การวิเคราะห์เปรียบเทียบไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 และ 89C51: คุณสมบัติและแอปพลิเคชัน

ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดี่ยวไม่ได้เป็นเพียงแค่ชิปที่มีฟังก์ชั่นลอจิกเฉพาะ แต่ระบบคอมพิวเตอร์ที่รวมอยู่ในชิปบทความนี้จะแนะนำลักษณะการพัฒนาองค์ประกอบหลักข้อดีและข้อเสียแอปพลิเคชันและความแตกต่างระหว่าง MSP430 และ 89C51 เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจไมโครคอนโทรลเลอร์นี้ได้ดีขึ้นและให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับการออกแบบระบบฝังตัว

ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดี่ยวเป็นชิปวงจรรวมมันใช้เทคโนโลยีวงจรรวมขนาดใหญ่มากเพื่อรวมฟังก์ชั่นเช่นหน่วยประมวลผลส่วนกลาง CPU ที่มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลความหลากหลายของพอร์ต I/O, ระบบขัดจังหวะ, ROM หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว, RAM หน่วยความจำการเข้าถึงแบบสุ่ม, ตัวจับเวลา/เคาน์เตอร์รวมถึงวงจรไดรเวอร์จอแสดงผลวงจรการมอดูเลตกว้างพัลส์มัลติเพล็กเซอร์อะนาล็อกตัวแปลง A/D และวงจรอื่น ๆ จะถูกรวมเข้ากับชิปซิลิกอนเพื่อสร้างระบบไมโครคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก แต่สมบูรณ์ตั้งแต่ปี 1980 ไมโครคอนโทรลเลอร์ได้พัฒนาจาก 4 บิตและ 8 บิตเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ความเร็วสูง 300 ม. ปัจจุบัน

เมื่อเทียบกับไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้งานทั่วไปที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลนั้นไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ภายนอกดังนั้นจึงประหยัดค่าใช้จ่ายมันมีระดับการรวมที่สูงขึ้น แต่ถูก จำกัด ด้วยข้อกำหนดที่กำหนดไว้และมีฟังก์ชั่นที่ค่อนข้างเฉพาะเจาะจงข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดคือมันมีขนาดเล็กและเหมาะสำหรับการฝังเครื่องมืออย่างไรก็ตามมีความจุที่เก็บข้อมูลที่เล็กลงและอินเทอร์เฟซอินพุตและเอาต์พุตที่ง่ายกว่า

MSP430 ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นชุดไมโครคอนโทรลเลอร์ 16 บิตที่ผลิตโดย Texas Instruments พร้อมการใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษเป็นคุณสมบัติหลักมันใช้ชุดคำสั่งลด (RISC) และเป็นโปรเซสเซอร์แบบผสมสัญญาณที่รวมโมดูลดิจิตอลและอะนาล็อกและโปรเซสเซอร์มันมีข้อดีของแรงดันไฟฟ้าต่ำการใช้พลังงานต่ำการรวมสูงรวมถึงความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงที่ดีและความน่าเชื่อถือดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขาเช่นการสื่อสารไร้สายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์บ้านอัจฉริยะอุปกรณ์การแพทย์และระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม

• CC1352P

• CC1352R

• CC3200

ซีรีย์ MSP430 มีอุปกรณ์สามประเภท ได้แก่ ประเภท OTP ประเภทแฟลชและประเภท ROM และวิธีการพัฒนาของพวกเขาแตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์ประเภท OTP และ ROM เรามักจะต้องใช้อีมูเลเตอร์เพื่อการพัฒนาจากนั้นทำการเขียนโปรแกรมหรือปิดบังชิปอุปกรณ์ประเภทแฟลชมีสภาพแวดล้อมการพัฒนาและการดีบักที่สะดวกมากเนื่องจากอุปกรณ์มีอินเทอร์เฟซการดีบัก JTAG บนชิปและหน่วยความจำแฟลชที่สามารถลบล้างได้ทางไฟฟ้าจึงสามารถดาวน์โหลดโปรแกรมเพื่อแฟลชก่อนจากนั้นควบคุมการทำงานของโปรแกรมผ่านซอฟต์แวร์ในอุปกรณ์ด้วยวิธีนี้มันสามารถอ่านข้อมูลบนชิปผ่านอินเตอร์เฟส JTAG เพื่อให้นักออกแบบดีบั๊กโดยไม่จำเป็นต้องใช้อีมูเลเตอร์และโปรแกรมเมอร์สำหรับอุปกรณ์ประเภทแฟลชนอกจากนี้ยังมีเครื่องมือการพัฒนาที่สะดวกและอินเทอร์เฟซอื่น ๆ เช่นตัวจับเวลาฮาร์ดแวร์ ADC ฯลฯ ดังนั้นนอกเหนือจากภาษาแอสเซมบลีและภาษา C แล้วเรายังสามารถเลือกภาษาการพัฒนาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องตามความต้องการของแอปพลิเคชันเฉพาะ

เหตุผลที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 มีการใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษเป็นเพราะมันเป็นเอกลักษณ์ในการลดแรงดันไฟฟ้าของชิปและนาฬิกาปฏิบัติการที่ยืดหยุ่นและควบคุมได้

ก่อนอื่นช่วงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟของไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 Series คือ 1.8 ถึง 3.6Vดังนั้นเมื่อทำงานที่ความถี่นาฬิกาที่ 1MHz กระแสต่ำสุดของชิปจะอยู่ที่ประมาณ165μAในเวลาเดียวกันการใช้พลังงานต่ำสุดในโหมดการเก็บรักษา RAM เพียง0.1μAประการที่สองไมโครคอนโทรลเลอร์ชุดนี้มีการออกแบบระบบนาฬิกาที่เป็นเอกลักษณ์ในซีรี่ส์ MSP430 มีระบบนาฬิกาที่แตกต่างกันสองระบบรวมถึงระบบนาฬิกาพื้นฐานและระบบนาฬิกา Loop (FLL และ FLL+) ความถี่รวมถึงระบบนาฬิกา DCO Digital Oscillatorเราจำเป็นต้องใช้ Crystal Oscillator (เช่น DT-26 หรือ DT-38) เพื่อให้นาฬิกาสำหรับ CPU และข้อกำหนดการทำงานที่หลากหลายนอกจากนี้นาฬิกาเหล่านี้สามารถเปิดและปิดได้ภายใต้การควบคุมของคำแนะนำช่วยให้สามารถควบคุมการใช้พลังงานโดยรวมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบทำงานในโหมดการทำงานที่แตกต่างกันซึ่งส่งผลให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการใช้พลังงานชิปมีสองโหมดที่ใช้งานอยู่ (AM) และโหมดพลังงานต่ำห้าโหมด (LPM0 ~ LPM4) ในระบบในโหมดนาฬิกาแบบเรียลไทม์การใช้พลังงานของชิปสามารถถึงระดับสูงของ2.5μAในขณะที่อยู่ในโหมด RAM Hold การใช้พลังงานของชิปสามารถลดลงได้อย่างน้อย0.1μA

ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 ซีรี่ส์แต่ละชุดรวมความมั่งคั่งของอุปกรณ์ต่อพ่วงบนชิปและชิปบนชิปรวมถึง Watchdog (WDT) ตัวเปรียบเทียบอะนาล็อก A, TIMER_A0, TIMER_A1, TIMER_B0, UART, SPI, I2CADC /12 บิต, 16 บิตσ-Δ ADC, DMA, ตัวจับเวลาพื้นฐาน, นาฬิกาเรียลไทม์ (RTC) และตัวควบคุม USB ฯลฯ

ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 ซีรี่ส์สามารถบรรลุวัฏจักรการเรียนการสอน 40NS ที่ขับเคลื่อนด้วยคริสตัล 25MHzความกว้างของข้อมูล 16 บิตวงจรการสอน 40NS และตัวคูณฮาร์ดแวร์มัลติฟังก์ชั่นช่วยให้สามารถใช้อัลกอริทึมบางอย่างสำหรับการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (เช่น FFT ฯลฯ )

ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 Series เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ 16 บิตที่ใช้โครงสร้างชุดคำสั่งลดลง (RISC) และมีโหมดที่อยู่ที่หลากหลายคำแนะนำหลักของไมโครคอนโทรลเลอร์ชุดนี้เป็นเรื่องง่ายและยังมีคำแนะนำแบบอะนาล็อกจำนวนมากนอกจากนี้การลงทะเบียนจำนวนมากและหน่วยความจำข้อมูลบนชิปสามารถมีส่วนร่วมในการดำเนินการที่หลากหลายโดยให้คำแนะนำการประมวลผลการค้นหาตารางที่มีประสิทธิภาพลักษณะเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถรวบรวมโปรแกรมแหล่งที่มีประสิทธิภาพ

ความทรงจำของโปรแกรมของไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 แต่ละชุดรวมถึง OTP, ROM, EPROM และแฟลชประเภท

CPU ของไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 Series นั้นเหมือนกับไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีวัตถุประสงค์ทั่วไป แต่มันใช้โครงสร้างและระบบการสอนที่มุ่งเน้นการควบคุมในการออกแบบโครงสร้าง CPU หลัก MSP430 ได้รับการออกแบบด้วยชุดคำสั่งที่มีความคล่องตัวและความโปร่งใสสูงรวมถึงคำแนะนำภายในที่ดำเนินการโดยฮาร์ดแวร์และคำแนะนำการจำลองตามโครงสร้างฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่การออกแบบนี้ช่วยเพิ่มความเร็วในการดำเนินการตามคำสั่งและประสิทธิภาพซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการประมวลผลแบบเรียลไทม์ของ MSP430

มันเชื่อมต่อกับ CPU ผ่าน MAB, MDB และบริการขัดจังหวะและสายการร้องขอโมดูลอุปกรณ์ต่อพ่วงในชุดผลิตภัณฑ์ MSP430 ต่างๆอาจแตกต่างกันทั้งในประเภทและปริมาณพวกเขามักจะเป็นการรวมกันของโมดูลอุปกรณ์ต่อพ่วงเช่นโมดูลนาฬิกา, สุนัขเฝ้าบ้าน, พอร์ต, ตัวจับเวลาพื้นฐาน, ตัวจับเวลา A, ตัวจับเวลา B, ตัวเปรียบเทียบ A, พอร์ตอนุกรม 0, พอร์ตอนุกรม 1, ไดรเวอร์ LCD-Digital Converter, ตัวคูณฮาร์ดแวร์, DMA Controller ฯลฯ

โปรแกรมง่าย ๆ : เครื่องมือพัฒนา MSP430 นั้นง่ายและใช้งานง่ายและผู้ใช้สามารถใช้งานได้โดยใช้ภาษาการเขียนโปรแกรมที่หลากหลายเช่นภาษา C และภาษาแอสเซมบลี

ราคาที่ไม่แพง: เมื่อเทียบกับซีรี่ส์ไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ ราคาของมันมีราคาไม่แพงและเหมาะสำหรับใช้ในแอปพลิเคชันราคาประหยัด

การจำลองที่มีความแม่นยำสูง: มีวงจรอะนาล็อกที่มีความแม่นยำสูงในตัวซึ่งมีความสามารถในการรวบรวมและประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกที่แม่นยำ

การใช้พลังงานต่ำ: ซีรีย์ MSP430 ใช้เทคโนโลยีที่มีพลังงานต่ำหลากหลายชนิดทำให้สามารถใช้พลังงานน้อยมากในโหมดสแตนด์บาย

สนับสนุนโปรโตคอลการสื่อสารที่หลากหลาย: รองรับโปรโตคอลการสื่อสารหลายอย่างเช่น I2C, SPI, UART ฯลฯ เพื่ออำนวยความสะดวกในการสื่อสารกับอุปกรณ์อื่น ๆ

ทรัพยากรการพัฒนาที่ จำกัด : ตรงกันข้ามกับซีรี่ส์ไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ MSP430 มีทรัพยากรการพัฒนาค่อนข้างน้อยดังนั้นผู้ใช้จึงต้องค้นหาข้อมูลที่เกี่ยวข้องและแก้ปัญหาด้วยตนเอง

ความจุขนาดเล็ก: ความจุในการจัดเก็บค่อนข้างเล็กและไม่เหมาะสำหรับสถานการณ์แอปพลิเคชันที่ต้องใช้โปรแกรมและการจัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก

ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า: เมื่อเทียบกับซีรีย์ไมโครคอนโทรลเลอร์ประสิทธิภาพสูงอื่น ๆ MSP430 ทำงานช้าลงและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในสถานการณ์แอปพลิเคชันประสิทธิภาพสูง

MSP430 และ 89C51 เป็นทั้งไมโครคอนโทรลเลอร์และพวกมันแตกต่างกันในด้านต่อไปนี้

ก่อนอื่นเนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ 89C51 Series มีบัสภายใน 8 บิตโมดูลฟังก์ชั่นภายในนั้นเป็น 8 บิตแม้ว่าโมดูลการทำงานภายในจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่โครงสร้างนั้นมีข้อ จำกัด ที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มส่วนประกอบการทำงานแบบอะนาล็อกนั้นยากกว่าในทางตรงกันข้ามสถาปัตยกรรมพื้นฐานของซีรี่ส์ MSP430 คือ 16 บิตภายในแม้ว่าจะมีการแปลงบัสข้อมูล แต่ก็ยังมีบัส 16 บิตและเป็นโครงสร้างไฮบริดดังนั้นสำหรับสถาปัตยกรรมแบบเปิดนี้ไม่ว่าจะเป็นการขยายโมดูลการทำงาน 8 บิตหรือโมดูลการทำงาน 16 บิตเช่นการขยายโมดูลการทำงานเช่นการแปลงแบบอะนาล็อก/ดิจิตอลหรือการแปลงดิจิตอล/อะนาล็อกนั้นสะดวกมากนี่คือเหตุผลที่ผลิตภัณฑ์ MSP430 และส่วนประกอบการทำงานของพวกเขาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ประการที่สองเครื่องมือการพัฒนาของพวกเขาแตกต่างกัน89C51 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวแรกที่เข้าสู่ China ดังนั้นผู้คนจึงได้สร้างเครื่องมือการพัฒนาที่เหมาะสมมากมายอย่างไรก็ตามวิธีการใช้การเขียนโปรแกรมออนไลน์ยังคงเป็นปัญหาใหญ่สำหรับซีรี่ส์ MSP430 เนื่องจากการเปิดตัวหน่วยความจำโปรแกรมแฟลชและเทคโนโลยี JTAG ไม่เพียง แต่เครื่องมือการพัฒนาที่ใช้งานง่าย แต่ราคาก็ค่อนข้างต่ำนอกจากนี้ยังรองรับการเขียนโปรแกรมออนไลน์

นอกจากนี้ 89C51 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตมันใช้ชุดคำสั่งที่ซับซ้อนที่เรียกว่า "CISC" พร้อมคำแนะนำ 111 คำแนะนำไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ 16 บิตที่ใช้โครงสร้างชุดคำสั่งที่ลดลงด้วยคำแนะนำที่กระชับเพียง 27 คำในขณะเดียวกันคำแนะนำแบบอะนาล็อกจำนวนมากใช้การลงทะเบียนจำนวนมากและหน่วยความจำข้อมูลบนชิปทำให้พวกเขาสามารถมีส่วนร่วมในการดำเนินการที่หลากหลายคำแนะนำหลักเหล่านี้คือคำแนะนำวัฏจักรเดี่ยวที่ทรงพลังและรวดเร็ว

ในที่สุดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟของไมโครคอนโทรลเลอร์ 89C51 นั้นคือ 5 โวลต์มันมีโหมดการบริโภคพลังงานต่ำสองโหมดคือโหมดสแตนด์บายและโหมดพลังงานลงภายใต้สถานการณ์ปกติกระแสการใช้พลังงานของมันคือ 24mA ในขณะที่อยู่ในโหมดสแตนด์บายกระแสการใช้พลังงานยังคงเป็น 3mAแม้ในโหมดพลังงานลงแรงดันไฟฟ้าของมันสามารถลดลงเป็น 2Vอย่างไรก็ตามเพื่อที่จะบันทึกข้อมูลใน RAM ภายในก็จำเป็นต้องให้ประมาณ 50UA ของกระแสในการเปรียบเทียบไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 มีประสิทธิภาพต่ำที่เหนือกว่าดังนั้น MSP430 จึงเหมาะสำหรับเครื่องมือที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และผลิตภัณฑ์มิเตอร์

•ระบบการเก็บข้อมูล: มี ADC 12 บิตและตัวเปรียบเทียบมันรวมส่วนประกอบต่าง ๆ เช่นตัวจับเวลาหลายตัวและ USART ลงในชิปเดียวทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันในระบบเก็บข้อมูล

•โหนดเซ็นเซอร์: เนื่องจากการใช้พลังงานต่ำจึงเหมาะสำหรับเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายและสามารถยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

•ระบบควบคุมอัตโนมัติ: MSP430 สามารถใช้ในระบบควบคุมอัตโนมัติเช่นการควบคุมอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติในบ้านและระบบการสร้างระบบอัตโนมัติประสิทธิภาพสูงและการใช้พลังงานต่ำทำให้เหมาะสำหรับการควบคุมการควบคุมระยะยาว

•อุปกรณ์พกพา: การใช้พลังงานต่ำมากทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพาเช่นนาฬิกาเครื่องคิดเลขพกพาเครื่องติดตามกีฬาและอุปกรณ์การแพทย์

•เครื่องมืออัจฉริยะ: ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 ใช้หน่วยความจำแฟลชเป็นที่เก็บโปรแกรมสนับสนุนการเขียนโปรแกรมออนไลน์ JTAG สำหรับงานที่สะดวกเช่นการดาวน์โหลดโปรแกรมการจำลองการดีบักและการอัพเกรดคุณลักษณะนี้นำไปสู่การยอมรับอย่างกว้างขวางในฟิลด์ Smart Meter

• Smart Meters: MSP430 ใช้กันอย่างแพร่หลายในสมาร์ทเมตรมันตรวจสอบการใช้พลังงานดำเนินการแก้ไขปัจจัยพลังงานและสื่อสารฟังก์ชั่นในขณะที่ยังคงการใช้พลังงานต่ำยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างมีนัยสำคัญ

•อุปกรณ์การแพทย์: เนื่องจากการใช้พลังงานต่ำและแพ็คเกจขนาดเล็กของ MSP430 จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์การแพทย์รวมถึงเครื่องมือทางการแพทย์แบบพกพาและอุปกรณ์ตรวจสอบผู้ป่วย

ตระกูล MSP430 ของโปรเซสเซอร์ขนาด 16 บิต RISC แบบผสมขนาด 16 บิตจาก Texas Instruments (TI) ให้บริการโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานการวัดที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ซอฟต์แวร์ MSP430ware เป็นชุดของแหล่งข้อมูลการออกแบบสำหรับการพัฒนาด้วย MSP430 MCUs รวมถึงไลบรารีซอฟต์แวร์ที่มีนามธรรมสูงให้เลือกมากมายซอฟต์แวร์นี้มีให้เป็นส่วนประกอบของ Code Composer Studio ™ Desktop และรุ่นคลาวด์หรือเป็นแพ็คเกจสแตนด์อโลน

การทำงานของพลังงานต่ำเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ MSP430การออกแบบของมันให้การรั่วไหลต่ำมากและมันทำงานจากรางซัพพลายเดี่ยวสิ่งนี้ให้ท่อระบายน้ำกระแสต่ำมากเมื่อโปรเซสเซอร์อยู่ในโหมดสแตนด์บายรองรับโหมดพลังงานต่ำหลายโหมดซึ่งสมดุลความต้องการของแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง MSP430 และ Arduino: Arduino ถูกสร้างขึ้นเพื่อความสำเร็จอย่างรวดเร็วเมื่อเล่นกับมันข้อเสียเปรียบคือใช้ไลบรารีทั่วไปเพื่อทำสิ่งที่ง่ายที่สุดเช่นเดียวกับพีซีที่โปรแกรม "Hello World" 1 บรรทัดง่าย ๆ โหลด DLLs ตันอย่างไรก็ตาม MSP ต้องการให้คุณทำอะไรบางอย่างจริง ๆ

ไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430 เป็นโปรเซสเซอร์แบบผสมสัญญาณมันมีโซลูชันชิปเดียวโดยการรวมวงจรอะนาล็อกที่ใช้งานได้หลายแบบโมดูลวงจรดิจิตอลและไมโครโปรเซสเซอร์บนชิปเดียวสำหรับข้อกำหนดแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริง