CC BY
52MSP430FG461X
для портативных приложений с батарейным питанием
Алексей ПАНТЕЛЕИЧУК
pantel@compel.ru
В феврале этого года компания Texas Instruments объявила о выпуске серийных микроконтроллеров MSP430FG461x. Эта серия высокоинтегрированных устройств с низким энергопотреблением содержит до 120 кбайт Flash-памяти на кристалле, что позволяет применять их для реализации сложных алгоритмов управления в реальном времени. Микроконтроллеры построены на базе архитектуры MSP430X с расширенной моделью памяти 1 Мбайт, поэтому являются обратно совместимыми по коду со своими предшественниками.
Краткое описание MSP430FG461x
Серия микроконтроллеров FG461x содержит до 120 кбайт Flash-памяти и 8 кбайт RAM. Разработчики медицинского оборудования отмечают, что эти микроконтроллеры выгодно использовать в портативных устройствах, таких как цифровые измерители кислорода в крови, беспроводные электрокардиографы, которые требуют наличия высокоинтегрированной интеллектуальной периферии и большого объема памяти на кристалле. Микроконтроллеры серии FG461x содержат до трех операционных усилителей, 12-разрядный АЦП (ADC) со скоростью преобразования 200 тысяч выборок в секунду, 12-разрядный ЦАП (DAC), а также контроллер прямого доступа к памяти (DMA).
Улучшенный модуль эмуляции вместо дорогого внутрисхемного эмулятора ICE
Так как приложения становятся все более сложными, затраты при их разработке и отладке возрастают экспоненциально. В отличие от симуляторов, которые не могут полностью и точно воспроизвести поведение приложения, встроенный улучшенный модуль эмуляции (EEM), имеющийся во всех микроконтроллерах MSP430, позволяет отлаживать аппаратную и программную часть без затрат на внутрисхемный эмулятор ICE. EEM микроконтроллеров FG461x поддержи-
вает 8 аппаратных точек останова, буфер объемом 8x40 бит для хранения информации с шин данных и программ, а также различных флагов ядра, не влияя на ход выполнения основной программы.
Выбор микроконтроллера для приложений с батарейным питанием
Новое семейство микроконтроллеров М8Р430РС461х позиционируется производителем как решение для портативных приложений. Интересно сравнить это решение с аналогами других фирм. Такие приложения, как счетчики газа, воды, измерители глюкозы в крови, пульса, давления, состоят из следующих элементов. Это:
• датчик;
• модуль преобразования аналогового сигнала в цифровую форму;
• модуль управления питанием;
• модуль обработки данных и управления;
• модуль отображения информации.
В соответствии с этим можно определить основные требования к микроконтроллеру для портативного приложения:
• наличие АЦП;
• низкое энергопотребление;
• быстрый переход в активный режим из режима низкого энергопотребления;
• высокая производительность в активном режиме;
• наличие контроллера ЖКИ.
Микроконтроллеры с такими характеристиками есть у многих производителей, но мы остановимся на самых распространенных на российском рынке: Atmel, Freescale, Microchip, Texas Instruments (табл. 2). Разумеется, количество подобных микроконтроллеров довольно велико, но мы остановимся на самых «серьезных» соперниках.
Сложно сравнивать микроконтроллеры различных типов, например, 8-битные с 16-битными, по производительности, но в общем становятся понятными достоинства и недостатки основных претендентов. Если говорить об энергопотреблении, то MSP430 равных нет. Он меньше всего потребляет в режиме off mode (а в этом режиме микроконтроллер находится дольше всего) и быстрее всех выходит из него. Следующим преимуществом является большой объем Flash-памяти. То есть, если одной из задач приложения является накопление большого массива данных в процессе измерения, то MSP430FG461x побеждает. Третье достоинство — 16-разрядное ядро.
Средства отладки и софт
Теперь, когда мы оценили достоинства микроконтроллеров FG461x и решили их использовать в своем приложении, нужно понять, с чего начинать и как можно быстро вывести на рынок свое устройство.
Texas Instruments предлагает начинать разработку с помощью MSP-FET430U100, представляющего собой набор для программирования и отладки приложений на базе MSP430Fxxxx с Flash-памятью. Состоит этот набор из USB-JTAG адаптера и платы с ZIF-сокетом. Также в комплект входит интегрированная среда разработки IAR Kickstart,
Таблица 1
Сегментов ЖКИ Flash, кбайт RAM, Б GPIO F, МГц Vcc, В 16-bit Timers 8-bit Timer SPI UART ADC
MSP430FG4616 160 92 4096 80 8 1,8-3,6 2 2 SPI or UART 1 12-бит SAR
MSP430FG4617 160 92 8192 80 8 1,8-3,6 2 2 SPI or UART 1 12-бит SAR
MSP430FG4618 160 116 8192 80 8 1,8-3,6 2 2 SPI or UART 1 12-бит SAR
MSP430FG4619 160 120 4096 80 8 1,8-3,6 2 2 SPI or UART 1 12-бит SAR
АЦП Ядро F, Ml-ц Сегментов LCD Flash, кбайт RAM, байт Потребление в активном режиме Stand by, мкА Off mode, мкА Время старта, мкс Vcc, В
ATmega3290P 8 ch 10-бит 8-бит 20 160 32 2048 500-750 мкА на 1 МГц, 2 В 0,75-1 0,2-2 4300 1,8-5,5
ATmega329P 8 ch 10-бит 8-бит 20 100 32 2048 500-750 мкА на 1 МГц, 2 В 0,75-1 0,2-2 4300 1,8-5,5
ATmega169P 8 ch 10-бит 8-бит 16 100 16 1024 350-440 мкА на 1 МГц, 2 В 0,55-236 0,2-10 4300 1,8-5,5
MSP430FG4616 12-бит SAR 16-бит 160 92 4096 400 мкА на 1 МГц, 2,2 В 2,5 0,35 6 1,8-3,6
MSP430FG4617 12-бит SAR 16-бит 160 92 8192 400 мкА на 1 МГц, 2,2 В 2,5 0,35 6 1,8-3,6
MSP430FG4618 12-бит SAR 16-бит 160 116 8192 400 мкА на 1 МГц, 2,2 В 2,5 0,35 6 1,8-3,6
MSP430FG4619 12-бит SAR 16-бит 160 120 4096 400 мкА на 1 МГц, 2,2 В 2,5 0,35 6 1,8-3,6
MC9S08LC36LK 8 ch 12-бит 8-бит 20 160 36 2500 600-1700 мкА на 2 МГц, 3 В 0,6-20 0,35 данных нет 1,8-3,6
MC9S08LC60LK 8 ch 12-бит 8-бит 20 160 60 4000 600-1700 мкА на 2 МГц, 3 В 0,6-20 0,35 данных нет 1,8-3,6
PIC18F6490 12 ch 10-бит 8-бит 32 128 16 768 440-960 мкА на 4 МГц, 3 В 27-48 0,1-0,5 128 2,0-5,5
PIC18F64J90 12 ch 10-бит 8-бит 132 16 1024 440-960 мкА на 4 МГц, 3 В 27-48 0,1-0,5 128 2,0-3,6
PIC18F65J90 12 ch 10-бит 8-бит 132 32 2048 460 мкА на 1 МГц, 2.5 В 0,1-0,9 128 2,0-3,6
PIC18F8490 12 ch 10-бит 8-бит 32 192 16 768 440-960 мкА на 4 МГц, 3 В 27-48 0,1-0,5 128 2,0-5,5
PIC18F84J90 12 ch 10-бит 8-бит 32 192 16 1024 440-960 мкА на 4 МГц, 3 В 27-48 0,1-0,5 128 2,0-3,6
PIC18F85J90 12 ch 10-бит 8-бит 8 192 32 2048 460 мкА на 1 МГц, 2,5 В 8 0,1-0,9 128 2,0-3,6
включающая ассемблер, трассировщик, симулятор, отладчик и компилятор Си (ограниченный по размеру программы).
Более мощное решение — отладочную плату на базе MSP430FG4618 и CC2420 — предлагает компания Softbaugh. Такая плата, имеющая название SFB-DRFG4618, может значительно сократить сроки разработки (рисунок).
Отличительной характеристикой SFB-DRFG4618 является реализация протокола ZigBee. Стек ZigBee (Airbee Wireless ZNS-Lite), разработанный компанией Airbee, позволяет реализовать топологии «точка-точка», «звезда» и «многоячейковая сеть». Характеристики SFB-DRFG4618:
• инженерный кристалл X430F4618;
• ZigBee контроллер Chipcon CC2420, работающий на частоте 2,4 ГГц;
• 4-узловой ZigBee-стек ZNS-Lite от Airbee Wireless;
• разработка выполнена на базе Texas Instruments appnote SLAA264;
• питание от двух батареек типа AAA или от внешнего источника;
• интерфейс RS-232 — MAX3221;
• часовой кварц на 32 кГц;
• 4-выводной 12С-коннектор;
• потенциометр 50 кОм, подключенный ко входу АЦП;
стандартный ДЛО-разъем с поддержкой сигналов BSL;
все выводы микроконтроллера доступны на ГОС-разъемах;
4 пользовательских светодиода и 4 кнопки; установленный фирменный ЖКИ Softbaugh — SBLCDA4;
• макетные области с шинами питания;
• питание от двух батареек типа ААА или
внешнего источника +1,8...+3 В;
• печатная антенна;
• место под SMA-разъем.
Помимо выпуска отладочных плат, которые позволяют приступить к разработке софта без разработки своей платы, компания Texas Instruments решила проблему написания программы «с чистого листа». На сайте производителя имеются примеры на языках Си и ассемблер для инициализации и использования таких периферийных устройств, как АЦП, компаратор, ЦАП, контроллер прямого доступа к памяти, умножитель, последовательные порты, таймера, а также системы синхронизации и модуля управления питанием. Эти примеры программ размещены в архивах под названием slac121.zip (для ассемблера) и slac118.zip (для Си). При этом подразумевается, что используется среда разработки IAR.
Таким образом, новое семейство микроконтроллеров MSP430FG461x имеет лучшие характеристики по объему Flash-памяти, количеству периферийных устройств и потреблению энергии для RISC-микроконтроллеров на рынке, что, безусловно, привлечет к нему внимание серьезных разработчиков и производителей электронной техники. ■
