MSP430低功耗運(yùn)行模式原理分析及應(yīng)用

MSP430系列是一款具有精簡(jiǎn)指令集的16位超低功耗混合型單片機(jī)。它包含馮諾依曼結(jié)構(gòu)尋址方式（MAB）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式（MDB）的靈活時(shí)鐘系統(tǒng)，由于含有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地址映射和數(shù)字模擬外圍接口的CPU，MSP430為混合信號(hào)應(yīng)用需求提供了解決方案。

1、MSP430優(yōu)點(diǎn)

與熟知的采用復(fù)雜指令集的8位51系列單片機(jī)相比，16位精簡(jiǎn)指令集的MSP430系列單片機(jī)的功能更強(qiáng)，運(yùn)行速度更快。

（1）靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)

時(shí)鐘系統(tǒng)是為電池供電的應(yīng)用而特別設(shè)計(jì)的。一個(gè)低頻率時(shí)鐘直接由32kHz的晶振驅(qū)動(dòng)（ACLK）。整合的高速數(shù)控振蕩器（DCO）作為用于CPU和高速外圍設(shè)備的主時(shí)鐘源。DOC的建立保持時(shí)間小于6μs?；贛SP430的高性能16位RISC處理器設(shè)計(jì)可以在很短的距離實(shí)現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）嵌入仿真

MSP430設(shè)備本身具有專用仿真邏輯電路，通過JTAG口可以進(jìn)行嵌入式仿真，不需要附加任何外圍電路，優(yōu)點(diǎn)如下：支持全速執(zhí)行、在線調(diào)試、設(shè)立斷點(diǎn)和單步跟蹤;在線調(diào)試設(shè)計(jì)與最終應(yīng)用具有相同的特性;保護(hù)混合信號(hào)的完整性，并且不受線路干擾。

（3）地址空間MSP430

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)可以與特殊功能寄存器（SFRs）共享一個(gè)地址空間。代碼段存于偶地址，數(shù)據(jù)段訪問單位為字節(jié)或字，可擴(kuò)展尋址空間到64KB。

2、MSP430低功耗運(yùn)行模式原理

TI的MSP430是一個(gè)特別強(qiáng)調(diào)低功耗的單片機(jī)系列，尤其適用于采用電池供電的長(zhǎng)時(shí)間工作的場(chǎng)合。

2.1、運(yùn)行模式

圖1 ?MSP430工作模式狀態(tài)圖

MSP430系列為超低功耗應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，其工作模式狀態(tài)如圖1所示，基本時(shí)鐘系統(tǒng)操作模式如表1所列。運(yùn)行模式要考慮到三個(gè)不同的需求：低功耗;速度和數(shù)據(jù)的吞吐量;單個(gè)外圍設(shè)備電流消耗的最小限度。

表1 ?MSP430x1xx基本時(shí)鐘系統(tǒng)操作模式

MSP430典型電流消耗如圖2所示。

圖2 ? 13x和14x設(shè)備對(duì)運(yùn)行模式的典型電流消耗圖

在狀態(tài)寄存器中，用CPUOff、OSCOff、SCG0和SCG1位配置低功耗方式0～4。含以上方式控制位的優(yōu)點(diǎn)是在中斷服務(wù)程序中，當(dāng)前工作狀態(tài)可以保存在堆棧之上。如果在中斷服務(wù)程序期間SR值未改變，那么程序溢出返回到先前工作狀態(tài)。利用在中斷服務(wù)程序內(nèi)堆棧SR值，程序溢出能返回到不同的工作狀態(tài)。模式控制位和堆棧能被任何指令訪問。

當(dāng)設(shè)置任一種模式的控制位時(shí)，被選擇的工作狀態(tài)立刻響應(yīng)。如果時(shí)鐘未被激活，用任何禁用時(shí)鐘操作的外圍設(shè)備都禁用，而且外圍設(shè)備也可通過設(shè)置自身控制寄存器禁用。所有的I/O端口引腳和RAM/寄存器不被改變，所有的中斷都可實(shí)現(xiàn)喚醒功能。

2.2、進(jìn)入和退出低功耗模式

從任何低功耗運(yùn)行模式啟動(dòng)的中斷事件都可激活MSP430。①進(jìn)入中斷服務(wù)程序。PC和SR被儲(chǔ)存在堆棧后，CPUOff、SCG1和OSCOff自動(dòng)復(fù)位。②從中斷服務(wù)程序返回的選擇。原SR從堆棧取出，恢復(fù)原來(lái)的工作狀態(tài)。當(dāng)RETI指令執(zhí)行時(shí)，儲(chǔ)存在堆棧的SR位，在中斷服務(wù)程序返回到一個(gè)不同的工作狀態(tài)期間內(nèi)，可被修正。

可利用低功耗模式延長(zhǎng)使用壽命，因?yàn)檠娱L(zhǎng)低功率模式周期可使DCO禁用，這時(shí)DCO的負(fù)溫度系數(shù)應(yīng)當(dāng)考慮。如果溫度改變很大，在喚醒模式的DCO頻率會(huì)與進(jìn)入低功耗模式時(shí)有顯著的不同，并且有可能超過工作范圍。為避免以上情況，DCO在進(jìn)入能夠擴(kuò)展周期時(shí)間的低功耗模式前設(shè)置為最低值，低功耗模式的溫度可改變。