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Texas Instruments 超低功耗微控制器

Texas Instruments 超低功耗微控制器. The Solution for Battery Powered Measurement. 超低功耗微控制器 MSP430. F43X/F44X. F42x. in design. X12x USART. F41x. in design. F40x. in design. MSP430 发展历程. Flash 1.8-3.6 V LCD Driver …. Flash 1.8-3.6 V Basic Clock Timer_A. 性能. ROM/OTP 2.5-5 V

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Texas Instruments 超低功耗微控制器

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  1. Texas Instruments 超低功耗微控制器 The Solution for Battery Powered Measurement 超低功耗微控制器MSP430

  2. F43X/F44X F42x in design X12x USART F41x in design F40x in design MSP430 发展历程 Flash 1.8-3.6 V LCD Driver …. Flash 1.8-3.6 V Basic Clock Timer_A 性能 ROM/OTP 2.5-5 V LCD Driver FLL Timer/Port Basic Timer 8-bit T/C New F14x Timer_B ADC12 2 USART MPY Comp_A New F13x Timer_B ADC12 USART Comp_A x33x LCD120 Timer_A USART MPY x32x LCD84 ADC14 x11x1 Comp_A x31x LCD92 1996 1999 2000 2001 2002

  3. MSP430：全新的微控制器 • MSP430 为工业级16 bit RISC MCU. -40 - 85 ºC • MSP430 编程方便，开发工具廉价 ADD MEM1,MEM2 ;MEM2=MEM1+MEME2 • The MSP430 runs with a watch crystal at up to 8MHz internal clock! • MSP430 的能效极高. I/O 和CPU 运行是能用不同的时钟 CPU 功耗的开关通过状态寄存器的控制位实现 • MSP430 的功耗极低. 执行时为 160uA @ 1.8V (Flash) 备用时为 0.1uA (Flash) • MSP430 极大地延长了电电池寿命

  4. MSP430F1xx： FLASH 系列特性 灵活多样的外围模块 • 10/12-bit A/D (8 + 4 通道, 转换<10 µs) • 16-bit Timer_A with 3 C/C 寄存器 • 16-bit Timer_Bwith 7 C/C 寄存器 • 1- 2 个 USART接口 • 硬件乘法器 • 模拟信号比较器 • 基本时钟模块- 由可编程内部电阻控制频率- 由单一外部电阻控制频率- 32 kHz 晶振产生低频- 高频晶振产生高频- 可选择外部时钟源 超低功耗 • 1.8 V ... 3.6 V 供电电压范围 • 200 µA @ 1MHz, 2.2V，活动模式 • 0.7 µA 备用模式 • 0.1 µA 保持 RAM 数据 • 6 µs 从备用模式唤醒 强大的CPU 内核 • 16-Bit RISC 结构 • 125 ns 指令周期 @ 8 MHz

  5. MSP430 FLASH 系列 FLASH 型 超低功耗Flash 内核 100,000 次写/擦周期 程序存储器分段：512B 信息存储器分段：128B 可以分段擦除或整体擦除 编程和擦除电压由内部产生 有代码读出保护 型号FLASH A/D Timers USART MPY I/O MSP430F1101 1 KB Slope A3 - - 14 MSP430F1121 4 KB Slope A3 - - 14 MSP430F133 8 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48 MSF430F135 16 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48 MSP430F147 32 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48 MSP430F148 48 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48 MSP430F149 60 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48

  6. 例：LPM3, 备用模式 (MSP430C31x) 32768Hz 振荡器活动。 基于Basic Timer1 的实时钟活动。 LCD 驱动有效。 超低功耗的实现：快速起动和省电模式 Icc / µA * 4/ 8bit CPU * 电流消耗大 * 唤醒慢 其他MCU 450 400 400 I 350 300 IAvrg 250 200 Vcc = 3V 1 µsec cycle time t 150 100 50 50 MSP430 * 16bit CPU * 突发式模式切换 * 电流消耗小 * 唤醒快 (<6 µs) 50 6 1.3 0.1 0 I Active Mode LPM0 LPM1 LPM2 LPM3 LPM4 IAvrg t

  7. 例：LPM3, 备用模式 振荡器 32768Hz 活动, Timer_A 有效, 经 LCD 模块驱动LCD 超低功耗的实现：FLASH 型 * 4/ 8bit CPU * 电流消耗大 * 唤醒慢 其它MCU 1-2 mA I Icc / µA IAvrg 450 400 350 t 300 250 MSP430 200 * 16bit CPU * 突发式模式切换 * 电流消耗小 * 唤醒快 (<6 µs) 200 Vcc = 2.2V I 1 µsec cycle time 150 100 32 32 <200uA 50 11 0.7 0.1 0 IAvrg Active Mode LPM0 LPM1 LPM2 LPM3 LPM4 t

  8. FLL 时钟系统（3x）  只用一个晶体，无其它外部元件  处理机时钟频率稳定，抗干扰性能好  时钟可关闭，可快速启动  电路功耗低 32.768 kHz crystal MSP430 低功耗 32.768 kHz 晶振 XIN ACLK 辅助时钟 XOUT FLL PUC fMCLK = ( N + 1 ) * fACLK MCLK 主系统时钟 (fSystem)

  9. FLASH型的时钟系统（F11x，F11x1） 1 个晶振, 1 个DCO, 适应不同频率需要

  10. FLASH型的时钟系统（F13x，F14x） 2 个晶振, 1 个DCO, 适应不同频率需要

  11. 速度比较: 32 kHz 时的运算快于 20 MHz MSP430 • 32kHz 晶振 • DCO 作为主时钟发生器 • 主时钟：4 MHz = 250ns • 1 机器周期 / 指令 • 250ns 指令周期，16 位操作 典型的 8bit 单片机 • 20MHz 晶振 • 内部 4 分频 • 主时钟：5MHz = 200ns • 5 机器周期 / 指令 • 1000ns 指令周期，8 位操作 MSP430 performs 16 bit instead of 8 bit 4 times faster than a typical 8 bit C !!

  12. MSP430x33x框图

  13. XIN XOut XBuf VCC VSS RST/NMI P0.0 P0.7 8kB ROM 256B RAM Oscillator ACLK POR 8b Timer/ I/O Port 16kB ROM 512B RAM FLL RXD Counter MCLK 16kB EPROM 512B RAM System Clock 8 I/O's Serial Protocol 'C': Prom SRAM TXD 3 Int. Vectors 'P': OTP TDI Support 'E': EProm TDO MAB, 16bit MAB,4bit CPU Test MCB incl. 16 reg. JTAG Bus conv. MDB,8bit MDB, 16bit TMS TCK ADC WDT Timer/ B. Timer LCD 12+2bit 15bit Port Com0..3 5 Channels 84 Segmente Seg 0..19 Current S. 1, 2, 3, 4 Mux Seg 20/CMPI f LCD CMPI R R 03 23 A0..5 RI SVCC TP.0 TP.5 R R 13 33 .....TP.4 CIN MSP430x32x框图

  14. f LCD MSP430x31x框图 XIN XOut XBuf VCC VSS RST/NMI P0.0 P0.7 TXD Oscillator ACLK 4kB ROM 256B POR 8b Timer/ I/O Port FLL 8kB ROM RAM Counter 8 I/O's, all with MCLK System Clock 'C': Prom SRAM Serial Protocol interr. capability 'P': OTP RXD TDI 'E': EProm Support 3 Int. Vectors TDO MAB, 16bit MAB,4bit CPU Test MCB incl. 16 reg. JTAG Bus conv. MDB,8bit MDB, 16bit TMS TCK Timer/Port WDT B. Timer LCD 15bit Applications: Com0..3 A/D Conv. 92 Segmente Seg 0..18,22,23,26 Timer, O/P 1, 2, 3, 4 Mux Seg 27/CMPI 6 CMPI TP.0 .. 5 CIN R13 R23

  15. MSP430x11x框图 14 中断线 12 位斜坡ADC PWM 和UART 4K + 256 flash 多模式时钟

  16. XIN1 XOut1 DVCC DVSS AVCC AVSS RST/NMI P1 P2 P3 P4 P5 Rosc Oscillator System Clock RAM 256 B 512 B Flash 8 KB 16 KB ACLK Power I/O Port 1/2 I/O Port 3/4 I/O Port 5 XIN2 16 I/O’s with interr. capability 16 I/O’s with interr. capability 8 I/O’s with interr. capability on XOut2 SMCLK Reset MCLK MAB, 16bit Test MAB,4bit CPU JTAG MCB incl. 16 reg. Break Bus point conv. Logic MDB, 16bit MDB,8bit USART TEST/ VPP Timer_B3 Timer_A3 Comparator A 12 bit ADC Watchdog 8 channels Timer 3 CC Register 3 CC Register ACLK 15 / 16 bit <10us conv. Shadow Reg. SMCLK 8 A0..7 MSP430F13x框图 64 pin QFP

  17. XIN1 XOut1 DVCC DVSS AVCC AVSS RST/NMI P1 P2 P3 P4 P5 Rosc Oscillator System Clock RAM 1 KB 2 KB 2 KB Flash 32 KB 48 KB 60 KB ACLK Power I/O Port 1/2 I/O Port 3/4 I/O Port 5 XIN2 16 I/O’s with interr. capability 16 I/O’s with interr. capability 8 I/O’s with interr. capability on XOut2 SMCLK Reset MCLK MAB, 16bit Test MAB,4bit CPU JTAG MCB incl. 16 reg. Break Bus point conv. Logic MDB, 16bit MDB,8bit TEST/ VPP COMM port 12 bit ADC Hardware MPY Timer_B7 Timer_A3 Comparator A Watchdog 8 channels Timer Two 7 CC Register 3 CC Register ACLK USARTs 15 / 16 bit <10us conv. Shadow Reg. SMCLK 8 A0..7 MSP430F14x框图 64 pin QFP

  18. MSP43041X框图

  19. MSP430F43X/44X框图

  20. MSP430的空间 1K-60K 128-2K

  21. MSP430的空间：FLASH 型的 FLASH 存储器 FFFFh • 主存储器按 512 byte 分段 • 信息存储器按 128 byte 分段 • 各分段可单独擦除或同时擦除 Segment 0 中断向量 FE00h Segment 1 FC00h Segment 2 FA00h Segment 3 F800h Up to 60Kbyte 1100h Segment A 1080h Segment B 1000h

  22. FLASH存储器：写入和读出 • Flash 存储器以正常的寻址方式读出 • Flash 存储器可以在程序控制下写入（Vcc 需高于 2.7V） • 自举程序可在写保护后对Flash 存储器擦除、写入（由用户定义口令作保护） FLASH Busy Set write mode Write flash memory FLASH Busy

  23. 中断：向量表（3x, 11x, 11x1）

  24. 中断：向量表（13x,14x）

  25. 寻址方式和指令 MSP430 指令： 27条 （RISC指令） 采用模拟指令后为 51条 MSP430的寄存器 MSP430的寻址方式

  26. 片上外围模块：I/O，LCD驱动 I/O 端口P0、P1、P2：各位方向可选，可产生中断，触发沿可选 P3、P4： 各位方向可选，引脚复用 P5、P6： 各位方向可选，引脚复用 （33x：P0-P4 11x：P1,P20-25 13x、14x：P1-P6） LCD 驱动 LCD 段：21x4 -- 30x4 空闲 LCD 引脚用作输出 （3x系列、4x系列）

  27. 片上外围模块：硬件乘法器 乘法 无符号乘 有符号乘 无符号乘加 （以第一操作数地址来区别） 精度8位 X 8位 8位 X 16位 16位 X 8位 16位 X 16位 速度写入操作数后，立即可读乘积 当用间接寻址访问时，需等待一条指令

  28. 片上外围模块：定时器，比较器 BASIC Timer1 2x8 位或 16 位计数器，做实时钟、LCD 帧频时钟 定时器/端口 2x8 位或 16 位计数器，与比较器及 TP 端配合实现斜坡 A/D 定时器/计数器 8 位计数器，可预置定时值，可实现软件 UART PWM定时器8 位计数器，可产生低精度 D/A 看门狗定时器 看门狗功能，或 16 位定时器功能 Timer_A 16 位，带比较器/捕捉器，可实现 UART、PWM、斜坡 A/D Timer_B 16 位，带比较器/捕捉器，可实现 UART、PWM、斜坡 A/D Compare_A模拟信号比较器，监视外部模拟电压

  29. 片上外围模块：TIMER_A，TIMER_B TIMER_B

  30. 片上外围模块：USART 异步通信 波特率产生 时钟频率、波特率选择，波特率调整寄存器 例：bit=13.67T，UMCTL=01101011，T：14, 14, 13, 14, 13, 14, 14, 13 帧格式 ST(0) | DATA(7-8bit) | AD | PA | SP(1) | SP(1) 多机模式 线路空闲多处理机模式：地址帧 10位以上 “1” 后首帧 地址位帧多处理机模式：地址帧（AD=1） 同步通信 同步时钟 由主机发送，不必利用波特率调整技术 数据传输 主机的发送和接收同时进行 方式： 主机发送数据， 从机发送伪数据 主机发送数据， 从机发送数据 主机发送伪数据， 从机发送数据

  31. 片上外围模块：A/D 12 + 2 bit（32x） 输入通道 A0 --- A7 参考电压 内置或外置 转换方式 选择电压范围(2 位)：电阻网络 逐位比较(12 位)：开关电容阵列 转换精度 12 +2 位， 12 位（预先设定转换电压范围） 转换时间 12+2 位:132ADCLK，12 位:96ADCLK ADCLK = (1 - 1/4)MCLK 时钟速率的影响 高：转换未完成， 低：电容阵列放电 恒流模式A0 --- A3 可作为电流源以输出电流驱动传感元件（如热敏电阻等）

  32. 片上外围模块：A/D 12 bit（13x，14x） 片内参考电压源 采样/转换控制 可编程参考源选择 片内温度传感器 自动扫描桶型缓存

  33. 利用比较器构成 10 bit A/D CA1 Vin CAOUT CA0 C1 n Vcc x Vin = R1 1024 P1.0 P1OUT.0 MSP430

  34. 利用比较器构成斜坡12 bit A/D CA1 CAOUT Vin CA0 C1 Vref VCC/4 R1 P1.0 R P1OUT.0 Vb P1DIR.0 P1.1 P1OUT.1 R P1.2 Vref P1OUT.2 Vin = ln(0.5) x Tvin-Tvref P1.3 P1OUT.3 e TVcc-Tvb MSP430 Vref Vin Vref/2 Vth Tvin Tvref Tvb charge charge charge

  35. F11x应用实例

  36. 6-Channel PWM + Dead Band TIMER_B + ADC应用: 3 相 H-桥电路驱动 Temperature AC Drive Voltage Active Time ~ MSP430F14X TB5 T1 T3 T5 TB4 TB3 U0 TB2 TB1 T2 T4 TB0 T6 Over current protection Shunt resistor RC cell Feedback gain A0 A1 A2

  37. 例程简介

  38. MSP430 系统：性能/价格比 • 电源的高效率 • 电池缩减 / 电池寿命延长 • 电源电路简化 / 可远程供电 • 硬件简化 • 外部元件极少 • 集成实时钟 • 集成LCD 驱动电路 • 集成ADC • 加速产品开发 • 用Flash 或OTP 型可快速制作样机 • 用 Flash 型可作现场更新 • 容易学习和设计程序 • 代码效率高 • 廉价的微控制器MSP430 和开发工具FET

  39. MSP430 网上资源 从Internet 可以得到 - MSP430 器件资料 - MSP430 开发工具软件 - 可以下载的各类文件 - 免费的仿真软件 - 免费的软件包 http://www.ti.com/sc/docs/products/micro/msp430器件厂家网站 http://www.lierda.com 中国代理网站 http://www.mcu-china.com小龙微控 有大量的430应用与例程

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