MSP430低功耗運(yùn)行模式原理及應(yīng)用

摘 要：MSP430系列單片機(jī)因?yàn)槠淞己玫牡凸谋憩F(xiàn)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，文章通過(guò)分析其低功耗模式的原理，介紹了MSP430及其衍生型號(hào)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)研究MSP430的低功耗模式及其實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：MSP430；低功耗模式；應(yīng)用

MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（TI）公司推出的集多種先進(jìn)技術(shù)于一體的新一代單片機(jī)，該機(jī)最突出的特點(diǎn)是其低功耗模式，同時(shí)由于其具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和仿真調(diào)試能力以及豐富的內(nèi)外設(shè)，所以在全世界范圍內(nèi)獲得了空前的成功[1]，尤其在對(duì)功耗要求比較高的領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用。文章通過(guò)研究其低功耗的原理，介紹了MSP430系列單片機(jī)在相關(guān)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

1 MSP430的低功耗運(yùn)行模式研究

MSP430系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，MSP430系列單片機(jī)之所以能夠有超低的功耗表現(xiàn)，主要有以下幾個(gè)原因：

1.1 工作電壓低，低功耗模式多

MSP430系列單片機(jī)的CPU的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓范圍為1.8V-3.6， 最低能在1.8V的電壓下工作，芯片最低的工作電流只有0.1μA，所以從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上就能保證低功耗的良好表現(xiàn)。MSP430有1種活動(dòng)模式（AM）和5種低功耗工作模式（LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4），由于該型單片機(jī)主要用在工作時(shí)間短、休眠時(shí)間長(zhǎng)的環(huán)境，所以多種低功耗模式的設(shè)計(jì)，可以使MSP430能夠經(jīng)常處于最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)，有效降低了功耗。

1.2 中斷響應(yīng)速度快

MSP430處于低功耗狀態(tài)時(shí)，如果中斷事件發(fā)生，MSP430可以在6μs內(nèi)喚醒CPU進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)事件處理完畢后，MSP430再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)，由于其CPU強(qiáng)大的處理能力，一般能夠很快地完成處理任務(wù)，所以MSP430大部分時(shí)間能夠處于低功耗狀態(tài)，這是MSP430非常省電的另一個(gè)重要原因。

1.3 靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)

MSP430系列單片機(jī)中的兩種不同的時(shí)鐘系統(tǒng)（基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán) （FLL和FLL+）時(shí)鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)）可以根據(jù)實(shí)際需求產(chǎn)生三種不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，具體有：低頻的輔助時(shí)鐘（A-CLK），主要用于低頻處理的場(chǎng)合，也可作為外設(shè)的信號(hào)源或時(shí)鐘；高頻的主系統(tǒng)時(shí)鐘（MCLK），用于工作模式，也可作為高速外設(shè)的時(shí)鐘；高頻的子系統(tǒng)時(shí)鐘（SMCLK），作為外設(shè)需要的備份。用戶可靈活選擇合適的時(shí)鐘信號(hào)，提高產(chǎn)品的功耗表現(xiàn)[2]。

2 MSP430系列單片機(jī)其他的突出優(yōu)點(diǎn)

除了具有令人印象深刻的低功耗表現(xiàn)外，MSP430系列單片機(jī)還具有其它突出的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 強(qiáng)大的運(yùn)算性能

MSP430系列單片機(jī)使用16位RICS結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)使MSP430單片機(jī)在16MHz的頻率工作時(shí)，指令的處理速度可達(dá)16MPIS，加上其16位的處理器設(shè)計(jì)，使其具有超過(guò)其它單片機(jī)的運(yùn)算性能。同時(shí)，MSP單片機(jī)集成了數(shù)字信號(hào)處理器中才采用的16位多功能硬件乘法器、硬件乘一加（積之和）功能、DMA等先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了它的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力。

2.2 方便的調(diào)試開(kāi)發(fā)

MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部集成JTAG端口，支持JTAG調(diào)試，同時(shí)可以通過(guò)FLASH編輯器進(jìn)行在線編程，調(diào)試時(shí)，首先通過(guò)FLASH下載程序，通過(guò)內(nèi)部的控制器運(yùn)行，然后通過(guò)外設(shè)的JTAG仿真器將JTAG端口的數(shù)據(jù)傳輸給PC端的開(kāi)發(fā)者，這種調(diào)試成本低、效率高、便于操作。

2.3 系統(tǒng)高度集成

MSP430系列單片機(jī)集成了多種功能模塊，包括定時(shí)器、模擬比較器、多功能串行接口（PSI/IZC/UART）、I/O端口（PO-P6）、DMA控制器、多通道10/12位ADC、12位DAC等，還有豐富的中斷功能，這樣高度集成的單片機(jī)，給了開(kāi)發(fā)人員更多的選擇。

3 MSP430系列單片機(jī)的應(yīng)用

MSP430系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能和較高的性價(jià)比得到了廣泛的應(yīng)用，在便攜式智能設(shè)備、遠(yuǎn)程信息采集和傳輸、智能化儀器儀表等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用潛力。

3.1 便攜式醫(yī)療設(shè)備

便攜式醫(yī)療設(shè)備采集的數(shù)據(jù)量大、對(duì)運(yùn)算速度和精度要求高，通常采用電池供電，所以要求盡量低的功耗，MSP430系列單片機(jī)非常適合在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，MSP430FG43x系列微控制器是就是TI針對(duì)便攜式醫(yī)療裝置推出的，該型控制器內(nèi)建九個(gè)定時(shí)器、取樣速率200ksps的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、兩組12位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、三組運(yùn)算放大器、48個(gè)I/O端口、128字節(jié)的顯示驅(qū)動(dòng)器，強(qiáng)大的處理和運(yùn)算能力非常適合血壓、脈博、酸堿和血糖量測(cè)計(jì)等應(yīng)用，使用紐扣電池供電時(shí)壽命可達(dá)10年。

3.2 智能傳感器

智能傳感器一般要求電池壽命長(zhǎng)、功耗低、響應(yīng)速度快、成本低，在煙霧探測(cè)器和PIR運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器等智能傳感器中采用MSP430系列單片機(jī)可以達(dá)到上述要求，MSP430F20xx系列微控制器就是針對(duì)智能傳感器開(kāi)發(fā)，該型控制器采用14引腳的封裝，大小為4mm×4mm，指令處理能力為1600MIPS。針對(duì)智能傳感器對(duì)時(shí)效性的要求，TI將其從中斷事件發(fā)生到喚醒CPU的時(shí)間縮短至不到1μs，在縮小傳感器體積的同時(shí)，有效縮短了反應(yīng)時(shí)間[3]。

3.3 遠(yuǎn)程抄表計(jì)量設(shè)備

電子電表、燃?xì)獗砗退淼扔?jì)量設(shè)備一般用于家庭中，在實(shí)際的使用中不便于更換電池。MSP430微控制器的低功耗模式可使這些計(jì)量設(shè)備的電池使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年。MSP430FW42x系列器件是TI針流量與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)量開(kāi)發(fā)的芯片，他通過(guò)內(nèi)置低功耗MCU，將旋轉(zhuǎn)掃描接口和顯示驅(qū)動(dòng)模集成為一體，使用它開(kāi)發(fā)的計(jì)量?jī)x表，系統(tǒng)直接從底層檢測(cè)流量數(shù)值，不需要從外部檢測(cè)，不僅降低了功耗，還提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

MSP430系列單片機(jī)一經(jīng)推出，就因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能、優(yōu)秀的性價(jià)比、微縮的體積優(yōu)勢(shì)快速地獲得了廣泛的認(rèn)可，相信隨著MSP430系列單片機(jī)及其拓展型號(hào)應(yīng)用的深入發(fā)展，更多更先進(jìn)的產(chǎn)品會(huì)不斷問(wèn)世，大大地提高人們生產(chǎn)生活的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]胡大可.MSP430系列Flash型超低功耗16位單片機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[2]沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]張喆，王德銀，張晨.MSP430系列單片機(jī)實(shí)用C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2005.