Srovnávací analýza mikrokontrolérů MSP430 a 89C51: funkce a aplikace

Mikropočítač s jedním čipem není jen čip se specifickou logickou funkcí, ale počítačový systém integrovaný do čipu.Tento článek představí charakteristiky, vývoj, hlavní komponenty, výhody a nevýhody, aplikace a rozdíly mezi MSP430 a 89C51, aby vám pomohl lépe porozumět tomuto mikrokontroléru a poskytovat silnou podporu pro vložený návrh systému.

Mikropočítač s jedním čipem je integrovaný čip obvodu.Používá velmi rozsáhlé technologie integrovaných obvodů k kombinování funkcí, jako je CPU centrální zpracovatelské jednotky se schopnostmi zpracování dat, řada I/O portů, systém přerušení, paměťová ROM pouze pro čtení, RAM s náhodným přístupem, časovač/čítač, stejně jako obvod displeje, pulzní široké modulační obvody, analogové multiplexery, A/D převodníky a další obvody jsou integrovány do křemíkového čipu za vzniku malého, ale kompletního mikropočítače.Od 80. let se mikrokontroléry vyvinuly ze 4bitových a 8bitových až současných 300m vysokorychlostní mikrokontroléry.

Ve srovnání s mikroprocesory s obecným účelem používaným v osobních počítačích nevyžaduje žádný externí hardware, a tím ušetří náklady.Má vyšší úroveň integrace, ale je omezena stanovenými specifikacemi a má relativně specifické funkce.Jeho největší výhodou je, že je malý a vhodný pro vložení do nástrojů.Má však menší skladovací kapacitu a jednodušší vstupní a výstupní rozhraní.

Mikrokontrolér MSP430 je řada 16bitových mikrokontrolérů vyrobených společností Texas Instruments s velmi nízkou spotřebou energie jako hlavní rys.Používá sníženou sadu instrukcí (RISC) a je procesorem smíšeného signálu, který integruje digitální a analogové moduly a procesory.Má výhody nízkého napětí, nízké spotřeby energie, vysoké integrace a dobré schopnosti a spolehlivosti proti zásahu.Proto se široce používá v mnoha oblastech, jako je bezdrátová komunikace, automobilová elektronika, inteligentní domy, lékařské vybavení a průmyslová automatizace.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

Řada MSP430 má tři typy zařízení, jmenovitě typ OTP, typ flash a typ ROM a jejich vývojové metody se liší.U zařízení typu OTP a ROM obvykle musíme používat emulátor pro vývoj a poté provést programování nebo maskování čipu.Zařízení typu Flash mají velmi pohodlné vývojové a ladicí prostředí.Vzhledem k tomu, že zařízení má rozhraní ladění JTAG na čipu a elektricky vymazatelnou paměť Flash, může si nejprve stáhnout program, aby nejprve bleskl, a poté ovládat spuštění programu prostřednictvím softwaru v zařízení.Tímto způsobem může číst informace o čipu prostřednictvím rozhraní JTAG pro návrháře, aby se ladili, bez potřeby emulátorů a programátorů.Pro zařízení typu Flash obsahuje také další pohodlné vývojové nástroje a rozhraní, jako jsou hardwarové časovače, ADC atd. Proto si kromě jazyka sestavování a jazyka C si můžeme také vybrat další související vývojové jazyky podle konkrétních potřeb aplikací.

Důvodem, proč má mikrokontrolér MSP430 velmi nízkou spotřebu energie, je ten, že je jedinečný při snižování napájecího napětí čipu a flexibilní a kontrolovatelné provozní hodiny.

Za prvé, rozsah napájecího napětí mikrokontroléru řady MSP430 je 1,8 až 3,6 V.Proto, když běží na hodinové frekvenci 1MHz, minimální proud čipu je asi 165 μA.Současně je nejnižší spotřeba energie v retenčním režimu RAM pouze 0,1 μA.Za druhé, tato řada mikrokontrolérů má jedinečný design systému hodinového systému.V řadě MSP430 jsou dva různé hodinové systémy, včetně základního hodinového systému s hodinovým hodinovým systémem (FLL a FLL+), jakož i DCO digitální hodinový systém oscilátoru.K poskytování hodin pro CPU a různých funkčních požadavcích musíme použít pouze krystalový oscilátor (jako je DT-26 nebo DT-38).Kromě toho lze tyto hodiny zapnout a vypnout pod kontrolou pokynů, což umožňuje efektivní kontrolu celkové spotřeby energie.

Systém pracuje v různých pracovních režimech, což má za následek významné rozdíly ve spotřebě energie čipů.V systému jsou dva aktivní režimy (AM) a pět režimů s nízkým výkonem (LPM0 ~ LPM4).V režimu hodin v reálném čase může spotřeba energie čipu dosáhnout vysoké úrovně 2,5 μA, zatímco v režimu držení RAM může být spotřeba energie snížena na minimálně 0,1 μA.

Každá řada mikrokontrolérů řady MSP430 integruje množství periferií na čipu a na čipu, včetně hlídacího psa (WDT), analogového komparátoru A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, Hardware Multiplier, LCD ovladač, 10 bitu/12bitový ADC, 16bitový σ-δ ADC, DMA, základní časovač, hodiny v reálném čase (RTC) a USB řadič atd.

Řada mikrokontrolérů MSP430 může dosáhnout instrukčního cyklu 40NS řízený krystalem 25 MHz.Jeho 16bitová šířka dat, instruktážní cyklus 40ns a multifunkční hardwarový multiplikátor mu umožňují implementovat určité algoritmy pro zpracování digitálního signálu (jako je FFT atd.).

Mikrokontrolér řady MSP430 je 16bitový mikrokontrolér, který přijímá strukturu redukované instrukce (RISC) a má bohaté režimy adresování.Základní pokyny této série mikrokontrolérů jsou jednoduché a je zde také velké množství analogových pokynů.Kromě toho se na různých operacích může účastnit velké množství registrů a datová paměť na čipu a poskytovat efektivní pokyny pro zpracování vyhledávání tabulek.Tyto vlastnosti nám umožňují kompilovat efektivní zdrojové programy.

Mezi programové vzpomínky na každou sérii mikrokontrolérů MSP430 patří OTP, ROM, EPROM a Flash typy.

CPU mikrokontroléru řady MSP430 je v podstatě stejný jako obecný mikroprocesor, ale ve svém návrhu přijímá kontrolní strukturu a instrukční systém.Struktura základního procesoru MSP430 je navržena s efektivní sadou instrukcí a vysokou transparentnost, včetně interních pokynů prováděných hardwarovým a simulačním pokynem založeným na stávajících hardwarových strukturách.Tento návrh zlepšuje rychlost a účinnost provádění instrukce, čímž se zvyšuje schopnosti zpracování v reálném čase MSP430.

Je připojen k CPU prostřednictvím MAB, MDB a přerušení servisních a požadavků na řádky.Periferní moduly v různých sériích produktu MSP430 se mohou lišit jak typem, tak množstvím.Obvykle jsou kombinací periferních modulů, jako je hodinový modul, hlídací pes, port, základní časovač, časovač A, časovač B, komparátor A, sériový port 0, sériový port 1, ovladač LCD, analog-digitální převodník, analog-to-to-Digitální převodník, hardwarový multiplikátor, ovladač DMA atd.

Snadné programování: Vývojové nástroje MSP430 jsou jednoduché a snadno použitelné a uživatelé mohou fungovat pomocí různých programovacích jazyků, jako je jazyk C a jazyk sestavení.

Cenově dostupná cena: Ve srovnání s jinými řadami mikrokontroléru je její cena dostupnější a vhodnější pro použití v nízkonákladových aplikacích.

Simulace s vysokou přesností: Má vestavěné vysoce přesné analogové obvody, schopné přesné sběr a zpracování analogových signálů.

Nízká spotřeba energie: Série MSP430 přijímá řadu nízkoenergetických technologií, což jí umožňuje konzumovat velmi málo energie v pohotovostním režimu.

Podpora více komunikačních protokolů: Podporuje více komunikačních protokolů, jako jsou I2C, SPI, UART atd. Pro usnadnění komunikace s jinými zařízeními.

Omezené vývojové zdroje: Na rozdíl od jiných sérií mikrokontroléru má MSP430 relativně málo vývojových zdrojů, takže uživatelé musí najít relevantní informace a řešit problémy sami.

Malá úložná kapacita: Jeho skladovací kapacita je relativně malá a není vhodná pro scénáře aplikací, které vyžadují velké množství programů a ukládání dat.

Nižší výkon: Ve srovnání s jinými vysoce výkonnými řadami mikrokontroléru MSP430 běží pomaleji a není vhodný pro použití ve vysoce výkonných aplikačních scénářích.

MSP430 a 89C51 jsou mikrokontroléry a liší se v následujících aspektech.

Za prvé, protože mikrokontrolér řady 89C51 má 8bitovou interní sběrnici, její interní funkční moduly jsou v podstatě 8bitové.Ačkoli byly vnitřní funkční moduly významně zvýšeny, samotná struktura má velká omezení, zejména přidání analogových funkčních komponent je obtížnější.Naproti tomu základní architektura řady MSP430 je 16bita.Interně, i když je datová sběrnice převedena, stále existuje 16bitová sběrnice a je to hybridní struktura.Proto je pro tuto otevřenou architekturu rozšíření 8bitových funkčních modulů nebo 16bitových funkčních modulů, jako je rozšíření funkčních modulů, jako je analogová/digitální konverze nebo digitální/analogová konverze, pohodlné.To je také důvod, proč se řada produktů MSP430 a jejich funkční komponenty rychle roste.

Za druhé, jejich vývojové nástroje jsou odlišné.89C51 je první mikrokontrolér, který vstoupil do China, takže lidé vytvořili mnoho vhodných vývojových nástrojů.Jak implementovat online programování je však stále velkým problémem.U řady MSP430 se kvůli zavedení Flash Program Memory a JTAG technologie nejen vývojové nástroje snadno používají, ale cena je také relativně nízká.Kromě toho podporuje online programování.

Kromě toho je 89C51 8bitový mikrokontrolér.Používá komplexní instrukční sadu s názvem „CISC“ s 111 pokyny.Mikrokontrolér MSP430 je 16bitový mikrokontrolér, který přijímá strukturu snížené sady instrukcí s pouze 27 stručnými pokyny.Současně velké množství analogových pokynů využívá četné registry a datovou paměť na čipu, což jim umožňuje účastnit se různých operací.Tyto základní pokyny jsou pokyny pro jednoho cyklu, výkonné a rychlé.

Nakonec je napájecí napětí samotného mikrokontroléru 89C51 5 voltů.Má dva režimy spotřeby nízké energie, jmenovitě režim pohotovostního režimu a režim zapnutí.Za normálních okolností je jeho spotřeba energie 24 mA, zatímco v pohotovostním režimu je jeho spotřeba energie stále 3MA.Dokonce i v režimu napájení může jeho napájecí napětí klesnout na 2V.Aby se však data uložila do vnitřního RAM, musí také poskytnout asi 50 UA proudu.Ve srovnání, řada mikrokontrolérů MSP430 má vynikající výkon s nízkým výkonem.Proto je MSP430 vhodnější pro nástroje a výrobky měřiče baterie.

• Systém pro sběr dat: S 12bitovým ADC a komparátorem integruje různé komponenty, jako jsou více časovačů a USART, do jediného čipu, což je vhodné pro aplikace v systémech sběru dat.

• Uzel senzoru: Vzhledem k nízké spotřebě energie je vhodný pro bezdrátové senzorové sítě a může efektivně prodloužit výdrž baterie senzorových uzlů.

• Automatický řídicí systém: MSP430 lze použít v automatických řídicích systémech, jako jsou průmyslové ovládání, automatizace domácnosti a systémy automatizace budov.Díky jeho vysokému výkonu a nízké spotřebě energie je vhodný pro dlouhodobé kontrolní aplikace.

• Přenosná zařízení: Díky extrémně nízké spotřebě energie je ideální pro přenosná zařízení, jako jsou hodinky, kapesní kalkulačky, sportovní sledovače a zdravotnické prostředky.

• Inteligentní nástroj: Mikrokontrolér MSP430 využívá Flash Memory jako své ukládání programu a podporuje online programování JTAG pro vhodné úkoly, jako je stahování programu, simulace, ladění a upgrady.Tato funkce vedla k rozsáhlému adopci v poli Smart Meter.

• Inteligentní měřiče: MSP430 se široce používá v inteligentních měřicích.Monitoruje využití energie, provádí korekci účiníku a komunikuje funkce při zachování nízké spotřeby energie, což výrazně prodlužuje výdrž baterie.

• Lékařské vybavení: Vzhledem k nízké spotřebě energie a malému balíčku MSP430 se široce používá ve zdravotnickém vybavení, včetně přenosných lékařských nástrojů a zařízení pro monitorování pacientů.

Rodina MSP430 ultra-nízkých energetických 16bitových procesorů RISC smíšeného signálu z Texas Instruments (TI) poskytuje konečné řešení pro aplikace měření napájené baterií.

Software MSP430Ware je sbírka designových zdrojů pro vývoj s MCS MCUS MCUS, včetně širokého výběru vysoce abstrahovaných softwarových knihoven.Software je k dispozici jako součást kódových komposer Studio ™ IDE Desktop and Cloud Version nebo jako samostatný balíček.

Provoz nízkého výkonu je klíčovým prvkem MSP430.Jeho design dává velmi nízký únik a pracuje z jedné přívodní kolejnice.To dává extrémně nízký proud, když je procesor v pohotovostním režimu.Podporuje je několik režimů nízkého výkonu, které vyvažují potřeby různých aplikací.

Hlavní rozdíl mezi MSP430 a Arduino: Arduino je postaven pro rychlý úspěch při hraní s ním.Nevýhodou je, že používá generické knihovny k tomu, aby dělal nejjednodušší věci.Jako PC, kde jednoduchý 1-line program „Hello World“ načítá tuny DLL.MSP však vyžaduje, abyste skutečně něco udělali.

Mikrokontrolér MSP430 je procesor smíšeného signálu.Poskytuje řešení s jedním čipem integrací několika různých funkčních analogových obvodů, modulů digitálních obvodů a mikroprocesorů na jednom čipu pro praktické požadavky na aplikaci.