体验神奇的SAC — MSP-EXP430FR2355 LaunchPad评测

发布于 2020-12-1 10:45
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在MCU内部也可以配置模拟信号链?这种事想到的人估计不少,但是恐怕只有兼具模拟技能和低功耗MCU技能的TI才能实现。MSP430FR2355将刷新你对於MSP430家族的认知。

也许我们对MSP430的认识还停留在令人印象深刻的低功耗之上,但是TI已不满足于此了。最近发布的MSP430FR2355却为我们带来了新的惊喜:除了低功耗,此次新产品还带来了智能模拟组合(SAC)功能,SAC内部集成了DAC、可编程增益放大器(PGA)、ADC及OP等模块,通过组合这些模块,可以得到更加灵活的模拟信号处理功能。

 

MSP-EXP430FR2355 LaunchPad开发套件是基于 MSP430FR2355 超值系列微控制器 (MCU) 的易于使用的评估模块 (EVM)。它包含了在超低功耗 MSP430FR2x 超值系列 MCU 平台上进行开发所需要的全部资源,包括用于编程、调试和能量测量的板载调试探针。开发板包含 2 个按钮和 2 个 LED,用于创建简单的用户界面。另外还有用于外部模拟源的环境光传感器和连接器。

 

MSP430FR2355 MCU 包含可配置信号链元件智能模拟组合,其中包括多个 12 位 数模转换器 (DAC) 和可编程增益放大器 (PGA) 以及一个 12 位模数转换器 (ADC) 和两个增强型比较器 (eCOMP) 选项。开箱即用的演示之一包括用于展示部分智能模拟组合配置的 GUI。

 

24MHz MSP430FR2355 器件采用 32KB 的嵌入式 FRAM(铁电随机存取存储器),这是一种以超低功耗、高擦写次数和高速写入访问而闻名的非易失性存储器。通过结合使用 4KB 的片上 SRAM,用户可以访问 32KB 的存储器,并根据需要在程序和数据之间进行分配。例如,数据记录应用可能需要大型数据存储器以及相对较小的程序存储器,所以可根据需要分配程序存储器和数据存储器。

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包装还是老风格,红黑主色调,加上白色的文字LOGO,极具视觉冲击效果。

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MSP-EXP430FR2355 LaunchPad开发板的主要特性如下

• ULP FRAM 技术,基于具有智能模拟组合的 MSP430FR2355 16 位 MCU

• 板载 eZ-FET 调试探针,采用可用于超低功耗调试的 EnergyTrace 技术

• 40 引脚 LaunchPad 接头,可利用 BoosterPack 生态系统

• 2 个按钮和 2 个 LED,便于用户交互

• 板载环境光传感器

• 板载 Grove 模块接口,用于添加外部传感器、传动器等

TI官方将MSP430FR235x、MSP430FR215x 系列MCU称为混合信号微控制器,在SAC的帮助上,处理模拟信号将更加得以应手

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MSP430FR215x和MSP430FR235x 微控制器 (MCU) 均属于 MSP430™MCU 超值系列超低功耗低成本器件产品系列,该产品系列适用于检测和测量 应用。MSP430FR235x MCU 集成了四个称之为智能模拟组合的可配置信号链模块,每个组合均可用作 12 位 DAC 或可配置可编程增益运算放大器,以满足系统的特定需求,同时缩减 BOM 并减小 PCB 尺寸。该器件还包含一个 12 位 SAR ADC 和两个比较器。

 

MSP430FR215x 和 MSP430FR235x MCU 都支持 –40° 至 105°C 的扩展温度范围,因此更高温度的工业应用 可从这些器件的 FRAM 数据记录功能受益。该扩展温度范围使开发人员可以满足烟雾探测器、传感器变送器和断路器等 应用 的要求。

 

MSP430FR215x 和 MSP430FR235x MCU 具有功能强大的 16 位 RISC CPU、16 位寄存器和常数发生器,有助于现最大编码效率。数控振荡器 (DCO) 通常可以使器件在不到 10µs 的时间内从低功耗模式唤醒至激活模式。

 

MSP430 超低功耗 (ULP) FRAM 微控制器平台将独特的嵌入式 FRAM 和整体超低功耗系统架构相结合,从而使系统设计人员能够在降低能耗的情况下提升性能。FRAM 技术将 RAM 的低功耗快速写入、灵活性和耐用性与闪存的非易失性相结合。

 

MS430FR235X的功能框图如下

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那么SAC究竟是什么,同时将给我们带来什么的的应用前景?

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如图所示,SAC是一个集成的可配置模拟模块,可配置为运算放大器(op amp),可编程增益放大器(PGA)或12位数模转换器(DAC),使用时无需更改任何外部硬件组件,而是通过特定的参数设置即可生效。

 

MSP微控制器事业部总经理Miller Adair如是介绍SAC,“我们结合了模拟专长和嵌入式处理专长两部分,从而实现了最优秀的混合信号产品。” MSP430FR2355可完美解决工程师遇到的各种挑战,高集成度可减少外围元件个数,从而降低设计复杂度及系统成本,而通过提高温度范围,可以给工厂自动化做更多的扩展可能,同时硬件性能的升级,也使得应用效率进一步提高。在应用方面,MSP430FR2355特别适合烟雾探测器、传感变送器和断路器等对感应与测量有一定要求,尤其是在高温环境下工作的情况。比如用在烟雾探测器应用中,内置SAC可实现包括跨阻放大器、运算放大器和ADC的功能,而在温度变送器应用中,SAC可具有包括运算放大器、ADC以及DAC等模拟信号链所有功能。

 

为了更好的演示SAC的灵活控制功能,TI提供了GUI Composer演示程序,直接通过WEB方式演示了在线修改SAC工作参数并立即生效的灵活配置方式(on the fly)。

 

我们可以直接使用官方提供的GC Gallery来进行测试,也可以在GC中打开该Gallery然后运行。不过在此之前,先在要开发板中先写入OOB(out of box)代码,默认出厂代码即为OOB代码。

 

基于WEB方式的OOB测试代码需要使用Chrome或FireFox等浏览器,在浏览器上安装相关的浏览器扩展后才可运行

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如图所示,只需要按照提示执行第一步和第二步所需的步骤即可

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这是安装浏览器插件的操作

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这是第二步的安装TI Cloud Agent的画面,该Agent实现云端与本地的通信。

 

安装成功之后,在GC中打开MSP-EXP430FR2355OOBGUI,可以看到如下的画面

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看到该画面,同时状态栏上出现了COMXX:115200 waiting for data...等字样,即表示配置成功,现在可以开始演示操作。

 

我们使用内部DAC来生成波形信号,然后使用捕获的ADC信号来进行验证。

 

演示界面的左上角是生成的DAC信号,可以指定生成正弦波、方波及锯齿波等波形,左下角则是ADC信号;中间的参数配置界面还包括OP-GA即运算增益;另外还有ADC的采样频率设置等。

 

在界面的右下角则是器件工作的原理图,使用SAC内部提供的模块来进行组合使用,以达到需要的效果。

 

默认情况下,开发板上电后执行的是代码是光传感器测试功能,板载的光传感器检测外部的光照强度,通过LD1和LD2两个LED的亮度来进行量化显示。要测试波形生成功能,需要按下开发板上的S2按钮,切换到波形测试功能。

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这是其中一次测试参数设置及波形显示情况,放大了图来看,可以看到结果还是非常令人满意的。

 

但是我们必须指出的是,这一切,都是通过直接设置组件的相关参数就能实现,而不需要调整其它的组件就能完成!也许有经验的用户会说,咱写一段代码,以程序逻辑的方式来实现,其实也不是难事。当然不是难事,将软件功能硬件化,除了可靠性,还有另一个优势就是电路的精简,加上配置的灵活性,这可不仅仅是软件逻辑就能实现的!

 

SAC带来的惊喜足够我们好好消化一阵子,至于点灯的测试代码,已激不起咱的任何兴趣,接下来的时间,光荣和梦想暂时交给SAC相关的技术文档,虽然演示令人惊喜,但是如何使用SAC带来的福利,却是毫无兴味的代码及枯燥的技术文档!

 

对于MSP430来说,低功耗加上SAC,估计又要火上一阵子了。如果你想要快速评估这块内置SAC的MSP430是否能够符合你的项目需求,那么MSP-EXP430FR2355 LaunchPad是一个不错的选择。

已于2020-12-1 10:51:50修改
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