性能和功耗兼顾?MCU如何选 2020-08-18

 提到单片机(MCU),讲求性能之中,功耗绝对是极其重要的一个参数。而低功耗MCU则是TI业务中重要的组成部分,特别是自1996年推出以来,至今拥有500多余款产品的MSP430系列,可以算得上是低功耗的代表。

一直以来,开发人员都在功耗和性能之间不断做着妥协和平衡,很多时候无奈只能选择其一。然而越来越多的应用不仅提出了高性能的要求,还有着低功耗的需求,在这两难境地上,MSP430可以说是睿智之选。

20年立于不败之地,还在继续推出新品,不仅仅是因为它自身所拥有的低功耗。还拥有极高的性价比和超高的集成度,受到广大开发人员的青睐。而同时汇编语言使用起来非常灵活,寻址方式多,指令少,非常容易上手。

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MSP430强大的秘密

之所以拥有如此亮眼的低功耗,归功于其实是在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面的独到之处。MSP430的电源电压采用的是1.8~3.6V,因而可在1MHz时钟条件下运行时,芯片电流会在 200~400uA左右,时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。这种超低功耗下,对于环境和气体的辐射非常小,可以加强电干扰运行不受影响,可靠性高,非常适用于工业级的运行环境。另外,在运算速度方面,能在8MHz晶体的驱动下,实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合,能实现数字信号处理的某些算法(如FFT等)。

值得一提的是,由于采用了精简指令集(RISC)结构,因此具有非常丰富寻址方式和简洁的27条指令和大量模拟指令。由于FLASH型,则可在线对单片机进行调试和下载且JTAG口直接和FET的相连,无需额外的仿真工具,方便实用。

总体来说,这是一款低成本的MCU,开发人员可以灵活地定制常用的模拟和数字系统级功能,包括计时器、脉宽调制 (PWM)、系统和内部管理以及通信功能。所有功能都有文档和代码示例,增强了系统的易用性。

我们相信MSP430 单片机将会在工程技术应用中得以广泛应用。而且,它是通向DSP系列的桥梁,随着自动控制的高速化和低功耗化,MSP430 系列将会得到越来越多人的喜爱。

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16位与32位齐飞

通过上文我们了解到了MSP430是低功耗的MCU霸者,而TI并不局限于在16位MCU的发展,还推出了一款及低功耗32位ARM Cortex-M4F MCU。

MSP432内核选用了ARM M4F,拥有有性能很高的M4,加上浮点运算功能,相比市面普遍使用的Cortex M0+相比有着10倍的性能的差距。

与MSP430同理,这款产品仍然是主推低功耗和高性能。MSP432产品中集成了DC/DC,和以前的LDO相比,可把整个功耗再降40%。

在睡眠情况下,以前的做法还是要继续供电以确保SRAM的数据可以保留。MSP432则包含一种独特的可选RAM保持特性,此特性能够为运行所需的8个RAM段中每一个段提供专用电源,由此每个段的功耗可以减少30nA,从而降低了总体系统功率。值得一提的是,这款MCU的驱动部分放在了ROM内,不是在Flash运行,因此这样可以降低30%功耗,还可以让用户做C语言编程时可以更快地运行软件。通过测试显示,ROM中的驱动程序执行速度比Flash中高200%。

另外,MSP432产品内置了14位DAC,实际测量下来可以达到13.2ENOB性能,同时集成了参考比较器,可以支持差分输入。在采集上14位的ADC,以1MSPS的速度运行采样传感器时能耗仅有375uA,非常省电。

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学MSP430的好处

1、相比复杂指令集(CISC),MSP430是16位单片机,采用简洁27条指令的精简指令集(RISC)。大量的指令则是模拟指令,众多的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些内核指令均为单周期指令,功能强、运行速度快。

2、MSP430是低功耗的霸者,并且由于抗干扰性能强,成本低,特别适用于工业环境。诸如在传感测量领域的应用、电容触控、物联网连接。

3、MSP430基本架构是16位的,但其内部总线转换还存在8位总线,混合型的开放式结构对于8位功能模块和16位功能模块的模数转换都很方便。

4、MSP引进了Flash程序存储器和JTAG,开发工具简单,价格低廉,还可以在线编程。

5、低成本、低功耗、高性能一个都不妥协,一个MSP430解决不了的,用MSP432也能解决问题。

最后看一个典型的TI产品的参数,以MSP430G2系列产品作为范例:

这是一款经典的MSP430超低功耗微控制器(MCU)

提供低功耗,16位MSP微控制器的性能

针对成本敏感型应用的功能集

而这款产品超低功耗主要表现为:

1、220μA/ MHz的工作模式

2、0.7μA实时时钟模式

3、0.4μA待机模式(VLO)

4、0.1μARAM保持

5、超快速唤醒从待机模式<1微秒


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