Análisis comparativo de microcontroladores MSP430 y 89C51: Características y aplicaciones

La microcomputadora de chip único no es solo un chip con una función lógica específica, sino un sistema informático integrado en un chip.Este artículo introducirá las características, el desarrollo, los componentes principales, las ventajas y las desventajas, las aplicaciones y las diferencias entre MSP430 y 89C51 para ayudarlo a comprender mejor este microcontrolador y proporcionar un fuerte soporte para el diseño del sistema integrado.

La microcomputadora de un solo chip es un chip de circuito integrado.Utiliza tecnología de circuito integrado a gran escala para combinar funciones, como una CPU de la unidad de procesamiento central con capacidades de procesamiento de datos, una variedad de puertos de E/S, un sistema de interrupción, una ROM de memoria de solo lectura, una RAM de memoria de acceso aleatorio, un temporizador de temporizador/Contador, así como un circuito de controlador de visualización, circuitos de modulación de ancho de pulso, multiplexores analógicos, convertidores A/D y otros circuitos se integran en un chip de silicio para formar un sistema de microcomputador pequeño pero completo.Desde la década de 1980, los microcontroladores se han desarrollado de 4 bits y 8 bits a los microcontroladores de alta velocidad de 300 m actuales.

En comparación con los microprocesadores de uso general utilizados en computadoras personales, no requiere hardware externo, lo que ahorra costos.Tiene un mayor nivel de integración, pero está limitado por especificaciones establecidas y tiene funciones relativamente específicas.Su mayor ventaja es que es pequeño y adecuado para integrar en instrumentos.Sin embargo, tiene una capacidad de almacenamiento más pequeña e interfaces de entrada y salida más simples.

El microcontrolador MSP430 es una serie de microcontroladores de 16 bits fabricados por Texas Instruments con consumo de energía ultra bajo como su característica principal.Utiliza un conjunto de instrucciones reducido (RISC) y es un procesador de señal mixta que integra módulos y procesadores digitales y analógicos.Tiene las ventajas de bajo voltaje, bajo consumo de energía, alta integración, así como una buena capacidad y confiabilidad anti-interferencia.Por lo tanto, se ha utilizado ampliamente en muchos campos, como comunicaciones inalámbricas, electrónica automotriz, casas inteligentes, equipos médicos y automatización industrial.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

La serie MSP430 tiene tres tipos de dispositivos, a saber, el tipo OTP, el tipo de flash y el tipo ROM, y sus métodos de desarrollo son diferentes.Para los dispositivos OTP y tipo ROM, generalmente necesitamos usar un emulador para el desarrollo y luego realizar la programación o enmascaramiento del chip.Los dispositivos de tipo flash tienen un entorno de desarrollo y depuración muy conveniente.Dado que el dispositivo tiene una interfaz de depuración JTAG en chip y una memoria flash borrada eléctricamente, puede descargar el programa para flashear primero y luego controlar la ejecución del programa a través del software en el dispositivo.De esta manera, puede leer información sobre chip a través de la interfaz JTAG para que los diseñadores debugen, sin la necesidad de emuladores y programadores.Para dispositivos de tipo flash, también contiene otras herramientas e interfaces de desarrollo convenientes, como temporizadores de hardware, ADC, etc. Por lo tanto, además del lenguaje de ensamblaje y el lenguaje C, también podemos elegir otros lenguajes de desarrollo relacionados de acuerdo con las necesidades específicas de la aplicación.

La razón por la cual el microcontrolador MSP430 tiene un consumo de energía ultra bajo es porque es único para reducir el voltaje de la fuente de alimentación del chip y el reloj de funcionamiento flexible y controlable.

En primer lugar, el rango de voltaje de la fuente de alimentación del microcontrolador de la serie MSP430 es de 1.8 a 3.6V.Por lo tanto, cuando se ejecuta a una frecuencia de reloj de 1MHz, la corriente mínima del chip es de aproximadamente 165 μA.Al mismo tiempo, el consumo de energía más bajo en el modo de retención de RAM es solo 0.1μA.En segundo lugar, esta serie de microcontroladores tiene un diseño único del sistema de reloj.En la serie MSP430, hay dos sistemas de reloj diferentes, incluido el sistema básico de reloj y el sistema de reloj de bucle de frecuencia bloqueado (FLL y FLL+), así como el sistema de reloj del oscilador digital DCO.Solo necesitamos usar un oscilador de cristal (como DT-26 o DT-38) para proporcionar relojes para la CPU y varios requisitos funcionales.Además, estos relojes se pueden encender y apagar bajo el control de las instrucciones, lo que permite un control efectivo del consumo general de energía.

El sistema opera en diferentes modos de trabajo, lo que resulta en diferencias significativas en el consumo de energía de los chips.Hay dos modos activos (AM) y cinco modos de baja potencia (LPM0 ~ LPM4) en el sistema.En el modo de reloj en tiempo real, el consumo de energía del chip puede alcanzar el alto nivel de 2.5μA, mientras que en el modo de retención de RAM, el consumo de energía del chip puede reducirse a un mínimo de 0.1μA.

Cada serie de microcontroladores de la serie MSP430 integra una riqueza de periféricos en chip y en chip, incluidos Watchdog (WDT), Analog Comparator A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, Multiplicador de hardware, controlador LCD, 10 bits de 10 bits/ADC de 12 bits, ADC σ-δ de 16 bits, DMA, temporizador básico, reloj en tiempo real (RTC) y controlador USB, etc.

La serie de microcontroladores MSP430 puede lograr un ciclo de instrucción de 40NS impulsado por un cristal de 25MHz.Su ancho de datos de 16 bits, ciclo de instrucción de 40ns y multifuncional multifuncional de hardware le permiten implementar ciertos algoritmos para el procesamiento de señales digitales (como FFT, etc.).

El microcontrolador de la serie MSP430 es un microcontrolador de 16 bits que adopta una estructura de conjunto de instrucciones reducido (RISC) y tiene modos de direccionamiento ricos.Las instrucciones centrales de esta serie de microcontroladores son simples, y también hay una gran cantidad de instrucciones analógicas disponibles.Además, una gran cantidad de registros y memoria de datos en chip pueden participar en una variedad de operaciones, proporcionando instrucciones eficientes de procesamiento de búsqueda de tabla.Estas características nos permiten compilar programas de origen eficientes.

Los recuerdos del programa de cada serie de microcontroladores MSP430 incluyen OTP, ROM, EPROM y Flash.

La CPU del microcontrolador de la serie MSP430 es básicamente la misma que un microprocesador de uso general, pero adopta un sistema de estructura e instrucciones orientado al control en su diseño.La estructura CPU de Core MSP430 está diseñada con un conjunto de instrucciones simplificado y alta transparencia, incluidas instrucciones internas ejecutadas por instrucciones de hardware y simulación basadas en estructuras de hardware existentes.Este diseño mejora la velocidad y la eficiencia de ejecución de la instrucción, mejorando así las capacidades de procesamiento en tiempo real del MSP430.

Está conectado a la CPU a través de MAB, MDB e Interrupt Service and Sold Lines.Los módulos periféricos en varias series de productos MSP430 pueden diferir tanto en el tipo como en la cantidad.Por lo general, son una combinación de módulos periféricos como el módulo de reloj, el regulador, el puerto, el temporizador básico, el temporizador A, el temporizador B, el comparador A, el puerto serie 0, el puerto serie 1, el controlador LCD, el convertidor analógico a digital, el análogo a-Converter digital, multiplicador de hardware, controlador DMA, etc.

Fácil de programar: las herramientas de desarrollo de MSP430 son simples y fáciles de usar, y los usuarios pueden operar utilizando una variedad de lenguajes de programación, como el lenguaje C y el lenguaje de ensamblaje.

Precio asequible: en comparación con otras series de microcontroladores, su precio es más asequible y adecuado para su uso en aplicaciones de bajo costo.

Simulación de alta precisión: tiene circuitos analógicos de alta precisión incorporados, capaces de recopilar y procesamiento de señales analógicas precisas.

Bajo consumo de energía: la serie MSP430 adopta una variedad de tecnologías de baja potencia, lo que le permite consumir muy poca potencia en modo de espera.

Admite múltiples protocolos de comunicación: admite múltiples protocolos de comunicación como I2C, SPI, UART, etc. para facilitar la comunicación con otros dispositivos.

Recursos de desarrollo limitados: en contraste con otras series de microcontroladores, MSP430 tiene relativamente pocos recursos de desarrollo, por lo que los usuarios deben encontrar información relevante y resolver problemas por sí mismos.

Pequeña capacidad de almacenamiento: su capacidad de almacenamiento es relativamente pequeña y no es adecuada para escenarios de aplicación que requieren una gran cantidad de programas y almacenamiento de datos.

Rendimiento más bajo: en comparación con otras series de microcontroladores de alto rendimiento, MSP430 se ejecuta más lento y no es adecuado para su uso en escenarios de aplicación de alto rendimiento.

MSP430 y 89C51 son microcontroladores, y difieren en los siguientes aspectos.

En primer lugar, dado que el microcontrolador de la serie 89C51 tiene un bus interno de 8 bits, sus módulos de función interna son básicamente de 8 bits.Aunque los módulos funcionales internos han aumentado significativamente, la estructura en sí tiene grandes limitaciones, especialmente la adición de componentes funcionales analógicos es más difícil.En contraste, la arquitectura básica de la serie MSP430 es de 16 bits.Internamente, aunque el bus de datos se convierte, todavía hay un bus de 16 bits y es una estructura híbrida.Por lo tanto, para esta arquitectura abierta, ya sea expandir los módulos funcionales de 8 bits o los módulos funcionales de 16 bits, como la extensión de módulos funcionales como la conversión analógica/digital o la conversión digital/analógica, son muy convenientes.Esta es también la razón por la cual la serie de productos MSP430 y sus componentes funcionales aumentan rápidamente.

En segundo lugar, sus herramientas de desarrollo son diferentes.89C51 es el primer microcontrolador en ingresar a China, por lo que las personas han creado muchas herramientas de desarrollo adecuadas.Sin embargo, cómo implementar la programación en línea sigue siendo un gran problema.Para la serie MSP430, debido a la introducción de la memoria del programa Flash y la tecnología JTAG, no solo las herramientas de desarrollo se han vuelto fácil de usar, sino que el precio también es relativamente bajo.Además, admite la programación en línea.

Además, el 89C51 es un microcontrolador de 8 bits.Utiliza un conjunto de instrucciones complejo llamado "CISC" con 111 instrucciones.El microcontrolador MSP430 es un microcontrolador de 16 bits que adopta una estructura de conjunto de instrucciones reducido con solo 27 instrucciones concisas.Al mismo tiempo, una gran cantidad de instrucciones analógicas utilizan numerosos registros y memoria de datos en chip, lo que les permite participar en una variedad de operaciones.Estas instrucciones básicas son instrucciones de un solo ciclo, potentes y rápidas.

Finalmente, el voltaje de la fuente de alimentación del microcontrolador 89C51 en sí es de 5 voltios.Tiene dos modos de consumo de baja potencia, a saber, el modo de espera y el modo de apagado.En circunstancias normales, su corriente de consumo de energía es de 24 mA, mientras que en modo de espera, su corriente de consumo de energía sigue siendo 3 mA.Incluso en el modo de apagado, su voltaje de suministro puede caer a 2V.Sin embargo, para guardar los datos en la RAM interna, también debe proporcionar aproximadamente 50UA de corriente.En comparación, la serie de microcontroladores MSP430 tiene un rendimiento superior de baja potencia.Por lo tanto, MSP430 es más adecuado para instrumentos con batería y productos de medidores.

• Sistema de adquisición de datos: con un ADC y un comparador de 12 bits, integra varios componentes, como múltiples temporizadores y USART en un solo chip, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en sistemas de adquisición de datos.

• Nodo del sensor: debido a su bajo consumo de energía, es adecuado para redes de sensores inalámbricos y puede extender efectivamente la duración de la batería de los nodos sensores.

• Sistema de control automático: MSP430 se puede utilizar en sistemas de control automático como control industrial, automatización del hogar y sistemas de automatización de edificios.Su alto rendimiento y bajo consumo de energía lo hacen adecuado para aplicaciones de control de larga duración.

• Dispositivos portátiles: su consumo de energía extremadamente bajo lo hace ideal para dispositivos portátiles como relojes, calculadoras de mano, rastreadores deportivos y dispositivos médicos.

• Instrumento inteligente: el microcontrolador MSP430 utiliza la memoria flash como almacenamiento de su programa, admitiendo la programación en línea de JTAG para tareas convenientes como la descarga del programa, la simulación, la depuración y las actualizaciones.Esta característica ha llevado a su adopción generalizada en el campo del medidor inteligente.

• Medidores inteligentes: MSP430 se usa ampliamente en medidores inteligentes.Monitorea el uso de energía, realiza la corrección del factor de potencia y comunica las funciones mientras se mantiene un bajo consumo de energía, extendiendo significativamente la duración de la batería.

• Equipo médico: debido al bajo consumo de energía y un pequeño paquete de MSP430, se usa ampliamente en equipos médicos, incluidos instrumentos médicos portátiles y equipos de monitoreo de pacientes.

La familia MSP430 de procesadores de señal mixtos RISC de 16 bits Ultra-Low-potencia de Texas Instruments (TI) proporciona la solución definitiva para aplicaciones de medición con batería.

El software MSP430ware es una colección de recursos de diseño para desarrollar con MSP430 MCU, incluida una amplia selección de bibliotecas de software altamente abstractadas.El software está disponible como un componente de las versiones de escritorio y nubes IDE IDE IDE de Code Composer Studio ™, o como un paquete independiente.

La operación de baja potencia es una característica clave del MSP430.Su diseño ofrece una fuga muy baja y funciona desde un solo riel de suministro.Esto proporciona un drenaje de corriente extremadamente bajo cuando el procesador está en modo de espera.Se admiten varios modos de baja potencia, lo que equilibra las necesidades de diferentes aplicaciones.

La principal diferencia entre MSP430 y Arduino: Arduino está construida para un éxito rápido al jugar con él.El inconveniente es que usa bibliotecas genéricas para hacer las cosas más simples.Me gusta la PC donde un simple programa "Hello World" de 1 línea carga toneladas de DLL.MSP, sin embargo, requiere que realmente haga algo.

El microcontrolador MSP430 es un procesador de señal mixta.Proporciona una solución de un solo chip integrando varios circuitos analógicos funcionales diferentes, módulos de circuito digital y microprocesadores en un solo chip para requisitos prácticos de aplicación.