MSP430低功耗运行模式原理分析及应用

MSP430系列是一款具有精简指令集的16位超低功耗混合型单片机。它包含冯诺依曼结构寻址方式（MAB）和数据存储方式（MDB）的灵活时钟系统，由于含有一个标准的地址映射和数字模拟外围接口的CPU，MSP430为混合信号应用需求提供了解决方案。

1、MSP430优点

与熟知的采用复杂指令集的8位51系列单片机相比，16位精简指令集的MSP430系列单片机的功能更强，运行速度更快。

（1）灵活的时钟系统

时钟系统是为电池供电的应用而特别设计的。一个低频率时钟直接由32kHz的晶振驱动（ACLK）。整合的高速数控振荡器（DCO）作为用于CPU和高速外围设备的主时钟源。DOC的建立保持时间小于6μs。基于MSP430的高性能16位RISC处理器设计可以在很短的距离实现高效率的数据传输。

（2）嵌入仿真

MSP430设备本身具有专用仿真逻辑电路，通过JTAG口可以进行嵌入式仿真，不需要附加任何外围电路，优点如下：支持全速执行、在线调试、设立断点和单步跟踪;在线调试设计与最终应用具有相同的特性;保护混合信号的完整性，并且不受线路干扰。

（3）地址空间MSP430

冯诺依曼体系结构可以与特殊功能寄存器（SFRs）共享一个地址空间。代码段存于偶地址，数据段访问单位为字节或字，可扩展寻址空间到64KB。

2、MSP430低功耗运行模式原理

TI的MSP430是一个特别强调低功耗的单片机系列，尤其适用于采用电池供电的长时间工作的场合。

2.1、运行模式

图1  MSP430工作模式状态图

MSP430系列为超低功耗应用软件设计，其工作模式状态如图1所示，基本时钟系统操作模式如表1所列。运行模式要考虑到三个不同的需求：低功耗;速度和数据的吞吐量;单个外围设备电流消耗的最小限度。

表1  MSP430x1xx基本时钟系统操作模式

MSP430典型电流消耗如图2所示。

图2   13x和14x设备对运行模式的典型电流消耗图

在状态寄存器中，用CPUOff、OSCOff、SCG0和SCG1位配置低功耗方式0～4。含以上方式控制位的优点是在中断服务程序中，当前工作状态可以保存在堆栈之上。如果在中断服务程序期间SR值未改变，那么程序溢出返回到先前工作状态。利用在中断服务程序内堆栈SR值，程序溢出能返回到不同的工作状态。模式控制位和堆栈能被任何指令访问。

当设置任一种模式的控制位时，被选择的工作状态立刻响应。如果时钟未被激活，用任何禁用时钟操作的外围设备都禁用，而且外围设备也可通过设置自身控制寄存器禁用。所有的I/O端口引脚和RAM/寄存器不被改变，所有的中断都可实现唤醒功能。

2.2、进入和退出低功耗模式

从任何低功耗运行模式启动的中断事件都可激活MSP430。①进入中断服务程序。PC和SR被储存在堆栈后，CPUOff、SCG1和OSCOff自动复位。②从中断服务程序返回的选择。原SR从堆栈取出，恢复原来的工作状态。当RETI指令执行时，储存在堆栈的SR位，在中断服务程序返回到一个不同的工作状态期间内，可被修正。

可利用低功耗模式延长使用寿命，因为延长低功率模式周期可使DCO禁用，这时DCO的负温度系数应当考虑。如果温度改变很大，在唤醒模式的DCO频率会与进入低功耗模式时有显著的不同，并且有可能超过工作范围。为避免以上情况，DCO在进入能够扩展周期时间的低功耗模式前设置为最低值，低功耗模式的温度可改变。