Az MSP430 energiatakarékos használata

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "11.3.1. Az MSP430 energiatakarékos használata"

Balázs Somogyi
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az MSP430 energiatakarékos használata A Texas Instruments ##LINK: által fejlesztett MSP430 ##Mixed Signal Processor## család tagjai létrehozásakor a tervezők fontos célja volt a rendkívül alacsony fogyasztás. Ennek érdekében az MSP430 család tagjai több, egymástól teljesítmény-felvételben eltérő módban képesek működni. Például az MSP430F261x processzorcsoport jellemző áramfelvétele (2.2VDC táplálás és 1 MHz-es órajel mellett): aktív módban, 365 µa, készenléti módban, 0.5 µa, lekapcsolt módban (RAM megőrzéssel): 0.1 µa. Az MSP430 mikrovezérlő, készenléti módból kevesebb mint 1 µs alatt ébred fel és vált át a teljesen aktív üzemmódra (1. irodalom). Az üzemmódok kialakításakor figyelembe vették a három leggyakoribb, de egymással ellentétes elvárást (2. irodalom): rendkívül alacsony fogyasztás, nagysebességű feldolgozás és adatmozgatás, az egyes perifériák áramfelvétele. Az MSP430 mikrovezérlőknek egy aktív és öt alacsony teljesítményű üzemmódja (LPMx) ##Low Power Mode## van. Az 1. ábrán az áramfelvétel van bemutatva (1 MHz-es órajel és két különböző tápfeszültség mellett) (2. irodalom):. 1. ábra az MSP430 mikrovezérlők áramfelvétele Az MSP430 mikrovezérlők működési módjait négy vezérlőbit befolyásolja (CPUOff, OscOff, SCG0 és SCG1), amelyek kombinációi az órajeleket előállító oszcillátorokat és a periferiákat engedélyezik vagy tiltják le. Az összes felsorolt vezérlőbit az állapotregiszterben kap helyet, így megszakítás esetén mentésük és visszaállításuk automatikusan megtörténik.

2 2. ábra az MSP430 működési módjai, állapotdiagram Szempontok az MSP430-al megvalósítandó alacsonyfogyasztású rendszer tervezéséhez: A legfontosabb tényező hogy az MSP430-as órajel rendszerét úgy használjuk, hogy a mikrovezérlő minél több időt töltsön az LPM3 üzemmódban. Az LPM3 üzemmódban az áramfelvétel kevesebb mint 2 µa, ami mellett a valós idejű óra/számláló és megszakítási rendszer mégis aktív marad. Külső 32768Hz-es óra kristályt használjunk az ACLK órajel előállítására, miközben a CPU magot az egyébként kikapcsolt állapotban levő belső DCO ##Digitally Controlled Oscillator digitálisan vezérelt rezgőkör## órajelgenerátorral hajtjuk meg. A rendszer így 6 µ-os ébredési idő alatt tud aktív üzemmódba lépni. A megszakítási rendszert kell használni a processzor ébresztésére és a program folyamatának vezérlésére.

3 A perifériákat csak akkor kapcsoljuk be, és csak addig tartsuk bekapcsolva, amikor és amíg szükség van rájuk. Használjuk ki az alacsony fogyasztású beépített perifériális egységeket a szoftveres megoldások helyett. Például az A és B időzítők önállóan képesek PWM ##Pulse Width Modulation impulzus szélesség moduláció## jel előállítására, annélkül, hogy ehhez CPU erőforrásra lenne szükségük. A kiszámított ugrások és a táblázatos függvények használata ajánlott, a zászló lekérdezés és hosszadalmas szoftveres számítások helyett. Kerüljük a gyakori alprogram- és függvényhívásokat, mert ez többletterhelés a CPU-nak Az intenzíven használt szoftver rutinok írásakor, ajánlott az egy gépi ciklus igénybevevő, a CPU belső regisztereit használó optimalizálás bekapcsolása. Az MSP430 alacsony fogyasztási mód be- és kikapcsolása A vezérlőbitek segítségével bármikor be tudunk lépni az öt alacsony fogyasztású üzemmód egyikébe (2. irodalom). Megjegyzés: BIS BIt Set bit magasra állítása. példa 1.: ; LPM0-ba lépés assembly példa BIS #GIE+CPUOFF,SR ; belépés az LPM0 módba... ; a program itt megáll! példa 2.: ; LPM3-ba lépés assembly példa BIS #GIE+CPUOFF+SCG1+SCG0,SR ; belépés az LPM3 módba... ; a program itt megáll! Amennyibben olyan megszakítási kérés érkezik, amely lekezelése engedélyezve van, felébreszti az MSP430 mikrovezérlőt bármely alacsony fogyasztású üzemmódból, hogy kiszolgálhassa a beérkezett megszakítást. Ez a következő módon és sorrendben történik meg: 1. megérkezik egy engedélyezett megszakítás 2. a verembe tárolásra kerül a programszámláló (PC) ##Program Counter## és állapotregiszter (SR) ##Status Register## 3. a programszámláló (PC) ##Program Counter## felveszi a megfelelő megszakítás kiszolgáló alprogram (ISR) ##Interrupt Service Routine## kezdőcímét 4. a CPUOFF, SCG1 és OSCOFF bitek 0-ba állítása, ébredés, aktív módba való áttérés Amikor a megszakítást kiszolgáló alprogram elvégezte a feladatát kétféleképp tudja befejezni az alprogramot:

4 a veremről visszaállítja az eredeti állapotregiszter (SR) ##Status Register## állapotot ami az eredeti működési mód állapotba való visszatérést jelenti, a veremben tárolt állapotregiszter (SR) ##Status Register## állapotát megváltoztatva tér vissza az alprogramból, így a mikrovezérlő bármelyik működési állapotban tudja folytatni a munkáját. Megjegyzés: BIC BIt Clear bit alacsonyra állítása RETI RETurn from Interrupt visszatérés a megszakítási alprogramból példa 3.: ; kilépés az LPM0 módból assembly példa BIC #CPUOFF,0(SP) ; kilépés az LPM0-ból RETI-re RETI ; SR és PC vissza a veremről példa 4.: ; kilépés az LPM3 módból assembly példa BIC #CPUOFF+SCG1+SCG0,0(SP) ; kilépés az LPM3-ból RETI-re RETI ; SR és PC vissza a veremről MSP430F26x alacsony fogyasztási módja C nyelvű példa feladat: egy LED-et kell villogtatni 2s-os periódusidővel, alacsonyfogyasztású üzemmód használatával. a megoldás folyamata: A P2-es port 0. kimenetére van rákapcsolva a LED, a TimerA számláló/időzítőt használjuk az órajel leosztására és a megszakítási kérelem előállítására. Az inicializálás után a mikrovezérlő LPM0 alacsonyfogyasztású üzemmódban van, csak a megszakítás kiszolgálására ébred fel, ami után ismét visszatér az LMP0 üzemmódba (3. ábra).

5 a C nyelvű forráskód: 3. ábra LED 2s villogtatása, folyamatábra #include <msp430x26x.h> void main(void) { WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; P2DIR = 0xff; P2OUT = ~ 0x01; CCTL0 = CCIE; CCR0 = 4096; TACTL = TASSEL_1 + + ID_3 + MC_2; // az MSP szimbólum definíciók // a wachdog időzítő kikapcsolása // a P2 mint kimenet // az P2.0 kimenet negatív log. aktív // CCR0 számláló megszakítás // engedélyezés // a (vissza)számláló kezdőértéke // a 8-al osztott ACLK lesz az // időzítő órajele, // a számlálás folyamatos (contmode) } _BIS_SR(LPM0_bits + GIE); // LPM0 módba lépés a megszakítások // engedélyezésével. A CPU itt megáll! // TimerA0 ISR az időzítő megszakítás kiszolgáló alprogramja #pragma vector = TIMERA0_VECTOR interrupt void Timer_A (void) { } P2OUT ^= 0x01; CCR0 += 4096; // A P2.0 negálása, LED átkapcsol // Az időzítő (vissza)számlálója // újra feltöltve

6 magyarázat: a megfelelő port és számláló inicializálás után a mikrovezérlő LPM0-ba kerül. Az ACLK órajelet a külső kristály, 32768Hz értékre stabilizálja. Ez 8-al történő előosztás után, mint 4096Hz órajel jut el az időzítőbe. Az időzítő CCR0 számlálója 4096 órajelente vagyis 1 másodpercenként vált ki megszakítást. A megszakítás felébreszti a mikrovezérlőt. A megszakítás kiszolgáló alprogramban negálásra kerül a LED-et meghajtó P2.0 port pillanatnyi állapota, és a CCR0 számláló újból felveszi a kezdőértékét. A kiszolgáló alprogram lefutása után a mikrovezérlő ismét visszatér az LMP0 alacsonyfogyasztású üzemmódba. irodalom: (1) MSP430F241x, MSP430F261x Mixed Signal Microcontroller: ##LINK: (2) MSP430x2xx Family felhasználói kézikönyv: ##LINK: (referencia dokumentumok: Lásd az MSP felépítése fejezetet!!!)

Hasonló dokumentumok

Az MSP430 mikrovezérlők digitális I/O programozása

10.2.1. Az MSP430 mikrovezérlők digitális I/O programozása Az MSP430 mikrovezérlők esetében minden kimeneti / bemeneti (I/O) vonal önállóan konfigurálható, az P1. és P2. csoportnak van megszakítás létrehozó