Phân tích so sánh của vi điều khiển MSP430 và 89C51: Các tính năng và ứng dụng

Máy vi tính chip đơn không chỉ là một chip có hàm logic cụ thể, mà là một hệ thống máy tính được tích hợp vào chip.Bài viết này sẽ giới thiệu các đặc điểm, sự phát triển, các thành phần chính, ưu điểm và nhược điểm, ứng dụng và sự khác biệt giữa MSP430 và 89C51 để giúp bạn hiểu rõ hơn về vi điều khiển này và cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho thiết kế hệ thống nhúng.

Máy vi tính đơn chip là một chip mạch tích hợp.Nó sử dụng công nghệ mạch tích hợp quy mô rất lớn để kết hợp các chức năng như CPU ​​đơn vị xử lý trung tâm với khả năng xử lý dữ liệu, một loạt các cổng I/O, hệ thống ngắt, ROM bộ nhớ chỉ đọc, RAM bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, hẹn giờ.Kể từ những năm 1980, các bộ vi điều khiển đã phát triển từ 4 bit và 8 bit đến các bộ vi điều khiển tốc độ cao 300m hiện tại.

So với các bộ vi xử lý đa năng được sử dụng trong máy tính cá nhân, nó không đòi hỏi phần cứng bên ngoài, do đó tiết kiệm chi phí.Nó có mức độ tích hợp cao hơn, nhưng bị giới hạn bởi các thông số kỹ thuật được thiết lập và có các chức năng tương đối cụ thể.Ưu điểm lớn nhất của nó là nó nhỏ và phù hợp để nhúng vào các công cụ.Tuy nhiên, nó có dung lượng lưu trữ nhỏ hơn và giao diện đầu vào và đầu ra đơn giản hơn.

Bộ vi điều khiển MSP430 là một loạt các bộ vi điều khiển 16 bit được sản xuất bởi Texas Cụ với mức tiêu thụ năng lượng cực thấp làm tính năng chính của nó.Nó sử dụng bộ hướng dẫn giảm (RISC) và là bộ xử lý tín hiệu hỗn hợp tích hợp các mô-đun và bộ xử lý kỹ thuật số và tương tự.Nó có những ưu điểm của điện áp thấp, mức tiêu thụ năng lượng thấp, tích hợp cao, cũng như khả năng chống can thiệp tốt và độ tin cậy.Do đó, nó đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như truyền thông không dây, điện tử ô tô, nhà thông minh, thiết bị y tế và tự động hóa công nghiệp.

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

Sê -ri MSP430 có ba loại thiết bị, cụ thể là loại OTP, loại flash và loại ROM và phương pháp phát triển của chúng là khác nhau.Đối với các thiết bị loại OTP và ROM, chúng ta thường cần sử dụng trình giả lập để phát triển, sau đó thực hiện lập trình hoặc che giấu chip.Các thiết bị loại flash có môi trường phát triển và gỡ lỗi rất thuận tiện.Vì thiết bị có giao diện gỡ lỗi JTAG trên chip và bộ nhớ flash có thể xóa bằng điện, nên nó có thể tải xuống chương trình xuống flash trước và sau đó điều khiển việc chạy chương trình thông qua phần mềm trong thiết bị.Theo cách này, nó có thể đọc thông tin trên chip thông qua giao diện JTAG để các nhà thiết kế gỡ lỗi, mà không cần các trình giả lập và lập trình viên.Đối với các thiết bị loại flash, nó cũng chứa các công cụ và giao diện phát triển thuận tiện khác, chẳng hạn như bộ hẹn giờ phần cứng, ADC, v.v. Do đó, ngoài ngôn ngữ lắp ráp và ngôn ngữ C, chúng ta cũng có thể chọn các ngôn ngữ phát triển liên quan khác theo nhu cầu ứng dụng cụ thể.

Lý do tại sao bộ vi điều khiển MSP430 có mức tiêu thụ điện năng cực thấp là do nó là duy nhất trong việc giảm điện áp cung cấp năng lượng của chip và đồng hồ vận hành linh hoạt và có thể điều khiển được.

Trước hết, phạm vi điện áp nguồn điện của bộ vi điều khiển MSP430 Series là 1,8 đến 3,6V.Do đó, khi chạy ở tần số đồng hồ là 1 MHz, dòng điện tối thiểu của chip là khoảng 165μA.Đồng thời, mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất trong chế độ duy trì RAM chỉ là 0,1μA.Thứ hai, loạt vi điều khiển này có thiết kế hệ thống đồng hồ độc đáo.Trong sê-ri MSP430, có hai hệ thống đồng hồ khác nhau, bao gồm hệ thống đồng hồ cơ bản và hệ thống đồng hồ được khóa tần số (FLL và FLL+), cũng như hệ thống đồng hồ dao động kỹ thuật số DCO.Chúng ta chỉ cần sử dụng bộ tạo dao động tinh thể (như DT-26 hoặc DT-38) để cung cấp đồng hồ cho CPU và các yêu cầu chức năng khác nhau.Ngoài ra, các đồng hồ này có thể được bật và tắt dưới sự kiểm soát của các hướng dẫn, cho phép kiểm soát hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng tổng thể.

Hệ thống hoạt động ở các chế độ làm việc khác nhau, dẫn đến sự khác biệt đáng kể trong tiêu thụ năng lượng chip.Có hai chế độ hoạt động (AM) và năm chế độ năng lượng thấp (LPM0 ~ LPM4) trong hệ thống.Trong chế độ đồng hồ thời gian thực, mức tiêu thụ năng lượng của chip có thể đạt mức cao của 2,5μA, trong khi ở chế độ giữ RAM, mức tiêu thụ năng lượng của chip có thể giảm xuống mức tối thiểu 0,1μa.

Mỗi loạt các bộ vi điều khiển MSP430 Series tích hợp vô số các thiết bị ngoại vi trên chip và trên chip, bao gồm Watchdog (WDT), Máy so sánh tương tự A, Timer_A0, Timer_A1, Timer_B0, UART, SPI, I2C/ADC 12 bit, 16 bit σ-δ ADC, DMA, bộ hẹn giờ cơ bản, đồng hồ thời gian thực (RTC) và bộ điều khiển USB, v.v.

Dòng MSP430 của các bộ vi điều khiển có thể đạt được chu kỳ hướng dẫn 40ns được điều khiển bởi một tinh thể 25 MHz.Độ rộng dữ liệu 16 bit của nó, chu kỳ hướng dẫn 40ns và hệ số nhân phần cứng đa chức năng cho phép nó thực hiện một số thuật toán nhất định để xử lý tín hiệu số (như FFT, v.v.).

Bộ vi điều khiển MSP430 là một bộ vi điều khiển 16 bit, áp dụng cấu trúc tập lệnh giảm (RISC) và có các chế độ địa chỉ phong phú.Các hướng dẫn cốt lõi của loạt vi điều khiển này rất đơn giản, và cũng có một số lượng lớn các hướng dẫn tương tự có sẵn.Ngoài ra, một số lượng lớn các thanh ghi và bộ nhớ dữ liệu trên chip có thể tham gia vào nhiều hoạt động khác nhau, cung cấp các hướng dẫn xử lý tra cứu bảng hiệu quả.Những đặc điểm này cho phép chúng tôi biên dịch các chương trình nguồn hiệu quả.

Ký ức chương trình của từng loạt vi điều khiển MSP430 bao gồm các loại OTP, ROM, EPROM và Flash.

CPU của bộ vi điều khiển MSP430 về cơ bản giống như bộ vi xử lý đa năng, nhưng nó áp dụng một cấu trúc và hệ thống hướng dẫn định hướng điều khiển trong thiết kế của nó.Cấu trúc CPU lõi MSP430 được thiết kế với bộ hướng dẫn được sắp xếp hợp lý và độ trong suốt cao, bao gồm các hướng dẫn nội bộ được thực hiện bởi các hướng dẫn phần cứng và mô phỏng dựa trên các cấu trúc phần cứng hiện có.Thiết kế này cải thiện tốc độ và hiệu quả thực hiện hướng dẫn, do đó tăng cường khả năng xử lý thời gian thực của MSP430.

Nó được kết nối với CPU thông qua MAB, MDB và dịch vụ ngắt và các dòng yêu cầu.Các mô -đun ngoại vi trong loạt sản phẩm MSP430 khác nhau có thể khác nhau về cả loại và số lượng.Chúng thường là sự kết hợp của các mô-đun ngoại vi như mô-đun đồng hồ, giám sát, cổng, hẹn giờ cơ bản, hẹn giờ A, ​​hẹn giờ B, so sánh A, cổng nối tiếp 0, cổng nối tiếp 1, trình điều khiển LCD, bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số, tương tự-Các chuyển đổi kỹ thuật số, hệ số nhân phần cứng, bộ điều khiển DMA, v.v.

Dễ dàng lập trình: Các công cụ phát triển MSP430 rất đơn giản và dễ sử dụng và người dùng có thể hoạt động bằng nhiều ngôn ngữ lập trình, như ngôn ngữ C và ngôn ngữ lắp ráp.

Giá cả phải chăng: So với các bộ vi điều khiển khác, giá của nó có giá cả phải chăng hơn và phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng chi phí thấp.

Mô phỏng chính xác cao: Nó có các mạch tương tự có độ chính xác cao tích hợp, có khả năng thu thập và xử lý tín hiệu tương tự chính xác.

Tiêu thụ năng lượng thấp: Sê-ri MSP430 áp dụng nhiều công nghệ năng lượng thấp, cho phép nó tiêu thụ rất ít năng lượng ở chế độ chờ.

Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông: Nó hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như I2C, SPI, UART, v.v. để tạo điều kiện giao tiếp với các thiết bị khác.

Tài nguyên phát triển hạn chế: Trái ngược với loạt vi điều khiển khác, MSP430 có tương đối ít tài nguyên phát triển, vì vậy người dùng cần tìm thông tin liên quan và tự giải quyết vấn đề.

Khả năng lưu trữ nhỏ: Khả năng lưu trữ của nó tương đối nhỏ và không phù hợp với các kịch bản ứng dụng yêu cầu một số lượng lớn chương trình và lưu trữ dữ liệu.

Hiệu suất thấp hơn: So với loạt vi điều khiển hiệu suất cao khác, MSP430 chạy chậm hơn và không phù hợp để sử dụng trong các kịch bản ứng dụng hiệu suất cao.

MSP430 và 89C51 đều là bộ vi điều khiển và chúng khác nhau về các khía cạnh sau.

Trước hết, vì bộ vi điều khiển 89C51 có xe buýt nội bộ 8 bit, các mô-đun chức năng bên trong của nó về cơ bản là 8 bit.Mặc dù các mô -đun chức năng bên trong đã được tăng lên đáng kể, bản thân cấu trúc có những hạn chế lớn, đặc biệt là việc bổ sung các thành phần chức năng tương tự là khó khăn hơn.Ngược lại, kiến ​​trúc cơ bản của sê-ri MSP430 là 16 bit.Trong nội bộ, mặc dù bus dữ liệu được chuyển đổi, vẫn còn một bus 16 bit và nó là một cấu trúc lai.Do đó, đối với kiến ​​trúc mở này, cho dù đó là mở rộng các mô-đun chức năng 8 bit hoặc các mô-đun chức năng 16 bit, chẳng hạn như mở rộng các mô-đun chức năng như chuyển đổi tương tự/kỹ thuật số hoặc chuyển đổi kỹ thuật số/tương tự, rất thuận tiện.Đây cũng là lý do tại sao loạt sản phẩm MSP430 và các thành phần chức năng của chúng đang tăng lên nhanh chóng.

Thứ hai, các công cụ phát triển của họ là khác nhau.89C51 là bộ vi điều khiển đầu tiên vào China, vì vậy mọi người đã tạo ra nhiều công cụ phát triển phù hợp.Tuy nhiên, làm thế nào để thực hiện lập trình trực tuyến vẫn là một vấn đề lớn.Đối với sê -ri MSP430, do giới thiệu bộ nhớ chương trình flash và công nghệ JTAG, không chỉ các công cụ phát triển đã trở nên dễ sử dụng, mà giá cũng tương đối thấp.Ngoài ra, nó hỗ trợ lập trình trực tuyến.

Hơn nữa, 89C51 là một bộ vi điều khiển 8 bit.Nó sử dụng một tập lệnh phức tạp có tên là "CISC" với 111 hướng dẫn.Bộ vi điều khiển MSP430 là một bộ vi điều khiển 16 bit, áp dụng cấu trúc bộ hướng dẫn giảm chỉ với 27 hướng dẫn súc tích.Đồng thời, một số lượng lớn các hướng dẫn tương tự sử dụng nhiều thanh ghi và bộ nhớ dữ liệu trên chip, cho phép chúng tham gia vào nhiều hoạt động khác nhau.Những hướng dẫn cốt lõi này là hướng dẫn một chu kỳ, mạnh mẽ và nhanh chóng.

Cuối cùng, điện áp nguồn điện của chính bộ vi điều khiển 89C51 là 5 volt.Nó có hai chế độ tiêu thụ công suất thấp, cụ thể là chế độ chờ và chế độ giảm nguồn.Trong trường hợp bình thường, dòng điện tiêu thụ năng lượng của nó là 24mA, trong khi ở chế độ chờ, dòng điện tiêu thụ năng lượng của nó vẫn là 3mA.Ngay cả trong chế độ giảm nguồn, điện áp cung cấp của nó có thể giảm xuống còn 2V.Tuy nhiên, để lưu dữ liệu trong RAM nội bộ, nó cũng cần cung cấp khoảng 50UA dòng điện.So sánh, loạt MSP430 của các bộ vi điều khiển có hiệu suất công suất thấp vượt trội.Do đó, MSP430 phù hợp hơn với các thiết bị và sản phẩm đo chạy bằng pin.

• Hệ thống thu thập dữ liệu: Với ADC 12 bit và bộ so sánh, nó tích hợp các thành phần khác nhau như nhiều bộ hẹn giờ và USART lên một chip duy nhất, kết xuất nó rất phù hợp cho các ứng dụng trong các hệ thống thu thập dữ liệu.

• Nút cảm biến: Do mức tiêu thụ năng lượng thấp, nó phù hợp với các mạng cảm biến không dây và có thể mở rộng thời lượng pin của các nút cảm biến một cách hiệu quả.

• Hệ thống điều khiển tự động: MSP430 có thể được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động như kiểm soát công nghiệp, tự động hóa nhà và hệ thống tự động hóa tòa nhà.Hiệu suất cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng điều khiển chạy dài.

• Các thiết bị di động: Tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp của nó làm cho nó lý tưởng cho các thiết bị di động như đồng hồ, máy tính cầm tay, máy theo dõi thể thao và thiết bị y tế.

• Công cụ thông minh: Bộ vi điều khiển MSP430 sử dụng bộ nhớ flash làm lưu trữ chương trình, hỗ trợ lập trình trực tuyến JTAG cho các tác vụ thuận tiện như tải xuống chương trình, mô phỏng, gỡ lỗi và nâng cấp.Tính năng này đã dẫn đến việc áp dụng rộng rãi của nó trong trường Đồng hồ thông minh.

• Đồng hồ thông minh: MSP430 được sử dụng rộng rãi trong các đồng hồ thông minh.Nó giám sát việc sử dụng sức mạnh, thực hiện điều chỉnh yếu tố công suất và truyền đạt các chức năng trong khi duy trì mức tiêu thụ năng lượng thấp, kéo dài đáng kể thời lượng pin.

• Thiết bị y tế: Do mức tiêu thụ điện năng thấp và gói nhỏ của MSP430, nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế, bao gồm các dụng cụ y tế di động và thiết bị theo dõi bệnh nhân.

Họ MSP430 của các bộ xử lý tín hiệu hỗn hợp RISC cực kỳ thấp từ Texas (TI) cung cấp giải pháp cuối cùng cho các ứng dụng đo chạy bằng pin.

Phần mềm MSP430ware là một tập hợp các tài nguyên thiết kế để phát triển với MSP430 MCU bao gồm nhiều lựa chọn các thư viện phần mềm được trừu tượng hóa cao.Phần mềm có sẵn dưới dạng thành phần của các phiên bản và phiên bản đám mây và máy tính để bàn IDE của Code Composer, hoặc là gói độc lập.

Hoạt động công suất thấp là một tính năng chính của MSP430.Thiết kế của nó cung cấp rò rỉ rất thấp, và nó hoạt động từ một đường ray cung cấp.Điều này mang lại một cống cực cực thấp khi bộ xử lý ở chế độ chờ.Một số chế độ công suất thấp được hỗ trợ, cân bằng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau.

Sự khác biệt chính giữa MSP430 và Arduino: Arduino được xây dựng để thành công nhanh khi chơi với nó.Hạn chế là nó sử dụng các thư viện chung để làm những việc đơn giản nhất.Giống như PC trong đó chương trình "Hello World" 1 dòng đơn giản tải hàng tấn DLL.MSP, tuy nhiên, yêu cầu bạn thực sự làm một cái gì đó.

Bộ vi điều khiển MSP430 là bộ xử lý tín hiệu hỗn hợp.Nó cung cấp một giải pháp một chip bằng cách tích hợp một số mạch tương tự chức năng khác nhau, các mô-đun mạch kỹ thuật số và bộ vi xử lý trên một chip duy nhất cho các yêu cầu ứng dụng thực tế.