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單片機最小系統，或稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。對于MSP430系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。本文介紹了MSP430F149單片機的特點，設計了MSP430最小系統中電源模塊、晶振電路模塊、復位電路模塊、串口通訊模塊和數據存儲模塊的電路原理圖，并介紹了各部分的功能。 0 引言 單片機芯片配以必要的外部器件，一般包括電源供入及電源開關、復位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構成最小系統。 MSP430F149芯片是美國TI公司推出的超低功耗微處理器，有60KB+256字節FLASH，2KBRAM，包括基本時鐘模塊、看門狗定時器、帶 3個捕獲／比較寄存器和PWM輸出的16位定時器、帶7個捕獲／比較寄存器和PWM輸出的16位定時器、2個具有中斷功能的8位并行端口、4個8位并行端口、模擬比較器、12位A／D轉換器、2個串行通信接口等模塊。MSP430F149芯片具有如下特點： 1)功耗低：電壓2．2V、時鐘頻率1MHz時，活動模式為200μA；關閉模式時僅為0．1A，且具有5種節能工作方式。 2)高效16位RISC-CPU，27條指令，8MHz時鐘頻率時，指令周期時間為125ns，絕大多數指令在一個時鐘周期完成；32kHz時鐘頻率時，16位MSP430單片機的執行速度高于典型的8位單片機20MHz時鐘頻率時的執行速度。 3)低電壓供電、寬工作電壓范圍：1．8～3．6V； 4)靈活的時鐘系統：兩個外部時鐘和一個內部時鐘； 5)低時鐘頻率可實現高速通信； 6)具有串行在線編程能力； 7)強大的中斷功能； 8)喚醒時間短，從低功耗模式下喚醒僅需6μs； 9)ESD保護，抗干擾力強； 10)運行環境溫度范圍為-40～+85℃，適合于工業環境。 MSP430系列單片機的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實現的，故其程序的編寫相對簡單。編程開發時通過專用的編程器，可以選擇匯編或C語言編程，IAR公司為MSP430系列的單片機開發了專用的C430語言，可以通過WORKBENCH和C-SPY直接編譯調試，使用靈活簡單。 1 系統總體設計 最小系統是由保證處理器可靠工作所必須的基本電路組成的，主要包括電源電路、時鐘電路、復位電路、通信接口電路、數據存儲電路組成，其硬件框圖如圖1所示。 1．1 電源電路 本系統需要使用+5V和+3．3V的直流穩壓電源，其中MSP430Fl49及部分外圍器件需要+3．3V電源，另外部分需要+5V電源。在本系統中，以+5V直流電壓為輸入電壓，+3．3V由+5V直接線性降壓。電源電路原理如圖2所示。 1．2 晶振電路 MSP430系列單片機時鐘模塊包括數控振蕩器(DCO)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等3個時鐘源。這是為了解決系統的快速處理數據要求和低功耗要求的矛盾，通過設計多個時鐘源或為時鐘設計各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實時應用的時鐘要求，如低頻通信、LCD顯示、定時器、計數器等。數字控制振蕩器DCO已經集成在MSP430內部，在系統中只需設計高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。 低速晶體振蕩器(LFXTl)滿足了低功耗及使用32．768kHz晶振的要求。LFXTl振蕩器默認工作在低頻模式，即32．768kHz，也可以通過外接450kHz～8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接2個22pF的電容經過XIN和XOUT 連接到MCU。 高速晶振也稱為第二振蕩器XT2，它為MSP430F149工作在高頻模式時提供時鐘，XT2最高可達8MHz。在系統中XT2采用4MHz的晶體，XT2外接2個22pF的電容經過XT2IN和XT2OUT連接到MCU，原理如圖3所示。 1．3 復位電路原理圖 手動復位是最小系統常用的功能，本系統采用專用復位芯片IMP811實現手動復位，原理如圖4所示。 1．4 通訊接口電路 通信接口擔負與外圍的串行主機數據交換和支持打印等任務。 串行通訊只需較少的端口就可以實現單片機和PC機的互通，具有無可比擬的優勢。串行通訊有兩種方式：異步模式和同步模式。MSP430系列都有USART 模塊來實現串行通信。在本設計中，MSP430F149的USART0模塊通過RS232串口與外圍的串行主機通信。 EIA-RS232標準是由美國電子工業協會(EIA)制定的串行數據傳輸總線標準。早期它被應用于計算機和終端通過電話線和Modem進行遠距離的數據傳輸，隨著微型計算機和微控制器的發展，不僅遠距離，近距離也采用該通信方式。在近距離通信系統中，不再使用電話線和MODEM，而直接進行端到端的連接。RS232標準采用負邏輯方式，標準邏輯“1”對應-5V～-15V電平，標準邏輯“O”對應+5V～+15V電平。顯然，兩者間要進行通信必須經過信號電平的轉換。 本系統采用專用電平轉換芯片MAX3232來實現。MAX3232芯片是MAXIM公司生產的電平轉換芯片，包含兩路接收器和驅動器，性能可靠。原理如圖 5所示。 1．5 數據存儲電路 數據存儲選擇大容量的E2PROMCAT24WC256。它是一個256K位串行CMOS E2PROM，內部含有32768個字節，每字節為8位，CATALYST公司的先進CMOS技術減少了器件的功耗，CAT24WC256有一個64字節頁寫緩沖器該器件通過I2C總線接口進行操作。原理如圖6所示。 2 結束語 最小系統可以直接作為核心部件應用與工程和科研中，具有良好的通用性和可擴展性。在最小系統的基礎上，可以很方便地進行二次開發和功能擴展，能夠縮短開發周期，降低開發成本。本文實現了最小系統的基本功能，介紹了各模塊的硬件電路。該最小系統可以經過適當修改可應用于電子設計、計算機教學與科研、工業控制等領域。 |
