前言

MSP430是最近被中國引進的微處理器。它在超低功耗方面有突出的表現，被業(yè)界稱為綠色MCU。同時它內部有豐富的片內外圍模塊，是一個典型的片上系統（SOC）。又是16位的精簡指令結構，功能相當強大，被廣泛應用于嵌入式系統和智能設備。

一、MSP430系列單片機介紹
 
TI公司設計的MSP430系列單片機是一種超低功耗的混合信號微控制器。這些微控制器通過16位RISC結構、CPU中的16個寄存器和常數發(fā)生器使 MSP430微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6us的時間內激活到活躍的工作方式。MSP430的16位定時器經常被應用于工業(yè)控制中如:紋波計數器、數字化電機控制電表和手持式儀表等的理想配置，它的硬件乘法器大大加強了其功能并提供了軟硬件相兼容的范圍，提高了數據處理的能力。MSP430Fx1x 系列具有FLASH 存儲器，不同型號單片機的存儲器容量和外圍模塊各不相同，使用者可以根據需要具體選擇。MSP430系列器件均是工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為 -40～+85℃。

MSP430系列單片機具有以下一些共同的特點。

1． 低電壓、超低功耗

MSP430系列單片機，在1.8～3.6V電壓、1MHz的時鐘條件下運行，耗電電流在0.1～400uA之間；具有16個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將CPU喚醒只需6us，可以編制出實時性特別高的源代碼；可將CPU置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。

2．強大的處理能力

MSP430系列單片機，為16位RISC結構，具有豐富的尋址方式(7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址)、簡潔的27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可以參加多種運算；高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在8MHz晶體振蕩器驅動下，指令周期為125us。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。

3．系統工作穩(wěn)定

上電復位后，首先由DCOCLK啟動CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的啟動和穩(wěn)定時間。然后可以用軟件設置最后的系統時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時鐘發(fā)生故障，DCO會自動啟動，以保證系統正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。

4．豐富的片內外設

MSP430系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。例如：使程序迅速復位的看門狗、可以用來對模擬電壓進行比較的比較器、有高達200kbps的12/14位硬件A/D轉換器、能直接驅動液晶多達120段。

5．保密性好

熔絲保密功能和256 位密碼相結合幾乎沒有解密的可能，可以充分保證用戶程序的安全性。

二、ISD4004 單片語音錄放電路介紹

ISD4004系列芯片的工作電壓為3V,單片錄放時間為8～16分鐘，音質好，適用于移動電話及其他便捷式電子產品中。芯片采用CMOS技術，內含振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作指令通過串行通信接口 (SPI)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存儲在片內閃爍存儲器中，因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。芯片的采樣頻率可以為4kHz, 5.3kHz, 6.4kHz和8kHz，采樣頻率越低，錄音時間越長，但是音質將有所下降。采樣的信息在斷電的情況下能長期保存在閃爍存儲器當中，同時芯片可以反復錄音 10萬次之多。

圖一 ISD4004管腳圖

同相模擬輸入(ANA IN+)  這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅動。單端輸入時，信號由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32mV，耦合電容和此端的3KΩ 電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅動時，信號最大幅度為峰峰值16mV。

反相模擬輸入(ANA IN-) 差分驅動時，這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16 mV。

音頻輸出(AUD OUT)  提供音頻輸出，可驅動5KΩ 的負載。

片選(/SS)  此端為低，即向該ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。

串行輸入(MOSI)  此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數據放到此端，供ISD 輸入。

串行輸出(MISO)  ISD 的串行輸出端。ISD 未選中時，此端為高阻態(tài)。

串行時鐘(SCLK) ISD 的時鐘輸入端，由主控制器產生，用于同步MOSE 和MISO 的數據傳輸。數據在SCLK 上升沿鎖存到ISD，在下降沿移出ISD。

中斷(/INT) 此端為漏極開路輸出。ISD 在任何操作(包括快進)中檢測到EOM 或OVF時，此端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個SPI 周期開始時清除。中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀取。OVF 標志----指示ISD 的錄、放操作已達到存儲器的末尾。EOM 標志——只在放音中檢測到內部的EOM 標志時，EOM狀態(tài)位才置1。

行地址時鐘(RAC)   漏極開路輸出。每個RAC 周期表示ISD 存儲器的操作進行了一行(ISE4004 系列中存貯器共2400 行)。該信號保持高電平175ms，低電平25ms?？爝M模式下，RAC 的218.75µs 是高電平，31.25µs 為低電平。該端可用于存儲管理技術 。

外部時鐘(XCLK)  此端內部有下拉元件。芯片內部的采樣時鐘在出廠前已調校，誤差在+1%內。商業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內，頻率變化在+2.25%內。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內，頻率變化在-6/+4%內，此時建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度，可從此端輸入外部時鐘。由于內部的防混淆及平滑濾波器已設定，故上述推薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無關緊要，因為內部已進行了分頻。在不外接地時鐘時，此端必須接地。

自動靜噪(AMCAP) 當錄音信號電平下降到內部設的某一閾值以下時，自動靜噪功能使信號衰弱，這樣有助于降低無信號(靜音)時的噪聲。通常此端對地接1µF 的電容，構成內部信號電平峰值檢測電路的一部分。檢出的峰值電平與內部定的閾值作比較，決定自動靜噪功能的翻轉點。大信號時，自動靜噪電路不衰減，靜音時衰減6dB。1mF的電容也影響自動靜噪電路對信號幅度的響應速度。此端接VCCA 則禁止自動靜噪。

2.ISD4004的指令表（表一）和串行外設接口(SPI)

表一 ISD4004 指令表

ISD4004工作于SPI串行接口。SPI協議是一個同步穿行數據傳輸協議，協議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿工作，因此對ISD4004而言，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳的數據，下降沿到來時將數據送至MISO引腳。協議具體內容如下：

所用串行數據傳輸開始于SS下降沿。

SS在傳輸期間必須保持為低電平，在兩條指令之間則保持為高電平。

數據在時鐘上升沿移入，在下降沿移出。

SS變低，輸入指令和地址后，ISD才能開始錄放操作。

指令格式為8位控制碼外加16位地址碼。

ISD的任何操作如果遇到EOM或OVF，則產生一個中斷，該終端狀態(tài)在下一個SPI周期開始時被清除。

使用讀指令使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時，控制及地址數據也應同步從MOSI端移入。

所有操作在運行位(RUN)置1時開始，置零時結束。

所有指令都在SS端為上升沿開始運行。

三、多功能電話留言系統的電路設計

本系統由于需要較多的端口，所以選擇MSP430F133作為主控制器。MSP430F133擁有6個8位的并行端口，且2個8位端口有中斷能力，同時它具有FLASH存儲器，方便開發(fā)和調試，而且便于擴展，能滿足大多數有關微處理器開發(fā)和應用。

多功能電話系統的原理圖如圖二所示，其模擬部分基本上援用普通電話的電路（在此不作介紹）。它主要是由MSP430F133和ISD4004及其外圍設備和接口組成。主要電路有：鍵盤控制電路，LCD顯示電路，語音IC電路，放大電路和對模擬電話部分的控制電路。

圖二 多功能電話系統的電路框圖

鍵盤控制電路（圖三）：我們采用4X4鍵盤，通過74922鍵盤掃描集成電路編碼，只要鍵盤編碼器 IC74922的第12腳（DA）為高電平，便是有按鍵按下，此時主控制器就可以讀取74922的14-17腳的按鍵值，此時程序就可以判斷哪個鍵按下，并對其進行相應的操作，只要按鍵持續(xù)進行，第12腳（DA）就將持續(xù)為高電平，一直到按鍵放開，才為低電平。   

LCD顯示電路：我們使用 16X2 兩行英文字形的LCD，要LCD顯示字型必須先設定LCD初值，同時控制LCD的三條控制線和8條數據線，三條控制線分別為暫存器選擇線（RS）、讀/寫控制線（R/W）和使能控制端（E）。LCD內部有一塊存儲字型的ROM，里面存儲著192個5X7點陣型的字型，這些字型由存放在LCD內部的DD RAM里的8位元碼（與ASCII碼相同）調出來顯示，所以我們只要輸入ASCII碼，它就可查出各個字形的顯示碼，它也可以由使用者自行設計顯示字型，LCD的使能端是高電平，可以直接接在主控制器上，也可以接在74LS139上（如果接多片語音芯片ISD4004,可以一起對使能端進行編碼）。

語音IC ISD4004電路（圖四）：它的控制腳有4個，這就是所謂的SPI串行傳輸端口，分別為 /SS、SCLK、MOSI、MISO四個管腳，其中/SS是語音IC的使能管腳，它的使能是通過74LS139 2X4 解碼器的選擇來做多功能的使能控制，這樣就可以減少主控制器的端口使用，一片74LS139最多可以接4個端口的使能。因為該譯碼器的輸出為低電平，所以我們所接的都是低電平使能的引腳。要送數據給語音IC時，/SS必須為低電平，而在每個指令傳輸完后，/SS必須要維持為高電平，當/SS為低電平時，才可以傳輸數據，而SCLK是語音IC的工作時鐘，只要在上升沿之前，將數據送到MOSI上，上升沿到來后，數據就會被讀入語音IC內，因為語音IC的控制方法是串行的方式，所以所送的數據都必須以單個比特的方式讀進去。在錄音或放音時，每經過400ms，RAC腳都會產生一個低脈沖，因為語音IC內共有 2400個行，每個行錄音結束時，就會輸出一個低脈沖，此引腳可用來判斷錄音路到哪里并用于位置的記錄控制，而/INT引腳則是在放音時，用于放音結束與否的判斷，當放音結束后，這個引腳就會輸出低電平，控制程序就可知放音已經結束了。

放大電路部分： 語音放大電路（本系統采用差分驅動放大器）是對語音輸入信號進行放大處理，以達到ISD4004輸入信號的要求，使用功率放大器（圖五）來驅動揚聲器，通過放大濾波可以使揚聲器發(fā)出清晰而且響亮的語音信號。

對模擬電話部分的控制電路：對模擬電話部分的控制信號有：振鈴信號、免提信號、接受語音信號、發(fā)送語音信號和遠程按鍵信號。由于MSP430單片機可以用中斷使其從低功耗迅速喚醒，所以在正常沒有電話或者沒有對電話進行操作時，MSP430處于節(jié)能方式下，當振鈴工作或者對電話操作時，通過振鈴信號或者按鍵使MSP430激活處于正常工作狀況下。來電話時對振鈴進行計數，如果超出設定的振鈴數（可以自行設定）后無人應答，就根據語言提示進行下一步操作，如果選擇1#，就準備啟動留言系統，如果選擇2#，并且輸入的密碼（可以自行設定和遠程修改）校驗正確，就準備啟動查看留言系統。

結束語

本文介紹了一種新型的低功耗微處理器MSP430的特性及其外圍設備的設計，MSP430系列單片機以其優(yōu)越的性能已經被廣泛應用在各種中小型嵌入式系統中，如手持式設備、微通信系統和電機控制等。

參考文獻
1 《單片機與嵌入式系統應用》2001（1-6）合訂本 北京
2  魏小龍 《MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例》2002 北京 北航出版社
3  胡大可 《MSP430系列單片機C語言程序設計與開發(fā)》2002 北京 北航出版社
4  柳何 《移動電子解說器》2002 Internet
5  張世昌等 《隨身解說器》Internet