MSP430低功耗运行模式原理及应用

摘 要：MSP430系列单片机因为其良好的低功耗表现和强大的数据处理能力，在许多领域具有广泛的应用，文章通过分析其低功耗模式的原理，介绍了MSP430及其衍生型号在相关领域的应用，对研究MSP430的低功耗模式及其实际应用具有一定的指导意义。

关键词：MSP430；低功耗模式；应用

MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）公司推出的集多种先进技术于一体的新一代单片机，该机最突出的特点是其低功耗模式，同时由于其具有强大的运算能力和仿真调试能力以及丰富的内外设，所以在全世界范围内获得了空前的成功[1]，尤其在对功耗要求比较高的领域，得到了广泛的应用。文章通过研究其低功耗的原理，介绍了MSP430系列单片机在相关领域的具体应用。

1 MSP430的低功耗运行模式研究

MSP430系列单片机的内部结构框图如图1所示，MSP430系列单片机之所以能够有超低的功耗表现，主要有以下几个原因：

1.1 工作电压低，低功耗模式多

MSP430系列单片机的CPU的标准工作电压范围为1.8V-3.6， 最低能在1.8V的电压下工作，芯片最低的工作电流只有0.1μA，所以从基础结构的设计上就能保证低功耗的良好表现。MSP430有1种活动模式（AM）和5种低功耗工作模式（LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4），由于该型单片机主要用在工作时间短、休眠时间长的环境，所以多种低功耗模式的设计，可以使MSP430能够经常处于最经济的状态，有效降低了功耗。

1.2 中断响应速度快

MSP430处于低功耗状态时，如果中断事件发生，MSP430可以在6μs内唤醒CPU进入工作状态，当事件处理完毕后，MSP430再次进入低功耗状态，由于其CPU强大的处理能力，一般能够很快地完成处理任务，所以MSP430大部分时间能够处于低功耗状态，这是MSP430非常省电的另一个重要原因。

1.3 灵活的时钟系统

MSP430系列单片机中的两种不同的时钟系统（基本时钟系统和锁频环 （FLL和FLL+）时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统）可以根据实际需求产生三种不同频率的时钟信号，具体有：低频的辅助时钟（A-CLK），主要用于低频处理的场合，也可作为外设的信号源或时钟；高频的主系统时钟（MCLK），用于工作模式，也可作为高速外设的时钟；高频的子系统时钟（SMCLK），作为外设需要的备份。用户可灵活选择合适的时钟信号，提高产品的功耗表现[2]。

2 MSP430系列单片机其他的突出优点

除了具有令人印象深刻的低功耗表现外，MSP430系列单片机还具有其它突出的优点，这些优点使其在实际中得到了广泛的应用。

2.1 强大的运算性能

MSP430系列单片机使用16位RICS结构，这样的设计使MSP430单片机在16MHz的频率工作时，指令的处理速度可达16MPIS，加上其16位的处理器设计，使其具有超过其它单片机的运算性能。同时，MSP单片机集成了数字信号处理器中才采用的16位多功能硬件乘法器、硬件乘一加（积之和）功能、DMA等先进的体系结构，进一步增强了它的数据处理和运算能力。

2.2 方便的调试开发

MSP430系列单片机内部集成JTAG端口，支持JTAG调试，同时可以通过FLASH编辑器进行在线编程，调试时，首先通过FLASH下载程序，通过内部的控制器运行，然后通过外设的JTAG仿真器将JTAG端口的数据传输给PC端的开发者，这种调试成本低、效率高、便于操作。

2.3 系统高度集成

MSP430系列单片机集成了多种功能模块，包括定时器、模拟比较器、多功能串行接口（PSI/IZC/UART）、I/O端口（PO-P6）、DMA控制器、多通道10/12位ADC、12位DAC等，还有丰富的中断功能，这样高度集成的单片机，给了开发人员更多的选择。

3 MSP430系列单片机的应用

MSP430系列单片机以其优越的性能和较高的性价比得到了广泛的应用，在便携式智能设备、远程信息采集和传输、智能化仪器仪表等领域有着良好的应用潜力。

3.1 便携式医疗设备

便携式医疗设备采集的数据量大、对运算速度和精度要求高，通常采用电池供电，所以要求尽量低的功耗，MSP430系列单片机非常适合在这一领域的应用，MSP430FG43x系列微控制器是就是TI针对便携式医疗装置推出的，该型控制器内建九个定时器、取样速率200ksps的12位模拟数字转换器、两组12位数字模拟转换器、三组运算放大器、48个I/O端口、128字节的显示驱动器，强大的处理和运算能力非常适合血压、脉博、酸碱和血糖量测计等应用，使用纽扣电池供电时寿命可达10年。

3.2 智能传感器

智能传感器一般要求电池寿命长、功耗低、响应速度快、成本低，在烟雾探测器和PIR运动检测器等智能传感器中采用MSP430系列单片机可以达到上述要求，MSP430F20xx系列微控制器就是针对智能传感器开发，该型控制器采用14引脚的封装，大小为4mm×4mm，指令处理能力为1600MIPS。针对智能传感器对时效性的要求，TI将其从中断事件发生到唤醒CPU的时间缩短至不到1μs，在缩小传感器体积的同时，有效缩短了反应时间[3]。

3.3 远程抄表计量设备

电子电表、燃气表和水表等计量设备一般用于家庭中，在实际的使用中不便于更换电池。MSP430微控制器的低功耗模式可使这些计量设备的电池使用寿命长达20年。MSP430FW42x系列器件是TI针流量与旋转运动计量开发的芯片，他通过内置低功耗MCU，将旋转扫描接口和显示驱动模集成为一体，使用它开发的计量仪表，系统直接从底层检测流量数值，不需要从外部检测，不仅降低了功耗，还提高了计量的准确性。

4 结束语

MSP430系列单片机一经推出，就因为其优异的性能、优秀的性价比、微缩的体积优势快速地获得了广泛的认可，相信随着MSP430系列单片机及其拓展型号应用的深入发展，更多更先进的产品会不断问世，大大地提高人们生产生活的效率。

参考文献

[1]胡大可.MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[2]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]张喆，王德银，张晨.MSP430系列单片机实用C语言程序设计[M].北京：人民邮电出版社，2005.