引言

　　单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单由电源供入及电源开关、复位电路、晶振、输入输出电路等就能构成系统。

　　MS P43 0F 149是一种新型的混合信号处理器，采用了美国德州仪器（Texas Instruments）公司低功耗技术（工作电流为0.1一400 p A ），它将大量的外围模块整合到片内，特别适合于开发和设计单片系统……MSP430F149芯片具有如下特点：

　　1）功耗低：电压2.2V、时钟频率1MHz时，活动模式为200μA；关闭模式时仅为0.1A，且具有5种节能工作方式。

　　2）高效16位RISC-CPU，27条指令，8MHz时钟频率时，指令周期时间为125ns，绝大多数指令在一个时钟周期完成；32kHz时钟频率时，16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片机20MHz时钟频率时的执行速度。

　　3）低电压供电、宽工作电压范围：1.8～3.6V；

　　4）灵活的时钟系统：两个外部时钟和一个内部时钟；

　　5）低时钟频率可实现高速通信；

　　6）具有串行在线编程能力；

　　7）强大的中断功能；

　　8）唤醒时间短，从低功耗模式下唤醒仅需6μs；

　　9）ESD保护，抗干扰力强；

　　10）运行环境温度范围为-40～+85℃，适合于工业环境。

　　MSP430系列单片机的所有外围模块的控制都是通过特殊寄存器来实现的，故其程序的编写相对简单。编程开发时通过专用的编程器，可以选择汇编或C语言编程，IAR公司为MSP430系列的单片机开发了专用的C430语言，可以通过WORKBENCH和C-SPY直接编译调试，使用灵活简单。

　　1 系统总体设计

　　系统是由保证处理器可靠工作所必须的基本电路组成的，主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、通信接口电路、数据存储电路组成，其硬件框图如图1所示。

　　1.1 电源电路

　　指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。电源有交流电源也有直流电源。直流电源电路分为开关电源和非开关电源两种形式，电路也大不相同。开关电源一般不使用变压器；非开关电源是传统的设计方式，电源电路里多使用变压器来变压后再整流滤波的方式。

　　本系统需要使用+5V和+3.3V的直流稳压电源，其中MSP430Fl49及部分外围器件需要+3.3V电源，另外部分需要+5V电源。在本系统中，以+5V直流电压为输入电压，+3.3V由+5V直接线性降压。电源电路原理如图2所示。

　　1.2 晶振电路

　　MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器（DCO）、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430内部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。

　　晶振其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本，通常都采用SRC将输出的采样频率固定在48kHz，但是SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。

　　低速晶体振荡器（LFXTl）满足了低功耗及使用32.768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即32.768kHz，也可以通过外接450kHz～8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，晶振外接2个22pF的电容经过XIN和XOUT连接到MCU。

　　高速晶振也称为第二振荡器XT2，它为MSP430F149工作在高频模式时提供时钟，XT2可达8MHz。在系统中XT2采用4MHz的晶体，XT2外接2个22pF的电容经过XT2IN和XT2OUT连接到MCU，原理如图3所示。

　　1.3 复位电路原理图

　　手动复位是系统常用的功能，本系统采用专用复位芯片IMP811实现手动复位，原理如图4所示。

　　1.4 通讯接口电路

　　通信接口担负与外围的串行主机数据交换和支持打印等任务。

　　串行通讯只需较少的端口就可以实现单片机和PC机的互通，具有无可比拟的优势。串行通讯有两种方式：异步模式和同步模式。MSP430系列都有USART模块来实现串行通信。在本设计中，MSP430F149的USART0模块通过RS232串口与外围的串行主机通信。

　　EIA-RS232标准是由美国电子工业协会（EIA）制定的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和Modem进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。RS232标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5V～-15V电平，标准逻辑“O”对应+5V～+15V电平。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。

　　本系统采用专用电平转换芯片MAX3232来实现。MAX3232芯片是MAXIM公司生产的电平转换芯片，包含两路接收器和驱动器，性能可靠。原理如图5所示。

　　1.5 数据存储电路

　　数据存储是数据流在加工过程中产生的临时文件或加工过程中需要查找的信息。数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。数据存储要命名，这种命名要反映信息特征的组成含义。数据流反映了系统中流动的数据，表现出动态数据的特征；数据存储反映系统中静止的数据，表现出静态数据的特征。

　　数据存储选择大容量的E2PROMCAT24WC256。它是一个256K位串行CMOS E2PROM，内部含有32768个字节，每字节为8位，CATALYST公司的先进CMOS技术减少了器件的功耗，CAT24WC256有一个64字节页写缓冲器该器件通过I2C总线接口进行操作。原理如图6所示。

　　2 结束语

　　系统可以直接作为部件应用与工程和科研中，具有良好的通用性和可扩展性。在系统的基础上，可以很方便地进行二次开发和功能扩展，能够缩短开发周期，降低开发成本。本文实现了系统的基本功能，介绍了各模块的硬件电路。该系统可以经过适当修改可应用于电子设计、计算机教学与科研、工业控制、航空领域等领域。