基于MSP430F5438A的最小系統設計

摘 要：單片機最小系統，或者稱為最小應用系統，是指用最少的元件組成的、沒有輸入輸出擴展、功能有限但可以獨立運行的系統。對MSP430系列單片機來說，除了MSP430F5438A芯片以外，最小系統還通常包括基本輔助電路，比如電源電路、時鐘振蕩電路、復位電路和JTAG仿真接口。它們都是保證整個系統正常運行的關鍵部分。

關鍵詞：最小系統；MSP430；單片機

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 06-0000-01

MSP430F5438A芯片是美國Texas Instruments公司推出的超低功耗微處理器，配置有256KB+512B 閃存存儲器，16KB隨機存儲器，有3個捕捉/比較寄存器的16位定時器，一個高性能的12位、自帶采樣保持的模/數轉換器，多達4個通用串行通信接口，支持32位操作的硬件乘法器，3個通道內部的直接存儲器存取，帶鬧鐘功能的實時時鐘模塊，多達87個I/O引腳。MSP430F5438A還具有如下特性[2]：

（1）統一時鐘系統。鎖頻環回路控制穩定頻率；低功耗、低頻內部鐘源；修正過的低頻內部參考源；32KHz晶振；最高32MHz的高頻晶振。

（2）靈活的電源管理系統。帶可編程管理核心供電電壓的完全集成的低壓差線性穩壓器；供電電壓監督、監控和管制功能。

（3）超低功耗。活動模式165A/MHz（8 MHz下）；待機模式2.60A；關斷模式0.1A。

一、系統總體設計

雖然最小系統在單片機芯片的基礎上，僅僅在外部增加了一些電源電路、時鐘晶振電路、復位電路和JTAG接口電路，但是這些電路卻都是保證整個單片機系統正常運行的最關鍵的組成部分。其中電源電路、時鐘晶振電路或復位電路任何部分工作不正常，都將導致整個系統無法正常運作[1]。

（一）電源電路

本系統所有電路統一采用3.3V直流供電，為了提高兼容性，系統也提供5V供電接口，再利用板載AMS1117-3.3穩壓芯片為系統提供穩定的3.3V直流電源。出于安全性考慮，系統在電源輸入端設計有熔絲實現電流過載保護，肖特基二極管防止電源反接時破壞后續的電路。電源與地之間的旁路電容采用電解電容與普通電容并聯的方式，大大減少噪聲的影響，提高供電的質量。

（二）復位電路

復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位[1]。本系統采用傳統的按鍵加RC串聯電路的方式實現[1]。

（三）晶振電路

MSP430F5438A的時鐘系統包含XT1振蕩器、XT2振蕩器、數控振蕩器（DCO）、低功耗、低頻振蕩器（VLO）、修正過的低頻參考振蕩器（REFO）一共5個時鐘源[2]。其中后3個時鐘源已經集成在單片機芯片的內部，系統中只需要設計XT1、XT2振蕩器兩部分電路。

XT1振蕩器默認工作在低頻模式，支持使用32.768KHz晶振達到超低功耗[3]。它當然也支持高頻模式，可以外接高速晶振或諧振器。本電路中使用低頻模式，晶振兩級和地之間還接有30pF的電容幫助起振，然后連接至對應的芯片引腳。

XT2振蕩器和XT1的高頻模式相同。雖然兩引腳與通用I/O口復用，但是系統默認設置為時鐘引腳[3]。系統中采用8MHz晶振，晶振兩級和地之間還接有30pF的電容幫助起振，然后連接至對應的芯片引腳。

（四）JTAG和Spy-Bi-Wire仿真調試接口

本系統為MSP430F5438A芯片設計JTAG仿真接口，完全兼容Texas Instruments公司的官方標準。通過官方或第三方的仿真器即可方便地對系統進行編程和在線調試。JTAG使用4根信號線，可以穩定仿真并快速訪問芯片內部的寄存器、RAM存儲器等資源。JTAG接口引腳定義為1：TDO，2：VCC，3：TDI，5：TMS，7：TCK，8：TEST，9：GND，11：RST。

本系統還預留了Spy-Bi-Wire（SBW）仿真接口[2]。SBW，也簡稱兩線制JTAG，由SBWTCK（與JTAG接口的8腳TEST復用）與SBWTDIO（與JTAG接口的11腳RST復用）組成[4]。該接口不僅用于MSP430F5XX系列，也適用于引腳數小于28的2系列單片機。SBW接口的優點是占用的引腳資源少，僅用2根信號線即可完成在線調試的功能，不過其仿真速度和穩定性不如4線制JTAG方式。

二、結束語

MSP430系列單片機最小系統因其良好的通用性和可擴展性可直接作為核心控制器件[7]，不僅可以應用于許多傳統的單片機應用領域，如儀器儀表、自動控制、消費品領域，更適用于一些電池供電的低功耗產品，如能量表（水表、電表、氣表等）、手持式設備、智能傳感器，以及需要較高運算性能的智能儀器設備。

參考文獻：

[1]洪利，章揚，李世寶.MSP430單片機原理與應用實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]任保宏.MSP430單片機原理與應用 MSP430F5xx/6xx系列單片機入門?提高與開發[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3]施保華.MSP430單片機入門與提高 全國大學生電子設計競賽實訓教程[M].武漢：華中科技大學出版社，2013.

[4]楊艷琴，翟曉曙，沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機實踐與系統設計[M].北京：清華大學出版社，2005.

[5]李彬，王朝陽，卜濤等.基于MSP430F149的最小系統設計[J].國外電子測量技術，2009（12）：74-76.

[6]楊平，王威.MSP430系列超低功耗單片機及應用[J].國外電子測量技術，2008（12）：48-50.

[作者簡介]薛盛可（1993-），男，浙江溫州人，本科，研究方向：通信工程；徐曉霞（1992-），女，浙江寧波人，本科，研究方向：通信工程；趙磊（1994-），男，甘肅定西人，本科，研究方向：電子信息工程。