Anexo II: Lógica programada y lógica cableada.
Ventajas e inconvenientes. MSP430G2553.
1. Introducción
Como se observa a lo largo de este proyecto, en casi todas las tarjetas esclavo recurrimos a usar un microcontrolador que gestione la propia tarjeta y la transferencia de datos con la tarjeta de control. Emplear un microcontrolador esclavo tiene una serie de ventajas, destacando la mayor flexibilidad que otorga, permitiendo futuras modificaciones del sistema cambiando solo el software. Además permite disminuir considerablemente el número de componentes del módulo, ya que para implementar cualquier máquina de estados a base de puertas lógicas y biestables, se reqiere un alto número de componentes. Sin embargo, la lógica cableada también tiene una serie de ventajas, sobre todo relacionado a la robustez que ofrecen este tipo de diseños.
Además también hay que considerar la dificultad de conseguir microcontroladores o dispositivos lógicos programables en el mercado local agrabada por los tipos de encapsulamiento disponibles y manejables (DIP), y de que para este tipo de diseños es necesario un conjunto de herramientas de programación especiales, a menudo caras.
2. Microcontrolador MSP430G2553
En nuestro proyecto hemos recurrido al uso del microcontrolador MSP430G2553, de la familia MSP40 de Texas Instruments. Construido con una CPU de 16 bits, el MSP430 está diseñado para aplicaciones de bajo costo y bajo consumo de energía.
Este dispositivo tiene una gran variedad de periféricos: oscilador interno, dos temporizadores con varios registros de comparación y salidas PWM, watchdog, USART, bus SPI, bus I²C, conversores ADC... De sus características destacamos:
• Bajo consumo (230uA a 1Mhz) • 16 Mhz de frecuencia máxima
• Arquitectura RISC de 16 bits (hasta 62,5 ns por instrucción)
• 2 Periféricos de comunicaciones con capacidad para SPI, I2C y UART
• 512 Byte RAM
Uno de los pricipales motivos de elegir este microcontrolador es que además de poder estar encapsulado en DIP o TMSP, dispones de programador y emulador, lo que facilita en gran medida las tareas de desarrollo. En todas las tarjetas que dispongan de microcontrolador, añadiremos un conector que permita programarlos y realizar tareas de depuración con el emulador gracias al protocolo de Texas Instruments Spy-by-Wire.
Otro, es el de la existencia de un compilador C específico para esta familia de microcontroladores, con generación de código muy optimizada y posibilidad entre otras de control directo de las interrupciones y periféricos, integrado en una IDE de nombre Code Composer Studio facilitada a efectos de pruebas de prototipado por Texas Instruimens. El microcontrolador se comercializa en encapsulados DIP de 20 pines y en encapasulados TMSP de 28 pines, Ya hemos comentado la dificultad que plantea trabajar con encapsulados SMD, sobre todo de cara a construir un prototipo a los medios disponibles. Es por ello que siempre emplearemos encapsulados DIP, a no ser que no haya ninguna otra opción.
Hay que señalar la apuesta de futuro por parte de texas Instrumens para esta familia de controladores (perdurabilidad a largo plazo) y la existencia en internet de toda una comunidad de usuarios/desarrolladores.
Su principal inconveniente es que trabaja a 3V, lo que provoca que haya que incluir un regulador de tensión para poder alimentarlo y utilizar adaptadores de nivel para las señales de entrada y salida.
De todos los periféricos que dispone el microcontrolador MSP430G2553, prácticamente sólo emplearemos los periferícos de comunicaciones, que son los que vamos a describir con más detalle. Disponemos de dos periféricos universales de comunicación serie (USCI) que soportan diversos modos de comunicación, como I2C y SPI. Destacan las siguientes
características:
2.3. SPI:
El periférico permite configurar el microcontrolador como maestro o esclavo.
Cuenta con registros de transmisión y recepción independientes, que generan señales de interrupción:
• UCATXIFG: Flag de interrupción de transmisión de datos. Se activa cuando se
puede añadir un nuevo byte al buffer de transmisión.
• UCARXIFG: Flag de interrupción de recepción de datos. Se activa cuando se ha
recibido un nuevo byte.
Ambas señales pueden generar rutinas de interrupción.
Cuando el microcontrolador funciona como maestro, se puede seleccionar la frecuencia de la señal de reloj del bus. Además se pueden configurar otros detalles, como transmitir datos de 7 u 8 bits, si se trata de un sistema little-endian o big-endian... En nuestro caso, tendrá especial importancia seleccionar correctamente el
Figura 162: Módulo USCI: Modo SPI
2.4. I
2C
Cumple con las especificaciones correspondientes a “Fast mode”, permitiendo tasas de transferencia de hasta 400 Kbit/s.
El modulo genera de forma automática las condiciones de Start y Stop, facilitando la programación.
Además permite configurar el microcontrolador como maestro o esclavo.
Dispone de numerosos flags de interrupción, por ejemplo: fallo por no recibir el bit de reconocimiento (ACK) o detección de condiciones de Start o Stop. Las más importantes son los flags de interrupción de transmisión y recepción de datos, que generan rutinas de interrupción:
• UCATXIFG: Flag de interrupción de transmisión de datos. Se activa cuando se
puede añadir un nuevo byte al buffer de transmisión.
• UCARXIFG: Flag de interrupción de recepción de datos. Se activa cuando se ha
recibido un nuevo byte.
Cuando se encuentra trabajando como maestro, permite seleccionar la velocidad de la señal de reloj SCL.