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MSP430低功耗原理及其在海温测量中的应用

发布时间:2020-07-21 18:48:07 阅读: 来源:冷拔扁钢厂家

摘要:介绍了MSP430系列单片机的低功耗原理及工作模式。分析了各种工作模式之间的快速转换方式。针对电池供电和空间受限的海水温度测量环境,利用MSP430系列单片机低功耗、高性能、多外设的优良特性,提出了海水温度采集系统的设计方案。方案采用MSP430F4794作为运算控制器,NTC热敏电阻作为温度传感器,利用MSP430F4794芯片内部自带的16位A/D转换器进行A/D转换。硬件设计上采用低功耗的外围器件,软件设计上充分利用MSP430提供的多种低功耗工作模式,实现了整个系统的低功耗。关键词:MSP430;超低功耗;工作模式;海水温度测量 MSP430系列单片机是一款具有精简指令集的16位超低功耗混合型单片机。采用MSP430系列单片机的一个最大优势是它具有低功耗和高集成度,非常适合于电池供电和空间受限的工作环境以及便携式应用场合。1 MSP430系列单片机的低功耗原理及工作模式1.1 低功耗原理 MSP430系列单片机能够具有很低的功耗,是由它的结构特点决定的。1.1.1 灵活的时钟信号 MSP430系列单片机为系统提供不同的时钟信号,用户可以根据实际需要选择合适的系统时钟。MSP430的时钟模块由高速晶体振荡器、低速晶体振荡器、数字控制振荡器DCO、锁频环FLL以及锁频环增强版本FLL+等部件构成。MSP430系列单片机输出3种不同频率的时钟信号:ACLK(辅助时钟)、MCLK(主系统时钟)、SMCLK(子系统时钟)。下面以MSP430F4XX系列单片机的时钟模块为例作介绍。 MSP430F4XX系列单片机的时钟模块有3个时钟源:LFXT1CLK,XT2CLK,DCOCLK。LFXT1CLK为低频时钟;XT2CLK为高频时钟;DCOCLK为片内数字控制RC振荡器,经常用作系统和外设的时钟信号,其稳定性可由FLL+硬件控制。 MSP430F4XX系列单片机时钟模块的结构如图1所示。ACLK来自LFXT1CLK,可由软件选作各外围模块的时钟信号,一般用于低速外设,ACLK经1,2,4,8分频后供外部电路使用,保证了MSP430F4XX和MSP430F1XX的时钟系统相兼容;MCLK可由软件选择来自LFXT1CLK,XT2CLK,DCOC-LK三者之一,然后经1,2,4,8分频得到,主要用于CPU和系统;SMCLK可由软件选择来自XT2CLK或DCOCLK,主要用于高速外围模块。用户根据不同的应用要求和系统条件,通过程序选择低频或高频,3种不同的频率时钟输出给不同的模块,从而合理利用系统的电压,实现整个系统的低功耗。

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DCOCLK可以用作MCLK和SMCLK,但由于RC振荡器DCO的频率会因温度和电压的不同而变化,导致输出频率不稳定。MSP430F4XX系列单片机的时钟模块应用了增强型锁频环技术FLL+,可以通过频率积分器和调制器的自动调节使DCOCLK的频率趋于稳定,实现了硬件自动调整DCO频率,而MSP430F1XX系列单片机的时钟模块则需要通过软件调整DCO频率。

1.1.2 完全独立运行的外围模块 MSP430系列单片机的各个模块运行完全独立,定时器、A/D转换器等都可以在CPU休眠的状态下独立运行,从而降低了系统工作时的功耗。例如,用两种方式实现方波的输出。 方式1 为通常单片机使用的方式,使用CPU控制输出端口来实现高、低电平的交替转换。在这种方式下,CPU一直处于工作状态。方式1的程序如下: 方式2 使用MSP430外部模块定时器A1的自动翻转模式来实现高、低电平的交替转换。在这种方式下,CPU在设定了定时器A1的工作模式后,由定时器A1的输出控制波形,完全不需要CPU的参与,CPU可以休眠,降低了系统的功耗。方式2的程序如下:

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