基于MSP430F149单片机的最小系统设计分析.doc

基于MSP430F149单片机的最小系统设计分析单片机芯片配以必要的外部器件，一般包括电源供入及电源开关、复位电路、晶振、输入输出电路等就能构成最小系统。MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位AD转换器、2个串行通信接口等模块。MSP430F149芯片具有如下特点：1）功耗低：电压22V、时钟频率1MHz时，活动模式为200A；关闭模式时仅为01A，且具有5种节能工作方式。2）高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHz时钟频率时，指令周期时间为125ns，绝大多数指令在一个时钟周期完成；32kHz时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。3）低电压供电、宽工作电压范围：1836V；4）灵活的时钟系统：两个外部时钟和一个内部时钟；5）低时钟频率可实现高速通信；6）具有串行在线编程能力；7）强大的中断功能；8）唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需6s；9）ESD保护，抗干扰力强；10）运行环境温度范围为-40+85，适合于工业环境。MSP430系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器，可以选择汇编或C语言编程，IAR公司为MSP430系列的单片机开发了专用的C430语言，可以通过WORKBENCH和C-SPY直接编译调试，使用灵活简单。1 系统总体设计最小系统是由保证处理器可靠工作所必须的基本电路组成的，主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、通信接口电路、数据存储电路组成，其硬件框图如图1所示。11 电源电路本系统需要使用+5V和+33V的直流稳压电源，其中MSP430Fl49及部分外围器件需要+33V电源，另外部分需要+5V电源。在本系统中，以+5V直流电压为输入电压，+33V由+5V直接线性降压。电源电路原理如图2所示。12 晶振电路MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器（DCO）、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430内部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。低速晶体振荡器（LFXTl）满足了低功耗及使用32768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即32768kHz，也可以通过外接450kHz8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，晶振外接2个22pF的电容经过XIN和XOUT连接到MCU。高速晶振也称为第二振荡器XT2，它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟，XT2最高可达8MHz。在系统中XT2采用4MHz的晶体，XT2外接2个22pF的电容经过XT2IN和XT2OUT连接到MCU，原理如图3所示。13 复位电路原理图手动复位是最小系统常用的功能，本系统采用专用复位芯片IMP811实现手动复位，原理如图4所示。14 通讯接口电路通信接口担负与外围的串行主机数据交换和支持打印等任务。串行通讯只需较少的端口就可以实现单片机和PC机的互通，具有无可比拟的优势。串行通讯有两种方式：异步模式和同步模式。MSP430系列都有USART模块来实现串行通信。在本设计中，MSP430F149的USART0模块通过RS232串口与外围的串行主机通信。EIA-RS232标准是由美国电子工业协会（EIA）制定的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和Modem进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和MODEM，而直接进行端到端的连接。RS232标准采用负逻辑方式，标准逻辑1对应-5V-15V电平，标准逻辑O对应+5V+15V电平。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。本系统采用专用电平转换芯片MAX3232来实现。MAX3232芯片是MAXIM公司生产的电平转换芯片，包含两路接收器和驱动器，性能可靠。原理如图5所示。15 数据存储电路