MSP430单片机系统应用结构设计与选型

　　1 MSP430简介

　　MSP430是TI公司推出的16位单片机系列产品，在电池供电的低功耗应用中具有独特的优势。其工作电压为1.8～3.6 V，正常工作时功耗可控制在200μA左右，低功耗模式可实现2μA甚至O.1μA的低功耗。MSP430系列单片机作为性能优异的MCU在中国已经得到了广泛的应用。MSP430具有高集成度，通常在单个芯片上集成了12位的A/D转换器、比较器、多个定时器，以及片内USART、看门狗、片内DCO 等。一般单片就可满足大多数的应用需要。

　　MSP430单片机的程序存储器是Flash存储器，并且支持JTAG在线编程，可以方便地实现程序的下载、仿真、调试和升级。

　　目前整合性最好的MSP430F44X系列，具有60 KB程序存储(可记录数据)，2 KB片内RAM，6个I/O端口(P1和P2具有中断能力)，160段液晶驱动，2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，频率调整电路FLL+以及系统复位SVS模块等。而基本型的 MSP430F1101 和MSP430C1101只有1 KB程序存储、128字节片内RAM、模拟比较器和2个定时器等。

　　MSP430F44X与MSP430F11X在硬件结构上、在系统整合上存在较大差异; MSP430F41X与MSP430F11X的差异不是很大。但这3系列芯片的价格由几元到数十元不等，那么如何选择系统芯片呢?以3种芯片为例，其系统功能框图分别如图1、图2、图3所示。

　　2 常用的MSP430应用系统的设计方案

　　在图4所示系统中，有模拟输入、脉冲采集、日历时钟、液晶显示、键盘操作和外围设备控制等。可采用以下几种方案进行MSP430的选型。

　　(1)选用MSP430F44X系列

　　这个方案设计最简单，因为目前MSP430F44X系列芯片是集成度最高的。该系列任何一款芯片都能胜任(一般程序字节不会大于32 KB)。

　　(2)选用MSP430F41X系列

　　如果程序在8 KB范围以内，那么这是一种较好的方案。MSP430F41X系列虽然不能直接进行A/D转换，但整个系统价格适中。

　　(3)选用MSP430F11XX系列

　　该系列芯片不能直接驱动液晶，且程序量较小，也没有直接的A/D转换能力。与前两种方案相比，这是明显的不足，但其价格是最低的。

　　在这3种方案中，如果对生产成本要求不高，则第1种方案最好;如果要考虑批量的生产成本，则第3 种方案最好，性价比最高。如果使用MSP430F1121A，则批量报价不到9元，适合于大批量生产、成本敏感的产品，可得到最高的性价比。但第3种方案存在很多问题，有待解决。

　　3 高性价比的MSP430应用系统解决方法

　　图4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5个问题：模/数转换问题、液晶显示问题、程序量小的问题、日历时钟的程序化问题及串行通信问题。

　　3.1模/数转换问题解决方案

　　MSP430F11XX系列单片机片内有模拟比较器Comparator_A和功能强大的定时器Time_A，可以构成斜率(Slope)A/D转换，实现从模拟到数字的转换。具体原理如图5所示(这里以电阻模拟量到数字量的转换为例)。

　　在图5中，Rref、Rmeas分别为标准的参考电阻和被测量的电阻，电容ca0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(关闭内部参考电压，使用外部参考电压 O.25Vcc、O.5Vcc和二极管管压降)。比较器负端选择O.25Vcc。

　　首先，标准电阻Rref对电容CAO充电到VCC，再通过参考电阻Rref放电，同时记录定时器值T1;当电容放电到O.5Vcc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Rmeas对电容充电到Vcc，再通过Rmeas放电，同时读取定时器值T3;当电容放电到0.5Vcc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：

　　对其他电压等物理量的测量也可采用此办法。

　　3.2 液晶显示问题解决方案

　　MSP430F11XX没有液晶驱动能力，必须外部扩展。如图6所示，可以使用I/O输出直接驱动价格低廉的液晶驱动芯片来显示信息。如果这样，为什么还要选用自带液晶驱动的价格昂贵的MSP430F43X或MSP430F44X呢?

　　例如，用MSP430的Px.x两个I/O口与驱动芯片的CLK、DATA进行通信，即可实现所需的显示信息。可以节省本就不多的I/O端口以作他用。

　　3.3 程序量小问题解决方案

MSP430F11XX系列单片机最大的程序容量只有4 KB，对较为复杂的应用来说程序空间比较校对于MSP430系列单片机有个巧妙的解决办法：由于MSP430单片机的存储器具有线性统一编址的特点，因此单片机运行的程序可以在除了片内外围模块空间以外的任何存储空间，这里RAM用作程序存储器。又由于RAM内容可变，故可将程