Analisi comparativa dei microcontrollori MSP430 e 89C51: caratteristiche e applicazioni

Il microcomputer a singolo chip non è solo un chip con una funzione logica specifica, ma un sistema informatico integrato in un chip.Questo articolo introdurrà le caratteristiche, lo sviluppo, i componenti principali, i vantaggi e gli svantaggi, le applicazioni e le differenze tra MSP430 e 89C51 per aiutarti a comprendere meglio questo microcontrollore e fornire un forte supporto per la progettazione del sistema incorporato.

Il microcomputer a chip singolo è un chip a circuito integrato.Utilizza una tecnologia a circuito integrato su larga scala per combinare funzioni come una CPU dell'unità di elaborazione centrale con capacità di elaborazione dei dati, una varietà di porte I/O, un sistema di interrupt, una ROM di memoria di sola lettura, una RAM di memoria di accesso casuale, un timer/contatore, nonché un circuito del driver di visualizzazione, circuiti di modulazione a largo impulso, multiplexer analogici, convertitori A/D e altri circuiti sono integrati su un chip di silicio per formare un piccolo ma completo sistema di microcomputer.Dagli anni '80, i microcontrollori si sono sviluppati da 4 bit e 8 bit a attuali microcontrollori ad alta velocità da 300 m.

Rispetto ai microprocessori per scopi generali utilizzati nei personal computer, non richiede hardware esterno, risparmiando così i costi.Ha un livello più elevato di integrazione, ma è limitato da specifiche consolidate e ha funzioni relativamente specifiche.Il suo più grande vantaggio è che è piccolo e adatto per l'incorporamento negli strumenti.Tuttavia, ha una capacità di archiviazione minore e interfacce di input e output più semplici.

Il microcontrollore MSP430 è una serie di microcontroller a 16 bit prodotti da Texas Instruments con consumo di energia ultra-bassa come caratteristica principale.Utilizza un set di istruzioni ridotto (RISC) ed è un processore a segnale misto che integra moduli e processori digitali e analogici.Ha i vantaggi di bassa tensione, basso consumo di energia, elevata integrazione, nonché una buona capacità e affidabilità anti-interferenza.Pertanto, è stato ampiamente utilizzato in molti campi come comunicazioni wireless, elettronica automobilistica, case intelligenti, attrezzature mediche e automazione industriale.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

La serie MSP430 ha tre tipi di dispositivi, vale a dire il tipo OTP, il tipo di flash e il tipo di ROM e i loro metodi di sviluppo sono diversi.Per i dispositivi di tipo OTP e ROM, di solito dobbiamo utilizzare un emulatore per lo sviluppo e quindi eseguire la programmazione o il mascheramento del chip.I dispositivi di tipo flash hanno un ambiente di sviluppo e debug molto conveniente.Poiché il dispositivo ha un'interfaccia di debug JTAG on-chip e una memoria flash cancellabile elettricamente, può scaricare prima il programma per flashing e quindi controllare l'esecuzione del programma tramite il software nel dispositivo.In questo modo, può leggere le informazioni su chip attraverso l'interfaccia JTAG per il debug dei progettisti, senza la necessità di emulatori e programmatori.Per i dispositivi di tipo flash, contiene anche altri convenienti strumenti di sviluppo e interfacce, come timer hardware, ADC, ecc. Pertanto, oltre al linguaggio dell'assembly e alla lingua C, possiamo anche scegliere altri linguaggi di sviluppo correlati in base alle esigenze specifiche dell'applicazione.

Il motivo per cui il microcontrollore MSP430 ha un consumo di energia ultra-bassa è perché è unico nel ridurre la tensione di alimentazione del chip e l'orologio operativo flessibile e controllabile.

Prima di tutto, l'intervallo di tensione di alimentazione del microcontrollore della serie MSP430 è da 1,8 a 3,6 V.Pertanto, quando si esegue a una frequenza di clock di 1 MHz, la corrente minima del chip è di circa 165 μA.Allo stesso tempo, il più basso consumo di energia in modalità di ritenzione RAM è di soli 0,1 μA.In secondo luogo, questa serie di microcontroller ha un design unico del sistema di clock.Nella serie MSP430, ci sono due diversi sistemi di clock, tra cui il sistema di clock di base e il sistema di orologio FLL e FLL+FLL+), nonché il sistema di clock dell'oscillatore digitale DCO.Dobbiamo solo utilizzare un oscillatore di cristalli (come DT-26 o DT-38) per fornire orologi per la CPU e vari requisiti funzionali.Inoltre, questi orologi possono essere attivati e disattivati sotto il controllo delle istruzioni, consentendo un controllo efficace del consumo di energia generale.

Il sistema opera in diverse modalità di lavoro, il che si traduce in differenze significative nel consumo di energia del chip.Ci sono due modalità attive (AM) e cinque modalità a bassa potenza (LPM0 ~ LPM4) nel sistema.In modalità orologio in tempo reale, il consumo di energia del chip può raggiungere il livello elevato di 2,5 μA, mentre in modalità Hold RAM, il consumo di energia del chip può essere ridotto a un minimo di 0,1 μA.

Ogni serie di microcontroller della serie MSP430 integra una ricchezza di periferiche on-chip e on-chip, tra cui watchdog (WDT), comparatore analogico A, timer_a0, timer_a1, timer_b0, UART, SPI, I2C, hardware multiplier, driver LCD, 10-bit/ADC a 12 bit, ADC σ-δ a 16 bit, DMA, timer di base, orologio in tempo reale (RTC) e controller USB, ecc.

La serie di microcontrollori MSP430 può ottenere un ciclo di istruzione 40NS guidato da un cristallo da 25 MHz.La sua larghezza di dati a 16 bit, il ciclo di istruzione 40ns e il moltiplicatore hardware multifunzionale consentono di implementare determinati algoritmi per l'elaborazione del segnale digitale (come FFT, ecc.).

Il microcontrollore della serie MSP430 è un microcontrollore a 16 bit che adotta una struttura di set di istruzioni ridotte (RISC) e ha modalità ricche di indirizzamento.Le istruzioni di base di questa serie di microcontrollori sono semplici e sono disponibili anche un gran numero di istruzioni analogiche.Inoltre, un gran numero di registri e memoria di dati on-chip possono partecipare a una varietà di operazioni, fornendo istruzioni di elaborazione della tabella efficienti.Queste caratteristiche ci consentono di compilare programmi di origine efficienti.

I ricordi del programma di ogni serie di microcontrollori MSP430 includono tipi OTP, ROM, EPROM e Flash.

La CPU del microcontrollore della serie MSP430 è sostanzialmente la stessa di un microprocessore per uso generale, ma adotta una struttura orientata al controllo e un sistema di istruzioni nel suo design.La struttura CPU CORE MSP430 è progettata con un set di istruzioni semplificato e elevata trasparenza, comprese le istruzioni interne eseguite da istruzioni hardware e simulazione basate su strutture hardware esistenti.Questo design migliora la velocità e l'efficienza dell'esecuzione delle istruzioni, migliorando così le capacità di elaborazione in tempo reale dell'MSP430.

È collegato alla CPU tramite MAB, MDB e linee di servizio e richiesta di interruzione.I moduli periferici in varie serie di prodotti MSP430 possono differire sia nel tipo che nella quantità.Di solito sono una combinazione di moduli periferici come modulo orologio, watchdog, porta, timer di base, timer A, timer B, comparatore A, porta seriale 0, porta seriale 1, driver LCD, convertitore da analogico a digitale, analogico-analogico-Digital Converter, moltiplicatore hardware, controller DMA, ecc.

Facile da programma: gli strumenti di sviluppo MSP430 sono semplici e facili da usare e gli utenti possono operare utilizzando una varietà di linguaggi di programmazione, come il linguaggio C e il linguaggio dell'assemblaggio.

Prezzo conveniente: rispetto ad altre serie di microcontrollori, il suo prezzo è più conveniente e adatto per l'uso in applicazioni a basso costo.

Simulazione ad alta precisione: ha circuiti analogici ad alta precisione incorporati, in grado di raccogliere e elaborazione del segnale analogico accurati.

Basso consumo di energia: la serie MSP430 adotta una varietà di tecnologie a bassa potenza, consentendo di consumare pochissima potenza in modalità standby.

Supportare più protocolli di comunicazione: supporta più protocolli di comunicazione come I2C, SPI, UART, ecc. Per facilitare la comunicazione con altri dispositivi.

Risorse di sviluppo limitate: a differenza di altre serie di microcontrollori, MSP430 ha relativamente poche risorse di sviluppo, quindi gli utenti devono trovare informazioni pertinenti e risolvere i problemi da soli.

Piccola capacità di archiviazione: la sua capacità di archiviazione è relativamente piccola e non è adatta per scenari di applicazione che richiedono un gran numero di programmi e archiviazione dei dati.

Prestazioni più basse: rispetto ad altre serie di microcontrollori ad alte prestazioni, MSP430 funziona più lentamente e non è adatto per l'uso in scenari di applicazione ad alte prestazioni.

MSP430 e 89C51 sono entrambi microcontrollori e differiscono nei seguenti aspetti.

Prima di tutto, poiché il microcontrollore della serie 89C51 ha un bus interno a 8 bit, i suoi moduli di funzione interna sono fondamentalmente a 8 bit.Sebbene i moduli funzionali interni siano stati significativamente aumentati, la struttura stessa ha grandi limiti, in particolare l'aggiunta di componenti funzionali analogici è più difficile.Al contrario, l'architettura di base della serie MSP430 è a 16 bit.Internamente, sebbene il bus dati sia convertito, c'è ancora un bus a 16 bit ed è una struttura ibrida.Pertanto, per questa architettura aperta, sia che si tratti di espandere i moduli funzionali a 8 bit o i moduli funzionali a 16 bit, come l'estensione di moduli funzionali come la conversione analogica/digitale o la conversione digitale/analogica, sono molto convenienti.Questo è anche il motivo per cui la serie di prodotti MSP430 e i loro componenti funzionali stanno aumentando rapidamente.

In secondo luogo, i loro strumenti di sviluppo sono diversi.89C51 è il primo microcontrollore ad entrare in China, quindi le persone hanno creato molti strumenti di sviluppo adeguati.Tuttavia, come implementare la programmazione online è ancora un grosso problema.Per la serie MSP430, a causa dell'introduzione della memoria del programma Flash e della tecnologia JTAG, non solo gli strumenti di sviluppo sono diventati facili da usare, ma anche il prezzo è relativamente basso.Inoltre, supporta la programmazione online.

Inoltre, l'89C51 è un microcontrollore a 8 bit.Utilizza un set di istruzioni complesse chiamato "CISC" con 111 istruzioni.Il microcontrollore MSP430 è un microcontrollore a 16 bit che adotta una struttura di set di istruzioni ridotta con solo 27 istruzioni concise.Allo stesso tempo, un gran numero di istruzioni analogiche utilizzano numerosi registri e memoria di dati su chip, consentendo loro di partecipare a una varietà di operazioni.Queste istruzioni di base sono istruzioni a ciclo singolo, potenti e veloci.

Infine, la tensione di alimentazione del microcontrollore 89C51 stesso è di 5 volt.Ha due modalità di consumo a bassa potenza, vale a dire la modalità di standby e la modalità di accensione.In circostanze normali, la sua corrente di consumo energetico è 24 mA, mentre in modalità standby, la sua corrente di consumo di energia è ancora 3MA.Anche in modalità di accensione, la sua tensione di alimentazione può scendere a 2V.Tuttavia, al fine di salvare i dati nella RAM interna, deve anche fornire circa 50UA di corrente.In confronto, la serie MSP430 di microcontrollori ha prestazioni a bassa potenza superiori.Pertanto, MSP430 è più adatto per strumenti a batteria e prodotti per misuratori.

• Sistema di acquisizione dei dati: con un ADC e comparatore a 12 bit, integra vari componenti come più timer e USART su un singolo chip, rendendolo ben adattato per applicazioni nei sistemi di acquisizione dei dati.

• Nodo del sensore: a causa del suo basso consumo energetico, è adatto alle reti di sensori wireless e può estendere efficacemente la durata della batteria dei nodi del sensore.

• Sistema di controllo automatico: MSP430 può essere utilizzato in sistemi di controllo automatico come il controllo industriale, l'automazione domestica e i sistemi di automazione dell'edificio.Le sue alte prestazioni e il basso consumo energetico lo rendono adatto per applicazioni di controllo a lungo termine.

• Dispositivi portatili: il suo consumo di energia estremamente basso lo rende ideale per dispositivi portatili come orologi, calcolatori portatili, tracker sportivi e dispositivi medici.

• Strumento intelligente: il microcontrollore MSP430 utilizza la memoria flash come archiviazione del programma, supportando la programmazione online JTAG per attività convenienti come download di programmi, simulazione, debug e aggiornamenti.Questa funzione ha portato alla sua diffusa adozione nel campo del contatore intelligente.

• Contatori intelligenti: MSP430 è ampiamente utilizzato nei contatori intelligenti.Monitora l'utilizzo dell'energia, esegue la correzione del fattore di potenza e comunica le funzioni mantenendo al contempo un basso consumo di energia, estendendo significativamente la durata della batteria.

• Attrezzature mediche: a causa del basso consumo di energia e del piccolo pacchetto di MSP430, è ampiamente utilizzato nelle attrezzature mediche, compresi strumenti medici portatili e attrezzature di monitoraggio dei pazienti.

La famiglia MSP430 di processori a segnali misti RISC a 16 bit ultra-bassa di Texas Instruments (TI) fornisce la soluzione definitiva per applicazioni di misurazione a batteria.

Il software MSP430ware è una raccolta di risorse di progettazione per lo sviluppo con MCUS MSP430, inclusa una vasta selezione di librerie di software altamente astratte.Il software è disponibile come componente delle versioni Desktop e Cloud IDE e Cloud Composer Studio ™ o come pacchetto autonomo.

L'operazione a bassa potenza è una caratteristica chiave di MSP430.Il suo design offre perdite molto basse e funziona da una singola rotaia di alimentazione.Ciò fornisce uno scarico di corrente estremamente bassa quando il processore è in modalità standby.Sono supportate diverse modalità a bassa potenza, che bilanciano le esigenze di diverse applicazioni.

La differenza principale tra MSP430 e Arduino: Arduino è costruita per un rapido successo quando gioca con esso.Lo svantaggio è che utilizza librerie generiche per fare le cose più semplici.Come il PC in cui un semplice programma "Hello World" a 1 riga carica tonnellate di DLL.MSP, tuttavia, richiede che tu faccia effettivamente qualcosa.

Il microcontrollore MSP430 è un processore a segnale misto.Fornisce una soluzione a chip singolo integrando diversi circuiti analogici funzionali, moduli a circuito digitale e microprocessori su un singolo chip per i requisiti pratici dell'applicazione.