TI MSP430

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 02:56, 30 ноября 2016.
MSP430
MSP430.jpg
Производство: C 1999
Изобретен Texas Instruments
ISA: 16 бит

TI MSP430 - это название семейства 16-разрядных микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments[1].». MSP430 разработано для низкой стоимости и, в частности, низкого энергопотребления встраиваемых приложений. Применяя микроконтроллеры MSP430, разработчики получают мощный инструмент для работы с аналоговыми и цифровыми сигналами при сверхнизком потреблении энергии батареи. Энергии литиевой батареи достаточно для питания прибора в течение 5 лет.

История

Первоначально микроконтроллеры MSP430 были разработаны в 1999 году. «TI» заявил о стремлении создать микроконтроллер с системой команд, близкой к популярной в 70-х—80-х годах архитектуре PDP-11. Ядро MSP430 16-битное. Систему команд постарались сделать максимально ортогональной с разнообразными способами адресации. Ортогональность системы команд означает, что в любой команде может использоваться любой способ адресации операнда: константа, прямой из регистра или памяти, косвенный и т. п. В момент рождения семейства основной упор был сделан на снижение энергопотребления. Однако с тех пор экономия энергии стала идеей-фикс электронной техники, и MSP430 активно теснят на этом пьедестале другие производители со своими архитектурами. Ключевым отличием и «визитной карточкой» семейства MSP430 является возможность тактировать любой модуль периферии асинхронно от ядра. В подавляющем большинстве однокристальных микроконтроллеров периферия синхронна с ядром (за исключением отдельных специальных узлов). Такая особенность позволяет гибко управлять скоростью (а значит, и потреблением) каждого модуля. Кроме того, уникальным является также модуль USB интерфейса: он имеет отдельный домен питания, что упрощает разработку батарейных приборов с USB-интерфейсом. Сегодня семейство MSP430 предлагает широкую гамму однокристалльных микроконтроллеров с объемом флеш-памяти от единиц до 512 килобайт и ОЗУ до 64 килобайт. Тактовые частоты ядра — до 25 МГц.

Архитектура

RISC-архитектура

RISC (Reduced Instruction Set Computing) - архитектура процессора с сокращенным набором команд. Наиболее важные отличительные особенности RISC архитектуры: архитектура регистр-регистр, простые способы адресации, простые команды и большой регистровый файл. Микроконтроллер MSP430 имеет 27 основных инструкций и 24 дополнительных инструкции, что значительно упрощает процесс генерации команд. Отсутствуют специальные команды обращения к аккумулятору, памяти или к периферийным устройствам. Это существенно повышает эффективность работы процессора. Ядро процессора - 16-битовое RISC ALU и шестнадцать 16-битовых регистров. Четыре регистра выполняют функции программного счетчика (PC), регистра статуса (SR), указателя стека (SP) и регистра констант (CG). Остальные двенадцать 16-битовых регистра - полностью в распоряжении пользователя. Регистры общего назначения используются для хранения переменных, указателей и для операций с данными. Процессор обращается к этим регистрам непосредственно, что содействует высокой эффективности работы микроконтроллера MSP430. Время выполнения команд 1-4 машинных цикла (1-4 mkS).

Режимы энергосбережения

Для эффективного использования энергии батареи семейство микроконтроллеров MSP430 использует пять режимов энергосбережения: LPM0, LPM1, LPM2, LPM3 и LMP4. На рисунке 2 показаны три основных режима энергосбережения LPM из пяти(Low Power Mode). Ток, потребляемый микроконтроллером MSP430, в нормальном (рабочем) режиме составляет 250 - 400 mkA. Процессор (CPU) и все встроенные периферийные устройства работают в обычном режиме. Основная особенность семейства микроконтроллеров MSP430 заключается в том, что периферия ( модуль ЖКИ, АЦП, таймеры, порты I/O ) может работать автономно, т.е. независимо от процессора. Поэтому, если в течение некоторого промежутка времени CPU не используется, его выключают командой "CPU Off". Потребляемый от батареи ток снижается до 30 mkA (режим LPM0). Допустим, что отпала необходимость в системной частоте (MCLK), которая используется для CPU, АЦП и таймеров. Включаем режим LPM3 - ток, потребляемый от батареи, снижается до 0,8 mkA. Возврат из энергосберегающих режимов LPM0-LPM3 в рабочий режим происходит по внутреннему прерыванию, которое генерируют периферийные модули. Возврат из режима LPM4 (все выключено) возможен только по внешнему прерыванию. Режимы управления потребляемой мощностью переключаются программно. Переходы из любого режима энергосбережения (LPM0-4) в рабочий режим происходят за 6 mkS. Развитая система прерываний ( 15 векторов ) позволяет оперативно управлять работой микроконтроллера, минимизируя время "холостой" работы CPU. Все периферийные устройства имеют индивидуальные вектора прерывания.

Системный генератор

Еще одна особенность, присущая семейству микроконтроллеров MSP430, это генератор с цифровым контролем (DCO). Для работы микроконтроллера достаточно внешнего кварцевого резонатора с частотой резонанса 32 kHz ( частота ACLK ). Генератор DCO формирует системную частоту MCLK, умножая частоту ACLK на множитель из ряда 1,2,3...32. Значение множителя задается программно, при этом частота MCLK принимает значения от 32 kHz до 1 MHz. Системная частота MCLK необходима для CPU, АЦП и таймеров. Программист должен сам выбрать значение MCLK, руководствуясь оптимальным соотношением производительности микроконтроллера и энергосбережения.

Библиотека FPP ( Floating Point Package )

Это приятное дополнение к программному обеспечению микроконтроллеров семейства MSP430 - библиотека математики с плавающей точкой. Библиотека FPP подключается к рабочей программе, занимая в программной памяти 1 килобайт. Библиотека работает с числами в диапазоне от -1.099.1012 до +1.099.1012[2] . При помощи библиотеки можно выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, вычисления квадратного корня, вычисления тригонометрических функций и операции сравнения чисел. В состав библиотеки входят конвертеры, преобразующие числа в формат float и обратно. Разработчик получает возможность производить сложные вычисления с большой точностью.

Отладочные средства

Компания Texas Instrument сопровождает все микроконтроллеры семейства MSP430 отладочными устройствами. Эти устройства значительно ускоряют процесс адаптации разработчика к новому для него семейству микроконтроллеров. В таблице 2 показана сводная таблица отладочных устройств, выпускаемых компанией Texas Instruments.

Микроконтроллер Симулятор Программатор Набор
MSP430P112 KickStart MSP-PRGS430 MSP-EVK430S110
MSP430F11x1 KickStart MSP-PRGS430 MSP-FET430x110
MSP430F13x KickStart MSP-PRGS430 MSP-FET430P140
MSP430F14x KickStart MSP-PRGS430 MSP-FET430P140
MSP430P315 KickStart MSP-PRGS430 MSP-EVK430S330
MSP430P325 KickStart MSP-PRGS430 MSP-EVK430S320
MSP430P337 KickStart MSP-PRGS430 MSP-EVK430S330

Как видно из таблицы, каждой серии микроконтроллеров семейства MSP430 соответствует свой отладочный набор. Микроконтроллеры серии MSP430Pxxx имеют однократно программируемую программную память. Для отработки программного обеспечения необходимо иметь отладочный кристалл серии PMS430Exxx, в котором программная память типа EPROM, т.е. многократно программируемая. В микроконтроллерах серии MSP430Fxxx программная память типа FLASH, поэтому отладочный кристалл для этой серии не нужен. В состав каждого отладочного набора входят: полноценная документация, программное обеспечение, программатор, макетная печатная плата, один или два микроконтроллера ( в зависимости от серии микроконтроллера).

Поколения MSP430

Всего существует шесть поколений процессоров msp430. В процессе развития они имели вид: поколение 3xх, поколение 1хх, поколения 4хх, в 2хх поколение, поколение кодом 5xx и 6хх поколения. Цифра после поколения определяет модель (как правило,модель с самым высоким номером крупнее и более способная), третья цифра указывает на количество памяти, а четвертая, если присутствует, определяет незначительный вариант модели. Самым распространенным вариантом является различный аналого-цифровой преобразователь на микросхемах. В 3xx и 1хх поколениях было ограничено 16-битное адресное пространство. В последующих поколениях оно было расширено, чтобы включить 430X инструкции, которые позволяют выходить за 20-битное адресное пространство. Как это произошло с другими архитектурами процессорами (например, процессоры из семейства PDP-11), расширение адресации диапазона за пределы 16-битного слова выявило некоторые странности и недостатки программ размером более 64 кбайт.

MSP430x1xx серия

MSP430x1xx серия является базовым поколения без встроенного ЖК - контроллера. Они, как правило, меньше, чем поколение устройств 3xx. Эти флэш или ПЗУ ультра-низким энергопотреблением микроконтроллеров предлагают 8 МИПС 1.8–3.6 V, до 60 КБ флэш-памяти, а также широкий спектр аналоговых и цифровых периферийных устройств. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки: 1-60 КБ
  • Параметры диска: 1-16 КБ
  • Параметры оперативной памяти: 128 Б–10 КБ
  • Параметры модуля:14, 22, 48 выводов
  • Параметры АЦП: наклон, 10 & 12-разрядный САР
  • Другая интегрированная периферия: 12-битный CAP, до 2 16-разрядных таймера, сторожевой Таймер, сброс при снижении питания, SVS, модуль USART (интерфейсы UART и SPI), DMA, 16×16 умножитель, Comparator_A, датчик температуры.

MSP430F2xx серия

Похожи на 1хх поколение, но работают на более низкой мощности, поддержка до 16 МГц операций. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки: 1-120 КБ
  • Параметры оперативной памяти: 128 Б–8 КБ
  • Параметры модуля:10, 11, 16, 24, 32, и 48 выводов
  • Параметры АЦП: наклон, 10 & 12-разрядный САР, 16 & 24-битный Sigma Delta
  • Другая интегрированные периферийные устройства: операционные усилители, 12-битный CAP, до 2 16-разрядных таймера, сторожевой Таймер, сброс при снижении питания, SVS, USIмодуль (I2C и SPI), данные модуля, DMA, 16×16 умножитель, Comparator_A+, датчик температуры.

MSP430G2xx серия

Особенности серии MSP430G2xx - вспышки на основе ультра-низкого энергопотребления микроконтроллеров до 16 MIPS с 1.8–3.6 Вольт. Включает в себя весьма-низкую мощность генератора, внутренние поднимающиеся/опускающиеся вниз резисторы, по более низким ценам, чем в серии MSP430F2xx. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки: 0.5–56 КБ
  • Параметры оперативной памяти: 128 Б–4 КБ
  • Параметры модуля: 10, 16, 24, 32 вывода
  • Параметры АЦП: наклон, 10-разрядный САР
  • Другие интегрированные устройства ввода: емкостный сенсорный ввод-вывод, до 3 16-разрядных таймера, сторожевой Таймер, сброс при снижении питания, модуль USI (I2C и SPI), модуль данные, Comparator_A+, датчик температуры.

MSP430x3xx серия

MSP430x3xx серия является старейшим поколением, предназначенным для портативных приборов со встроенным ЖК-контроллером. Это также включает в себя частоты автоподстройки частоты генератора, которая может автоматически синхронизироваться на низкой скорости (32 кГц). Это поколение не поддерживает EEPROM память, только ROM маски. Параметры устройства:

  • Параметры диска: 2-32 КБ
  • Параметры оперативной памяти: 512 байт–1 КБ
  • Параметры модуля: 14, 40 выводов
  • Параметры АЦП: наклон, 14-разрядный САР
  • Другие встроенные периферийные устройства: контроллер ЖК-дисплея, умножитель.

MSP430x4xx серия

MSP430x4xx Серия похожа на 3xx поколение, но оснащена интегрированным контроллером ЖК-дисплея, это поколение крупнее и имеет больше возможностей. Эти вспышки или устройства на базе ПЗУ предлагают 8-16 MIPS на 1.8–3.6 Вольт, с NLL, и SVS. Идеально подходит для низкого учета электроэнергии и для медицинских применений. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки/ПЗУ: 4 – 120 КБ
  • Параметры оперативной памяти: 256 Б – 8 КБ
  • Параметры модуля: 14, 32, 48, 56, 68, 72, 80 выводов
  • Параметры АЦП: наклон, 10 & 12-разрядный САР, 16-битный Sigma Delta
  • Другие встроенные периферийные устройства: SCAN_IF, ESP430, 12-битный CAP, операционные Усилители, RTK, до 2 16-разрядных таймера, сторожевой Таймер, основной Таймер, сброс при снижении питания, SVS, USAPP модуль (интерфейсы UART и SPI), ты в ней модуль, контроллер ЖК-дисплея, контроллер DMA, 16×16 & 32х32 множитель, Comparator_A, датчик температуры, 8 процессор MIPS скоростной.

MSP430x5xx серия

MSP430x5xx серия способна работать до 25 МГц, имеет до 512 Кб флэш-памяти и до 66 КБ ОЗУ. Этот флэш-семьи с низкой активной мощностью потребления до 25 MIPS на 1.8–3.6 Вольт (165 мкА/MIPS). Включает инновационный модуль управления питанием для оптимального энергопотребления и встроенный USB. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки: до 512 Кб
  • Параметры оперативной памяти: до 66 КБ
  • Параметры АЦП: 10 & 12-разрядный САР
  • Параметры модуля: 29, 31, 47, 48, 63, 67, 74, 87 выводов
  • Другие встроенные периферийные устройства: высокое разрешение PWM 5 вольт ввода/вывода, кабель USB, резервное копирование выключателя аккумулятора, до 4 16-разрядных таймера, сторожевой Таймер, часы реального времени, сброса, SVS, USCI модуль, DMA, 32х32 множитель, датчик температуры.

MSP430x6xx серия

MSP430x6xx серия способна работать до 25 МГц, имеет до 512 Кб флэш-памяти и до 66 КБ ОЗУ. Этот флэш-семьи с низкой активной мощностью потребления до 25 MIPS на 1.8–3.6 Вольт (165 мкА/MIPS). Включает инновационный модуль управления питанием для оптимального энергопотребления и встроенный USB. Параметры устройства:

  • Параметры вспышки: до 512 Кб
  • Параметры оперативной памяти: до 66 КБ
  • Параметры АЦП: 10 & 12-разрядный САР
  • Параметры модуля: 74 вывода
  • Другие встроенные периферийные устройства: высокое разрешение PWM 5 вольт ввода/вывода, кабель USB, модуль управления питанием (BOR, SVS, SVM, LDO), DMA, 32х32 множитель, датчик температуры.

Преимущества

  • Очень широкая линейка для практически любых задач.
  • Очень широкий ряд корпусов, от DIP до очень мелких типа pqfp.

Весь доступный ряд можно посмотреть с помощью удобной странички от TI:

официальный сайт Texas Instruments
  • Сверхнизкое потребление питания (бывает ну крайне важно). На этом остановимся поподробнее ниже с примерами и цифрами.
  • Мне также например нравиться то, что для одного и того же типа корпуса расположение ног для разных серий и типов в пределах серии одинаково. Это дает возможность легко заменить один тип на другой без изменения печатной платы.
  • Немаловажно, что все типы микроконтроллеров можно бесплатно заказать у TI для освоения[1].

Примечание

  1. 1,0 1,1 Texas Instruments [Электронный ресурс] : Материал из официального сайта компании TI: — Режим доступа: http://www.ti.com/lsds/ti/microcontrollers_16-bit_32-bit/msp/tech_docs.page
  2. Обзор микроконтроллеров [Электронный ресурс] : Материал из Radio-New: — Режим доступа: http://www.radio-new.ru/article/2.html