電能收集充電器設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-05-22 13:29 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 更深入了解MSP430單片機(jī)，下面再具體介紹它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部電路。 MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器(Mixed Signal Processor)。稱之為混合信號(hào)處理器，主要是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16 位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在 8MHz 晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為 125 ns 。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。 在運(yùn)算速度方面，MSP430 系列單片機(jī)能在8MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 125ns 的指令周期。 16 位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。 MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用 6us 。 超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 ~ 電壓。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí),芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 。其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（ FLL 和 FLL+ ）時(shí)鐘系統(tǒng)或 DCO 數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)。有的使用一個(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz ） , 有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM ）和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗電為 ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 。 系統(tǒng)工作穩(wěn)定。上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。 豐富的片上外圍模塊 MSP430 系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時(shí)器 A （ Timer_A ）、定時(shí)器 B （ Timer_B ）、串口 0 、1（ USART0 、1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、 10 位 /12 位 ADC 、16位SigmaDelta AD、直接尋址模塊（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定時(shí)器（ Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 / 比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問(wèn)串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件IIC串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。方便高效的開發(fā)環(huán)境目前 MSP430 系列的主要開發(fā)環(huán)境是IAR Embedded Workbench。該軟件界面友好，功能強(qiáng)大，支持C，C++，匯編語(yǔ)言，能在線調(diào)試和仿真。程序下載采用JTAG方式，下載到內(nèi)部的FLSH里面去。 MSP430內(nèi)部的功能框圖因?yàn)槲抑灰玫組SP430的AD模塊，其它都是單片機(jī)的內(nèi)部資源。根據(jù)系統(tǒng)要完成的功能，程序共分為時(shí)鐘模塊，定時(shí)器模塊，ADC轉(zhuǎn)換模塊，中斷模塊。下面分別介紹它們的程序。時(shí)鐘模塊：因?yàn)镸SP430內(nèi)部有很多時(shí)鐘，如DCO,ACLK,SMCLK等。但是根據(jù)系統(tǒng)要求，最終選用SMCLK作為系統(tǒng)時(shí)鐘，它的初始化程序如下：void InitClk(){ FLL_CTL0|=XCAP18PF。//Set load capacitance FLL_CTL1amp。=~XT2OFF。 //Turn on XT2,XT2 is off if it is not used FLL_CTL1 = SELS。 // Select SMCLK source as XT2CLK} 定時(shí)器模塊： MSP430內(nèi)部有豐富的定時(shí)器，我選用定時(shí)器B作為ADC采樣的時(shí)鐘，也作為監(jiān)控電路工作間歇的時(shí)鐘源。它的初始化程序如下：void InitTimerB(){ TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2。// SMCLK, continuous mode TBCCR0 = 50000。 TBCCTL0 = CCIE。 // CCR0 interrupt enabled}ADC12模塊： MSP430F449內(nèi)部有12位的ADC轉(zhuǎn)換模塊，選用內(nèi)部的參考電壓，轉(zhuǎn)換精度高，并且極大的降低的系統(tǒng)的功耗，它的初始化程序如下：void Init
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