拟的优势。串行通讯有两种方式:异步模式和同步模式。MSP430系列都有USART模块来实现串行通信。在本设计中,MSP430F149的USART0模块通过RS232串口与外围的串行主机通信。

        EIA-RS232标准是由美国电子工业协会(EIA)制定的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和Modem进行远距离的数据传输,随着微型计算机和微控制器的发展,不仅远距离,近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中,不再使用电话线和MODEM,而直接进行端到端的连接。RS232标准采用负逻辑方式,标准逻辑“1”对应-5V~-15V电平,标准逻辑“O”对应+5V~+15V电平。显然,两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。

        本系统采用专用电平转换芯片MAX3232来实现。MAX3232芯片是MAXIM公司生产的电平转换芯片,包含两路接收器和驱动器,性能可靠。原理如图5所示。

1.5 数据存储电路

        数据存储选择大容量的E2PROMCAT24WC256。它是一个256K位串行CMOS E2PROM,内部含有32768个字节,每字节为8位,CATALYST公司的先进CMOS技术减少了器件的功耗,CAT24WC256有一个64字节页写缓冲器该器件通过I2C总线接口进行操作。原理如图6所示。

2 结束语

        最小系统可以直接作为核心部件应用与工程和科研中,具有良好的通用性和可扩展性。在最小系统的基础上,可以很方便地进行二次开发和功能扩展,能够缩短开发周期,降低开发成本。本文实现了最小系统的基本功能,介绍了各模块的硬件电路。该最小系统可以经过适当修改可应用于电子设计、计算机教学与科研、工业控制等领域。

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