作者：鲁思慧
摘自：亚太资源网

1、前言

MSP430型系列是一款超低功耗类型的微控制器，特别适合于手持设备和安全领域的应用。MSP430虽属微控制器，但在众多单片机系列中有独特的优势。该MSP430系列将大量的外围模块整合到片内，也适合于设计片上系统，具有丰富的不同型号的器件可供选择，给设计者带来很大的灵活性。其因就在于它是一个16位的精简指令构架，有大量的工作寄存器和数据存储器，其RAM单元也可以实现运算。在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8HHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法。2004年10月又推出了MSP430F2XX系列新款单片机，该款新品可实现前代产品两倍的处理性能，而待机功耗仅为前代产品的一半。

2、从安控探测器中看MSP430F11XX的应用

2.1是用于烟雾探测器的理想选择

2.11烟雾探测器组成方框

烟雾探测器是一项重要性很高的应用，不仅是因为人的生命有赖于传感器的可靠性，而且还因为误报警将导致巨额开销。探测烟雾的方法有很多种，不过最常用的还是光探测。为了获得高可靠性，需要采用高集成度解决方案。由于相关法律规定每个房间都必须安装探测器(比如在宾馆饭店中)，因此成本也是一项决定性因素。

为了实现低维护成本，电池必须具有长达数年的使用寿命，这就要求采取“脉冲式”应用方式，并具有快速唤醒时间、快速处理时间和超低待机电流。这使得MSP430混合信号处理器成为面向该应用的理想选择。
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图1(a) 烟雾探测器组成方框中，其核心部分是MSP430F1111超低功耗类型的微控制器。图1(a)左框为脉冲式红外线(IR-Infrared)发送器与接收器，其脉冲式红外线发送器和红外线接收器被布设在具有隔外光措施的反射型测量室中，当来自IR发送器的光被烟雾所反射能够到达IR接收器，并实施了两项连续的测量。第一项是测量IR发送器关断时的环境光；第二项是测量IR发送器接通时的反射光。这种差分测量法不仅需要采用高动态范围线性传感器和电路，而且还要求系统具有高线性度。

2.12 MSP430F1111性能特征
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图1(b)为MSP430F1111内部结构结图，其性能特征为：基本时钟系统(片内DCO一个晶体振荡器)；Timer_A3(带3个捕获/Lk较寄存器和PWM输出的16位定时器)；比较器_A(精确的模拟比较器，常用于斜边(Slope)A/D转换)；看门狗定时器/通用目的定时器；I/O端口1，2(每一个有8个I／O，均具有中断功能)。

2.2在玻璃裂损探测器中应用

2.21玻璃裂损探测器组成方框

标准的声学玻璃裂损传感器的工作原理是采用传声器来测量玻璃中压力差的声音频谱。第一个信号波代表由击中玻璃的物体所引发的振动。该频率约为200kHz。第二个频率约为5kHz的信号出现于玻璃破裂时。图2显示出了采用低压差稳压器、单电源运算放大器TLV2763和具有板载ADC的MSP4301132微控制器所构成的实现方案。需要采用快速轨至轨放大器来把换能器信号电平提升至ADC输入电压范围。随后的各级电路均被集成在MSP430F1132信号控制器中。单电源运算放大器TLV2763特点是：低电源电压1.8V至3.6V；非常低的电源电流20μA；超低功耗停机模式IQ=10nA/通道；具有快速轨至轨输入和输出能力。

2.22 MSP430F1132性能特征与MSP430F1111基本相同，但区别在干闪存为8KB，具有5通道10位A/D转换器

2.3 MSP430F169微控制器在门禁系统中的应用

在环境优雅的场所工作、生活时，希望能够拥有一套既有方便自己自由进出，又能有效控制他人随意闯入的安全防范措施。在公司、工厂、学校、科研机构、医院、住宅、监狱、宾馆、图书馆、阅览室、车棚等多种场合，为了工作、生活的安全与有效，需要进行封闭认证出入管理。传统的方法是传达室工作人员对出入人员进行登记放行。这种方法费事、费力又容易造成差错。随着技术的进步、出现了电子化的门禁系统来进行出入口的自动管理。

门禁系统就是采用个人识别卡方式进行工作的。给每个有权进入的人发一张个人识别卡，相当于一把钥匙。系统根据该卡的卡号和当前时间等信息，判断该卡持有人是否可以进入(或出去)，如果可以，则系统自动开门，否则，则不开门。对于工厂、机关等需要考勤的场所，门禁系统还可以记录每个职工是否按时上下班。门禁系统的另一优点是可以随时增加和删除某一卡。而不必担心某一卡丢失后造成什么损失。

2.31门禁系统组成

门禁系统由读卡控制器、电磁锁、识别卡、计算机组成，如图3(a)所示。门禁系统中的核心是超低功耗快闪存储器MCU-MSP430F169
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2.32门禁系统各部分功能

*计算机：将授权卡片的号码送给控制器；将挂失卡片的号码送给控制器；设置控制器的系统时间；直接开锁；读取卡片的时间记录(考勤等)；对卡片的考勤情况进行管理(分类、排序等)。

*读卡控制器

读卡控制器主要由MSP430F123、射频电路(T5557卡或mifare卡)、RS485通信电路、电磁锁驱动电路、LED驱动以及电源管理电路等组成，如图3(b)所示。

*读卡控制器功能

存储1000张卡片的使用情况，包括有效卡和挂失卡；存储每张卡片的时间记录50条，循环覆盖，即达到第50条后从第一条开始记录并覆盖；根据读取的卡片信息决定是否开锁，只有授权过的卡片才能开锁(绿灯亮)，未经授权的卡片开锁时，发出声音报警并红灯亮；通过RS485接口来设置授权卡、挂失卡，系统时间；备用钥匙，当控制器失效或有效都可以开锁；当电源不足时，红色LED闪烁，否则常亮；采用5V供电。

2.33超低功耗快闪存储器MCU-MSP430F169主要特征及应用

作为基于MCU的超低功耗SoC(系统级芯片)，MSP430F169集成了一个8通道、200kSPS、12位ADC、两个12位DAC和一个可编程直接存储器存取(DMA)控制器，是那些对功耗、空间和成本敏感的应用的理想选择。该器件还包括60kB快闪存储器、2kBRAM、一个看门狗定时器、一个比较器、1 0通道脉宽调制、两个通用同步异步收发器(USART)，一个I2C、一个16位硬件乘法器和一个电源电压监控器(SVS)。图3(c)为MSP430F169内部结构框图。

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*主要特点：超低功耗，在2.2V(典型值)条件下为330pA(运行模式)和1.1pA(待机模式)；先进的16位RISC架构以短得多的代码长度实现了崭新的应用；系统内可编程快闪存储器允许在最后一刻改变代码、进行现场升级并将数据存入快闪存储器中；高性能集成模拟和数字外围元件降低了系统成本。

*应用：还可在公用事业计量用表、便携式仪表、智能型检测等设备上使用。

2.4 MSP430F413与MSP430F1121为核心的汽车轮胎压力检测模块

该系统由放在驾驶室里的显示模块和放在轮胎内的测量模块组成。显示模块有点阵式LCD，可以显示轮胎的实时参数，如果有轮胎参数异常情况出现，LCD上会显示相应的报警信息。用户可以通过按键设定轮胎的各种参数。测量模块能够测量轮胎的压力和温度参数。通过射频信号将这些测量到的参数发送到驾驶室里的显示模块上以供驾驶员参考。图4(a)为具有集成LCD驱动器的高性能16位RISC快速擦写存储器MCU与MSP430F1121超低功耗类型的微控制器为核心的汽车轮胎压力检测模块组成方框图。

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2.41测量模块参数：发射中心频率为433MHz；发射方式为GFSK；发送功率为-10dB；天线：50Ω单端PCB天线或导线天线；压力测量精度为≤2.5kpa/cm2 ；压力测量范围为0-500kpa；温度测量精度为3℃；温度测量范围为-20/80℃；工作温度为-20/80℃；工作电压为2.1-3.6V；电源为3V，850mAH锂离子电池。由MSP430F1121与MPXY8020A组成测量模块。

*其功能：测量模块需要做到低功耗，这样可以延长电池的寿命。因此软件将该模块设计成有两种状态，一种状态是车子停着的情况下的休眠模式，另一种是车子在路上行走时的活动模式；当测量模块处于活动模式时，还会根据轮胎内部压力和温度变化的量来决定射频发射的频率。这种策略可以进一步减少功耗。

2.42显示模块参数：工作电压为3.3V；电源为AC／DC(1 2V／3.3V)或充电电池；接收中心频率为433MHz；接收方式为GFSK；接收灵敏度为-105dB；天线为环形PCB天线或外置天线；由MSP430F413，NRF2401及点阵液晶组成。

*其功能：能够在开机的时候唤醒所有的测量模块，在关机的时候使所有的测量模块进入休眠状态；能够以每秒显示一个轮胎的速度轮流显示所有轮胎的当前测量的压力参数和温度参数；能够对异常状况进行报警；用户可以根据自身的需要调整参数。

在测量模块中由于MSP430F1121与上述的MSP430F1111基本类同，值此只介绍MSP430F413。

2.43具有集成LCD驱动器的高性能16位RISC快速擦写存储器MCU-MSP430F413主要特点主要特点

是面向低功耗应用的最佳系统级芯片(SoC)解决方案，图4(b)为内部组成框图。该芯片是超低功耗，待机模式中的消耗电流低于1μA／2.2V(典型值)，从而延长了电池的使用寿命；16位RISC架构以短得多的代码长度实现了新型应用；包括LCD驱动器的高性能、集成化模拟和数字外设降低了系统；集成模拟比较器是精密混合信号测量的理想选择；板载SVS功能能够抵御电压过低和闭锁状态的影响；系统内可编程快速擦写存储器允许在最后一刻改变代码、进行现场升级并将数据存入快速擦写存储器中；MSP-FET430P410提供了一个全集成化的开发环境；封装型式：64引脚QFP。
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在应用上，还可在通信、智能卡和人机接口应用、基本加密、热监控及用于信息显示器的小外形集成LCD驱动器等方面使用。图5
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2.5新一代电子能量计

MSP430FE42x是专为满足下一代电子能量计的要求。高集成度实现了具有极小外形尺寸和极成本的易用型解决方案。图6为新一代电子能量计方框图。
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*MSP430FE42x是用于电子能量计的单芯片IC，其独特之处： 低电源电压范围为2.7V-3.6V；旨在实现极长使用寿命的超低功耗，活动模式(仅MSP430)为400uA，待机模式为1.1uA，关闭模式(RAM保持)为0.1uA；锁频环FLL+；16位RISC体系，125ns指令周期；嵌入式信号处理用于单相电能计量(cESP430E1)；集成128段LCD驱动器；串行通信接口(USART)，通过软件选择异步UART或同步SPI；节电检测器；带可编程电平检测的电源电压管理／监控；串行在线编程，无需外部编程电压；Flash器件有自举装载程序。可提供诸如Rogowski线圈等分流、电流互感器(CT)和di/dt传感器。

*新一代电子能量计功能，即可显示如下计算结果：有功功率、无功功率、视在功率；软件可编程测定起动电流；状态；波形采样；功率因数；DC去除；电源周期；RMS值、峰值(电流／电压)；温度；线路周期计数器；自动压降检测一利用软件来选择电平；用于单相、双线式测定的篡改检测。

3、结束语

同其它单片机相比，MSP430系列可以大大延长电池的使用寿命；1μS—6uS的启动时间可以使启动更加迅速；ESD保护，抗干扰力强；低电压供电；多达64KB寻址空间，包含ROM、RAM、闪存RAM和外围模块；外部中断引脚：I／0口具有中断能力；外围模块地址为存储器分配：全部寄存器不占用RAM空间，均在模块内；定时器中断可用于事件计数、时序发生、PWM等；看门狗功能；A／D转换器(10位、12位、16位或更高精度)；支持C语言和汇编语言。