MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计 教学课件 作者 李智奇 1 3 第1章.pptVIP

第1章 超低功耗单片机 1.1 超低功耗单片机概述 近几年，电子产品的低功耗设计越来越受到人们的重视。低功耗成为单片机技术发展的一个显著特点，一些大的单片机厂商都推出了自己的低功耗产品。如Intel公司的80C31系列、Atmel公司的89C51系列、Motorola公司的MC68HC05/MC68HC11系列、Philips公司的51LPC系列、Microchip公司的PIC系列等。随着现代电子技术的发展，为了使系统的功耗进一步降低，有些厂商已经开始研究生产超低功耗单片机，如TI公司的MSP430系列16位单片机和EM公司的低功耗8位FLASH单片机EM6812等。 　　超低功耗单片机是相对于普通单片机和低功耗单片机而言的。普通单片机的工作电压一般是4.5～5 V，而低功耗单片机的电压工作范围拓展到3～6 V，工作电流也降到毫安级。低功耗单片机同时还具有等待和休眠方式，在休眠方式下，电流可以降到微安级，如MCS-51系列的80C51B/87C51在正常工作(5 V，12 MHz)时，工作电流为16 mA，同样条件等待方式下，工作电流为3.7 mA，而在休眠(2 V)时，工作电流仅有50 μA。PIC16C5X系列单片机是美国Microchip公司生产的8位CMOS单片机，它的工作电压为3.5～6 V，运行时工作电流小于2 mA，待机时功耗电流小于10 μA。超低功耗单片机是在低功耗单片机的基础上，面向超低功耗应用而设计的。 超低功耗单片机耗电非常小，不论工作电压还是工作电流，相比低功耗单片机都有了进一步的下降，并能在低电压下工作，采用多种节能工作模式，工作电流也从毫安级降到了微安级，一般在零点几微安到几百微安，而且可以在较低频率下工作。比如EM公司的EM6812系列单片机可以在2～5 V电压下工作，工作频率最低可以为32 kHz，工作电流为0.16～120 μA；而TI公司的MSP430X44X的工作电压可以降到1.8 V，在LPM3方式下，振荡器处于32 kHz，工作电流只有0.1～280 μA。 1.1.2 超低功耗单片机的特点　　超低功耗单片机除具有普通单片机的特点，如工作稳定、成本低、易于产品化、实现了控制电路的超小型化以及RAM、ROM、I/O接口、串行口、A/D等资源齐全的显著优点外，还有电压低、功耗小以及可以低频率运行等一些优点，适用于机电一体化设备、智能化仪器仪表以及现代家用电器的控制核心，如电脑控制的洗衣机、录像机等。 　　超低功耗单片机的特点可以归纳如下：　　(1) 超低功耗设计。具有超低功耗是超低功耗单片机区别于普通单片机的一个显著特点，超低功耗单片机耗电非常小，一般在几百μA/MIPS(MIPS——每秒执行百万条指令)，工作电压和工作电流均较低。　　(2) 高集成度的完全单片化设计。超低功耗单片机将很多外围模块集成到了MCU芯片中，增大了硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计，这样的系统不仅功能强、性能可靠、成本低，而且便于进一步微型化和便携化。 　　(3) 内部电路可选择性工作。超低功耗单片机可以通过特殊功能寄存器，选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的外围功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。 　　(4) 具有高速和低速两套时钟。系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。为了更好地降低功耗，超低功耗单片机可采用几套独立的时钟源，如高速的主时钟、低频时钟(如32.768 kHz)和DCO片内时钟。其可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下，可选用辅助时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对相应功能寄存器进行设置，可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和辅助时钟切换。　　(5) 具有多种节能工作模式。超低功耗单片机具有多种节能模式，为其功耗管理提供了极好的性能保证。 1.1.3 超低功耗单片机的应用领域　　超低功耗单片机以其卓越的性能和较高的性能价格比，使其在许多领域得到了越来越广泛的应用，如对便携式智能检测控制仪器的开发、各种数据采集系统的开发、各种智能控制仪表的开发、各种节能装置的开发等。超低功耗单片机也可应用于产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件，以使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。超低功耗单片机的应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法，其主要的应用有以下几个方面。 　　(1) 工业控制方面。单片机的结构特点决定了它特别适用于各种控制系统，如数据采集系统、工业机器人控制系统、机电一体化产品等。　　(2) 智能仪器仪表方面。超低功耗单片机已经开始越来越多地应用于各种仪器仪表中，使仪器仪表的智能化程度得到了提高，硬件结构得到了简化