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这种低功耗中文人机交互界面需要设计者在选取MCU和具体元器件上有特殊考虑。微功耗、小体积应作为选择相关器件的首要要求。
设计中,笔者采用MSP430F149单片机作为系统的MCU,通过选择合适的液晶显示模块在3V电平构建了一个低功耗的中文人机界面。此中文人机界面构成了微功耗数据采集系统的重要组成部分。
一、MSP430系列FLASH型单片机的微功耗特点
德州仪器公司（TI）推出的MSP430F14x系列是超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它采用"冯-纽曼"结构,RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内。其具有丰富的片内外围,性价比极高。
MSP430F14x系列是TI的MSP430F1x系列（FLASH存储器型）单片机中功能最强大的子系列。F14x具有更大的程序和数据存储区、更多的外围模块,其片内甚至还包括一个硬件乘法器。同时F14x系列单片机开发工具简便,固化于FLASH存储器内的程序易于在线升级和调试,非常适合于开发消费类便携式电子产品。
MSP430F14x单片机集中体现了现代单片机先进的低功耗设计理念。其设计结构完全以系统低功耗运行为核心。
这种低功耗结构具体体现在以下四点：
（1）高集成度的完全单片化设计。
将很多外围模块集成到了MCU芯片中,增大硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计,这样系统不仅功能强、性能可靠、成本降低,而且便于进一步微型化和便携化。
（2）内部电路可选择性工作。
F14x单片机可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路,即依靠软件选择其中不同的外围功能模块,对于不使用的模块使其停止工作,以减少无效功耗。
（3）具有高速和低速两套时钟。
系统运行频率越高,电源功耗就会相应增大。为更好地降低功耗,F14x单片机可采用三套独立的时钟源：高速的主时钟、低频时钟（如32.768kHz）以及DCO片内时钟。可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率,以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下,可选用副时钟低速运行,进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率,或进行主时钟和副时钟切换。
（4）具有多种节能工作模式。
F14x单片机具有五种节能模式：LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4。这五种模式为其功耗管理提供了极好的性能保证。图1显示了活动状态（AM）与各种节能模式下消耗的实际工作电流大小。
图1 F14x的工作模式与工作电流关系
由于MSP430F14x系列是专为超低功耗的便携式应用开发的。利用先进的集成电路技术和生产工艺,其功耗已经跨越了毫安级,真正进军到了微安级。
不仅如此,F14x的软件结构也针对低功耗而设计。如从备用模式唤醒MCU仅需6μS。其中断和子程序调用无层次限制,这种丰富的中断能力减少了系统查询的需要,可以方便地设计出中断程序结构的控制程序。
利用F14x系列单片机,可以方便地构建一个低电压的工作平台。通过各功能模块的智能运行管理和MCU的节能模式相结合,可以解决运行速度、数据流量与低功耗设计的矛盾,将各功能模块的电流消耗降至最低状态,限制活动状态至最低要求。经过这样优化,可以实现单片机的极低功耗。如在1MHz工作频率下,F14x只消耗0.1～400μA电流（1.8～3.6V供电）,如1.8V供电时,执行时仅消耗160uA的电流,备用时0.1uA,这时RAM中的数据还能有效保持。
概括来说,MSP430F14x单片机具有极低的功耗、强大的处理能力、丰富的片上外围模块,方便高效的开发方式。
本系统采用的MSP430F149单片机,是F14x系列中功能最强大的一款。它具有一个硬件乘法器、6个I/O端口（每个有8个I/O口）、1个精确的模拟比较器、2个具有捕捉/比较寄存器的定时器、8路12位A/D转换器、片内看门狗定时器、2个串行通信接口和60KB的FlashROM,2KB RAM。
F149还具有强大的扩展功能,其具有48个I/O引脚,每个I/O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器,使得功能口和通用I/O口可以复用,大大增强了端口功能和灵活性,提高了对外围设备的开发能力。
MSP430F149的以上特点,使其非常适合于构成一个全功能的便携式单片机应用系统。
