MSP430混合電壓和邏輯系統(tǒng)的設(shè)計

3.4 各種電平的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)

MSP430系列的供電電壓為1.8V ~ 3.6V，通常取典型電壓為3.3V，所以I/O口的最大邏輯電平也是3.3V。在進(jìn)行MSP430微控制器設(shè)計時，除了控制器本身還有很多外圍的模塊和芯片。比如RAM、LCD、串口以及常用的74系列芯片等。如果外圍芯片或者模塊的工作電壓也是3.3V，那么就可以直接接口。但是，由于現(xiàn)在很多芯片的工作電壓都是5V，如EPROM、SRAM、諸多74系列芯片等。因此就存在一個如何將3.3V MSP430與這些5V芯片或模塊可靠接口的問題。表2所示為5V CMOS、5V TTL和3.3 V電平的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。其中，VOH表示輸出高電平的最低電壓，VIH表示輸入高電平的最低電壓，VIL表示輸入低電平的最高電壓，VOL表示輸出低電平的最高電壓。從表中可以看出5V TTL和3.3V的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，而5V CMOS的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是不同的。因此，在將3.3V系統(tǒng)與5V系統(tǒng)接口時，必須考慮到兩者的不同。

3.5 MSP430與5V電平接口的4種情形

根據(jù)實際應(yīng)用的場合，下面考慮4種不同的情況。

(1) 5V TTL器件驅(qū)動MSP430。由于5V TTL和3.3V的電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是一樣的。5V TTL器件輸出的典型值為3.6V。因此，如果3.3V器件能夠承受5V的電壓，則從電平上來說是完全可以直接相連的。但是，因為驅(qū)動器結(jié)構(gòu)會有所不同，因此必須要對加到MSP430輸入端的電壓進(jìn)行控制，使其不超過3.6V，以防萬一；

(2) MSP430驅(qū)動5V TTL器件。由于3.3V 和5V TTL電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，因此不需要額外的器件就可以將二者直接相連。不需要額外的電路直接從MSP430驅(qū)動5V的器件，看起來是不可思議的，但是3.3V器件的VOH和VOL電平分別是2.4V和0.4V，5V TTL器件的VIH 和VIL 電平分別是2V和0.8V。而MSP430 實際上能輸出3V擺幅的電壓，顯然5V TTL器件能夠正確識別MSP430的輸入電平；

(3) 5V CMOS器件驅(qū)動MSP430。顯然，5V CMOS與3.3V的轉(zhuǎn)換電平是不一樣的。進(jìn)一步分析5V CMOS的VOH 和VOL以及3.3V的VIH 和VIL 的轉(zhuǎn)換電平可以看出，雖然兩者存在一定的差別，但是能夠承受5V電壓的3.3V器件能夠正確識別5V器件送來的電平值。所以能夠承受5V電壓的3.3V 器件的輸入端可以直接與5V器件的輸出端接口。但是MSP430沒有5V容限，不能直接與5V器件的輸出端接口；

(4) MSP430驅(qū)動5V CMOS。3.3V與5V CMOS的電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，從表2中可以看出，3.3V輸出的高電壓的最低電壓值VOH = 2.4V（輸出的最高電壓可以達(dá)到3.3V），而5V CMOS器件要求的高電平最低電壓VIH = 3.5V，因此MSP430的輸出不能直接與5V CMOS器件的輸入相連接。

3.6 3.3V與5V電平轉(zhuǎn)換

由以上分析可知，在5V TTL器件驅(qū)動MSP430或者M(jìn)SP430與5V CMOS器件接口時，二者是不能直接相連的。在這種情況下，必須要經(jīng)過3.3V與5V電平的相互轉(zhuǎn)換?？梢圆捎秒p電壓（一邊是3.3V，另一邊是5V）供電的雙向驅(qū)動器來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。如TI的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245等芯片，可以較好地解決3.3V與5V電平的轉(zhuǎn)換問題。對于5V TTL驅(qū)動MSP430時的情況，也可以采用一個簡單的辦法就是電阻分壓，類似于如圖2所示的分壓法電源解決方案。

4 MSP430與串口接口問題

MSP430系列微控制器都自帶串行通信口，有幾款還有兩個串口。這樣就方便了與PC機(jī)接口，增強(qiáng)了與外界通信的能力。不過串口的電平和邏輯關(guān)系與MSP430存在很大的差別。以廣泛應(yīng)用的EIA - RS - 232C標(biāo)準(zhǔn)為例，對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯1（傳號）的電平為-3V ~ -15V，邏輯0（空號）的電平為+3V ~ +15V；對于控制信號：接通狀態(tài)（ON），即信號有效的電平為+3V ~ +15V，斷開狀態(tài)(OFF)，即信號無效的電平為-3V ~ -15V。也就是說當(dāng)傳輸電平的絕對值介于3V ~ 15V時，認(rèn)為是有效信號，其它電平均認(rèn)為是無效的。而MSP430輸出的電平卻在0 ~ 3V左右，因此要想與PC串口接口或者其它帶有串口的終端接口，必須要進(jìn)行EIA-RS-232C與MSP430電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)這種變換的方法很多，可用分離元件，也可用集成電路。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150等芯片可完成TTL電平到串口電平的轉(zhuǎn)換。 MC1489、SN75154可實現(xiàn)串口電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232/MAX232A、MAX3221/MAX3223 等芯片可完成多路3V ~ 5V電平與串口電平的雙向轉(zhuǎn)換。在MSP430與PC串口接口時，用MAX232A電路比較簡單（只需外接幾個電容），而且這款芯片可以實現(xiàn)兩路變換，價格也較便宜。

5 結(jié)束語

混合邏輯的設(shè)計是一個比較復(fù)雜的問題。對MSP430來說，它是低電壓、低功耗的芯片。如果與其它芯片的接口設(shè)計不好，不僅低功耗特性無法體現(xiàn)，而且有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯，在更壞的情況下，還有可能燒毀芯片，因此要引起足夠的重視。當(dāng)然文中的很多方法也適用于解決其它低電壓芯片的混合邏輯接口問題。

參考文獻(xiàn)
1． MSP430x4xx Family User's Guide (SLAU056B).
2． 張雄偉. DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用(第2版). 電子工業(yè)出版社, 2000.9.
3． 胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī). 北京航空航天大學(xué)出版社, 2001.11.
4． 低電壓PLD/FPGA的供電設(shè)計. http://www.fpga.com.cn/application/Power/power.htm.
5． 李朝青. PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社, 2000.12.