Analiza porównawcza mikrokontrolerów MSP430 i 89C51: Funkcje i zastosowania

Mikrokomputer z pojedynczym układem to nie tylko układ z określoną funkcją logiczną, ale system komputerowy zintegrowany z układem.Ten artykuł wprowadzi cechy, rozwój, główne elementy, zalety i wady, zastosowania i różnice między MSP430 oraz 89C51, aby pomóc Ci lepiej zrozumieć ten mikrokontroler i zapewnić silne wsparcie dla wbudowanego projektowania systemu.

Mikrokomputer z pojedynczym układem jest zintegrowanym układem obwodu.Wykorzystuje bardzo dużą technologię zintegrowanego obwodu do łączenia funkcji, takich jak Centralny procesor przetwarzania z funkcjami przetwarzania danych, różnorodne porty we/wy, system przerwania, pamięć ROM tylko do odczytu, pamięć ROMEAM ACMACE RAM, timer/Licznik, a także obwód sterownika wyświetlacza, obwody modulacji szerokości impulsów, multipleksery analogowe, przetworniki A/D i inne obwody są zintegrowane z krzemowym układem, aby utworzyć mały, ale kompletny układ mikrokomputerowy.Od lat 80. mikrokontrolery rozwinęły się z 4-bitowych i 8-bitowych do obecnych 300 m szybkich mikrokontrolerów.

W porównaniu z mikroprocesorami o ogólnym zastosowaniu stosowanych w komputerach osobistych, nie wymaga zewnętrznego sprzętu, w ten sposób oszczędzając koszty.Ma wyższy poziom integracji, ale jest ograniczony przez ustalone specyfikacje i ma stosunkowo specyficzne funkcje.Jego największą zaletą jest to, że jest mały i odpowiedni do osadzania instrumentów.Ma jednak mniejszą pojemność pamięci i prostsze interfejsy wejściowe i wyjściowe.

MSP430 MicroController to seria 16-bitowych mikrokontrolerów wyprodukowanych przez Texas Instruments o ultra-niskim zużyciu energii jako głównej funkcji.Wykorzystuje zestaw instrukcji zmniejszonych (RISC) i jest procesorem mieszanym sygnałem, który integruje moduły i procesory cyfrowe i analogowe.Ma zalety niskiego napięcia, niskiego zużycia energii, wysokiej integracji, a także dobrej zdolności przeciw interferencji i niezawodności.Dlatego był szeroko stosowany w wielu dziedzinach, takich jak komunikacja bezprzewodowa, elektronika samochodowa, inteligentne domy, sprzęt medyczny i automatyzacja przemysłowa.

• CC1352p

• CC1352R

• CC3200

Seria MSP430 ma trzy typy urządzeń, a mianowicie typu OTP, typ flash i typ ROM, a ich metody rozwoju są różne.W przypadku urządzeń typu OTP i ROM zwykle musimy użyć emulatora do rozwoju, a następnie wykonywać programowanie lub maskowanie układu.Urządzenia typu flash mają bardzo wygodne środowisko rozwoju i debugowania.Ponieważ urządzenie ma interfejs debugowania JTAG na chipie i elektrycznie wymazującą pamięć flash, może najpierw pobrać program, aby flashować, a następnie kontrolować uruchamianie programu za pośrednictwem oprogramowania w urządzeniu.W ten sposób może odczytać informacje naczelne za pośrednictwem interfejsu JTAG dla projektantów do debugowania, bez potrzeby emulatorów i programistów.W przypadku urządzeń typu flash zawiera także inne wygodne narzędzia programistyczne i interfejsy, takie jak liczniki sprzętu, ADC itp. Dlatego oprócz języka asemblera i języka C możemy również wybrać inne powiązane języki programistyczne zgodnie z określonymi potrzebami aplikacji.

Powodem, dla którego MSP430 Microcontroller ma ultra niskie zużycie energii, jest to, że jest on wyjątkowy w zmniejszaniu napięcia zasilania układu oraz elastycznego i kontrolowanego zegara roboczego.

Po pierwsze, zakres napięcia zasilacza mikrokontrolera serii MSP430 wynosi 1,8 do 3,6 V.Dlatego podczas biegania z częstotliwością zegara 1 MHz minimalny prąd układu wynosi około 165 μA.Jednocześnie najniższe zużycie energii w trybie retencji pamięci RAM wynosi tylko 0,1 μA.Po drugie, ta seria mikrokontrolerów ma unikalny projekt systemu zegara.W serii MSP430 istnieją dwa różne systemy zegara, w tym podstawowy system zegara i system zegara blokowanego częstotliwości (FLL i FLL+), a także cyfrowy system zegara Oscylatora DCO.Musimy tylko użyć oscylatora kryształowego (takiego jak DT-26 lub DT-38), aby zapewnić zegary dla procesora i różnych wymagań funkcjonalnych.Ponadto zegary te można włączyć i wyłączać pod kontrolą instrukcji, umożliwiając skuteczną kontrolę ogólnego zużycia energii.

System działa w różnych trybach roboczych, co powoduje znaczne różnice w zużyciu energii ChIP.W systemie znajdują się dwa tryby aktywne (AM) i pięć trybów o niskiej mocy (LPM0 ~ LPM4).W trybie zegara w czasie rzeczywistym zużycie energii układu może osiągnąć wysoki poziom 2,5 μA, podczas gdy w trybie wstrzymania pamięci RAM można zmniejszyć zużycie energii układu do minimum 0,1 μA.

Każda seria mikrokontrolerów z serii MSP430 integruje bogactwo peryferyjnych i chipów na chipie, w tym Watchdog (WDT), Analog Comparator A, Timer_a0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, Mnożnik sprzętowy, sterownik LCD, 10-BIT, 10-BIT/12-bitowy ADC, 16-bitowy σ-ADC, DMA, podstawowy timer, zegar w czasie rzeczywistym (RTC) i kontroler USB itp.

Seria mikrokontrolerów MSP430 może osiągnąć cykl instrukcji 40NS napędzany kryształem 25 MHz.Jego 16-bitowa szerokość danych, cykl instrukcji 40NS i wielofunkcyjny mnożnik sprzętowy umożliwiają wdrożenie niektórych algorytmów do cyfrowego przetwarzania sygnałów (takich jak FFT itp.).

Mikrokontroler serii MSP430 to 16-bitowy mikrokontroler, który przyjmuje strukturę z zestawem instrukcji (RISC) i ma bogate tryby adresowania.Podstawowe instrukcje tej serii mikrokontrolerów są proste, a także dostępna jest wiele instrukcji analogowych.Ponadto duża liczba rejestrów i pamięci danych na chipie może uczestniczyć w różnych operacjach, zapewniając wydajne instrukcje przetwarzania wyszukiwania tabeli.Te cechy umożliwiają nam kompilowanie wydajnych programów źródłowych.

Wspomnienia programowe każdej serii mikrokontrolerów MSP430 obejmują typy OTP, ROM, EPROM i Flash.

Procesor mikrokontrolera serii MSP430 jest zasadniczo taki sam jak mikroprocesor ogólnego przeznaczenia, ale przyjmuje strukturę i system instrukcji zorientowany na kontrolę.Struktura procesora MSP430 została zaprojektowana z usprawnionym zestawem instrukcji i wysoką przezroczystością, w tym instrukcjami wewnętrznymi wykonanymi przez instrukcje sprzętowe i symulacyjne oparte na istniejących strukturach sprzętu.Ten projekt poprawia szybkość i wydajność wykonywania instrukcji, zwiększając w ten sposób możliwości przetwarzania w czasie rzeczywistym MSP430.

Jest podłączony do procesora za pośrednictwem MAB, MDB oraz usługi przerwania i linii żądania.Moduły peryferyjne w różnych seriach produktów MSP430 mogą różnić się zarówno typem, jak i ilością.Zazwyczaj są to kombinacja modułów peryferyjnych, takich jak moduł zegara, strażnika, port, podstawowy timer, timer A, Timer B, komparator A, port szeregowy 0, port szeregowy 1, sterownik LCD, konwerter analogowo-cyfrowy, analog-Wigitalny konwerter, mnożnik sprzętu, kontroler DMA itp.

Łatwy do zaprogramowania: Narzędzia programistyczne MSP430 są proste i łatwe w użyciu, a użytkownicy mogą działać przy użyciu różnych języków programowania, takich jak język C i język asemblera.

Affordable Cena: W porównaniu z innymi seriami mikrokontrolera, jego cena jest bardziej przystępna i odpowiednia do stosowania w tanich aplikacjach.

Symulacja bardzo precyzyjna: ma wbudowane bardzo precyzyjne obwody analogowe, zdolne do dokładnego analogowego gromadzenia i przetwarzania sygnałów.

Niskie zużycie energii: seria MSP430 przyjmuje różnorodne technologie o niskiej mocy, co pozwala jej spożywać bardzo niewielką energię w trybie rezerwowym.

Obsługuj wiele protokołów komunikacyjnych: Obsługuje wiele protokołów komunikacyjnych, takich jak I2C, SPI, UART itp., Aby ułatwić komunikację z innymi urządzeniami.

Ograniczone zasoby rozwojowe: W przeciwieństwie do innych serii mikrokontrolerów MSP430 ma stosunkowo niewiele zasobów programistycznych, więc użytkownicy muszą znaleźć odpowiednie informacje i sami rozwiązać problemy.

Mała pojemność pamięci: jego pojemność magazynowa jest stosunkowo niewielka i nie nadaje się do scenariuszy aplikacji, które wymagają dużej liczby programów i przechowywania danych.

Niższa wydajność: w porównaniu z innymi wysoko wydajnymi serią mikrokontrolera, MSP430 działa wolniej i nie nadaje się do stosowania w scenariuszach aplikacji o wysokiej wydajności.

MSP430 i 89C51 są mikrokontrolerów i różnią się w następujących aspektach.

Po pierwsze, ponieważ mikrokontroler serii 89C51 ma 8-bitową magistralę wewnętrzną, jego wewnętrzne moduły funkcji są zasadniczo 8-bitowe.Chociaż wewnętrzne moduły funkcjonalne zostały znacznie zwiększone, sama struktura ma duże ograniczenia, zwłaszcza dodanie analogowych elementów funkcjonalnych jest trudniejsze.Natomiast podstawowa architektura serii MSP430 jest 16-bitowa.Wewnętrznie, chociaż magistrala danych jest przekonwertowana, nadal jest 16-bitowa magistrala i jest to struktura hybrydowa.Dlatego dla tej otwartej architektury, niezależnie od tego, czy ma rozszerzyć 8-bitowe moduły funkcjonalne, czy 16-bitowe moduły funkcjonalne, takie jak rozszerzenie modułów funkcjonalnych, takich jak konwersja analogowa/cyfrowa lub konwersja cyfrowa/analogowa, są bardzo wygodne.Jest to również powód, dla którego seria produktów MSP430 i ich elementy funkcjonalne gwałtownie rosną.

Po drugie, ich narzędzia programistyczne są różne.89C51 to pierwszy mikrokontroler, który wprowadził China, więc ludzie stworzyli wiele odpowiednich narzędzi programistycznych.Jednak sposób wdrożenia programowania online jest nadal dużym problemem.W przypadku serii MSP430, ze względu na wprowadzenie pamięci programu Flash i technologii JTAG, nie tylko narzędzia programistyczne stały się łatwe w użyciu, ale cena jest również stosunkowo niska.Ponadto obsługuje programowanie online.

Ponadto 89C51 jest 8-bitowym mikrokontrolerem.Używa złożonego zestawu instrukcji o nazwie „CISC” z 111 instrukcjami.Mikrokontroler MSP430 to 16-bitowy mikrokontroler, który przyjmuje strukturę ustaloną z ograniczoną instrukcją z zaledwie 27 zwięzłymi instrukcjami.Jednocześnie duża liczba instrukcji analogowych wykorzystuje wiele rejestrów i pamięci danych na chipie, umożliwiając im udział w różnych operacjach.Te podstawowe instrukcje są instrukcjami jednocyklowymi, potężnymi i szybkimi.

Wreszcie napięcie zasilania samego mikrokontrolera 89C51 wynosi 5 woltów.Ma dwa tryby zużycia o niskiej mocy, a mianowicie tryb gotowości i tryb w dół.W normalnych okolicznościach jego prąd zużycia energii wynosi 24 MA, podczas gdy w trybie rezerwacji jego prąd zużycia energii jest nadal 3mA.Nawet w trybie zasilania napięcie zasilania może spaść do 2 V.Jednak aby zapisać dane w wewnętrznym pamięci RAM, musi również zapewnić około 50UA prądu.Dla porównania, seria mikrokontrolerów MSP430 ma doskonałą wydajność niskiej mocy.Dlatego MSP430 jest bardziej odpowiednie dla instrumentów zasilanych baterią i produktów mierników.

• System akwizycji danych: z 12-bitowym ADC i komparatorem, integruje różne komponenty, takie jak wiele timerów i USART na pojedynczym układie, co czyni go dobrze dostosowanym do aplikacji w systemach akwizycji danych.

• Węzeł czujnikowy: ze względu na niskie zużycie energii, nadaje się do sieci czujników bezprzewodowych i może skutecznie przedłużyć żywotność baterii węzłów czujników.

• System automatycznego sterowania: MSP430 może być używany w systemach automatycznych sterowania, takich jak kontrola przemysłowa, automatyzacja domowa i systemy automatyzacji budynków.Jego wysokie wydajność i niskie zużycie energii sprawiają, że jest odpowiedni do długotrwałych aplikacji kontrolnych.

• Urządzenia przenośne: jego wyjątkowo niskie zużycie energii sprawia, że idealnie nadaje się do urządzeń przenośnych, takich jak zegarki, ręczne kalkulatory, trackery sportowe i urządzenia medyczne.

• Instrument inteligentny: mikrokontroler MSP430 wykorzystuje pamięć flash jako przechowywanie programu, obsługując programy online JTAG dla wygodnych zadań, takich jak pobieranie programu, symulacja, debugowanie i aktualizacje.Ta funkcja doprowadziła do powszechnego przyjęcia w dziedzinie inteligentnych mierników.

• Inteligentne liczniki: MSP430 jest szeroko stosowany w inteligentnych licznikach.Monitoruje zużycie energii, wykonuje korekcję współczynników mocy i komunikuje funkcje przy jednoczesnym zachowaniu niskiego zużycia energii, znacznie zwiększając żywotność baterii.

• Sprzęt medyczny: Ze względu na niskie zużycie energii i niewielki pakiet MSP430 jest szeroko stosowany w sprzęcie medycznym, w tym przenośne instrumenty medyczne i sprzęt do monitorowania pacjentów.

Rodzina MSP430 o ultra-niskiej mocy 16-bitowych procesorów mieszanych sygnałów RISC z Texas Instruments (TI) stanowi ostateczne rozwiązanie dla zastosowań pomiarowych zasilanych baterią.

Oprogramowanie MSP430ware to zbiór zasobów projektowych do tworzenia z MSP430 MCU, w tym szeroki wybór wysoce abstrakcyjnych bibliotek oprogramowania.Oprogramowanie jest dostępne jako element wersji kompozytorskiej COMPOSER STUDIO ™ IDE i wersje chmurowe lub jako samodzielny pakiet.

Operacja o niskiej mocy jest kluczową cechą MSP430.Jego konstrukcja zapewnia bardzo niskie wycieki i działa z jednej szyny dostawczej.Daje to bardzo niski drenaż prądu, gdy procesor jest w trybie rezerwowym.Obsługiwane jest kilka trybów o niskiej mocy, które równoważą potrzeby różnych aplikacji.

Główna różnica między MSP430 a Arduino: Arduino jest zbudowana dla szybkiego sukcesu podczas gry z nim.Wadą jest to, że używa bibliotek ogólnych do robienia najprostszych rzeczy.Podobnie jak komputer, w którym prosty 1-liniowy program „Hello World” ładuje mnóstwo DLL.MSP wymaga jednak, aby coś zrobić.

Mikrokontroler MSP430 to procesor mieszanego sygnału.Zapewnia rozwiązanie jednocześnie poprzez zintegrowanie kilku różnych funkcjonalnych obwodów analogowych, modułów obwodów cyfrowych i mikroprocesorów na jednym chipie dla praktycznych wymagań dotyczących aplikacji.