高性价比的单片机应用系统结构设计

一 MSP430系列器件比较

MSP430系列单片机作为一个性能优异的MCU在大陆已经得到了广泛的应用。MSP430在高整合性与高性能方面与其他MCU比较有较大优势。该系列芯片的价格也较为合理，目前整合性最好的MAP430F44X系列，整合了60K字节程序存储（可记录数据）、2K字节片内RAM、6个I/O端口（P1、P2能中断）、160段液晶驱动、两个串行端口、4个定时器（其中TB带有7个捕获/比较器、包括看门狗）、模拟比较器、硬件乘法器、8路12位A/D转换器、还有频率调整电路FLL+、系统复位SVS模块等。而较为基本型的MSP430F1101、MSP430C1101只有1K字节程序存储、128字节片内RAM、模拟比较器、两个定时器等。他们的性能比较可参考图一、图二以及图三。

nbs p; 图一 MSP430F11XX系列结构框图

图二 MSP430F41XX系列结构框图

图三 MSP430F44X系列结构框图

由图一、图二以及图三可以看出，MSP44X与MSP11X在硬件结构上、在系统整合上存在较大差异；MSP41X与MSP11X的差异不是很大。但这三个系列芯片的价格由49美分到7美圆不等，那么怎么选择我们的系统芯片呢。

二 一般常用的MSP430应用系统的设计方案

图四是常用的MSP430应用系统。在这个系统中，有模拟量采集、脉冲数字量采集、日历时钟、液晶显示、有键盘可供操作、大量的运算等。在这个系统中，可采用以下几种方案进行MSP430的选型。下面同时给出对他们的比较。

图四 常用的MSP430应用系统

1 使用MSP430F44X系列

在这个选型方案中，设计起来最简单，因为目前的MSP430F44X系列芯片是整合最齐全的。该系列任何一款都能胜任（一般程序不会大于32K字节）。

2 使用MSP430F41X系列

如果程序在8K字节范围以内，这无疑也是一种较好的方案。MSP41X系列就差不能直接A/D转换，系统价格适中。

3 使用MSP430F11XX系列

这种方案中MSP430不能直接驱动液晶，程序量较小，也没有直接A/D转换能力，这是与前两种方案相比较的明显不足，但它的价格是最好的。

在这三中方案中，可以看出如果不计硬件成本，第一种方案最好；如果一定要考虑硬件成本（比如大量产的民品），则第三种方案最好，是性价比最高的。如果使用MSP430C1101，则官方报价在49美分，价格相当便宜，适合与大批量的、成本价格敏感的产品，可得到最高的性能价格比。但第三种方案存在很多问题有待解决。

三 高性价比的MSP430应用系统解决方法

图四是较为经典的MSP430应用系统框图，如果使用最经济的MSP430系列器件MSP430F11XX系列，则要解决五个问题：模数转换的问题、液晶显示问题、程序量小的问题、日历时钟的程序化、串行通讯问题。

1 模数转换（A/D）的问题解决方案

MSP430X11XX系列单片机片内有模拟比较器Comparator_A与功能强大的定时器Time_A，可以构成斜边（Slope）A/D转换，实现模拟量到数字量的转换。具体原理是（这里以电阻量到数字量的转换为例）。

图五 斜边（Slope）A/D转换原理图

在图五中，R1、R2分别为标准的参考电阻（R1）与被测量的电阻（R2），电容C1起充放电作用。比较器的输出CAOUT用于驱动定时器捕获的发生。MSP430内部的模拟比较器能产生用于比较的模拟电压（电源VCC、1/2VCC、1/4VCC、二极管管压降）。比较器负端选择1/2VCC。首先，标准电阻对电容C1充电到VCC，再通过参考电阻R1放电，同时记录定时器值T1；当电容放电到1/2VCC时，比较器产生输出，CAOUT触发定时器产生捕获动作，将定时器值T2读出；其次使用被测量电阻R2对电容充电到VCC，再通过R2放电，同时读取定时器值T3；当电容放电到1/2VCC时，比较器输出信号再次捕获定时器数据T4。则在电容放电的线性区域可以得到被测量电阻的阻值：

R2 = （T2 - T1）* R1 / （T4 - T3）

对于其他物理量的测量也可以使用类似的办法。

2 液晶显示问题的解决方案

MSP30X11XX没有液晶驱动能力，必须外部扩展。如果可以使用外扩2圆人民币不到的液晶驱动芯片（比如HT1621或其他），为什么还使用自带液晶驱动的40-70圆人民币左右的MSP430F43X、MSP430F44X系列呢。

这里以便宜的HT1621为例说明液晶驱动芯片与MSP430系列的接口。HT1621有128段的液晶驱动能力。有4个公共端、32个段输出，能实现静态、2MUX、3MUX、4MUX等液晶驱动方式。须3或4线与单片机接口，同时可定时输出信号驱动单片机（在单片机间歇工作时很有用），也能输出用于驱动蜂鸣器的信号。与MSP430单片机接口如图六所示。如果不需要读出显示内容，则读信号可以不使用，只需要3线就可实现液晶显示的驱动，在口线紧张的情况下，可这样使用。

图六 HT1621