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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Actel Corporation 是一家曾經(jīng)在可編程邏輯器件(FPGA)領(lǐng)域有所建樹的公司。以下是該公司發(fā)展的五個相關(guān)故事:
公司創(chuàng)立與初期發(fā)展: Actel Corporation成立于1985年,總部位于美國加利福尼亞州。公司創(chuàng)始人包括Bernard Vonderschmitt等人,致力于研發(fā)和生產(chǎn)可編程邏輯器件。最初,Actel專注于開發(fā)用于航空航天和國防應用的高可靠性FPGA芯片,以滿足對于高度可靠性和耐輻射性的需求。
技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品推出: Actel在FPGA技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)新成果。公司引入了基于非揮發(fā)性技術(shù)(NVCM)的可編程邏輯器件,該技術(shù)使得FPGA芯片能夠在斷電后保持配置狀態(tài),具有低功耗、高可靠性等優(yōu)點。Actel的產(chǎn)品涵蓋了不同規(guī)模和功耗要求的市場,廣泛應用于航空航天、通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。
市場拓展與國際化發(fā)展: 隨著產(chǎn)品線的不斷完善和市場認可度的提升,Actel逐步開拓了國內(nèi)外市場。公司在美國設(shè)立了銷售和技術(shù)支持中心,并與全球各地的合作伙伴建立了合作關(guān)系,進一步拓展了國際業(yè)務。Actel的產(chǎn)品遠銷至歐洲、亞洲等地區(qū),贏得了廣泛的市場認可。
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智能家居是電子行業(yè)的一個重要發(fā)展方向,Devar Inc公司也積極拓展這一領(lǐng)域。公司推出了一系列智能家居產(chǎn)品,如智能音箱、智能照明、智能安防等。這些產(chǎn)品不僅具備遠程控制、語音控制等便捷功能,還通過Devar的AI技術(shù)實現(xiàn)了智能學習和智能聯(lián)動。例如,智能音箱可以根據(jù)用戶的習慣和喜好,為用戶推薦音樂、新聞等內(nèi)容;智能照明則可以根據(jù)環(huán)境光線和用戶需求自動調(diào)節(jié)亮度和色溫。
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Digital Voice Systems, Inc.(DVSI)于1988年成立,當時正值數(shù)字通信技術(shù)的興起階段。公司創(chuàng)始人憑借對語音編解碼技術(shù)的深刻理解和前瞻性的市場洞察力,決定投身于這一領(lǐng)域。他們開發(fā)出了具有專利保護的基于魯棒性多帶激勵模型(MBE Model)的低碼率語音壓縮算法,如IMBE和AMBE編解碼系統(tǒng)。這些算法在當時的市場上獨樹一幟,為DVSI贏得了第一桶金。
在創(chuàng)立初期,DVSI面臨著資金、技術(shù)、市場等多方面的挑戰(zhàn)。然而,他們憑借著堅定的信念和不懈的努力,逐步克服了這些困難。他們不斷投入研發(fā),優(yōu)化算法,提高產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性;同時,他們積極開拓市場,與各大通信設(shè)備制造商建立合作關(guān)系,將產(chǎn)品推向市場。
隨著時間的推移,DVSI的產(chǎn)品逐漸在市場上獲得了認可。他們的編解碼系統(tǒng)被廣泛應用于移動通信、衛(wèi)星通信、軍事通信等領(lǐng)域,為客戶提供了高效、穩(wěn)定的語音通信解決方案。DVSI也因此逐漸嶄露頭角,成為了電子行業(yè)中一顆耀眼的明星。
故事二至五框架概述
- 技術(shù)創(chuàng)新與突破:DVSI在語音編解碼技術(shù)方面的持續(xù)創(chuàng)新,如推出新一代的高效壓縮算法,進一步提升了產(chǎn)品的競爭力。
- 市場拓展與國際化:隨著公司實力的增強,DVSI開始拓展國際市場,與全球多家知名企業(yè)建立合作關(guān)系,實現(xiàn)了國際化發(fā)展。
- 合作與競爭:在電子行業(yè)中,DVSI與其他企業(yè)的合作與競爭并存。他們通過合作共贏的方式,共同推動行業(yè)的發(fā)展;同時,也面臨著來自競爭對手的挑戰(zhàn)和競爭壓力。
- 企業(yè)文化與團隊建設(shè):DVSI注重企業(yè)文化建設(shè),倡導創(chuàng)新、協(xié)作、共贏的價值觀。他們注重團隊建設(shè),吸引了一批優(yōu)秀人才加入公司,為公司的發(fā)展提供了有力的人才保障。
以上故事和框架概述僅供參考,您可以根據(jù)這些線索進一步挖掘和編寫關(guān)于DVSI公司的故事。
機頂盒,全稱為數(shù)字視頻變換盒,是現(xiàn)代家庭娛樂中不可或缺的重要設(shè)備。從廣義上講,凡是與電視機連接的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備均可視為機頂盒,其功能已遠不止于簡單的信號轉(zhuǎn)換。機頂盒不僅能夠接收來自有線電纜、衛(wèi)星天線、寬帶網(wǎng)絡(luò)及地面廣播的數(shù)字電視信號,并將其轉(zhuǎn)換為適合電視機播放的格式,還集成了眾多增值服務,如電子節(jié)目指南、因特網(wǎng)網(wǎng)頁瀏覽等。
在數(shù)字電視時代,機頂盒扮演了至關(guān)重要的角色。它不僅讓用戶能夠在模擬電視上觀看高清乃至4K的超高清電視節(jié)目,享受更為細膩的畫面和震撼的音效,還賦予了電視機網(wǎng)絡(luò)交互的能力。通過機頂盒,用戶可以輕松接入互聯(lián)網(wǎng),進行在線購物、觀看網(wǎng)絡(luò)視頻、玩游戲等多元化活動,使電視機從單向接收信息的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榕c用戶互動的智能終端。
隨著技術(shù)的不斷進步,機頂盒的功能也在不斷擴展。智能化技術(shù)的應用,如語音助手、智能推薦等,進一步提升了用戶體驗。同時,高清、超高清技術(shù)的普及,以及云計算、邊緣計算等技術(shù)的結(jié)合,為機頂盒提供了更為高效的內(nèi)容分發(fā)和管理能力。未來,隨著5G、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等新技術(shù)的融入,機頂盒的娛樂、教育等應用將更加廣泛,為用戶帶來更為沉浸式和互動式的觀影體驗。
綜上所述,機頂盒作為連接電視與外部信號源及互聯(lián)網(wǎng)的橋梁,正以其豐富的功能和不斷升級的技術(shù),為現(xiàn)代家庭娛樂生活帶來前所未有的便捷與享受。
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