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基于MSP430F149的单片机最小系统设计(内含项目开发)
发布时间:2021-03-03 阅读量:583 来源:电子工程网 作者:

单片机最小系统,或称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对于MSP430系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。本文介绍了MSP430F149单片机的特点,设计了MSP430最小系统中电源模块、晶振电路模块、复位电路模块、串口通讯模块和数据存储模块的电路原理图,并介绍了各部分的功能。

引言

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A/D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2.2V、时钟频率1MHz时,活动模式为200μA;关闭模式时仅为0.1A,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:1.8~3.6V;

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6μs;

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

 

image.png 


1.1 电源电路

 

本系统需要使用+5V和+3.3V的直流稳压电源,其中MSP430Fl49及部分外围器件需要+3.3V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,+3.3V由+5V直接线性降压。电源电路原理如图2所示。

 

 image.png

 

1.2 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32.768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式,即32.768kHz,也可以通过外接450kHz~8MHz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。

 

 image.png

 

1.3 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。

 

 image.png

 

1.4 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。

 

 image.png

 

1.5 数据存储电路

 

数据存储选择大容量的E2PROMCAT24WC256。它是一个256K位串行CMOSE2PROM,内部含有32768个字节,每字节为8位,CATALYST公司的先进CMOS技术减少了器件的功耗,CAT24WC256有一个64字节页写缓冲器该器件通过I2C总线接口进行操作。原理如图6所示。

 

image.png

 

总结

 

最小系统可以直接作为核心部件应用与工程和科研中,具有良好的通用性和可扩展性。在最小系统的基础上,可以很方便地进行二次开发和功能扩展,能够缩短开发周期,降低开发成本。本文实现了最小系统的基本功能,介绍了各模块的硬件电路。该最小系统可以经过适当修改可应用于电子设计、计算机教学与科研、工业控制等领域。


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项目一:单片机+传感器,需求为设计包生产

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项目需求:多个项目,主控为单片机,做传感器单板机,有生产需求,需要能到本单位协同沟通,杭州本地或外地可以来协商方案的公司,

有意向请联系。


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项目二:EL驱动开发-要求熟悉电源和PIC单片机以及汇编

项目预算:¥10000.00

项目需求:1.、具有逆变器,或者EL驱动开发经验,熟悉汇编,能够识别原有代码和工程文件,熟悉PIC单片机的基本操作,能够把原来的驱动恢复起来;2、在原有设计上,增加LIN接口, 通过LIN控制EL开启,关闭或者闪烁;LIN接口可以单独用一个单片机实现;3、 一些其他的小的功能。


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