Politechnika Lubelska

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

TECHNIKI MIKROPROCESOROWE

Moduł pomiarowy z procesorem MSP430

Wykonał:

Jakub Machometa

Gr. E.D. 6.3

Rdzeń mikrokontrolera MSP430 to 16-bitowy rdzeń typu RISC. Posiada 7 trybów adresowania, z których każdego można użyć do operacji na dowolnym obszarze adresowym . Oznacza to tyle, że wszystkie obszary procesora są przez rdzeń traktowane równorzędnie. Ułatwia to naukę asemblera procesora ale również wpływa na efektywność kompilatora języka wyższego poziomu.

Każdy mikroprocesor i mikrokontroler jest układem synchronicznym, musi być wobec tego wyposażony w jakiś system taktowania. Zazwyczaj źródłem sygnału zegarowego jest generator o częstotliwości stabilizowanej rezonatorem kwarcowym. W mikroprocesorach uniwersalnych wyraźnie dąży się do zwiększania częstotliwości taktowania. Sięga ona obecnie nawet gigaherców. Nieco inaczej sytuacja wygląda w przypadku mikrokontrolerów - tutaj maksymalna częstotliwość pracy od wielu już lat uległa pewnej stabilizacji i raczej nie przekracza 24, 33, czy co najwyżej 50 MHz. Wynika to głównie z tego, że mikrokontrolery rzadko wykorzystywane są w zastosowaniach wymagających najwyższej wydajności, natomiast wraz z masowym rozpowszechnieniem systemów zasilanych bateryjnie niezmiernie istotnym parametrem staje się pobór mocy, rosnący z częstotliwością pracy niemal proporcjonalnie. Przy zasilaniu sieciowym, 50 mA prądu pobieranego przez system jest całkowicie akceptowalne, natomiast dla zasilanego bateryjnie czujnika przeciwpożarowego, regulatora temperatury do pieca centralnego ogrzewania, czy zmierzchowego wyłącznika oświetlenia nawet 100 µA może być zbyt dużo. Z drugiej strony, w przypadku takich urządzeń opóźnienia reakcji sięgające nawet sekund nie mają żadnego praktycznego znaczenia - parametrem krytycznym staje się czas ciągłej pracy na jednym komplecie baterii.

Tryby pracy - MSP430F5529 ma jeden aktywny tryb wyboru oprogramowania
i sześciu trybach niskiego poboru mocy działania. przypadku przerwania może obudzić urządzenia z jednego z trybów niskiego poboru mocy, obsługi żądania i przywrócić z powrotem do Tryb niskiego poboru mocy po powrocie z przerwania programu.

Moduł jest trzyfunkcyjnym przyrządem umożliwiającym, w zależności od potrzeb, pełnienie jednej z trzech funkcji: pomiaru napięcia, licznika impulsów, wyświetlania danych liczbowych odbieranych z portu szeregowego. Jako pole odczytowe został zastosowany czterocyfrowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny. W układzie został zastosowany mikrokontroler typu MSP430F, który ma wbudowany sprzętowy sterownik wyświetlacza, co powoduje, że jego obsługa jest wykonywana niemal samoczynnie. W procesorze zawarty jest także przetwornik A/C o rozdzielczości 12 bitów, co daje 4096 różnych stanów napięcia. Pozwala to na wykonywanie pomiarów z rozdzielczością 1 mV, czyli trzech miejsc po przecinku. Zakres pomiarowy przetwornika wynosi 0...2,5 V, co umożliwia wyświetlenie wartości napięcia w formacie 0,000...2,500. Choć zakres ten jest stały, to po zastosowaniu zewnętrznego dzielnika napięcia (1:10, 1:100, 1:1000) można go rozszerzyć. Aby wyświetlana wartość napięcia była zgodna z napięciem przyłożonym do wejścia dzielnika, na wyświetlaczu jest możliwe ustawienie kropki dziesiętnej na odpowiedniej pozycji. W ten sposób napięcie wejściowe może być wyświetlane następująco: x.xxx, xx.xx, xxx.x, xxxx. Daje to możliwość reprezentacji mierzonej wartości w zakresie 0,000...2500. Dołączając do wejścia przetwornika A/C czujnik ciśnienia, który na wyjściu będzie generował napięcie proporcjonalne do mierzonego ciśnienia. W ten sposób wyświetlacz może wskazywać wartość 1012 hPa dla przyłożonego napięcia równego 1,012 V.

Każdy mikrokontroler MSP430, wyposażony w pamięć typu Flash, posiada mechanizm Bootstrap-Loader (BSL). Jest to metoda programowania pamięci mikrokontrolera z użyciem asynchronicznego portu szeregowego i specjalnej procedury umieszczonej na stałe w pamięci ROM. Z użyciem BSL możliwe jest również odczytanie zawartości mikrokontrolera, uwarunkowane znajomością hasła. Hasło stanowi zawartość tablicy wektorów przerwań procesora (jest zatem wysoki, mimo teoretycznej możliwości odgadnięcia hasła.
W mikrokontrolerach serii F2xx poziom bezpieczeństwa dodatkowo podniesiono. W tym wypadku podanie błędnego hasła skutkuje skasowaniem programu.

Częstotliwości zegarowe dla jednostki centralnej (MCLK - Main System Clock) i układów peryferyjnych (SMCLK - Sub-System Clock) zostały całkowicie rozdzielone, każda z nich może pochodzić z różnych źródeł i przyjmować zupełnie różne wartości (na przykład 4 kHz i 16 MHz, w dowolnej kombinacji). Dodatkowo jest do dyspozycji jeszcze trzeci, pomocniczy sygnał zegarowy ACLK - Auxiliary Clock. W prostych modelach tej rodziny generator kwarcowy może pracować w jednym z 2 trybów, współpracując albo z kwarcem "zegarkowym", albo z rezonatorem dużej częstotliwości, w zakresie 400 kHz...16 MHz. W pierwszym z wymienionych trybów niezbędne do poprawnej pracy generatora kondensatory dołączane są wewnętrznie, przy czym do wyboru jest kilka wartości pojemności, co pozwala na dopasowanie się do konkretnego rezonatora i precyzyjne dostrojenie częstotliwości dokładnie do 32768 Hz. Korzystanie z generatora kwarcowego nie jest obowiązkowe, ponieważ mikrokontrolery wyposażone są też w przestrajane w bardzo szerokim zakresie (od 100 kHz do ponad 16 MHz) generatory RC o dobrej stabilności. Częstotliwość można programować z rozdzielczością lepszą od 0,5%. Dla kilku wybranych wartości w pamięci danych EEPOM są zapisywane w procesie produkcji współczynniki konfiguracyjne, dzięki czemu częstotliwości generatora 1, 8, 12 i 16 MHz są kalibrowane z dużą dokładnością. Jedną z ważnych zalet generatora RC jest jego szybki start po włączeniu (pojedyncze µs). Każdy z generatorów może być niezależnie włączany i wyłączany. Po wyłączeniu generatora kwarcowego, albo w przypadku jego uszkodzenia, następuje automatyczne przełączenie na generator RC. Przewidziano też odpowiednie zabezpieczenia, pozwalające na przełączanie źródeł taktowania i zmianę częstotliwości bez żadnych zakłóceń w pracy systemu. 
Sygnał zegarowy dla jednostki centralnej MCLK pochodzi albo z generatora kwarcowego, albo RC. Jego częstotliwość można opcjonalnie dodatkowo podzielić przez 2, 4 albo 8. Tak więc, przy wykorzystaniu rezonatora "zegarkowego", osiągalna staje się częstotliwość zaledwie 4 kHz, z zachowaniem pełnej funkcjonalności rdzenia. Obniżanie częstotliwości pracy mikrokontrolerów do najmniejszych niezbędnych wartości nabiera znaczenia z jeszcze jednego istotnego ostatnio powodu - chodzi o łatwiejsze spełnienie wymagań dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej i promieniowania zakłóceń o częstotliwościach radiowych (znak CE). 

Firma Texas Instruments w swojej propozycji nowych towarów ekektronicznych wypuściła na rynek mikrokontroler MSP430F5529 i MSP430F5528 różnych sygnałów mikrokontrolerów (MCU). Są częścią ultra-low-power rodziny MSP430 MCU. Wymienione mikrokontrolery są skonfigurowane z wbudowanym portem USB 2.0 i PHY. Posiada cztery 16-bitowe liczniki, wysokiej jakości 12-bit ADC w czasie rzeczywistym z funkcją zegara modułu alarmu, analogowe i cyfrowe czujniki, rejestratory danych i innych aplikacji wymagających połączenia z różnych gospodarzy USB. MSP430F5528 TI ma takie same urządzenia peryferyjne, jak MCU MSP430F5529 ale ma 47 pinów I / O w porównaniu do 63 pinów I / O na MSP430F5529.

Oznaczenia pinów: