تجزیه و تحلیل مقایسه ای میکروکنترلرهای MSP430 و 89C51: ویژگی ها و برنامه ها

میکرو رایانه ای تراشه تنها تراشه ای با عملکرد منطقی خاص نیست ، بلکه یک سیستم رایانه ای است که در یک تراشه ادغام شده است.در این مقاله ویژگی ها ، توسعه ، مؤلفه های اصلی ، مزایا و معایب ، برنامه ها و تفاوت های بین MSP430 و 89C51 برای کمک به شما در درک بهتر این میکروکنترلر و پشتیبانی قوی برای طراحی سیستم تعبیه شده.

میکرو رایانه تک تراشه یک تراشه مدار یکپارچه است.از فناوری مدار یکپارچه در مقیاس بسیار بزرگ برای ترکیب توابع مانند یک پردازنده واحد پردازش مرکزی با قابلیت پردازش داده ها ، انواع پورت های I/O ، یک سیستم قطع ، یک ROM حافظه فقط خواندنی ، یک رم دسترسی تصادفی ، یک تایمر استفاده می کند./پیشخوان ، و همچنین یک مدار درایور صفحه نمایش ، مدارهای مدولاسیون گسترده پالس ، چند برابر کننده آنالوگ ، مبدل های A/D و سایر مدارها بر روی یک تراشه سیلیکون یکپارچه شده اند تا یک سیستم میکرو رایانه کوچک اما کامل تشکیل شود.از دهه 1980 ، میکروکنترلرها از 4 بیتی و 8 بیتی به میکروکنترلرهای با سرعت بالا 300 متر فعلی توسعه یافته اند.

در مقایسه با ریزپردازنده های با هدف کلی مورد استفاده در رایانه های شخصی ، به سخت افزار خارجی احتیاج ندارد ، بنابراین هزینه ها را پس انداز می کند.این سطح بالاتری از ادغام دارد ، اما با مشخصات تعیین شده محدود است و عملکردهای نسبتاً خاصی دارد.بزرگترین مزیت آن این است که برای تعبیه سازها کوچک و مناسب است.با این حال ، دارای ظرفیت ذخیره سازی کوچکتر و رابط های ورودی و خروجی ساده تر است.

MSP430 MicroController مجموعه ای از میکروکنترلرهای 16 بیتی است که توسط تگزاس Instruments با مصرف فوق کم مصرف به عنوان ویژگی اصلی آن ساخته شده است.از مجموعه دستورالعمل های کاهش یافته (RISC) استفاده می کند و یک پردازنده سیگنال مختلط است که ماژول ها و پردازنده های دیجیتال و آنالوگ را ادغام می کند.این مزیت از ولتاژ کم ، مصرف کم مصرف ، ادغام زیاد و همچنین توانایی و قابلیت اطمینان ضد مداخله خوب است.بنابراین ، در بسیاری از زمینه ها مانند ارتباطات بی سیم ، الکترونیک خودرو ، خانه های هوشمند ، تجهیزات پزشکی و اتوماسیون صنعتی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

سری MSP430 دارای سه نوع دستگاه است ، یعنی نوع OTP ، نوع فلش و نوع ROM و روش های توسعه آنها متفاوت است.برای دستگاه های نوع OTP و ROM ، ما معمولاً برای توسعه از یک شبیه ساز استفاده می کنیم و سپس برنامه نویسی یا ماسک تراشه را انجام می دهیم.دستگاه های نوع فلش دارای محیط توسعه و اشکال زدایی بسیار مناسب هستند.از آنجا که این دستگاه دارای یک رابط اشکال زدایی JTAG در تراشه و حافظه فلش قابل پاک شدن برقی است ، می تواند ابتدا برنامه را برای فلش بارگیری کند و سپس اجرای برنامه را از طریق نرم افزار موجود در دستگاه کنترل کند.به این ترتیب ، می تواند اطلاعات مربوط به تراشه را از طریق رابط JTAG برای اشکال زدایی طراحان ، بدون نیاز به شبیه سازان و برنامه نویسان بخوانید.برای دستگاه های Flash Type ، همچنین شامل سایر ابزارها و رابط های توسعه مناسب مانند تایمرهای سخت افزاری ، ADC و غیره است. بنابراین ، علاوه بر زبان مونتاژ و زبان C ، می توانیم با توجه به نیازهای خاص برنامه ، سایر زبانهای توسعه مرتبط را نیز انتخاب کنیم.

دلیل اینکه میکروکنترلر MSP430 از مصرف انرژی فوق العاده کم برخوردار است ، به این دلیل است که در کاهش ولتاژ منبع تغذیه تراشه و ساعت عملیاتی انعطاف پذیر و قابل کنترل بی نظیر است.

اول از همه ، دامنه ولتاژ منبع تغذیه میکروکنترلر سری MSP430 1.8 تا 3.6 ولت است.بنابراین ، هنگام کار در فرکانس ساعت 1 مگاهرتز ، حداقل جریان تراشه در حدود 165μA است.در عین حال ، کمترین میزان مصرف برق در حالت نگهداری RAM تنها 0.1μA است.ثانیا ، این سری از میکروکنترلرها دارای طراحی سیستم ساعت منحصر به فرد هستند.در سری MSP430 ، دو سیستم ساعت مختلف وجود دارد ، از جمله سیستم ساعت اصلی و سیستم ساعت حلقه قفل شده فرکانس (FLL و FLL+) و همچنین سیستم ساعت نوسان ساز دیجیتال DCO.ما فقط برای تهیه ساعت برای CPU و نیازهای مختلف عملکردی باید از یک نوسان ساز کریستالی (مانند DT-26 یا DT-38) استفاده کنیم.علاوه بر این ، این ساعت ها می توانند تحت کنترل دستورالعمل ها روشن و خاموش شوند و امکان کنترل مؤثر مصرف کلی انرژی را فراهم می آورد.

این سیستم در حالت های مختلف کار عمل می کند ، که منجر به تفاوت معنی داری در مصرف انرژی CHIP می شود.دو حالت فعال (AM) و پنج حالت کم مصرف (LPM0 ~ LPM4) در سیستم وجود دارد.در حالت ساعت واقعی ، مصرف برق تراشه می تواند به سطح بالایی 2.5μa برسد ، در حالی که در حالت نگهدارنده RAM ، مصرف برق تراشه را می توان به حداقل 0.1μA کاهش داد.

هر سری از میکروکنترلرهای سری MSP430 ، تعداد زیادی از لوازم جانبی روی تراشه و تراشه ، از جمله Watchdog (WDT) ، مقایسه آنالوگ A ، Timer_A0 ، Timer_A1 ، Timer_B0 ، UART ، SPI ، I2C ، Hardware Multiplier ، Driver LCD ، 10-Bittile را ادغام می کند./ADC 12 بیتی ، 16 بیتی σ-δ ADC ، DMA ، تایمر اساسی ، ساعت واقعی (RTC) و کنترلر USB و غیره.

سری میکروکنترلرها MSP430 می توانند به یک چرخه دستورالعمل 40NS که توسط یک کریستال 25 مگاهرتز هدایت می شود ، دست یابند.عرض داده 16 بیتی آن ، چرخه دستورالعمل 40NS و ضرب سخت افزاری چند منظوره ، آن را قادر می سازد الگوریتم های خاصی را برای پردازش سیگنال دیجیتال (مانند FFT و غیره) پیاده سازی کند.

میکروکنترلر سری MSP430 یک میکروکنترلر 16 بیتی است که یک ساختار مجموعه دستورالعمل کاهش یافته (RISC) را اتخاذ می کند و دارای حالت های آدرس دهی غنی است.دستورالعمل های اصلی این سری از میکروکنترلرها ساده است ، و همچنین تعداد زیادی دستورالعمل آنالوگ در دسترس است.علاوه بر این ، تعداد زیادی از رجیسترها و حافظه داده های روی تراشه می توانند در انواع عملیات شرکت کنند و دستورالعمل های کارآمد پردازش جستجوی جدول را ارائه دهند.این خصوصیات ما را قادر می سازد تا برنامه های منبع کارآمد را تهیه کنیم.

خاطرات برنامه هر سری از میکروکنترلرهای MSP430 شامل انواع OTP ، ROM ، EPROM و Flash است.

CPU میکروکنترلر سری MSP430 اساساً مشابه یک ریز پردازنده با هدف کلی است ، اما در طراحی خود یک ساختار و ساختار کنترل محور را اتخاذ می کند.ساختار CPU هسته MSP430 با یک مجموعه دستورالعمل ساده و شفافیت بالا طراحی شده است ، از جمله دستورالعمل های داخلی که توسط سخت افزار و دستورالعمل های شبیه سازی بر اساس ساختارهای سخت افزاری موجود اجرا می شود.این طرح سرعت و کارآیی اجرای دستورالعمل را بهبود می بخشد و از این طریق قابلیت های پردازش در زمان واقعی MSP430 را افزایش می دهد.

از طریق MAB ، MDB و خطوط درخواست و درخواست را به CPU متصل می کند.ماژول های محیطی در سری محصولات مختلف MSP430 ممکن است از نظر نوع و کمیت متفاوت باشد.آنها معمولاً ترکیبی از ماژول های محیطی مانند ماژول ساعت ، نگهبان ، پورت ، تایمر اصلی ، تایمر A ، تایمر B ، مقایسه A ، پورت سریال 0 ، درایور سریال 1 ، درایور LCD ، مبدل آنالوگ به دیجیتال ، آنالوگ بهمبدل دیجیتال ، ضرب سخت افزاری ، کنترلر DMA و غیره

برنامه آسان برای برنامه: ابزارهای توسعه MSP430 ساده و آسان برای استفاده هستند و کاربران می توانند با استفاده از انواع زبانهای برنامه نویسی مانند زبان C و زبان مونتاژ کار کنند.

قیمت مناسب: در مقایسه با سایر سری میکروکنترلر ، قیمت آن مقرون به صرفه تر و مناسب برای استفاده در برنامه های کم هزینه است.

شبیه سازی با دقت بالا: دارای مدارهای آنالوگ با دقت بالا ، قادر به جمع آوری و پردازش دقیق سیگنال آنالوگ است.

مصرف کم مصرف: سری MSP430 انواع فن آوری های کم مصرف را اتخاذ می کند و به آن اجازه می دهد قدرت بسیار کمی را در حالت آماده به کار مصرف کند.

پشتیبانی از پروتکل های ارتباطی متعدد: از پروتکل های ارتباطی متعدد مانند I2C ، SPI ، UART و غیره پشتیبانی می کند تا ارتباط با سایر دستگاه ها را تسهیل کند.

منابع توسعه محدود: بر خلاف سایر سری میکروکنترلر ، MSP430 دارای منابع توسعه نسبتاً کمی است ، بنابراین کاربران باید اطلاعات مربوطه را پیدا کنند و مشکلات خود را حل کنند.

ظرفیت ذخیره سازی کوچک: ظرفیت ذخیره سازی آن نسبتاً اندک است و برای سناریوهای کاربردی که به تعداد زیادی برنامه و ذخیره داده نیاز دارند مناسب نیست.

عملکرد پایین: در مقایسه با سایر سری میکروکنترلر با کارایی بالا ، MSP430 کندتر اجرا می شود و برای استفاده در سناریوهای کاربردی با کارایی بالا مناسب نیست.

MSP430 و 89C51 هر دو میکروکنترلر هستند و در جنبه های زیر متفاوت هستند.

اول از همه ، از آنجا که میکروکنترلر سری 89C51 دارای یک اتوبوس داخلی 8 بیتی است ، ماژول های عملکرد داخلی آن اساساً 8 بیتی هستند.اگرچه ماژول های عملکردی داخلی به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، اما ساختار خود محدودیت های بزرگی دارد ، به خصوص افزودن اجزای عملکردی آنالوگ دشوارتر است.در مقابل ، معماری اساسی سری MSP430 16 بیتی است.در داخل ، اگرچه اتوبوس داده تبدیل شده است ، اما هنوز یک اتوبوس 16 بیتی وجود دارد و یک ساختار ترکیبی است.بنابراین ، برای این معماری باز ، خواه گسترش ماژول های عملکردی 8 بیتی یا ماژول های عملکردی 16 بیتی ، مانند گسترش ماژول های عملکردی مانند تبدیل آنالوگ/دیجیتال یا تبدیل دیجیتال/آنالوگ ، بسیار مناسب است.این همچنین به همین دلیل است که سری محصولات MSP430 و اجزای عملکردی آنها به سرعت در حال افزایش است.

ثانیا ، ابزارهای توسعه آنها متفاوت است.89C51 اولین میکروکنترلر است که وارد China می شود ، بنابراین مردم بسیاری از ابزارهای توسعه مناسب را ایجاد کرده اند.با این حال ، نحوه اجرای برنامه نویسی آنلاین هنوز یک مشکل بزرگ است.برای سری MSP430 ، به دلیل معرفی حافظه برنامه فلش و فناوری JTAG ، نه تنها ابزارهای توسعه آسان برای استفاده آسان شده اند ، بلکه قیمت نیز نسبتاً پایین است.علاوه بر این ، از برنامه نویسی آنلاین پشتیبانی می کند.

علاوه بر این ، 89C51 یک میکروکنترلر 8 بیتی است.از یک مجموعه دستورالعمل پیچیده به نام "CISC" با 111 دستورالعمل استفاده می کند.میکروکنترلر MSP430 یک میکروکنترلر 16 بیتی است که یک ساختار مجموعه دستورالعمل کاهش یافته را با تنها 27 دستورالعمل مختصر اتخاذ می کند.در عین حال ، تعداد زیادی از دستورالعمل های آنالوگ از رجیسترهای متعدد و حافظه داده های روی تراشه استفاده می کنند و به آنها امکان می دهد در انواع عملیات شرکت کنند.این دستورالعمل های اصلی دستورالعمل های تک چرخه ، قدرتمند و سریع است.

سرانجام ، ولتاژ منبع تغذیه میکروکنترلر 89C51 خود 5 ولت است.این دو حالت مصرف کم مصرف ، یعنی حالت آماده به کار و حالت پایین آمدن است.در شرایط عادی ، جریان مصرف آن 24 میلی آمپر است ، در حالی که در حالت آماده به کار ، جریان مصرف انرژی آن هنوز 3mA است.حتی در حالت پایین آمدن ، ولتاژ تأمین آن می تواند به 2 ولت کاهش یابد.با این حال ، برای ذخیره داده ها در RAM داخلی ، همچنین باید حدود 50UA جریان را فراهم کند.در مقایسه ، سری MSP430 از میکروکنترلرها عملکرد کم قدرت برتر دارند.بنابراین ، MSP430 برای سازهای باتری و محصولات متر مناسب تر است.

• سیستم دستیابی به داده ها: با داشتن یک ADC و مقایسه کننده 12 بیتی ، مؤلفه های مختلفی مانند تایمر چندگانه و USART را بر روی یک تراشه واحد ادغام می کند و آن را برای برنامه های کاربردی در سیستم های دستیابی به داده ها مناسب می کند.

• گره سنسور: به دلیل مصرف کم مصرف ، برای شبکه های سنسور بی سیم مناسب است و می تواند عمر باتری گره های سنسور را گسترش دهد.

• سیستم کنترل خودکار: MSP430 را می توان در سیستم های کنترل اتوماتیک مانند کنترل صنعتی ، اتوماسیون منزل و سیستم های اتوماسیون ساختمان استفاده کرد.کارایی بالا و مصرف کم مصرف آن را برای برنامه های کنترل طولانی مدت مناسب می کند.

• دستگاه های قابل حمل: مصرف انرژی بسیار کم آن ، آن را برای دستگاه های قابل حمل مانند ساعت ، ماشین حساب های دستی ، ردیاب های ورزشی و دستگاه های پزشکی ایده آل می کند.

• ابزار هوشمند: میکروکنترلر MSP430 از حافظه فلش به عنوان ذخیره برنامه خود استفاده می کند و از برنامه نویسی آنلاین JTAG برای کارهای مناسب مانند بارگیری برنامه ، شبیه سازی ، اشکال زدایی و به روزرسانی پشتیبانی می کند.این ویژگی منجر به پذیرش گسترده آن در زمینه Smart Meter شده است.

• کنتورهای هوشمند: MSP430 به طور گسترده در کنتورهای هوشمند استفاده می شود.این نظارت بر استفاده از انرژی ، تصحیح فاکتور قدرت را انجام می دهد و ضمن حفظ مصرف کم مصرف ، عملکردهای خود را به طور قابل توجهی افزایش می دهد و عمر باتری را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

• تجهیزات پزشکی: با توجه به مصرف کم مصرف و بسته کوچک MSP430 ، از آن در تجهیزات پزشکی از جمله ابزارهای پزشکی قابل حمل و تجهیزات نظارت بر بیمار استفاده می شود.

خانواده MSP430 از پردازنده های سیگنال مختلط RISC با قدرت فوق العاده پایین RISC از تگزاس Instrument (TI) راه حل نهایی برای برنامه های اندازه گیری باتری را فراهم می کند.

نرم افزار MSP430Ware مجموعه ای از منابع طراحی برای توسعه با MSP430 MCU از جمله طیف گسترده ای از کتابخانه های نرم افزاری بسیار انتزاعی است.این نرم افزار به عنوان مؤلفه ای از نسخه های Code Composer Studio ™ IDE و نسخه های ابری یا به عنوان یک بسته مستقل در دسترس است.

عملکرد کم انرژی یکی از ویژگی های اصلی MSP430 است.طراحی آن نشت بسیار کمی دارد و از یک ریل تأمین کننده واحد کار می کند.هنگامی که پردازنده در حالت آماده به کار قرار دارد ، تخلیه جریان بسیار کم می دهد.چندین حالت کم توان پشتیبانی می شود که نیازهای برنامه های مختلف را متعادل می کند.

تفاوت اصلی بین MSP430 و Arduino: Arduino برای موفقیت سریع هنگام بازی با آن ساخته شده است.اشکال این است که از کتابخانه های عمومی برای انجام ساده ترین کارها استفاده می کند.مانند رایانه شخصی که در آن یک برنامه ساده 1 خط "سلام جهان" تن DLL ها را بارگیری می کند.با این حال ، MSP نیاز دارد که شما در واقع کاری انجام دهید.

میکروکنترلر MSP430 یک پردازنده سیگنال مختلط است.این یک راه حل تک تراشه با ادغام چندین مدارهای مختلف آنالوگ عملکردی ، ماژول های مدار دیجیتال و ریزپردازنده ها در یک تراشه واحد برای نیازهای کاربردی عملی فراهم می کند.