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低功耗MSP430單片機(jī) 在3V與5V混合系統(tǒng)中的邏輯接口技術(shù)
摘要：低功耗MSP430單片機(jī)與傳統(tǒng)的LSTTL、HCMOS和CMOS接口技術(shù)，特別闡述了3V器件具有5V容限的特點(diǎn)，介紹兩種電平移位器。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 接口電路 微機(jī)硬件
MSP430超低功耗微處理器是TI公司推出的一種新型單片機(jī)。它具有16位精簡指令結(jié)構(gòu)，內(nèi)含12位快速ADC/Slope ADC,內(nèi)含60K字節(jié)FLASH ROM，2K字節(jié)RAM，片內(nèi)資源豐富，有ADC、PWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比較器、模擬信號(hào)，有多種省電模式，功耗特別小，一顆電池可工作10年。開發(fā)簡單，仿真器價(jià)格低廉，不需昂貴的編程器。
MSP430其特點(diǎn)有：1.8V～3.6V低電壓供電；高效16位RISC CPU可以確保任務(wù)的快速執(zhí)行，縮短了工作時(shí)間，大多數(shù)指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期里完成；6微秒的快速啟動(dòng)時(shí)間可以延長待機(jī)時(shí)間并使啟動(dòng)更加迅速，降低了電池的功耗。MSP430產(chǎn)品系列可以提供多種存儲(chǔ)器選擇，簡化了各類應(yīng)用中MSP430的設(shè)計(jì)；ESD保護(hù)，抗干擾力特強(qiáng)。與其它微控制器相比，帶Flash的微控制器可以將功耗降低為原來1/5，既縮小了線路板空間又降低了系統(tǒng)成本。
MSP430具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)測在今后會(huì)有廣泛的應(yīng)用。但是目前仍有許多5V電池的邏輯器件和數(shù)字器件在使用，因此在許多設(shè)計(jì)中3V（含3.3V）邏輯系統(tǒng)和5V邏輯系統(tǒng)共存，而且不同的電源電壓在同一電路板中混用。隨著更低電壓標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)，不同電源電壓邏輯器件間的接口問題會(huì)在很長一段時(shí)間內(nèi)存在。本文討論MSP430與單片機(jī)中最常用的LSTTL電路、CMOS電路及計(jì)算機(jī)HCMOS電路的3V和5V系統(tǒng)中邏輯器件間的接口方法。理解這些方法可避免不同電壓的邏輯器件接口時(shí)出現(xiàn)問題，保證所設(shè)計(jì)的電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
1 邏輯電平不同，接口時(shí)出現(xiàn)的問題
在混合電壓系統(tǒng)中，不同電源電壓的邏輯器件相互接口時(shí)會(huì)存在三個(gè)主要問題：第一是加到輸入和輸出引腳上的最大允許電壓的限制問題；第二是兩個(gè)電源間電流的互串問題；第三是必須滿足的輸入轉(zhuǎn)換門限電平問題。器件對(duì)加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限制的。這些引腳有二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高，電流將會(huì)通過二極管或分離元件流向電源。例如3V器件的輸入端接上5V信號(hào)，則5V電源將會(huì)向3V電源充電，持續(xù)的電流將會(huì)損壞二極管和電路元件。在等待或掉電方式時(shí)，3V電源降落到0V，大電流將流到地，這使總線上的高電平電壓被下拉到地。這些情況將引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞。必須注意的：不管是在3V的工作狀態(tài)或是0V的等狀態(tài)都不允許電流直接流向Vcc。另外用5V的器件來驅(qū)動(dòng)3V的器件有很多不同情況，各種電路間的轉(zhuǎn)換電平也存在不同情況。驅(qū)動(dòng)器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平，并要有足夠的容限保證不損壞電路元件。
2 可用5V容限輸入的3V邏輯器件
3V的邏輯器件可以有5V輸入容限的器件有LVC、LVT、ALVT、LCX、LVX、LPT和FCT3等系列。此外，還有不帶總線保持輸入的飛利浦ALVC也是5V容限。
2.1 ESD保護(hù)電路
3V器件可以有5V的輸入容限。一般數(shù)字電路的輸入端都有一個(gè)靜電放電（ESD）保護(hù)電路。如圖1（a）所示，傳統(tǒng)的CMOS電路通過接
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