Texas Instruments mikrovaldiklių seima MSP430 - tai 16 bitų RISC, von Neumonn architektūros mikrovaldikliai, pasizymintys mazu energijos suvartojimu, naudojami ten kur ypač aktualus energijos taupymas. Nuo pat pradzių Texas Instruments MSP430 mikrovaldiklių projektuotojų tikslas buvo sutelkti pastangas į labai mazai energijos naudojančią s 17517x2324r istemą. Jų tikslas buvo sukurti mikrovaldiklį, kuris sunaudotų labai mazai srovės budėjimo rezimuose ir kiek galima greičiau atliktų pateiktas uzduotis aktyviame rezime. Taigi, MSP430 yra energiją taupančių mikrovaldiklių seima. Sie mikrovaldikliai vartoja 1mA srovę esant 4MHz taktiniam dazniui ir tik 0.1uA energijos taupymo rėzime. Perėjimas is budėjimo rezimo į aktyvų rezimą uztrunka ne ilgiau kaip 6ms. Si savybė leidzia MSP430 būti budėjimo rezime ilgiau ir pasalina bereikalingą energijos suvartojimą aktyviame rezime. Galingas 16 bitų procesorius uztikrina greitą uzduočių vykdymą.
Sios serijos mikrovaldikliai plačiai taikomi mazų gabaritų matavimo prietaisuose, skaitmeniniame variklių valdyme, medicininėje technikoje. Greiti ADC keitikliai, integruoti LCD vaizduoklio valdymo ir aparatūrinis daugybos blokai, daro sios serijos mikrovaldiklius nepakeičiamais matavimo, bei duomenų surinkimo technikoje.
MSP430 mikrovaldiklių pagrindinė panaudojimo sritis - įvairūs matavimo prietaisai. Siuose taikymuose MCU uzfiksuoja (vidinio ASK ar skaitmeninių prievadų pagalba) įeinantį dydį, atlieka tam tikrus skaičiavimus, ir isveda gautus rezultatus į sistemą (per duomenų pardavimo įrenginį, pvz. USART), ar atvaizduoja indikatoriaus ekrane (pvz. LCD). Taip sios serijos MCU dirba įvairiose jutiklių, apsaugos valdymo sistemose:
dujų, vandens, elektros skaitikliai;
kraujo spaudimo matuokliai;
temperatūros ir drėgmės matavimas;
termostatuose;
dūmų / ugnies jutikliuose.
Kaip pavyzdį panagrinėsime mikrovaldiklio MSP430F449 ( pav.) vidinę architektūrą:
5 pav. MSP430F449 mikrovaldiklio vidiniai funkciniai blokai
Pagal pateiktą mikrovaldiklio blokinę schemą jį sudaro:
Sinchronizacijos blokas (Oscillator) naudojamas centrinio procesoriaus ir periferijos sinchronizacijai. Yra galimybė programiskai keisti daznį, įjungti/isjungti atitinkamų blokų sinchronizavimą;
RISC architektūros 16 bitų procesorius (CPU) su aparatiniu daugybos bloku (HW Multiplay);
pasovioji Flash atmintis 60 KB;
operatyvioji RAM atmintis 2 KB;
6 įvedimo / isvedimo prievadai (I/O Port P1 - P6)_skaitmeniniams signalams įvesti/isvesti;
USART/SPI įrenginiai (USART0, USART1) - nuosekliam duomenų perdavimui;
JTAG blokas - programavimui, zingsniniam programos vykdymui ir testavimui;
WATCHDOG TIMER - apsaugos nuo programos uzsiciklinimo laikmatis;
TIMER A, TIMER B - 16 bitų laikmačiai;
BASIC TIMER - bazinis 16 bitų laikmatis;
LCD - skystųjų kristalų vaizduoklio valdymo blokas;
ADC - astuonių kanalų, 12 bitų analogas/kodas keitiklis;
COMPARATOR A - analoginių signalų palyginimo blokas.
Procesorius.
MSP430 seimos mikrovaldikliai turi 16 bitų RISC architektūros procesorių. RISC architektūra reiskia mazesnį instrukcijų skaičių, dėl ko sumazėja kristalo dydis, sunaudojama energija ir isvadų skaičius. Procesoriaus maksimali greitaveika - 8 milijonai instrukcijų per sekundę. Kad sutaupyti energijos buvo atsisakyta akumuliatoriaus, įdiegta 16 registrų, kuriuose esančius duomenis galima perkelti is vienos atminties ląstelės į kitą atminties ląstelę, tokiu būdu buvo sutrupintas instrukcijos laikas. Centrinis procesorius turi 7 adresavimo rezimus, 27 pagrindines ir 24 emuliuojančias instrukcijas.
Sinchronizacijos blokas.
Vienas is svarbesnių Texas Instruments inzinierinių sprendimų yra sistemos sinchronizacijos blokas, kuris leidzia sumazinti energijos sunaudojimą visoje sistemoje. Kuriant sistemos sinchronizacijos bloką, buvo siekiama sių tikslų:
1. Panaudoti zemo daznio generatorių, kuris leistų sumazinti suvartojamą energiją.
2. Sistema is zemo sinchronizacijos daznio turi pereiti į 8 milijonų instrukcijų per sekundę darbo greitį maziau nei per 6 μs.
3. Pereinant is energijos taupymo rezimo į aktyvų darbo rezimą periferiniams įrenginiams sinchronizacijos signalų daznis turi nesikeisti.
Siems tikslams pasiekti buvo sukurta sistema, formuojanti tris skirtingų daznių sinchroimpulsų sekas:
1.Pagrindinis sistemos daznis MCLK, naudojamas centrinio procesoriaus sistemoje.
2. SMCLK - vidutinio daznio sinchrosignalas, naudojamas periferiniams moduliams valdyti.
3. ACKL - zemo daznio sinchrosignalas, naudojamas periferiniams moduliams valdyti.
Budintis taimeris (Watchdog Timer).
Pirminė budinčio taimerio funkcija - sistemos perkrovimas atsiradus programinėms problemoms. Praėjus nurodytam laiko intervalui sistema perkraunama. Jei si apsaugos funkcija konkrečiu atveju nereikalinga, budintis taimeris gali dirbti kaip laikmatis, kuris generuoja pertraukimą po pasirinkto laiko intervalo.
Skaitmeninių signalų įvedimo / isvedimo prievadai P1 - P6.
Sesi astuonių bitų I/O prievadai skaitmeniniams signalams įvesti/isvesti. Kiekvienas prievadis turi sesis valdančiuosius registrus, uztikrinančius taikymo lankstumą:
visi individualūs I/O bitai programuojami nepriklausomai;
įmanomos bet kokios įėjimo, isėjimo ir pertraukimo būsenų kombinacijos;
isorinis pertraukimas įmanomas visais astuoniais prievadų P1 ir P2 bitais;
leidziamas skaitymas/rasymas su visais registrais visomis instrukcijomis.
Skystųjų kristalų indikatoriaus valdymas (LCD Controller).
MSP430F449 gali valdyti 160 segmentų skystųjų kristalų indikatorius. Indikatorius valdomas programiniu būdu, specialiomis instrukcijomis įrasant informaciją atitinkamais adresais į sio modulio atmintį. Skystųjų kristalų valdymo modulis turi savo atmintį. Kai indikatorius nenaudojamas, sį modulį galima naudoti kaip I/O prievadą.
Pagrindinis laikmatis (Basic Timer).
Įrenginys turi du astuonių bitų skaitiklius. Abu skaitikliai turi nepriklausomus selektorius isorinei arba vidinei sinchronizacijai. Vienas skaitiklis turi isplėstą galimybę jį sustabdyti, skaičiuoti be perstojo ar uzdaryti skaitiklį parinkus vieną is dviejų isorinių signalų. Abu 8 bitų skaitiklius galima sujungti į vieną 16 bitų skaitiklį. Dazniausiai sis modulis naudojamas LCD kontrolerio sinchronizacijai.
Analoginis skaitmeninis keitiklis (ASK).
Astuonių kanalų, 12 bitų analoginis skaitmeninis keitiklis su programiniu arba automatiniu valdymu ir analoginio signalo diapazono reguliavimu. Konvertavimas pradedamas gavus keitimo pradzios signalą ir nutraukiamas gavus keitimo pabaigos signalą.
Aparatinis daugiklis (Hardware Multiplier)
Tai įrenginys, atliekantis daugybos operaciją su 16x16, 16x8, 8x16 ir 8x8 bitų kintamaisiais. Daugyba atliekama per 3 sichrosignalo MCLK taktus.
USART.
Tai universalus nuoseklaus sinchroninio/asinchroninio rysio sąsaja. Septynių arba astuonių bitų ilgio duomenys gali būti perduodami greičiu, kuris nustatomas programiniu būdu arba greičiu, kurį apsprendzia taktinis daznis. Sis įrenginys palaiko sinchroninio ir asinchroninio rysio protokolus.
Laikmatis A (B) (Timer A, Timer B).
Sį taimerį sudaro 16 bitų skaitikliai ir fiksavimo/palyginimo registrai. Taktinių impulsų generatorius siam taimeriui gali būti vidinis (signalai ACLK ar SMCLK) arba isorinis (signalai TACLK ar INCLK). Taktinių impulsų generatoriaus signalo daznis gali būti padalintas du, keturis arba astuonis kartus. Taimerį galima sustabdyti, pakartotinai paleisti, skaičiuoti aukstyn arba aukstyn/zemyn naudojant vieną palyginimo bloką periodo nustatymui. Fiksavimo/palyginimo blokus galima suderinti naudojimui fiksavimo arba palyginimo rezimuose. Fiksavimo rezimas naudojamas vidinių arba isorinių dydzių matavimui. Kiekvienas skaitiklis gali būti paleidziamas arba stabdomas programiniu būdu. Palyginimo rezimas naudojamas sinchronizacijai arba isėjimo signalo impulso pločio nustatymui.
Komparatorius_A (Comparator A).
Gali būti panaudotas atlikti tikslų analoginių signalų palyginimą ir konvertavimą, sekti baterijos įtampos būseną ir kt. Komparatorių valdo dvylika bitų registruose CACTL1 ir CACTL2.
|
