ניתוח השוואתי של בקרי מיקרו MSP430 ו- 89C51: תכונות ויישומים

מחשב מיקרו -שבב יחיד הוא לא רק שבב עם פונקציית לוגיקה ספציפית, אלא מערכת מחשב המשולבת בשבב.מאמר זה יציג את המאפיינים, הפיתוח, המרכיבים העיקריים, היתרונות והחסרונות, היישומים וההבדלים בין MSP430 ו- 89C51 כדי לעזור לך להבין טוב יותר את בקר המיקרו הזה ולספק תמיכה חזקה לעיצוב מערכות משובץ.

מחשב מיקרו-שבב יחיד הוא שבב מעגל משולב.הוא משתמש בטכנולוגיית מעגלים משולבת בקנה מידה גדול מאוד כדי לשלב פונקציות כמו מעבד יחידת עיבוד מרכזית עם יכולות עיבוד נתונים, מגוון יציאות קלט/פלט, מערכת הפרעות, ROM זיכרון לקריאה בלבד, זיכרון גישה אקראי, טיימר/מונה, כמו גם מעגל מנהלי התצוגה, מעגלי אפנון רחבים לדופק, מרבבים אנלוגיים, ממירי A/D ומעגלים אחרים משולבים על שבב סיליקון ליצירת מערכת מיקרו -מחשבים קטנה אך מלאה.מאז שנות השמונים התפתחו מיקרו-בקרים מ -4 סיביות ו -8 סיביות ל -300 מ 'בקרי מיקרו במהירות גבוהה.

בהשוואה למעבדים מיקרו-שיניים כלליים המשמשים במחשבים אישיים, זה אינו דורש חומרה חיצונית ובכך חוסכים עלויות.יש לו רמת שילוב גבוהה יותר, אך מוגבלת על ידי מפרטים מבוססים ויש לה פונקציות ספציפיות יחסית.היתרון הגדול ביותר שלה הוא שהוא קטן ומתאים להטמעה במכשירים.עם זאת, יש לו קיבולת אחסון קטנה יותר וממשקי קלט ופלט פשוטים יותר.

בקר MSP430 הוא סדרה של בקרי מיקרו של 16 סיביות המיוצרים על ידי Texas Instruments עם צריכת חשמל נמוכה במיוחד כתכונה העיקרית שלה.היא משתמשת במערך ההוראות המופחת (RISC) והיא מעבד אות מעורב שמשלב מודולים ומעבדים דיגיטליים ואנלוגיים.יש לו את היתרונות של מתח נמוך, צריכת חשמל נמוכה, שילוב גבוה, כמו גם יכולת ואמינות אנטי-אינטר-אינטרסיות טובות.לפיכך, הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים רבים כמו תקשורת אלחוטית, אלקטרוניקה לרכב, בתים חכמים, ציוד רפואי ואוטומציה תעשייתית.

• CC1352p

• CC1352R

• CC3200

לסדרת MSP430 שלושה סוגים של מכשירים, כלומר סוג OTP, סוג פלאש וסוג ROM, ושיטות הפיתוח שלהם שונות.עבור מכשירים מסוג OTP ו- ROM, בדרך כלל עלינו להשתמש באמולטור לפיתוח, ואז לבצע תכנות או מיסוך של השבב.למכשירים מסוג פלאש סביבת פיתוח וניפוי באגים נוחים מאוד.מכיוון שלמכשיר יש ממשק ניפוי JTAG על שבב וזיכרון פלאש למחוק חשמלי, הוא יכול להוריד את התוכנית להבהב תחילה, ואז לשלוט בהפעלת התוכנית באמצעות תוכנה במכשיר.באופן זה הוא יכול לקרוא מידע על שבב דרך ממשק JTAG עבור מעצבים לבצע באגים, ללא צורך באמולטורים ומתכנתים.עבור מכשירים מסוג פלאש, הוא מכיל גם כלי פיתוח וממשקים נוחים אחרים, כגון טיימרים לחומרה, ADC וכו '. לכן בנוסף לשפת ההרכבה ושפת C, אנו יכולים גם לבחור שפות פיתוח קשורות אחרות בהתאם לצרכים ספציפיים ליישום.

הסיבה לכך שבקרת מיקרו MSP430 בעלת צריכת חשמל נמוכה במיוחד היא מכיוון שהיא ייחודית להפחתת מתח אספקת החשמל של השבב ושעון הפעלה גמיש וניתן לשליטה.

ראשית, טווח המתח של אספקת החשמל של בקר המיקרו של סדרת MSP430 הוא 1.8 עד 3.6 וולט.לכן, כאשר פועלים בתדר שעון של 1MHz, הזרם המינימלי של השבב הוא בערך 165μA.במקביל, צריכת החשמל הנמוכה ביותר במצב שמירת RAM היא רק 0.1μA.שנית, לסדרה זו של מיקרו -בקרי עיצוב ייחודי של מערכת שעון.בסדרת MSP430, ישנן שתי מערכות שעון שונות, כולל מערכת השעון הבסיסית ומערכת השעון של לולאה נעולה (FLL ו- FLL+), כמו גם מערכת שעון המתנד הדיגיטלית של DCO.עלינו להשתמש רק במתנד קריסטל (כגון DT-26 או DT-38) כדי לספק שעונים עבור ה- CPU ודרישות פונקציונליות שונות.בנוסף, ניתן להפעיל ולכבות את השעונים הללו בשליטת הוראות, ומאפשר שליטה יעילה על צריכת החשמל הכוללת.

המערכת פועלת במצבי עבודה שונים, מה שמביא להבדלים משמעותיים בצריכת חשמל השבבים.במערכת ישנם שני מצבים פעילים (AM) וחמישה מצבים בעלי עוצמה נמוכה (LPM0 ~ LPM4).במצב שעון בזמן אמת, צריכת החשמל של השבב יכולה להגיע לרמה הגבוהה של 2.5μA, ואילו במצב אחיזת זיכרון RAM ניתן להפחית את צריכת החשמל של השבב למינימום של 0.1μA.

כל סדרה של בקרי מיקרו-סדרת MSP430 משלבת שפע של ציוד היקפי על השבב ובבבים, כולל כלב שמירה (WDT), משווה אנלוגי A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C, Diver Multipliber, Diver Diver, 10-BIT, 10-BIT, 10-bitADC /12 סיביות, 16 סיביות σ-Δ ADC, DMA, טיימר בסיסי, שעון בזמן אמת (RTC) ובקר USB, וכו '.

סדרת MSP430 של בקרי מיקרו יכולה להשיג מחזור הוראות 40NS המונע על ידי קריסטל של 25 מגהרץ.רוחב הנתונים של 16 סיביות, מחזור ההוראות של 40NS ומכפיל חומרה רב-פונקציונלית מאפשרים לו ליישם אלגוריתמים מסוימים לעיבוד אות דיגיטלי (כגון FFT וכו ').

בקר המיקרו-בקר של סדרת MSP430 הוא בקר מיקרו של 16 סיביות המאמצת מבנה מערך הוראות מופחת (RISC) ובו מצבי כתובת עשירים.הוראות הליבה של סדרת מיקרו -בקרי זה פשוטות, וישנן גם מספר גדול של הוראות אנלוגיות.בנוסף, מספר גדול של רישומים וזיכרון נתונים על שבב יכולים להשתתף במגוון פעולות, ולספק הוראות עיבוד יעילות של עיבוד טבלה.מאפיינים אלה מאפשרים לנו להרכיב תוכניות מקור יעילות.

זיכרונות התוכנית של כל סדרה של בקרי מיקרו MSP430 כוללים סוגי OTP, ROM, EPROM ו- Flash.

ה- CPU של בקר המיקרו של סדרת MSP430 זהה בעצם כמעבד מיקרו-תכליתי כללי, אך הוא מאמץ מבנה ומערכת הוראות מכוונת בקרה בתכנוןו.מבנה ה- MSP430 Core Core Core מעוצב עם מערך הוראות יעיל ושקיפות גבוהה, כולל הוראות פנימיות המבוצעות על ידי הוראות חומרה והדמיה המבוססות על מבני חומרה קיימים.תכנון זה משפר את מהירות ביצוע ההוראות ואת היעילות, ובכך משפר את יכולות העיבוד בזמן אמת של MSP430.

זה מחובר למעבד דרך שירות MAB, MDB והפרעות קווי בקשה.מודולים היקפיים בסדרות מוצרים שונות של MSP430 עשויים להיות שונים בסוג ובכמות כאחד.הם בדרך כלל שילוב של מודולים היקפיים כמו מודול שעון, כלב שמירה, יציאה, טיימר בסיסי, טיימר A, טיימר B, משווה A, יציאה סידורית 0, יציאה סידורית 1, מנהל התקן LCD, ממיר אנלוגי-דיגיטלי, אנלוגי-עדממיר דיגיטלי, מכפיל חומרה, בקר DMA וכו '.

קל לתכנות: כלי פיתוח MSP430 הם פשוטים וקלים לשימוש, ומשתמשים יכולים לפעול באמצעות מגוון שפות תכנות, כגון שפת C ושפת הרכבה.

מחיר במחיר סביר: בהשוואה לסדרות מיקרו-בקר אחרות, המחיר שלו זול יותר ומתאים לשימוש ביישומים בעלות נמוכה.

הדמיית דיוק גבוהה: יש לו מעגלים אנלוגיים מובנים בעלי דיוק גבוה, המסוגלים לאיסוף ועיבוד אותות אנלוגיים מדויקים.

צריכת חשמל נמוכה: סדרת MSP430 מאמצת מגוון טכנולוגיות בעלות כוח נמוך, ומאפשרת לה לצרוך מעט מאוד כוח במצב המתנה.

תומך בפרוטוקולי תקשורת מרובים: הוא תומך בפרוטוקולי תקשורת מרובים כמו I2C, SPI, UART וכו 'כדי להקל על תקשורת עם מכשירים אחרים.

משאבי פיתוח מוגבלים: בניגוד לסדרות מיקרו -בקר אחרות, ל- MSP430 יש מעט משאבי פיתוח יחסית, ולכן המשתמשים צריכים למצוא מידע רלוונטי ולפתור בעיות בעצמם.

קיבולת אחסון קטנה: קיבולת האחסון שלה קטנה יחסית ואינה מתאימה לתרחישי יישומים הדורשים מספר גדול של תוכניות ואחסון נתונים.

ביצועים נמוכים יותר: בהשוואה לסדרות מיקרו-בקר בעלות ביצועים גבוהים אחרים, MSP430 פועל לאט יותר ואינו מתאים לשימוש בתרחישי יישומים בעלי ביצועים גבוהים.

MSP430 ו- 89C51 הם שניהם בקרי מיקרו, והם נבדלים זה מזה בהיבטים הבאים.

ראשית, מכיוון שלקרו המיקרו-בקר של 89C51 יש אוטובוס פנימי של 8 סיביות, מודולי התפקוד הפנימיים שלו הם בעצם 8 סיביות.למרות שהמודולים הפונקציונליים הפנימיים הוגדלו באופן משמעותי, למבנה עצמו יש מגבלות גדולות, במיוחד תוספת של רכיבים פונקציונליים אנלוגיים קשה יותר.לעומת זאת, הארכיטקטורה הבסיסית של סדרת MSP430 היא 16 סיביות.באופן פנימי, למרות שאוטובוס הנתונים מומר, עדיין יש אוטובוס של 16 סיביות, והוא מבנה היברידי.לפיכך, עבור ארכיטקטורה פתוחה זו, בין אם היא להרחיב מודולים פונקציונליים של 8 סיביות או מודולים פונקציונליים של 16 סיביות, כגון הרחבת מודולים פונקציונליים כמו המרה אנלוגית/דיגיטלית או המרה דיגיטלית/אנלוגית, נוחים מאוד.זו גם הסיבה לכך שסדרת המוצרים MSP430 ורכיביהם התפקודיים גדלים במהירות.

שנית, כלי הפיתוח שלהם שונים.89C51 הוא בקר המיקרו הראשון שנכנס ל- China, כך שאנשים יצרו כלי פיתוח מתאימים רבים.עם זאת, כיצד ליישם תכנות מקוונת היא עדיין בעיה גדולה.עבור סדרת MSP430, עקב הצגת זיכרון תכנית פלאש וטכנולוגיית JTAG, לא רק כלי הפיתוח הפכו קלים לשימוש, אלא שהמחיר גם נמוך יחסית.בנוסף, הוא תומך בתכנות מקוונות.

יתר על כן, 89C51 הוא בקר מיקרו 8 סיביות.הוא משתמש במערך הוראות מורכב שנקרא "CISC" עם 111 הוראות.בקר המיקרו MSP430 הוא בקר מיקרו של 16 סיביות המאמצת מבנה מערך הוראות מופחת עם 27 הוראות תמציתיות בלבד.במקביל, מספר גדול של הוראות אנלוגיות מנצלות מספר רישומים וזיכרון נתונים על שבב, ומאפשרים להם להשתתף במגוון פעולות.הוראות ליבה אלה הן הוראות מחזור יחיד, חזקות ומהירות.

לבסוף, מתח אספקת החשמל של בקר המיקרו 89C51 עצמו הוא 5 וולט.יש לו שני מצבי צריכה בעלי כוח נמוך, כלומר מצב המתנה ומצב ההפעלה.בנסיבות רגילות, זרם צריכת החשמל שלו הוא 24mA, ואילו במצב המתנה, זרם צריכת החשמל שלו הוא עדיין 3mA.אפילו במצב ההפעלה, מתח האספקה שלו יכול לרדת ל 2V.עם זאת, על מנת לשמור את הנתונים ב- RAM הפנימי, הם גם צריכים לספק כ- 50UA של זרם.לשם השוואה, לסדרת MSP430 של בקרי מיקרו יש ביצועים מעולים בעלי עוצמה נמוכה.לפיכך, MSP430 מתאים יותר למכשירים המונעים על סוללות ומוצרי מטר.

• מערכת רכישת נתונים: הכוללת ADC ומשווה של 12 סיביות, היא משלבת רכיבים שונים כמו טיימרים מרובים ו- USART על שבב יחיד, מה שמאפשר לה מתאים היטב ליישומים במערכות רכישת נתונים.

• צומת חיישנים: בשל צריכת החשמל הנמוכה שלו, הוא מתאים לרשתות חיישנים אלחוטיות ויכול להרחיב ביעילות את חיי הסוללה של צמתי חיישנים.

• מערכת בקרה אוטומטית: ניתן להשתמש ב- MSP430 במערכות בקרה אוטומטיות כמו בקרה תעשייתית, אוטומציה ביתית ומערכות אוטומציה לבניין.הביצועים הגבוהים וצריכת החשמל הנמוכה שלה הופכים אותה מתאימה ליישומי בקרה ארוכי טווח.

• מכשירים ניידים: צריכת החשמל הנמוכה ביותר שלה הופכת אותו לאידיאלי למכשירים ניידים כמו שעונים, מחשבונים כף יד, עוקבי ספורט ומכשירים רפואיים.

• מכשיר חכם: בקר המיקרו MSP430 משתמש בזיכרון הפלאש כאחסון התוכנית שלו, תומך בתכנות מקוונות של JTAG למשימות נוחות כמו הורדת תוכניות, סימולציה, ניפוי באגים ושדרוגים.תכונה זו הובילה לאימוץ הנרחב שלה בתחום המטר החכם.

• מטרים חכמים: MSP430 נמצא בשימוש נרחב במדרים חכמים.הוא עוקב אחר שימוש בחשמל, מבצע תיקון גורמי חשמל ומעביר פונקציות תוך שמירה על צריכת חשמל נמוכה, ומרחיב משמעותית את חיי הסוללה.

• ציוד רפואי: בשל צריכת החשמל הנמוכה והחבילה הקטנה של MSP430, היא נמצאת בשימוש נרחב בציוד רפואי, כולל מכשירים רפואיים ניידים וציוד לניטור מטופלים.

משפחת MSP430 של מעבדי אותות מעורבים של Ultra-Low-Power 16 סיביות RISC מ- Texas Instruments (TI) מספקת את הפיתרון האולטימטיבי ליישומי מדידה המונעים על סוללות.

תוכנת MSP430ware היא אוסף של משאבי עיצוב לפיתוח עם MSP430 MCUs כולל מבחר רחב של ספריות תוכנה מופשטות ביותר.התוכנה זמינה כרכיב בגרסאות שולחן העבודה והענן של Composer Composer ™ IDE ™, או כחבילה עצמאית.

פעולת ההספק הנמוכה היא תכונה מרכזית של MSP430.העיצוב שלו מעניק דליפה נמוכה מאוד, והוא פועל ממעקה אספקה יחיד.זה נותן ניקוז זרם נמוך במיוחד כאשר המעבד נמצא במצב המתנה.נתמכים מספר מצבי הספק נמוכים, המאזנים את הצרכים של יישומים שונים.

ההבדל העיקרי בין MSP430 ל- Arduino: Arduino בנוי להצלחה מהירה בעת משחק איתו.החיסרון הוא שהוא משתמש בספריות גנריות כדי לעשות את הדברים הפשוטים ביותר.כמו המחשב בו תוכנית פשוטה 1 קו "שלום עולם" טוענת טונות של DLLs.עם זאת, MSP דורש שתעשה משהו.

בקר המיקרו MSP430 הוא מעבד אות מעורב.הוא מספק פיתרון של שבב יחיד על ידי שילוב מספר מעגלים אנלוגיים פונקציונליים שונים, מודולים במעגל דיגיטלי ומעבדים מיקרו על שבב יחיד לדרישות יישום מעשיות.