Análise comparativa dos microcontroladores MSP430 e 89C51: recursos e aplicações

O microcomputador de chip único não é apenas um chip com uma função lógica específica, mas um sistema de computador integrado a um chip.Este artigo introduzirá as características, desenvolvimento, componentes principais, vantagens e desvantagens, aplicações e diferenças entre MSP430 e 89c51 para ajudá -lo a entender melhor esse microcontrolador e fornecer um forte suporte para o design do sistema incorporado.

O microcomputador de chip único é um chip de circuito integrado.Ele usa a tecnologia de circuito integrado de grande escala para combinar funções, como uma CPU da Unidade Central de Processamento com recursos de processamento de dados, uma variedade de portas de E/S, um sistema de interrupção, uma ROM de memória somente leitura, uma RAM de memória de acesso aleatório, um timer/Contador, assim como um circuito de driver de exibição, circuitos de modulação em largura de pulso, multiplexadores analógicos, conversores A/D e outros circuitos são integrados em um chip de silício para formar um sistema microcomputador pequeno, mas completo.Desde a década de 1980, os microcontroladores se desenvolveram de 4 bits e 8 bits aos atuais microcontroladores de alta velocidade de 300m.

Comparado com os microprocessadores de uso geral usados ​​em computadores pessoais, não requer hardware externo, economizando custos.Possui um nível mais alto de integração, mas é limitado por especificações estabelecidas e possui funções relativamente específicas.Sua maior vantagem é que é pequeno e adequado para incorporar instrumentos.No entanto, possui menor capacidade de armazenamento e interfaces de entrada e saída mais simples.

O microcontrolador MSP430 é uma série de microcontroladores de 16 bits fabricados pela Texas Instruments com consumo de energia ultra-baixo como seu principal recurso.Ele usa conjunto de instruções reduzido (RISC) e é um processador de sinal misto que integra módulos e processadores digitais e analógicos.Tem as vantagens de baixa tensão, baixo consumo de energia, alta integração e boa capacidade e confiabilidade anti-interferência.Portanto, tem sido amplamente utilizado em muitos campos, como comunicações sem fio, eletrônicos automotivos, casas inteligentes, equipamentos médicos e automação industrial.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

A série MSP430 possui três tipos de dispositivos, o tipo OTP, o tipo de flash e o tipo ROM, e seus métodos de desenvolvimento são diferentes.Para dispositivos de tipo OTP e ROM, geralmente precisamos usar um emulador para desenvolvimento e, em seguida, executar programação ou mascaramento do chip.Os dispositivos do tipo flash têm um ambiente de desenvolvimento e depuração muito conveniente.Como o dispositivo possui uma interface de depuração JTAG no chip e uma memória flash eletricamente apagável, ele pode baixar o programa para piscar primeiro e, em seguida, controlar a execução do programa através do software no dispositivo.Dessa forma, ele pode ler as informações no chip através da interface JTAG para os designers depurar, sem a necessidade de emuladores e programadores.Para dispositivos de tipo flash, ele também contém outras ferramentas e interfaces de desenvolvimento convenientes, como temporizadores de hardware, ADC etc. Portanto, além da linguagem de montagem e da linguagem C, também podemos escolher outras linguagens de desenvolvimento relacionadas de acordo com as necessidades específicas de aplicativos.

A razão pela qual o microcontrolador MSP430 possui consumo ultra baixo de energia é porque é exclusivo na redução da tensão da fonte de alimentação do chip e um relógio operacional flexível e controlável.

Primeiro de tudo, a faixa de tensão da fonte de alimentação do microcontrolador da série MSP430 é de 1,8 a 3,6V.Portanto, ao executar a uma frequência de relógio de 1MHz, a corrente mínima do chip é de cerca de 165μA.Ao mesmo tempo, o menor consumo de energia no modo de retenção de RAM é de apenas 0,1μA.Em segundo lugar, esta série de microcontroladores possui um design exclusivo do sistema de relógio.Na série MSP430, existem dois sistemas de relógio diferentes, incluindo o sistema básico de relógio e o sistema de relógio com bloqueio de frequência (FLL e FLL+), bem como o sistema de relógio do oscilador digital DCO.Precisamos usar apenas um oscilador de cristal (como DT-26 ou DT-38) para fornecer relógios para a CPU e vários requisitos funcionais.Além disso, esses relógios podem ser ligados e desligados sob o controle das instruções, permitindo o controle eficaz do consumo geral de energia.

O sistema opera em diferentes modos de trabalho, o que resulta em diferenças significativas no consumo de energia do chip.Existem dois modos ativos (AM) e cinco modos de baixa potência (LPM0 ~ LPM4) no sistema.No modo de relógio em tempo real, o consumo de energia do chip pode atingir o alto nível de 2,5μA, enquanto no modo de retenção da RAM, o consumo de energia do chip pode ser reduzido para um mínimo de 0,1μa.

Cada série de microcontroladores da série MSP430 integra uma riqueza de periféricos no chip e no chip, incluindo Watchdog (WDT), comparador analógico a, timer_a0, timer_a1, timer_b0, uart, spi, i2c, hardware multiplicador, driver LCD, 10-bit, 10-bit,/ADC de 12 bits, σ-Δ adc de 16 bits, DMA, timer básico, relógio em tempo real (RTC) e controlador USB, etc.

A série MSP430 de microcontroladores pode obter um ciclo de instrução de 40NS acionado por um cristal de 25MHz.Sua largura de dados de 16 bits, ciclo de instrução 40NS e multifuncional multiplicador de hardware permitem implementar certos algoritmos para processamento de sinal digital (como FFT, etc.).

O microcontrolador da série MSP430 é um microcontrolador de 16 bits que adota uma estrutura reduzida do conjunto de instruções (RISC) e possui modos de endereçamento ricos.As instruções principais desta série de microcontroladores são simples e também há um grande número de instruções analógicas disponíveis.Além disso, um grande número de registros e memória de dados no chip pode participar de uma variedade de operações, fornecendo instruções eficientes de processamento de pesquisa de tabela.Essas características nos permitem compilar programas de origem eficientes.

As memórias do programa de cada série de microcontroladores MSP430 incluem tipos OTP, ROM, EPROM e Flash.

A CPU do microcontrolador da série MSP430 é basicamente a mesma que um microprocessador de uso geral, mas adota uma estrutura e sistema de instrução orientados a controle em seu design.A estrutura da CPU do MSP430 CPU foi projetada com um conjunto de instruções simplificado e alta transparência, incluindo instruções internas executadas por instruções de hardware e simulação com base nas estruturas de hardware existentes.Esse design melhora a velocidade e a eficiência da execução de instruções, aumentando assim os recursos de processamento em tempo real do MSP430.

Ele está conectado à CPU através do MAB, MDB e interrupção de linhas de serviço e solicitação.Os módulos periféricos em várias séries de produtos MSP430 podem diferir tanto no tipo quanto na quantidade.Eles geralmente são uma combinação de módulos periféricos, como módulo de relógio, cão de guarda, porta, timer básico, timer A, timer B, comparador A, porta serial 0, porta serial 1, driver LCD, conversor analógico para digital, analógico para-conversor digital, multiplicador de hardware, controlador DMA, etc.

Fácil de programar: as ferramentas de desenvolvimento do MSP430 são simples e fáceis de usar, e os usuários podem operar usando uma variedade de linguagens de programação, como a linguagem C e a linguagem de montagem.

Preço acessível: comparado com outras séries de microcontroladores, seu preço é mais acessível e adequado para uso em aplicações de baixo custo.

Simulação de alta precisão: possui circuitos analógicos de alta precisão, capazes de coleta e processamento de sinais analógicos precisos.

Consumo de baixa energia: a série MSP430 adota uma variedade de tecnologias de baixa potência, permitindo que ele consuma muito pouca energia no modo de espera.

Suportar vários protocolos de comunicação: ele suporta vários protocolos de comunicação, como I2C, SPI, UART, etc. para facilitar a comunicação com outros dispositivos.

Recursos de desenvolvimento limitados: em contraste com outras séries de microcontroladores, o MSP430 possui relativamente poucos recursos de desenvolvimento; portanto, os usuários precisam encontrar informações relevantes e resolver problemas sozinhos.

Pequena capacidade de armazenamento: sua capacidade de armazenamento é relativamente pequena e não é adequada para cenários de aplicação que requerem um grande número de programas e armazenamento de dados.

Menor desempenho: comparado com outras séries de microcontroladores de alto desempenho, o MSP430 funciona mais devagar e não é adequado para uso em cenários de aplicação de alto desempenho.

MSP430 e 89C51 são microcontroladores e diferem nos seguintes aspectos.

Primeiro de tudo, como o microcontrolador da série 89C51 possui um barramento interno de 8 bits, seus módulos de função interna são basicamente de 8 bits.Embora os módulos funcionais internos tenham aumentado significativamente, a estrutura em si tem grandes limitações, especialmente a adição de componentes funcionais analógicos é mais difícil.Por outro lado, a arquitetura básica da série MSP430 é de 16 bits.Internamente, embora o barramento de dados seja convertido, ainda existe um barramento de 16 bits e é uma estrutura híbrida.Portanto, para essa arquitetura aberta, seja expandir módulos funcionais de 8 bits ou módulos funcionais de 16 bits, como estender módulos funcionais como conversão analógica/digital ou conversão digital/analógica, são muito convenientes.Essa também é a razão pela qual a série de produtos MSP430 e seus componentes funcionais estão aumentando rapidamente.

Em segundo lugar, suas ferramentas de desenvolvimento são diferentes.89C51 é o primeiro microcontrolador a entrar no China, então as pessoas criaram muitas ferramentas de desenvolvimento adequadas.No entanto, como implementar a programação on -line ainda é um grande problema.Para a série MSP430, devido à introdução da memória do programa Flash e da tecnologia JTAG, não apenas as ferramentas de desenvolvimento se tornaram fáceis de usar, mas o preço também é relativamente baixo.Além disso, suporta programação on -line.

Além disso, o 89C51 é um microcontrolador de 8 bits.Ele usa um conjunto de instruções complexo chamado "cisc" com 111 instruções.O microcontrolador MSP430 é um microcontrolador de 16 bits que adota uma estrutura reduzida do conjunto de instruções com apenas 27 instruções concisas.Ao mesmo tempo, um grande número de instruções analógicas utiliza numerosos registros e memória de dados no chip, permitindo que eles participem de uma variedade de operações.Essas instruções principais são instruções de ciclo único, poderosas e rápidas.

Finalmente, a tensão da fonte de alimentação do próprio microcontrolador 89C51 é de 5 volts.Possui dois modos de consumo de baixa potência, o modo de espera e o modo de desativação.Em circunstâncias normais, sua corrente de consumo de energia é 24MA, enquanto no modo de espera, sua corrente de consumo de energia ainda é 3MA.Mesmo no modo de despensa, sua tensão de alimentação pode cair para 2V.No entanto, para salvar os dados na RAM interna, ele também precisa fornecer cerca de 50ua de corrente.Em comparação, a série de microcontroladores MSP430 tem desempenho superior de baixa potência.Portanto, o MSP430 é mais adequado para instrumentos e produtos de medidores movidos a bateria.

• Sistema de aquisição de dados: apresentando um ADC e comparador de 12 bits, ele integra vários componentes, como vários temporizadores e o USART em um único chip, tornando-o adequado para aplicações em sistemas de aquisição de dados.

• Nó do sensor: devido ao seu baixo consumo de energia, é adequado para redes de sensores sem fio e pode efetivamente estender a vida útil da bateria dos nós do sensor.

• Sistema de controle automático: o MSP430 pode ser usado em sistemas de controle automático, como controle industrial, automação residencial e sistemas de automação de construção.Seu alto desempenho e baixo consumo de energia o tornam adequado para aplicações de controle de longa duração.

• Dispositivos portáteis: seu consumo extremamente baixo de energia o torna ideal para dispositivos portáteis, como relógios, calculadoras de mão, rastreadores esportivos e dispositivos médicos.

• Instrumento inteligente: o microcontrolador MSP430 utiliza memória flash como seu armazenamento de programa, suportando a programação on -line da JTAG para tarefas convenientes, como download do programa, simulação, depuração e atualizações.Esse recurso levou à sua ampla adoção no campo Smart Meter.

• Medidores inteligentes: o MSP430 é amplamente utilizado em medidores inteligentes.Ele monitora o uso de energia, executa a correção do fator de potência e comunica funções, mantendo o baixo consumo de energia, estendendo significativamente a duração da bateria.

• Equipamento médico: devido ao baixo consumo de energia e ao pequeno pacote de MSP430, é amplamente utilizado em equipamentos médicos, incluindo instrumentos médicos portáteis e equipamentos de monitoramento de pacientes.

A família MSP430 de processadores de sinal misto de RISC Ultra-Low-Power de 16 bits da Texas Instruments (TI) fornece a solução final para aplicações de medição movidas a bateria.

O software MSP430ware é uma coleção de recursos de design para o desenvolvimento do MSP430 MCUS, incluindo uma ampla seleção de bibliotecas de software altamente abstratas.O software está disponível como um componente do Code Composer Studio ™ IDE Desktop e versões em nuvem ou como um pacote independente.

A operação de baixa potência é um recurso essencial do MSP430.Seu design oferece vazamentos muito baixos e opera a partir de um único trilho de suprimento.Isso fornece um dreno de corrente extremamente baixo quando o processador está no modo de espera.Vários modos de baixa potência são suportados, que equilibram as necessidades de diferentes aplicações.

A principal diferença entre MSP430 e Arduino: Arduino é construída para um rápido sucesso ao jogar com ele.A desvantagem é que ele usa bibliotecas genéricas para fazer as coisas mais simples.Como o PC, onde um programa simples de 1 linha "Hello World" carrega toneladas de DLLs.O MSP, no entanto, exige que você realmente faça algo.

O microcontrolador MSP430 é um processador de sinal misto.Ele fornece uma solução de chip única, integrando vários circuitos analógicos funcionais diferentes, módulos de circuito digital e microprocessadores em um único chip para requisitos práticos de aplicação.