【文章內(nèi)容簡介】 求。從某種程度上說它的實現(xiàn)具有很大的意義，而且此裝置小巧，方便攜帶，適用于各種場合，其應用前景和經(jīng)濟效益都很看好。因此，設計穩(wěn)定、低功耗的 U 盤就顯得非常重要了。本設計就是基于低功耗的 MSP430 單片機制作 U 盤。2 總體方案論證與設計 設計要求基于 MSP430 單片機的 U 盤設計應用了單片機 MSP4SD 卡接口電路、電壓轉換電路、USB 接口電路等模塊。系統(tǒng)基于高速低功耗的 MSP430 單片機，利用串行外圍接口總線與 SD 卡相連，實現(xiàn)對 SD 卡的數(shù)據(jù)讀寫。整個系統(tǒng)由 USB 接口 5V 電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓電路 AMS1117 輸出 穩(wěn)定第 2 頁 共 22 頁的直流電壓供給單片機使用。單片機通過 USB 接口與計算機連接，進行數(shù)據(jù)傳送并直接對 SD 卡進行讀寫等操作。 系統(tǒng)設計總體方案 系統(tǒng)框圖圖 21 系統(tǒng)方框圖 單片機的選擇單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。方案一：MSP430F5529采用 MSP430F559 單片機，該單片機集成度高，具有超低功耗的特性，并且內(nèi)置 USB 模塊，通過它自帶的 USB 模塊可以更方便的與 PC 端進行通信，這給整個系統(tǒng)大大地降低了成本。方案二：MSP430F449采用 MSP430F449 單片機，需要連接一塊 USB 通用接口芯片，在集成度上沒有 MSP430F5529 方便，故此次設計選擇 MSP430F5529 單片機。 電源選擇電源模塊是單片機應用系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的部分，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全工作的前提。本設計用到的電源為 ，屬于小功率穩(wěn)壓電源，采用三端穩(wěn)壓芯片單 片 機USB模 塊PC電 源 模 塊 SD卡 模 塊第 3 頁 共 22 頁AMS1117。用其設計的是線性穩(wěn)壓電路，具有結構簡單、輸出電壓穩(wěn)定性強、精度高等優(yōu)點，因此給本系統(tǒng)供電完全滿足要求。3 系統(tǒng)電路設計與分析 單片機最小系統(tǒng) MSP430F5529 單片機簡介MSP430F5529 單片機是一種超低功耗、高性能 16 位微處理器，它具有以下功能 ：128KB 閃存、8KB RAM、USB 接口、采樣和保持及自動掃描功能的12 位 ADC、2 個 USCI（ 1，USCI_A0 和 USCI_A1，每個支持：增強UART、IrDA、同步 SPI；2，USCI_B0 和 USCI_B1，每個支持：I2C、同步SPI） 、 32 位 HW MPY、四個個 16 位定時器/計數(shù)器、三通道內(nèi)部 DMA、片內(nèi)晶振及時鐘電路 [1]。該系列單片機引腳與封裝如下圖所示。圖 31 MSP430F5529 單片機的內(nèi)部框圖 電路分析第 4 頁 共 22 頁單片機最小系統(tǒng)由 MCU、時鐘電路、復位電路和電源模塊組成時鐘電路：MSP430F5529 使用 4MHz 的晶體振蕩器作為振蕩源，電容容量為 30P。單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。圖 32 時鐘電路復位電路：復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。（1）上電復位：此單片機為低電平復位，在復位引腳 RST 上連接一個電阻 R18 到 MSP_DVCC，再連接一個電容 C16 到 GND，由此形成一個 RC 充放電回路保證單片機在上電時 RST 腳上有足夠時間的低電平進行復位，隨后回歸到高電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的值為 100K 和 。（2）按鍵復位：在復位電容 C16 上并聯(lián)一個開關，當開關 SWPB 按下時電容 C16 被放電、RST 也被拉到低電平，而且由于電容的充電會保持一段時間的低電平來使單片機復位。圖 33 復位電路第 5 頁 共 22 頁電源模塊：電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎。此最小系統(tǒng)中的 電壓是通過 USB 接口上的 5V 電壓經(jīng)電平轉換電路得來的。電壓轉換電路中接入了電源指示 LED，R20 為 LED 的限流電阻，C1 C1 C1C C21 為濾波電容。圖34 電源模塊 USB 接口模塊整個系統(tǒng)利用 USB 接口實現(xiàn) MSP430F5529 單片機與 PC 機的通信，如圖35 所示， VCC、D、和 D+引腳分別連接到單片機的VBUS、。在該電路中，利用 PUR 完成 D+信號的上拉，使主機能夠識別當前設備 [6]。圖 35 USB 接口模塊MSP430F5529 單片機的 USB 模塊具有以下特性： ◆完全符合 規(guī)范； —集成 12Mbps 全速 USB 收發(fā)器—多達 8 個輸入和 8 個輸出端點—支持控制、中斷和批量傳輸模式◆擁有獨立于 PMM 模塊的電源系統(tǒng)；—集成了 輸出的低功耗線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器從 5V 的 VBUS 取電，第 6 頁 共 22 頁輸出足以驅(qū)動整個 MSP430 工作—集成 低功耗線性穩(wěn)壓器為 PHY 和 PLL 模塊供電— 輸出線性穩(wěn)壓器電流限制功能◆內(nèi)部 48MHZ 的 USB 時鐘；—集成可編程鎖相環(huán)（PLL）—高度自由化的輸入時鐘頻率，可使用低成本晶振 ◆當 USB 模塊禁止時；—緩沖空間被映射到通用 RAM 空間，為系統(tǒng)提供額外的 2KB 的 RAM—USB 功能引腳變?yōu)榫哂袕婋娏黩?qū)動能力的通用 I/O 口圖 36 USB 模塊框圖PLL 鎖相環(huán)模塊為 USB 操作提供高精度低抖動的 48MHZ 的時鐘。如果設備上存在高頻晶振 XT2，那么 PLL 的參考時鐘頻率就為 XT2CLK，無論低頻晶振 XT1 是否可用；如果不存在 XT2，那么 PLL 的參考時鐘頻率就為 XT1CLK[2]。MSP430F5529 單片機存在可用高頻晶振 XT2，因此本次設計的 PLL 參考時鐘頻率為 XT2CLK（4MHZ） 。第 7 頁 共 22 頁圖 37 PLL 結構框圖MSP430F5529 的 USB 模塊支持控制、批量和中斷數(shù)據(jù)傳輸。按照 USB 傳輸規(guī)范，端點 0 預留為控制端點，該端點為雙向傳輸。除了控制端點以外，USB 模塊還能夠支持多達 7 個輸入端點和 7 個輸出端點的數(shù)據(jù)傳輸。這些額外的端點可以配置成批量或中斷端點?？刂苽鬏敚嚎刂苽鬏敱挥脕韺崿F(xiàn) USB 設備和主機之間配置、命令和狀態(tài)的通信?？刂苽鬏斒褂幂斎攵它c 0 和輸出端點 0。控制傳輸?shù)娜N類型是：控制寫入、無數(shù)據(jù)控制寫入和控制讀取。注意控制端點必須在 USB 設備連接到USB 主機之前進行初始化。主機采用控制寫入傳輸方式將數(shù)據(jù)寫入 USB 設備?？刂茖懭雮鬏敯O置階段事務、數(shù)據(jù)輸出階段事務和狀態(tài)輸入階段事務。中斷傳輸/批量傳輸：USB 模塊支持數(shù)據(jù)以中斷/批量傳輸?shù)姆绞匠鋈胫鳈C。輸入端點 1 到 7 和輸出端點 1 到 7 都能夠被配置為中斷/批量端點。 SD 卡接口模塊單片機通過串行外設協(xié)議總線與 SD 卡插槽進行連接，見圖 38。DO、CS 、 SCLK 和 DI 引腳分別接到單片機的 、 。圖中 VSS2 和 DAT2 腳是把記憶卡固定在 PCB 上的卡槽的引腳，除了引腳 VSS2接地外，不使用其它管腳。圖 38 SD 卡實物及引腳描述第 8 頁 共 22 頁圖 39 SD 卡接口電路 JTAG 仿真接口