原標(biāo)題：低功耗MSP430數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設(shè)計(jì)

低功耗MSP430數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設(shè)計(jì)主要涉及微控制器MSP430的選用、USB接口芯片的選擇以及相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。以下是對(duì)該設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)解析：

一、MSP430微控制器的選擇

1. 低功耗特性：
MSP430系列單片機(jī)是TI公司推出的16位超低功耗微控制器，其功耗在眾多單片機(jī)中獨(dú)樹一幟。它采用最新的低功耗技術(shù)，可以在1.8V至3.6V的電壓下工作，并具有正常工作模式（AM）和四種低功耗工作模式（LPM1、LPM2、LPM3、LPM4）。在3V電壓下，各模式的工作電流分別為：AM模式340μA，LPM1模式70μA，LPM2模式17μA，LPM3模式2μA，LPM4模式0.1μA。這種低功耗特性使得MSP430特別適用于電池供電的便攜式設(shè)備。

2. 集成度高：
MSP430單片機(jī)具有非常高的集成度，單片集成了多通道12位A/D轉(zhuǎn)換、PWM功能定時(shí)器、斜邊A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)USART、看門狗定時(shí)器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器（DCO）、大量的I/O端口、大容量的片內(nèi)RAM和ROM以及Flash存儲(chǔ)器。其中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)和軟件升級(jí)。

二、USB接口芯片的選擇

在USB接口設(shè)計(jì)中，常選用UART轉(zhuǎn)USB芯片來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。CP2101是一種常用的UART轉(zhuǎn)USB芯片，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 封裝小：
CP2101為28腳5mm×5mm MLP封裝，在PCB上的尺寸比競爭對(duì)手小30%左右。

2. 高度集成：
片內(nèi)集成512字節(jié)EEPROM（用于存儲(chǔ)廠家ID等數(shù)據(jù)）、收發(fā)器、時(shí)鐘等，無需外部電阻和晶體。

3. 低成本：
CP2101的USB功能無需外部元件，而大多數(shù)競爭者的USB器件則需要額外的終端晶體管、上拉電阻、晶振和EEPROM。這使得CP2101在成本上具有顯著優(yōu)勢。

4. 低功耗、高速度：
CP2101符合USB2.0規(guī)范，支持高速數(shù)據(jù)傳輸（波特率為300bps～921.6kbps），并具有低功耗特性。

三、硬件電路設(shè)計(jì)

1. MSP430與CP2101的連接：
CP2101的SUSPEND與SUSPEND引腳連接到MSP430的普通串口上，用于傳送USB掛起和恢復(fù)信號(hào)。此外，CP2101的VBUS與VREGIN引腳必須連接到USB的VBUS信號(hào)上，并在VREGIN的輸入端加去耦電容（1μF與0.1μF并聯(lián)）。

2. 電源管理：
當(dāng)在總線上檢測到掛起信號(hào)時(shí)，CP2101將進(jìn)入掛起模式以節(jié)省電能。為了避免SUSPEND引腳在復(fù)位期間處于高電平，可以使用10kΩ的下拉電阻來確保其在復(fù)位期間保持低電平。

四、軟件設(shè)計(jì)

USB接口程序設(shè)計(jì)包括單片機(jī)程序開發(fā)、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)和主機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)三個(gè)部分。其中，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常由芯片廠商提供（如Cygnal公司已為CP2101提供驅(qū)動(dòng)程序）。需要編寫的是單片機(jī)MSP430的串行通信程序和主機(jī)對(duì)CP2101的通信程序。在IAR Embedded Workbench嵌入式集成開發(fā)環(huán)境中，可以方便地編寫和調(diào)試單片機(jī)通信程序。

綜上所述，低功耗MSP430數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設(shè)計(jì)充分利用了MSP430的超低功耗特性和CP2101的簡便性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便攜化、低功耗和方便使用。