Texas Instruments 超低功耗微控制器

Ultra-low power design withUltra-low power design with

MSP43

0

南京航空航天大学魏小龙 2002 年 9 月修改

超低功耗微控制器MSP430

Texas Instruments 超低功耗微控制器


MSP43

0


F40x

in designx31xLCD92

x32xLCD84ADC14

x33xLCD120Timer_AUSART

MPY

ROM/OTP2.5-5 VLCD DriverFLLTimer/PortBasic Timer8-bit T/C

Flash1.8-3.6 VBasic ClockTimer_A

Flash1.8-3.6 VLCD Driver….

1996 1999 2000 2002

MSP430 发展历程

2001

x11x1Comp_A

X12xUSART

in design

F13xTimer_BADC12USARTComp_A

F14xTimer_BADC12

2 USARTMPY

Comp_A

New

New

F41x

F42x

in design

F43X/F44X

性能


MSP43

0


MSP430 为工业级 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 8MHz internal clock!

MSP430 ：全新的微控制器

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


MSP43

0


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

灵活多样的外围模块 10/12-bit A/D (8 + 4 通道 , 转换 <1

0 µs)

16-bit Timer_A with 3 C/C 寄存器 16-bit Timer_B with 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

MSP430F1xx： FLASH 系列特性


MSP43

0


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

MSP430 FLASH 系列

型号 FLASH A/D Timers USART MPY I/O

MSP430F1101 1 KB Slope A3 - - 14MSP430F1121 4 KB Slope A3 - - 14MSP430F133 8 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48MSF430F135 16 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48MSP430F147 32 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F148 48 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F149 60 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48

型号 FLASH A/D Timers USART MPY I/O

MSP430F1101 1 KB Slope A3 - - 14MSP430F1121 4 KB Slope A3 - - 14MSP430F133 8 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48MSF430F135 16 KB 12-bit A3 + B3 1 - 48MSP430F147 32 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F148 48 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48MSP430F149 60 KB 12-bit A3 + B7 2 v 48


MSP43

0


超低功耗的实现：快速起动和省电模式

* 16bit CPU* 突发式模式切换* 电流消耗小* 唤醒快 (<6 µs)

其他 MCU

MSP430

* 4/ 8bit CPU* 电流消耗大* 唤醒慢

I

t

t

I

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。

400

50 506 1.3 0.1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Act

ive

Mo

de

Vcc = 3V1 µsec cycle time

Icc / µA

LP

M0

LP

M1

LP

M2

LP

M3

LP

M4

IAvrg

IAvrg


MSP43

0


* 16bit CPU* 突发式模式切换* 电流消耗小* 唤醒快 (<6 µs)

其它 MCU

MSP430

* 4/ 8bit CPU* 电流消耗大* 唤醒慢

I

t

t

I

例： LPM3, 备用模式振荡器 32768Hz 活动 ,Timer_A 有效 ,经 LCD 模块驱动 LCD

200

32 3211 0.7 0.1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Act

ive

Mo

de

Vcc = 2.2V1 µsec cycle time

Icc / µA

LP

M0

LP

M1

LP

M2

LP

M3

LP

M4

IAvrg

IAvrg

1-2 mA

<200uA

超低功耗的实现： FLASH 型


MSP43

0


FLL 时钟系统（ 3x）

低功耗 32.768 kHz 晶振

ACLK辅助时钟

PUCFLL

fMCLK = ( N + 1 ) * fACLKMCLK主系统时钟(fSystem)

32.768 kHzcrystal

XIN

XOUT

MSP430MSP430

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


MSP43

0


FLASH 型的时钟系统（ F11x， F11x1）

1 个晶振 , 1 个 DCO, 适应不同频率需要


MSP43

0


FLASH 型的时钟系统（ F13x， F14x）

2 个晶振 , 1 个 DCO, 适应不同频率需要


MSP43

0


速度比较 : 32 kHz 时的运算快于 20 MHz

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

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

MSP430 performs 16 bit instead of 8 bit 4 times faster than a MSP430 performs 16 bit instead of 8 bit 4 times faster than a typical 8 bit typical 8 bit C !!C !!

MSP430 performs 16 bit instead of 8 bit 4 times faster than a MSP430 performs 16 bit instead of 8 bit 4 times faster than a typical 8 bit typical 8 bit C !!C !!


MSP43

0


MSP430x33x 框图

P3.0 P3.7VCC2 VSS1 RST/NMI

MAB, 16bit

Com0..3

S0..28/O2..28

S29/O29/CMPI

TMS

TCK

TDI

TDO

XIN XOut XBuf

Oscillator

System Clock

ACLK

MCLKFLL

incl. 16 reg.

CPU

URX

24kB ROM 1024B

SRAM

WatchdogTimer

I/O Port

LCDBasicTimer1

MAB,4bit

MDB,8bit

MCB

15bit

30 Segment

1,2,3,4 Mux

Power-on-

ResetRAM

Linesf LCD

R03 R23

32kB

EPROM

USART

Busconv.

P4.7

I/O Port

1x8 dig. I/O's

P2.x P1.x

I/O Port

2x8 I/O'sall with

interr. cap.

R13 R33

P0.0 P0.7

I/O Port

8 I/O's, all with

3 Int. Vectors

interr. cap.

88

TP.0 .. 5 CIN

6

ADC

Timer,O/P

Timer/Port

Appl.’s:

UTX

UCK

8bitTimer/

Counter

RXDTXD

UART

TimerA

16bitPWM

TimerA

TACLK TA0.0..5

RXD, TXD

MPYMPYSMAC

16x16bit8x8bit

MDB, 16bit

2 Int. Vectors

1x8 dig. I/O’s

STESIMO

SOMICMPI

UART orSPI

function

P4.0VSS2 VSS3VCC1

Test

JTAG

32kB ROM


MSP43

0


MSP430x32x 框图

'C': Prom'P': OTP

SRAM

CPU

incl. 16 reg.Bus

conv.

ADC WDT

I/O Port8b Timer/

B. Timer

MAB, 16bit

MDB, 16bit

MAB,4bit

MDB,8bit

Oscillator

System Clock

ACLK

MCLK

MCB

Test

JTAG

12+2bit

5 Channels

Current S.

FLL

15bit

Counter8 I/O's

Serial Protocol

Support3 Int. Vectors

POR

TMS

TCK

TDI

TDO

fLCD

TXD

RXD

XIN XOut P0.0 P0.7VCC VSS RST/NMI

SVCCRIA0..5

Timer/

Port

TP.0 TP.5

CIN

R03

LCD

1, 2, 3, 4 Mux

84 SegmenteCom0..3

Seg 0..19

Seg 20/CMPI

.....TP.4

XBuf

R23R33R13

'E': EProm

8kB ROM 256B RAM

16kB EPROM 512B RAM

16kB ROM 512B RAM

CMPI


MSP43

0


MSP430x31x 框图

P0.0 P0.7VCC VSS RST/NMI

MAB, 16bit

MDB, 16bit

Com0..3

Seg 0..18,22,23,26

Seg 27/CMPI

TMS

TCK

TDI

TDO

XIN XOut XBuf

Oscillator

System Clock

ACLK

MCLK

Test

JTAG

FLL

incl. 16 reg.

CPU

TP.0 .. 5 CIN R13 R23

4kB ROM

'C': Prom

'E': EProm

256B

SRAM

WDT

I/O Port

LCD

8b Timer/

B. Timer

MAB,4bit

MDB,8bit

MCB

15bit

Counter

1, 2, 3, 4 Mux

Serial Protocol

Support

POR

RAM

92 Segmente

fLCD

TXD

RXD

6

8kB ROM

A/D Conv.

Timer, O/P

Timer/Port

Applications:

Busconv.

8 I/O's, all with

3 Int. Vectors

interr. capability'P': OTP

CMPI


MSP43

0


P1.0/TACLK

P1.7/TA2

VCC

VSS

RST/NMI

TEST/ VPP

Test / JTAG

CPUincluding 16

register

2/4kB ROM

'C': ROM

128/256B

SRAMM

AB

,4bi

t

MD

B,8

bit

MC

B

Power-On

RAM

Busconv.

Reset

I/O Port 1

Timer_A3 CC Register:

4kB MTP

'F': MTP

8 I/O's, all with

interr. capability

XIN

XOut Oscillator

System Clock

ACLK

MCLK

SMCLK

Rosc

AC

LK

SM

CLK

Watchdog/

15 / 16 bit

Timer

AC

LK

DC

OR

P2.0/ACLK

P2.5/Rosc

Out

xO

ut0

CC

I0B

TA

CL

K SM

CL

K

TA

CLK

or

JTA

G

CC

IxBC

CIx

A

CCR0/1/2

INC

LK

INC

LK

Out

x

CC

IxA

MD

B,

16b

it

MA

B,

16b

it

Comp.

CC

I1B

P2.1/INCLK

P2.2/CAOUT

P2.3/CA0

P2.4/CA1

+

-

P2.3

P2.4

I/O Port 2

8 I/O's, all with

interr. capability

MSP430x11x 框图

PWM 和 UART

12 位斜坡 ADC

14 中断线

4K + 256 flash

多模式时钟


MSP43

0


64 pin QFP

MSP430F13x 框图P3 P4DVCC DVSS RST/NMI

MAB, 16bit

MDB, 16bit

TEST/VPP

Test

JTAG

incl. 16 reg.

CPU

Flash 8 KB16 KB

RAM

256 B512 B

MAB,4bit

MDB,8bit

MCB

Power

Busconv.

on

Reset

USART

I/O Port 3/4

Timer_B3

3 CC Register

XIN1 XOut1

Oscillator System Clock

ACLK

MCLK

SMCLK

I/O Port 1/2

P1 P2

Rosc

ACLK

SMCLK

Watchdog

15 / 16 bit

Timer

12 bit ADC8 channels

<10us conv.

ComparatorA

16 I/O’swithinterr. capability

Timer_A3

3 CC Register

I/O Port 5

P5

Shadow Reg.

AVCC AVSS

XIN2

XOut2

BreakpointLogic



8

A0..7


MSP43

0


64 pin QFP

MSP430F14x 框图P3 P4DVCC DVSS RST/NMI

TEST/VPP

Test

JTAG

incl. 16 reg.

CPU

Flash 32 KB48 KB60 KB

RAM

1 KB2 KB2 KB

MAB,4bit

MDB,8bit

MCB

Power

Busconv.

on

Reset

I/O Port 3/4

Timer_B7

7 CC Register

COMM port

XIN1 XOut1

Oscillator System Clock

ACLK

MCLK

SMCLK

I/O Port 1/2

P1 P2

Rosc

ACLK

SMCLK

Watchdog

15 / 16 bit

Timer

12 bit ADC

8 channels

<10us conv.

ComparatorA

Timer_A3

3 CC Register

I/O Port 5

P5

Shadow Reg.

AVCC AVSS

XIN2

XOut2

USARTs

BreakpointLogic

Two

HardwareMPY

MAB, 16bit

MDB, 16bit




8

A0..7


MSP43

0


MSP43041X 框图


MSP43

0


MSP430F43X/44X 框图


MSP43

0


MSP430 的空间

地址功能寻址7 0

0FFFFh

0FFE0h中断向量表 ROM 字/字节

0FFDFh 程序存储器跳转控制表数据表等

ROM 字/字节

0200h数据存储器 RAM 字/字节

01FFh

0100h16位外围模块

Ti mer，ADC等

字

0FFh

010h8位外围模块

I / O，LCD，定时器/端口

等字节

0Fh

0h特殊功能寄存器 SFR 字节

128-2K

1K-60K


MSP43

0


Segment 0

中断向量

Segment 1

Segment 2

Segment 3

Segment A

Segment B

FFFFh

FE00h

FC00h

FA00h

F800h

1100h

1080h

1000h

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

Up to 60Kbyte

MSP430 的空间： FLASH 型的 FLASH 存储器


MSP43

0


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

Write flash memory

FLASH Busy

Set write mode


MSP43

0


中断：向量表（ 3x, 11x, 11x1）

中断源中断标志系统中断地址优先级上电外部复位看门狗

WDTI FG 复位 0FFFEh 15，最高

NMI振荡器故障

NMI I FGOFI FG

非屏蔽可屏蔽

0FFFCh 14

I / O专用 P0I FG. 0 可屏蔽 0FFFAh 13I / O专用 P0I FG. 1 可屏蔽 0FFF8h 12

可屏蔽 0FFF6h 11看门狗定时器 WDTI FG 可屏蔽 0FFF4h 10Ti mer_A CCI FG0 可屏蔽 0FFF2h 9Ti mer_A TAI FG 可屏蔽 0FFF0h 8USART接收 URXI FG 可屏蔽 0FFEEh 7USART发送 UTXI FG 可屏蔽 0FFECh 6ADC，定时器/端口 ADCI FG 可屏蔽 0FFEAh 5定时器/端口可屏蔽 0FFE8h 4P2 P2I FG. 0-7 可屏蔽 0FFE6h 3P1 P1I FH. 0-7 可屏蔽 0FFE4h 2Basi c Ti mer BTI FG 可屏蔽 0FFE2h 1P0 P0I FG. 2-7 可屏蔽 0FFE0h 0，最低


MSP43

0


中断：向量表（ 13x,14x）

中断源中断标志系统中断地址优先级上电外部复位看门狗Fl ash存储器

WDTI FG 复位 0FFFEh 15，最高

NMI振荡器故障Fl ash存储器访问错

NMI I FGOFI FGACCVI FG

非屏蔽可屏蔽

0FFFCh 14

Ti mer_B7 BCCI FG0 可屏蔽 0FFFAh 13Ti mer_B7 BCCI FG1-6, TBI FG 可屏蔽 0FFF8h 12Compare_A CMPAI FG 可屏蔽 0FFF6h 11看门狗定时器 WDTI FG 可屏蔽 0FFF4h 10USART0接收 URXI FG0 可屏蔽 0FFF2h 9USART0发送 UTXI FG0 可屏蔽 0FFF0h 8ADC ADCI FG 可屏蔽 0FFEEh 7Ti mer_A3 CCI FG0 可屏蔽 0FFECh 6Ti mer_A3 CCI FG1-2, TAI FG 可屏蔽 0FFEAh 5P1 P1I FG. 0-7 可屏蔽 0FFE8h 4USART1接收 URXI FG1 可屏蔽 0FFE6h 3USART1发送 UTXI FG1 可屏蔽 0FFE4h 2P2 P2I FG. 0-7 可屏蔽 0FFE2h 1

0FFE0h 0，最低


MSP43

0


寻址方式和指令

程序计数器 PC R0堆栈指针 SP R1

状态寄存器 SR/常数发生器 CG1 R2常数发生器 CG2 R3工作寄存器 R4 R4工作寄存器 R5 R5

：：：：

工作寄存器 R13 R13工作寄存器 R14 R14工作寄存器 R15 R15

寻址模式语法寄存器模式 Rn变址模式 X(Rn)符号模式 ADDR绝对模式 &ADDR间接寄存器模式 @Rn间接增量模式 @Rn+立即模式 #N

MSP430 的寄存器 MSP430 的寻址方式

MSP430 指令： 27 条（ RISC 指令）

采用模拟指令后为 51 条


MSP43

0


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）


MSP43

0


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


MSP43

0


片上外围模块：定时器，比较器

BASIC Timer1 2x8 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


MSP43

0


片上外围模块： TIMER_A， TIMER_B

TIMER_B


MSP43

0


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


MSP43

0


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）


MSP43

0


片上外围模块： A/D 12 bit（ 13x， 14x）

自动扫描桶型缓存

采样 / 转换控制

片内参考电压源

片内温度传感器

可编程参考源选择


MSP43

0


P1OUT.0P1.0

C1

R1Vin =1024

利用比较器构成 10 bit A/D

MSP430

CA1Vin

Vcc xn

CA0

CAOUT

+ 1 LSB

VCC

P2.0/DAC

( Not To Scale!! )

Vin ~ Vout

Vin


MSP43

0


VCC/4

P1OUT.1

P1OUT.2

P1OUT.0

P1DIR.0P1.1

P1.2

P1.0

C1

R1

Vref

Vref/2

charge

Tvin

charge

Tvref

Vin

charge

Tvb

Vin =

TVcc-Tvb e

利用比较器构成斜坡 12 bit A/D

MSP430

CA1

P1OUT.3P1.3

Vin

Vref

R

R

ln(0.5) x Tvin-Tvref

Vref

Vb

Vth

CA0

CAOUT


MSP43

0


F11x 应用实例


MSP43

0


TIMER_B + ADC 应用 : 3 相 H-桥电路驱动

U0

T1

T2

T3

T4 T6

T5

AC~

RCcell Feedback

gain

Shuntresistor

Over currentprotection

Active Time

MSP430F14X

TB5TB4TB3TB2TB1TB0

A0

6-Channel PWM + Dead Band

A1A2

Drive VoltageTemperature


MSP43

0


例程简介Key.s43 键盘扫描的程序编写Key.c 使用 P1 口中断方式的扫描键盘 C 程序编写Dis6.s43 六只数码管扫描的汇编Display.c 六只数码管扫描的 C 程序Keydip.s43 显示键盘的按键键值Keydlpm.s43 显示键盘的按键键值的低功耗编程方法Time1.s43 定时器的使用 , 时钟的设计 , 在此基础可写日历程

序Time2.s43 时钟在显示器上显示Adc10.s43 单通道单次采样 , 通道 10

Adc_dis.s43 ADC 转换后 , 显示 , 两个通道keyDLA.s43 低功耗实现 ADC, 按键 , 显示 , 中断操作Aiic-4302.s43 24c32—24c512 存储器的程序编写内部双地址Iic-430.s43 24c01 存储器的程序编写 , 内部单地址Singdan.c 单通道单次转换的 C 编程Singduo.c 单通道多次转换的 C 语言编程Duodan.c 多通道单次转换 , 中断方式Duoduo.c 多通道多次转换Wadog.s43 看门狗定时器的定时器使用Temp.s43 比较器 , 定时器的 SLOP ADC, 很多实用小程序


MSP43

0


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

MSP430 系统：性能 /价格比


MSP43

0


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 器件厂家网站

http://www.lierda.com 中国代理网站

http://www.mcu-china.com 小龙微控有大量的 430 应用与例程

http://www.ti.com/sc/docs/products/micro/msp430 器件厂家网站

http://www.lierda.com 中国代理网站

http://www.mcu-china.com 小龙微控有大量的 430 应用与例程

Texas Instruments 超低功耗微控制器

Documents

Transcript of Texas Instruments 超低功耗微控制器