(1) Mikrokontrolery MSP430: przegląd rodziny


 


Mixed Signal Procesor 430, w skrócie MSP430, to rodzina energooszczędnych mikrokontrolerów produkowanych przez firmę Texas Instruments. Cechy charakterystyczne rodziny to 16-bitowa architektura CPU typu RISC, zaawansowane tryby pracy energooszczędnej, rozbudowany system taktowania, duża liczba wbudowanych bloków peryferyjnych.


Pierwsze mikrokontrolery z rodziny MSP430 wprowadzono na rynek 14 grudnia 1992 roku. Dziś, po przeszło 20 latach od chwili premiery, dostępnych jest w produkcji ponad 420 typów mikrokontrolerów MSP430.


 





Artykuł jest wstępem do kursu programowania mikrokontrolerów MSP430, który zaczynamy już wkrótce, bazując na jednym z najnowocześniejszych mikrokontrolerów z rodziny – MSP430FR5739 – który wyposażono m.in. w pamięć programu typu FRAM.
Rolę platformy sprzętowej wyposażonej w mikrokontroler MSP430FR5739 spełnia zestaw MSP-EXP430FR5739, który przedstawiono na filmie poniżej.



 


Ze względu na budowę rodzinę MSP430 pogrupowano w następujące serie: MSP430F3xx, MSP430F1xx, MSP430F4xx, MSP430F2xx, MSP430F5xx/6xx, CC430, MSP430G2xx, MSP430F0xx, FR5xxx. Mikrokontrolery najbogaciej wyposażone w rodzinie MSP430 wyposażono w 18 kB pamięci SRAM, 256 kB pamięci Flash, 64 kB pamięci FRAM, rdzeń procesora taktowany sygnałem o częstotliwości do 25 MHz, 4 wbudowane generatory sygnałów zegarowych, możliwość podłączenia 2 zewnętrznych źródeł taktowania. Produkowane są także mikrokontrolery wyposażone w kontroler LCD, interfejs komunikacyjny USB, transceiver radiowy RF pracujący w paśmie ISM do 1 GHz.


Siłą mikrokontrolerów z rodziny MSP430 są wbudowane w nie zaawansowane moduły analogowe. Mowa tutaj o komparatorze analogowym, przetworniku A/C typu SAR o rozdzielczości 10 bądź 12 bitów (ADC10/12), analogowych wzmacniaczach operacyjnych (OpAmp) oraz precyzyjnych przetwornikach A/C typu sigma-delta o rozdzielczości 16/24 bitów (SD16/24).


Przeglądając wyposażenie rodziny MSP430 natkniemy się na  modele mikrokontrolerów wyposażone w zegar czasu rzeczywistego (RTC), przetwornik cyfrowo-analogowy o rozdzielczości 8/12 bitów (DAC8/12), moduł mnożenia sprzętowego (MPY), układ sprzętowego obliczania sumy kontrolnej (CRC), koder-dekoder danych algorytmem kryptograficznym AES ze 128-bitowym kluczem, układ watchdog, moduły liczników (Timer_A/B), wbudowane kanały transmisji danych DMA. Dostępne są także interfejsy komunikacyjne: UART, LIN, IrDA, SPI, I2C. Niektóre modele mikrokontrolerów są przystosowane do obsługi klawiatur pojemnościowych, są wyposażone w wewnętrzny czujnik temperatury, mogą pracować w rozszerzonym zakresie temperaturowym (-55..+150°C). Portfolio rodziny MSP430 prezentujemy na rysunku 1.


 


Rys. 1. Rodzina mikrokontrolerów MSP430


Rys. 1. Rodzina mikrokontrolerów MSP430


 


 


Duża liczba różnorodnych modułów peryferyjnych dostępnych w rodzinie MSP430 sprawia, że wiele problemów aplikacyjnych można rozwiązać stosując mikrokontroler MSP430 bez dodatkowych elementów w otoczeniu. Nie ma potrzeby, tak jak to bywa w innych rozwiązaniach, „otaczania” mikrokontrolera dodatkowymi układami scalonymi (rysunek 2). Przyśpiesza to proces konstruowania urządzenia, zmniejsza jego rozmiar, a co najważniejsze – obniża także koszt produkcji.


 


Rys. 2 Przykład realizacji urządzenia do pomiary temperatury na bazie mikrokontrolera a) MSP430, b) innego


Rys. 2 Przykład realizacji urządzenia do pomiary temperatury na bazie mikrokontrolera a) MSP430, b) innego


 


 


Mikrokontrolery MSP430 charakteryzują się ultraniskim poborem energii. Architektura procesora oraz budowa układów peryferyjnych pozwalają do maksimum ograniczyć pobór prądu. Każdy MSP430 może pracować w trybie pracy normalnej (AM) lub w trybie pracy energooszczędnej LPM (Low Power Mode). W trybie pracy normalnej mikrokontroler pracuje z pełną mocą i wszystkie sygnały zegarowe są włączone (MCLK, SMCLK, ACLK). W uśpieniu zawsze wyłączony jest sygnał zegarowy MCLK taktujący CPU mikrokontrolera (brak taktowania CPU, rdzeń jest wyłączony), dodatkowo mogą zostać wyłączone sygnały zegarowe SMCLK, ACLK oraz generator taktujący DC. Zazwyczaj trybów pracy energooszczędnej w mikrokontrolerach MSP430 jest 5, ale w najnowszych układach może być ich aż 7. Z uśpienia mikrokontroler budzony jest przez przerwania. W tabeli 1 prezentujemy opis trybów pracy MSP430, w formie graficznej tryby pracy MSP430 pokazano na rysunku 3.

O autorze