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Texas Instruments 超低功耗微控制器 PowerPoint PPT Presentation


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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. F44x. in design. F42x. in design. X12x USART. F41x. in design. 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.

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Texas Instruments 超低功耗微控制器

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Texas instruments

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


Msp430

F44x

in design

F42x

in design

X12x

USART

F41x

in design

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


Msp4301

MSP430:全新的微控制器

RUN THE MARATHON,NOT THE MILE.

TI’s Flash MSP430 MCU reducespower consumption drastically,so your batteries run longer.

  • 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

  • MSP430 有工业级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 4MHz internal clock!


Msp430f1xx flash

MSP430F1xx: FLASH 系列特性

New

灵活多样的外围模块

  • 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

RUN THE MARATHON,NOT THE MILE.

TI’s Flash MSP430 MCU reducespower consumption drastically,so your batteries run longer.

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


Msp4302

MSP430 系列

注:

1 - 可由 Comparator_A 实现

2 - 可由 Timer/Port 实现

3 - 有 256B FLASH 和Boot ROM

4 - Input/Output + Output

外围模块:

TIMERS:WDT   - Watchdog 定时器

8bit T  - 8 位定时器/计数器

BT1     - Basic Timer 1

T_A     - Timer_A (x) 捕捉/比较寄存器

T_B     - Timer_B (x) 捕捉/比较寄存器

UART软件实现,或通用同步/异步接口数

MPY硬件乘法器

I/O数字I/O,及Output


Msp430 flash

MSP430 FLASH 系列

New

Five new Flash configurations available now!

型号FLASHA/D Timers USART MPY I/O

MSP430F11011 KBSlopeA3- - 14

MSP430F11214 KBSlopeA3- - 14

MSP430F1338 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48

MSF430F13516 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48

MSP430F14732 KB 12-bit A3 + B72 v 48

MSP430F14848 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48

MSP430F14960 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48

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


Texas instruments

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


Texas instruments

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


Texas instruments

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)


Texas instruments

FLASH型的时钟系统(F11x,F11x1)

1 个晶振, 1 个DCO, 适应不同频率需要


Texas instruments

FLASH型的时钟系统(F13x,F14x)

2 个晶振, 1 个DCO, 适应不同频率需要


Texas instruments

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 !!


Texas instruments

MSP430x33x框图


Texas instruments

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


Texas instruments

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


Texas instruments

MSP430x11x框图

14 中断线

12 位斜坡ADC

PWM 和UART

4K + 256 flash

多模式时钟


Msp430f13x

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

New

64 pin QFP


Msp430f14x

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

New

New

64 pin QFP


Texas instruments

MSP430的空间

1K-60K

128-2K


Texas instruments

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


Texas instruments

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


Texas instruments

中断:向量表(3x, 11x, 11x1)


Texas instruments

中断:向量表(13x,14x)


Texas instruments

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


Texas instruments

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)


Texas instruments

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


Texas instruments

片上外围模块:定时器,比较器

BASIC Timer12x8 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_A16 位,带比较器/捕捉器,可实现 UART、PWM、斜坡 A/D

Timer_B16 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


Texas instruments

片上外围模块:TIMER_A,TIMER_B

TIMER_B


Texas instruments

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


Texas instruments

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)


Texas instruments

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


Texas instruments

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


Texas instruments

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


Texas instruments

F11x应用实例


Texas instruments

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


Texas instruments

开发工具介绍

TI 软件包

C-编译器

  • Simulator

  • Assembler

  • Linker

  • Archiver

  • Object Code Converter

  • Absolute Lister

  • LCD Editor

  • IAR Systems C-Compiler

仿真器

  • Dr. Krohn & Stiller Emulator

  • MX430, MX430P, MX430L, and AX430 Emulator (hitex)

  • OCEAN MSP430xx JTAG Emulator (Goepel electronic)

TI 软件库

  • Floating Point Package

编程器

评估板

  • TI Programming Adapter

  • SMS Gang Programmer

  • BP Microsystems

  • Starter Kit MSP-STK430X320

  • Evaluation Kit MSP-EVK430X320

  • Evaluation Kit MSP-EVK430X330

  • Flash ICE MSP-FET430X110

  • Flash ICE MSP-FET430P140


Flash fet

FLASH 型低价格仿真工具:FET

MSP-FET430X110

(适用于F11x / F11x1 型)

价格低廉仿真功能基于片内集成的仿真逻辑来实现可仿真F1101, F1121

硬件

包括:PC 并行电缆, JTAG 电缆, 插座, 仿真座

软件

CD-ROM: IAR开发环境软件包

包括:Simulator, Debugger, Assembler/Linker, 限制版 C-Compiler (1KB Code),

功能

程序下载、更新、运行及代码调试

由 PC 环境下的JTAG 控制实现

Flash 存储器编程

由片内仿真逻辑实现全速调试(2个断点)


Flash fet1

FLASH 型低价格仿真工具:FET

New

MSP-FET430P140

(适用于F13x / F14x 型)

价格低廉仿真功能基于片内集成的仿真逻辑来实现可仿真F133, F135, F147, F148, F149

硬件

包括:PC 并行电缆, JTAG 电缆, 插座, F149 样机

软件

CD-ROM: IAR开发环境软件包

包括:Simulator, Debugger, Assembler/Linker, 限制版 C-Compiler (1KB Code),

功能

程序下载、更新、运行及代码调试

由 PC 环境下的JTAG 控制实现

Flash 存储器编程

由片内仿真逻辑实现全速调试(3个断点)


Msp4303

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


Texas instruments

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

http://www.lierda.comE-mail: [email protected](wzptt)


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