摘 要:MSP430系列单片机都集成了较丰富的片内外设。本文介绍MSP430单片机及外围模块,以期能够对MSP430单片机有更深的认识。
关键词:MSP430 单片机 外围模块
中图分类号:TP36文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)11(c)-0048-01
1 MSP430系列单片机简介
MSP430系列单片机可以分为以下几个系列:X1XX,X2XX,X3XX,X4XX等等而且还在不断发展,从存储器角度又可分为ROM(C型)、OTP(P型)、EPROM(E型)、Flash Memory(F型)。系列的全部成员均为软件兼容可以方便地在系列各型号间移植。MSP430系列单片机的MCU设计成适合各种应用的16位结构。它采用“冯-纽曼”结构,因此RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内。
2 外围电源电路、时钟模块、接口电路
2.1 电源电路
由于MSP430系列单片机的工作电压一般是1.8V～3.6V,并且功耗极低,因此选用TI公司的TPS76033作为电源芯片。该电源芯片输出电压为3.3V,电流为50mA,完全能满足大多数低功耗应用场合的要求,也能满足本系统的功耗要求。
TPS76033特性参数:
(1)50mA的低压差稳压器。
(2)提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V的可调电压。
(3)-40°C至125°C的工作结温度范围。
(4)关机时小于1μA的静态电流。
(5)在50mA是典型的压差是120mV。
(6)输出短路保护。
2.2 MSP430F449时钟模块
MSP430系列单片机提供了几种不同的时钟信号和时钟系统,以适应不同的应用场合。用户可以根据需要,选择合适的系统时钟频率。同时系统也提供了1种活动模式和5种低功耗工作模式,以供用户选择使用。
时钟模块:MSP430的时钟模块由低速晶体振荡器LFXT1、高速晶体振荡器XT2、数字控制振荡器DCO、锁相环FLL和增强型锁相环FLL+等部件组成。
MSP430F4XX系列的时钟模块中使用了增强型锁频环技术FLL+,时钟模块同样有DCO、LFXT1振荡器和LFXT2振荡器,硬件可自动调整DCO频率,支持时钟配置的超低功耗应用,可以在低频振荡器的驱动下得到较高的稳定频率。
2.3 MSP430系列单片机JTAG接口电路
MSP430F449是FLASH型器件,内建多达64KB容量的FLASH存储器。调试者可以通过JTAG接口将编辑好的程序从PC机上直接下载到FLASH内,然后再通过PC机上的软件由JTAG接口读取单片机片内信息,实时监测单片机上运行的程序,甚至可以设置断点进行在线调试。
3 外围ADC12模/数转换模块
3.1 模拟多路器
MSP430ADCl2配置有8路外部通道与4路内部通道。通道A0～A7实现外部8路模拟信号输入,4路内部通道可以将VeREF+、VREF-/VeREF-、(AVcc-AVss)／2以及片内温度传感器的输出作为待转换模拟信号输入。12路通道共用一个转换内核,当需要对多个模拟信号进行采样转换时,模拟多路器分时地将多个模拟信号接通,每次接通一个信号进行采样转换,这样就能实现对12路模拟信号进行测量和控制。MSP430很多系列的ADCl2内嵌温度传感器,片内温度传感器的输出送到ADCl2的通道10,对其进行模/数转换,进而可以测量芯片内的温度。将VeREF+、VREF-/VeREF-、(AVcc—AVss)/2作为ADCl2的输入信号,可以用于ADCl2的自检、校验和诊断。
3.2 参考电压发生器
MSP430ADCl2内置参考电源,可通过编程选择6种参考电压,分别为VR+与VR-的组合。其中,VR+有三种选择:AVcc(模拟电压正端)、VREF+(A／D转换器内部参考电源的输出正端)和VeREF+(外部参考源的正输入端);VR-有两种选择:AVss(模拟电压负端)和VREF-/VeREF-(A/D转换器参考电压负端——内部或外部)。ADCl2可以通过控制寄存器ADCl2CTL0、ADCl2MCTLx来设置参考电压发生器的工作方式。
3.3 具有采样与保持功能的12位转换器
ADCl2内核是一个12位的模/数转换器,该内核使用两个可编程的参考电压(和)定义转换的最大值和最小值。当输入模拟电压等于或高于时,ADCl2输出满量程值0FFFH,当输入电压等于或小于,ADCl2输出0。输入模拟电压的最终转换结果满足公式:
(1)
其中,等于输入模拟电压,为参考电压的正电压,为参考电压的负电压(一般为0V)。为了保证转换精度,ADCl2内核具有采样和保持功能,即使现场模拟信号变化比较快,也不会影响ADCl2的转换。
3.4 采样及转换所需的时序控制电路
采样及转换所需的时序控制电路用来提供采样及转换所需要的各种时钟信号。在时序控制电路的指挥下,ADCl2的各部分才能够协调工作。
3.5 转换结果缓冲器等功能模块的构成
ADCl2共有12个转换通道和16个用于暂存转换结果的转换存储器,通过控制位CSSTARTADD定义转换存储的首地址,ADCl2硬件会自动将转换结果存储到相应的ADC12MEM存储器中。每个转换存储器ADCl2MEMX都有自己对应的控制寄存器ADC12MCTLX,以控制各个转换存储器选择基本的转换条件。
3.6 ADC12部分包括了4类寄存器:
(1)转换控制寄存器;(2)转换存储控制寄存器;(3)中断控制寄存器;(4)转换存储寄存器。
4 MSP430系列单片机的通用串行通信模块
4.1 串行通信模块概述
通信是系统与外界联系的重要手段,MSP430系列的每种型号均具有串行通信功能,片内具有USART模块的MSP430单片机同时还能实现两种通信协议,即UART异步通信协议和SPI同步通信协议。这两种通信协议的硬件是通用的,经适当的软件设计,这两种通信方式可以交替使用。
4.2 串口通信接口电路设计
大多数MSP430系列单片机可通过USART硬件直接实现串行通信功能,该硬件模块包括波特率、接收、发送、接口等四部分,分别完成控制串行通信数据接收和发送速度、接收数据、发送数据和完成并/串、串/并转换等功能。由于系统电平之间不同的关系,因此,在线路中加入MAX232驱动器,以完成串行通信。MAX232芯片是由德州仪器公司(Texas Instruments)推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10v～+10v,而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0～+5v,MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。通信框图如图1所示。
参考文献
[1] 王秀玲,吴武臣.基于DTMF的智能电话控制器设计[J].现代电子技术,2007(20).
①作者简介:倪文兴(1977-),江苏无锡人,江苏省惠山中等专业学校讲师。
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