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2021年02月22日 | 基于MSP430F149的單片機最小系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布者:binggege 來源: eefocus關(guān)鍵字:MSP430F149  單片機  最小系統(tǒng) 手機看文章 掃描二維碼
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單片機最小系統(tǒng),或稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對于MSP430系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路。本文介紹了MSP430F149單片機的特點,設(shè)計了MSP430最小系統(tǒng)中電源模塊、晶振電路模塊、復位電路模塊、串口通訊模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊的電路原理圖,并介紹了各部分的功能。


0 引言

單片機芯片配以必要的外部器件,一般包括電源供入及電源開關(guān)、復位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構(gòu)成最小系統(tǒng)。


MSP430F149芯片是超低功耗微處理器,有60KB+256字節(jié)FLASH,2KBRAM,包括基本時鐘模塊、看門狗定時器、帶 3個捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時器、帶7個捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時器、2個具有中斷功能的8位并行端口、4個8位并行端口、模擬比較器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個串行通信接口等模塊。MSP430F149芯片具有如下特點:


1)功耗低:電壓2.2V、時鐘頻率1MHz時,活動模式為200μA;關(guān)閉模式時僅為0.1A,且具有5種節(jié)能工作方式。


2)高效16位RISC-CPU,27條指令,8MHz時鐘頻率時,指令周期時間為125ns,絕大多數(shù)指令在一個時鐘周期完成;32kHz時鐘頻率時,16位MSP430單片機的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機20MHz時鐘頻率時的執(zhí)行速度。


3)低電壓供電、寬工作電壓范圍:1.8~3.6V;


4)靈活的時鐘系統(tǒng):兩個外部時鐘和一個內(nèi)部時鐘;


5)低時鐘頻率可實現(xiàn)高速通信;


6)具有串行在線編程能力;


7)強大的中斷功能;


8)喚醒時間短,從低功耗模式下喚醒僅需6μs;


9)ESD保護,抗干擾力強;


10)運行環(huán)境溫度范圍為-40~+85℃,適合于工業(yè)環(huán)境。


MSP430系列單片機的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實現(xiàn)的,故其程序的編寫相對簡單。編程開發(fā)時通過專用的編程器,可以選擇匯編或C語言編程,IAR公司為MSP430系列的單片機開發(fā)了專用的C430語言,可以通過WORKBENCH和C-SPY直接編譯調(diào)試,使用靈活簡單。


1 系統(tǒng)總體設(shè)計

最小系統(tǒng)是由保證處理器可靠工作所必須的基本電路組成的,主要包括電源電路、時鐘電路、復位電路、通信接口電路、數(shù)據(jù)存儲電路組成,其硬件框圖如圖1所示。



1.1 電源電路

本系統(tǒng)需要使用+5V和+3.3V的直流穩(wěn)壓電源,其中MSP430Fl49及部分外圍器件需要+3.3V電源,另外部分需要+5V電源。在本系統(tǒng)中,以+5V直流電壓為輸入電壓,+3.3V由+5V直接線性降壓。電源電路原理如圖2所示。



1.2 晶振電路

MSP430系列單片機時鐘模塊包括數(shù)控振蕩器(DCO)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等3個時鐘源。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾,通過設(shè)計多個時鐘源或為時鐘設(shè)計各種不同工作模式,才能解決某些外圍部件實時應用的時鐘要求,如低頻通信、LCD顯示、定時器、計數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器DCO已經(jīng)集成在MSP430內(nèi)部,在系統(tǒng)中只需設(shè)計高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。


低速晶體振蕩器(LFXTl)滿足了低功耗及使用32.768kHz晶振的要求。LFXTl振蕩器默認工作在低頻模式,即32.768kHz,也可以通過外接450kHz~8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式,在本電路中我們使用低頻模式,晶振外接2個22pF的電容經(jīng)過XIN和XOUT 連接到MCU。


高速晶振也稱為第二振蕩器XT2,它為MSP430F149工作在高頻模式時提供時鐘,XT2最高可達8MHz。在系統(tǒng)中XT2采用4MHz的晶體,XT2外接2個22pF的電容經(jīng)過XT2IN和XT2OUT連接到MCU,原理如圖3所示。


1.3 復位電路原理圖

手動復位是最小系統(tǒng)常用的功能,本系統(tǒng)采用專用復位芯片IMP811實現(xiàn)手動復位,原理如圖4所示。



1.4 通訊接口電路

通信接口擔負與外圍的串行主機數(shù)據(jù)交換和支持打印等任務。


串行通訊只需較少的端口就可以實現(xiàn)單片機和PC機的互通,具有無可比擬的優(yōu)勢。串行通訊有兩種方式:異步模式和同步模式。MSP430系列都有USART 模塊來實現(xiàn)串行通信。在本設(shè)計中,MSP430F149的USART0模塊通過RS232串口與外圍的串行主機通信。


EIA-RS232標準是由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標準。早期它被應用于計算機和終端通過電話線和Modem進行遠距離的數(shù)據(jù)傳輸,隨著微型計算機和微控制器的發(fā)展,不僅遠距離,近距離也采用該通信方式。在近距離通信系統(tǒng)中,不再使用電話線和MODEM,而直接進行端到端的連接。RS232標準采用負邏輯方式,標準邏輯“1”對應-5V~-15V電平,標準邏輯“O”對應+5V~+15V電平。顯然,兩者間要進行通信必須經(jīng)過信號電平的轉(zhuǎn)換。


本系統(tǒng)采用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232來實現(xiàn)。MAX3232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的電平轉(zhuǎn)換芯片,包含兩路接收器和驅(qū)動器,性能可靠。原理如圖 5所示。



1.5 數(shù)據(jù)存儲電路

數(shù)據(jù)存儲選擇大容量的E2PROMCAT24WC256。它是一個256K位串行CMOSE2PROM,內(nèi)部含有32768個字節(jié),每字節(jié)為8位,CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)減少了器件的功耗,CAT24WC256有一個64字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I2C總線接口進行操作。原理如圖6所示。

2 結(jié)束語

最小系統(tǒng)可以直接作為核心部件應用與工程和科研中,具有良好的通用性和可擴展性。在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,可以很方便地進行二次開發(fā)和功能擴展,能夠縮短開發(fā)周期,降低開發(fā)成本。本文實現(xiàn)了最小系統(tǒng)的基本功能,介紹了各模塊的硬件電路。該最小系統(tǒng)可以經(jīng)過適當修改可應用于電子設(shè)計、計算機教學與科研、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

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