Sammenlignende analyse af MSP430 og 89C51 mikrokontrollere: funktioner og applikationer

Enkelt chip mikrocomputer er ikke kun en chip med en bestemt logisk funktion, men et computersystem integreret i en chip.Denne artikel introducerer egenskaber, udvikling, hovedkomponenter, fordele og ulemper, applikationer og forskelle mellem MSP430 og 89C51 for at hjælpe dig med bedre at forstå denne mikrokontroller og give stærk support til indlejret systemdesign.

Enkelt-chip mikrocomputer er en integreret kredsløbschip.Den bruger meget storskala integreret kredsløbsteknologi til at kombinere funktioner såsom en central behandlingsenhed CPU med databehandlingsfunktioner, en række I/O-porte, et afbrydelsessystem, en skrivebeskyttet hukommelsesrom, en tilfældig adgangshukommelse RAM, en timer/tæller, såvel som et displaydriverkredsløb, pulsbrede moduleringskredsløb, analoge multiplexere, A/D -konvertere og andre kredsløb er integreret på en siliciumchip for at danne et lille, men komplet mikrocomputersystem.Siden 1980'erne har mikrokontrollere udviklet sig fra 4-bit og 8-bit til de nuværende 300 m højhastighedsmikrokontrollere.

Sammenlignet med generelle mikroprocessorer, der bruges i personlige computere, kræver det ingen ekstern hardware og sparer således omkostninger.Det har et højere niveau af integration, men er begrænset af etablerede specifikationer og har relativt specifikke funktioner.Dens største fordel er, at den er lille og egnet til indlejring i instrumenter.Den har dog mindre opbevaringskapacitet og enklere input- og outputgrænseflader.

MSP430 Microcontroller er en serie af 16-bit mikrokontrollere fremstillet af Texas Instruments med ultra-lavt strømforbrug som dens vigtigste funktion.Den bruger reduceret instruktionssæt (RISC) og er en processor med blandet signal, der integrerer digitale og analoge moduler og processorer.Det har fordelene ved lav spænding, lavt strømforbrug, høj integration samt god anti-interferensevne og pålidelighed.Derfor er det blevet vidt brugt inden for mange områder såsom trådløs kommunikation, bilelektronik, smarte hjem, medicinsk udstyr og industriel automatisering.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

MSP430 -serien har tre typer enheder, nemlig OTP -type, flashtype og ROM -type, og deres udviklingsmetoder er forskellige.For OTP- og ROM -type enheder skal vi normalt bruge en emulator til udvikling og derefter udføre programmering eller maskering af chippen.Enheder med flashtype har et meget praktisk udviklings- og fejlfindingsmiljø.Da enheden har en on-chip JTAG-fejlfindingsgrænseflade og en elektrisk sletlig flashhukommelse, kan den først downloade programmet til blitz først og derefter kontrollere driften af programmet gennem software på enheden.På denne måde kan det læse information om chip gennem JTAG-interface for designere til at fejlsøge uden behov for emulatorer og programmerere.For flashtype -enheder indeholder det også andre praktiske udviklingsværktøjer og -grænseflader, såsom hardwaretimere, ADC osv. Derfor, ud over samlingssprog og C -sprog, kan vi også vælge andre relaterede udviklingssprog i henhold til specifikke applikationsbehov.

Årsagen til, at MSP430-mikrokontroller har ultra-lavt strømforbrug, er fordi det er unikt at reducere chipens strømforsyningsspænding og fleksibelt og kontrollerbart driftsur.

Først og fremmest er strømforsyningsspændingsområdet for MSP430 -serien Microcontroller 1,8 til 3,6V.Derfor, når man kører med en urfrekvens på 1MHz, er den mindste strøm af chippen ca. 165μA.På samme tid er det laveste strømforbrug i RAM -opbevaringstilstand kun 0,1μA.For det andet har denne serie mikrokontrollere et unikt ursystemdesign.I MSP430-serien er der to forskellige ursystemer, herunder det grundlæggende ursystem og den frekvenslåste loop (FLL og FLL+) ur-system, samt DCO Digital Oscillator Clock-systemet.Vi behøver kun at bruge en krystaloscillator (såsom DT-26 eller DT-38) for at give ure til CPU og forskellige funktionelle krav.Derudover kan disse ure tændes og slukkes under kontrol af instruktioner, hvilket muliggør effektiv kontrol af det samlede strømforbrug.

Systemet fungerer i forskellige arbejdstilstande, hvilket resulterer i betydelige forskelle i chipkraftforbrug.Der er to aktive tilstande (AM) og fem lavkrafttilstande (LPM0 ~ LPM4) i systemet.I realtidsurtilstand kan strømforbruget af chippen nå 2,5 μas høje niveau, mens chipens strømforbrug i RAM-holdning kan reduceres til mindst 0,1μA.

Hver serie af MSP430-serie mikrokontrollere integrerer et væld af on-chip og on-chip perifere enheder, herunder vagthund (WDT), analog komparator A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, Hardware Multiplikator, LCD Driver, 10-bit/12-bit ADC, 16-bit σ-Δ ADC, DMA, Basic Timer, Real-Time Clock (RTC) og USB-controller osv.

MSP430 -serien af mikrokontrollere kan opnå en 40NS -instruktionscyklus drevet af en 25MHz krystal.Dens 16-bit databredde, 40ns instruktionscyklus og multifunktionel hardware multiplikator gør det muligt for den at implementere visse algoritmer til digital signalbehandling (såsom FFT osv.).

MSP430-serien Microcontroller er en 16-bit mikrokontroller, der vedtager et reduceret instruktionssæt (RISC) struktur og har rige adresseringstilstande.Kerneinstruktionerne i denne serie af mikrokontrollere er enkle, og der er også et stort antal analoge instruktioner til rådighed.Derudover kan et stort antal registre og on-chip-datamindring deltage i en række forskellige operationer, hvilket giver effektive behandlingsinstruktioner af tabelopslag.Disse egenskaber gør det muligt for os at kompilere effektive kildeprogrammer.

Programminderne fra hver serie af MSP430 -mikrokontrollere inkluderer OTP, ROM, EPROM og flashtyper.

CPU'en for MSP430-serien Microcontroller er dybest set den samme som en generel mikroprocessor, men den vedtager en kontrolorienteret struktur og instruktionssystem i sit design.MSP430 -kerne CPU -strukturen er designet med et strømlinet instruktionssæt og høj gennemsigtighed, herunder interne instruktioner udført af hardware- og simuleringsinstruktioner baseret på eksisterende hardwarestrukturer.Dette design forbedrer instruktionsudførelseshastigheden og effektiviteten og forbedrer derved realtidsbehandlingsfunktionerne i MSP430.

Det er forbundet til CPU'en gennem MAB, MDB og afbrydelsestjeneste og anmodningslinjer.Perifere moduler i forskellige MSP430 -produktserier kan variere i både type og mængde.De er normalt en kombination af perifere moduler såsom urmodul, vagthund, port, basis timer, timer A, timer B, komparator A, seriel port 0, seriel port 1, LCD-driver, analog-til-digital konverter, analog-TO-digital konverter, hardware -multiplikator, DMA -controller osv.

Let at programmere: MSP430 -udviklingsværktøjer er enkle og lette at bruge, og brugere kan operere ved hjælp af en række programmeringssprog, såsom C -sprog og samlingssprog.

Prisen for overkommelig pris: Sammenlignet med andre mikrokontroller-serier er dens pris mere overkommelig og egnet til brug i billige applikationer.

Simulering med høj præcision: Den har indbygget analoge kredsløb med høj præcision, der er i stand til nøjagtig analog signalopsamling og -behandling.

Lavt strømforbrug: MSP430-serien vedtager en række lavkraftteknologier, hvilket gør det muligt for det at forbruge meget lidt strøm i standbytilstand.

Support flere kommunikationsprotokoller: Det understøtter flere kommunikationsprotokoller som I2C, SPI, UART osv. For at lette kommunikation med andre enheder.

Begrænsede udviklingsressourcer: I modsætning til andre mikrokontroller -serier har MSP430 relativt få udviklingsressourcer, så brugerne er nødt til at finde relevante oplysninger og løse problemer i sig selv.

Lille opbevaringskapacitet: dens lagerkapacitet er relativt lille og er ikke egnet til applikationsscenarier, der kræver et stort antal programmer og datalagring.

Lavere ydelse: Sammenlignet med andre højtydende mikrokontroller-serier kører MSP430 langsommere og er ikke egnet til brug i applikationsscenarier med højtydende applikation.

MSP430 og 89C51 er begge mikrokontrollere, og de adskiller sig i følgende aspekter.

Først og fremmest, siden 89C51-serien Microcontroller har en 8-bit intern bus, er dens interne funktionsmoduler dybest set 8-bit.Selvom de interne funktionelle moduler er blevet markant forøget, har strukturen i sig selv store begrænsninger, især tilsætning af analoge funktionelle komponenter er vanskeligere.I modsætning hertil er den grundlæggende arkitektur i MSP430-serien 16-bit.Selvom databussen er konverteret internt, er der stadig en 16-bit bus, og det er en hybridstruktur.Derfor for denne åbne arkitektur er det at udvide 8-bit funktionelle moduler eller 16-bit funktionelle moduler, såsom udvidelse af funktionelle moduler, såsom analog/digital konvertering eller digital/analog konvertering, meget praktisk.Dette er også grunden til, at MSP430 -serien med produkter og deres funktionelle komponenter øges hurtigt.

For det andet er deres udviklingsværktøjer forskellige.89C51 er den første mikrokontroller, der kommer ind i China, så folk har skabt mange passende udviklingsværktøjer.Hvordan man implementerer online -programmering er dog stadig et stort problem.For MSP430 -serien på grund af introduktionen af Flash -programhukommelse og JTAG -teknologi er ikke kun udviklingsværktøjerne blevet lette at bruge, men prisen er også relativt lav.Derudover understøtter det online programmering.

Desuden er 89C51 en 8-bit mikrokontroller.Den bruger et komplekst instruktionssæt kaldet "CISC" med 111 instruktioner.MSP430-mikrokontrolleren er en 16-bit mikrokontroller, der vedtager en reduceret instruktionssætstruktur med kun 27 kortfattede instruktioner.På samme tid bruger et stort antal analoge instruktioner adskillige registre og on-chip-datamindring, hvilket giver dem mulighed for at deltage i en række forskellige operationer.Disse kerneinstruktioner er instruktioner med enkeltcyklus, kraftfulde og hurtige.

Endelig er strømforsyningsspændingen for selve 89C51 -mikrokontrolleren 5 volt.Det har to forbrugstilstande med lav effekt, nemlig standbytilstand og nedadgående tilstand.Under normale omstændigheder er dens strømforbrugsstrøm 24 mA, mens den i standbytilstand er dens strømforbrugsstrøm stadig 3MA.Selv i strømafbrydelse kan dens forsyningsspænding falde til 2V.For at gemme dataene i den interne RAM skal de imidlertid også give ca. 50UA af strøm.Til sammenligning har MSP430-serien af mikrokontrollere overlegen ydelse med lav effekt.Derfor er MSP430 mere velegnet til batteridrevne instrumenter og meterprodukter.

• Dataindsamlingssystem: Med en 12-bit ADC og komparator integrerer det forskellige komponenter, såsom flere timere og USAART på en enkelt chip, hvilket gør den velegnet til applikationer i dataindsamlingssystemer.

• Sensornode: På grund af sit lave strømforbrug er den velegnet til trådløse sensornetværk og kan effektivt udvide batteriets levetid for sensornoder.

• Automatisk kontrolsystem: MSP430 kan bruges i automatiske kontrolsystemer såsom industriel kontrol, hjemmeautomation og bygningsautomationssystemer.Dens høje ydeevne og lave strømforbrug gør det velegnet til langvarige kontrolapplikationer.

• Bærbare enheder: Det er ekstremt lavt strømforbrug gør det ideelt til bærbare enheder som ure, håndholdte regnemaskiner, sportssporere og medicinsk udstyr.

• Smart Instrument: MSP430 -mikrokontrolleren bruger flashhukommelse som dens programlagring, der understøtter JTAG online -programmering til praktiske opgaver, såsom programoverførsel, simulering, fejlfinding og opgraderinger.Denne funktion har ført til dens udbredte vedtagelse i feltet Smart Meter.

• Smarte målere: MSP430 er vidt brugt i smarte målere.Det overvåger strømforbruget, udfører korrektion af effektfaktor og kommunikerer funktioner, mens det opretholder lavt strømforbrug, hvilket udvides batteriets levetid markant.

• Medicinsk udstyr: På grund af det lave strømforbrug og en lille pakke MSP430 er det vidt brugt i medicinsk udstyr, herunder bærbare medicinske instrumenter og patientovervågningsudstyr.

MSP430-familien af Ultra-Low-Power 16-bit RISC blandede signalprocessorer fra Texas Instruments (TI) giver den ultimative løsning til batteridrevne måleapplikationer.

MSP430ware -softwaren er en samling af designressourcer til udvikling med MSP430 MCU'er inklusive et bredt udvalg af meget abstraherede softwarebiblioteker.Softwaren fås som en komponent i Code Composer Studio ™ IDE Desktop og Cloud -versioner eller som en selvstændig pakke.

Operation med lav effekt er en nøglefunktion i MSP430.Dens design giver meget lav lækage, og det fungerer fra en enkelt forsyningsskinne.Dette giver et ekstremt lavt strømafløb, når processoren er i standbytilstand.Flere tilstande med lav effekt understøttes, som afbalancerer behovene for forskellige applikationer.

Den største forskel mellem MSP430 og Arduino: Arduino er bygget til hurtig succes, når man spiller med den.Ulempen er, at den bruger generiske biblioteker til at gøre de enkleste ting.Ligesom pc'en, hvor en simpel 1-linjes "Hello World" -program indlæser tonsvis af DLL'er.MSP kræver imidlertid, at du faktisk gør noget.

MSP430-mikrokontrolleren er en processor med blandet signal.Det giver en enkelt-chip-løsning ved at integrere flere forskellige funktionelle analoge kredsløb, digitale kredsløbsmoduler og mikroprocessorer på en enkelt chip til praktiske applikationskrav.