經(jīng)典MCU探究：MSP430關(guān)鍵硬件電路設(shè)計(jì)要訣

　　眾所周知，MSP430以其超低功耗而著稱。但是很多用戶反應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量MSP430的功耗時(shí)，測(cè)量結(jié)果和MSP430數(shù)據(jù)手冊(cè)相差甚遠(yuǎn)。其實(shí)這里主要涉及到兩方面的內(nèi)容：

　　1. 如何使用MSP430合理的設(shè)計(jì)硬件和軟件，使整個(gè)應(yīng)用最大限度的達(dá)到低功耗？

　　2. 如何測(cè)量MSP430的功耗？

　　就如何測(cè)量MSP430功耗，我來分享一下我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)。

　　一、未使用的GPIO的處理

　　為了使MSP430最大限度的達(dá)到低功耗，對(duì)于MSP430未使用的GPIO而言，應(yīng)該將其設(shè)置為輸出；或者是設(shè)置為輸入，但是將管腳的電平固定，可以通過外部電路將管腳連接至Vcc或者GND，也可使能內(nèi)部上下拉電阻，將管腳電平固定。

　　對(duì)于MSP430而言，大部分情況下，測(cè)量到的功耗與datasheet不符均是由對(duì)MSP430未使用的GPIO處理不當(dāng)引起的。默認(rèn)情況下，MSP430的GPIO是作為輸入的，其等效電路如下圖所示，為推挽模式：

　　當(dāng)GPIO管腳配置為輸入管腳且外部電平處于浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)（0《Vin《Vcc），那么內(nèi)部的MOSFETs管的導(dǎo)通電流本身就處于一個(gè)不穩(wěn)定的值，會(huì)導(dǎo)致整體功耗的升高，示意圖見上圖右半邊。另外過高或過低的溫度更會(huì)加劇這種不穩(wěn)定，且當(dāng)供電電壓升高時(shí)，本身MOSFETs管的導(dǎo)通電流也會(huì)變大。故在高壓和低溫雙重作用下，就會(huì)出現(xiàn)功耗攀升現(xiàn)象。

　　二、前提條件的確定

　　MSP430數(shù)據(jù)手冊(cè)各種模式下功耗的提供，均注明了相關(guān)的前提條件的，具體包括：測(cè)量溫度，供電電壓，系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘源，系統(tǒng)時(shí)鐘的大小，CPU主頻，MSP430工作模式以及active的模塊（例如Brownout： BOR， WDT）等。故要驗(yàn)證MSP430在特定模式下的功耗時(shí)，一定要注意這些前提條件。

　　如果要與別家的MCU比較功耗時(shí)，切記一定要在相同的前提條件下比較才有意義。而MSP430的BOR功能在7種LPM mode下均是打開的，且?guī)缀跏橇愎牡摹?/p>

　　三、測(cè)量MSP430處于LPM4/LPM3 mode下的功耗

　　為了更準(zhǔn)確的測(cè)量整個(gè)用戶應(yīng)用的功耗并且使得最大限度的降低整個(gè)應(yīng)用的功耗，建議先對(duì)MSP430處于LPM4/LPM3模式下時(shí)，板子的整體功耗進(jìn)行測(cè)量。在LPM4，LPM3模式下，將MSP430功耗與數(shù)據(jù)手冊(cè)調(diào)至一致后，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行其他情況下功耗的測(cè)量。

　　1.低功耗測(cè)試程序的編寫

　　a. LPM4 低功耗測(cè)試程序編寫

　　LPM4低功耗測(cè)試程序的編寫，建議參考Wolverine MSP430FR5969 LPM4 code example，如下圖所示，注意事項(xiàng)主要有：當(dāng)作為輸入時(shí)，將GPIO狀態(tài)固定， 不讓其受外部浮動(dòng)電平的影響。示例中，GPIO設(shè)置為輸入，但是使能其內(nèi)部下拉電阻將GPIO的狀態(tài)固定了。當(dāng)然也可以直接將GPIO配置為輸出。另外，注意將不必要的模塊均關(guān)掉，以避免不必要的功耗增加。例如：MSP430FR5739， 在LPM4下，記得將參考源REF關(guān)閉。

　　REFCTL0 |= REFTCOFF;

　　REFCTL0 &= ~REFON;

　　b. LPM3 低功耗測(cè)試程序編寫

　　首先需要明白，對(duì)于LPM3 mode下功耗的測(cè)試，需要選定ACLK的時(shí)鐘源， 是內(nèi)部VLO還是LFXT1。因?yàn)樵贚PM3下，MSP430的系統(tǒng)時(shí)鐘只有ACLK可用，MCLK和SMCLK均不可用。而當(dāng)ACLK的時(shí)鐘源選擇不同時(shí)，LPM3 mode下，MSP430的功耗是不同的。以MSP430G2553為例，其數(shù)據(jù)手冊(cè)中寫明，LPM3下，ACLK=LFXT1時(shí)，功耗約為0.7uA;而LPM3下，ACLK=VLO時(shí)，功耗約為0.5uA。

　　另外，在測(cè)量時(shí)，為確保程序成功跑到LPM3模式下。最好能夠在進(jìn)入LPM3之前有個(gè)指示，譬如讓某個(gè)LED燈亮0.5s再滅掉。一定要記得進(jìn)入 LPM3時(shí)，滅掉LED， 因?yàn)橐粋€(gè)LED燈亮，本身就很耗電的，有時(shí)會(huì)高達(dá)2mA。而為什么要有指示呢？是因?yàn)楫?dāng)采用LFXT1作為ACLK時(shí)鐘源時(shí)，在程序中需要check LFXT1是否成功起振，萬一用戶忘記焊LFXT1，或者是低頻晶體沒有起振，那么就會(huì)導(dǎo)致程序一直處于check flag，而不會(huì)進(jìn)入LPM3。在這些情況下，如果沒有指示，當(dāng)對(duì)功耗測(cè)量時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)據(jù)手冊(cè)上LPM3下的功耗不符。

　　另外，切記判斷LFXT1是否起振，千萬不要直接用示波器測(cè)量低頻晶體的管腳，因?yàn)長(zhǎng)FXT1本身是非常脆弱的，一旦外部有波動(dòng)，就會(huì)停振。建議將LFXT1作為ACLK時(shí)鐘源，然后將ACLK從對(duì)應(yīng)管交輸出后，用示波器進(jìn)行觀察。