MSP430混合电压和逻辑系统的设计

3.4 各种电平的转换标准

MSP430系列的供电电压为1.8V ~ 3.6V，通常取典型电压为3.3V，所以I/O口的最大逻辑电平也是3.3V。在进行MSP430微控制器设计时，除了控制器本身还有很多外围的模块和芯片。比如RAM、LCD、串口以及常用的74系列芯片等。如果外围芯片或者模块的工作电压也是3.3V，那么就可以直接接口。但是，由于现在很多芯片的工作电压都是5V，如EPROM、SRAM、诸多74系列芯片等。因此就存在一个如何将3.3VMSP430与这些5V芯片或模块可靠接口的问题。表2所示为5V CMOS、5V TTL和3.3 V电平的转换标准。其中，VOH表示输出高电平的最低电压，VIH表示输入高电平的最低电压，VIL表示输入低电平的最高电压，VOL表示输出低电平的最高电压。从表中可以看出5V TTL和3.3V的转换标准是一样的，而5V CMOS的转换标准是不同的。因此，在将3.3V系统与5V系统接口时，必须考虑到两者的不同。

3.5 MSP430与5V电平接口的4种情形

根据实际应用的场合，下面考虑4种不同的情况。

(1) 5V TTL器件驱动MSP430。由于5V TTL和3.3V的电平转换标准是一样的。5V TTL器件输出的典型值为3.6V。因此，如果3.3V器件能够承受5V的电压，则从电平上来说是完全可以直接相连的。但是，因为驱动器结构会有所不同，因此必须要对加到MSP430输入端的电压进行控制，使其不超过3.6V，以防万一；

(2) MSP430驱动5V TTL器件。由于3.3V 和5V TTL电平转换标准是一样的，因此不需要额外的器件就可以将二者直接相连。不需要额外的电路直接从MSP430驱动5V的器件，看起来是不可思议的，但是3.3V器件的VOH和VOL电平分别是2.4V和0.4V，5V TTL器件的VIH 和VIL 电平分别是2V和0.8V。而MSP430 实际上能输出3V摆幅的电压，显然5V TTL器件能够正确识别MSP430的输入电平；

(3) 5V CMOS器件驱动MSP430。显然，5V CMOS与3.3V的转换电平是不一样的。进一步分析5V CMOS的VOH 和VOL以及3.3V的VIH 和VIL 的转换电平可以看出，虽然两者存在一定的差别，但是能够承受5V电压的3.3V器件能够正确识别5V器件送来的电平值。所以能够承受5V电压的3.3V 器件的输入端可以直接与5V器件的输出端接口。但是MSP430没有5V容限，不能直接与5V器件的输出端接口；

(4) MSP430驱动5V CMOS。3.3V与5V CMOS的电平转换标准是不一样的，从表2中可以看出，3.3V输出的高电压的最低电压值VOH = 2.4V（输出的最高电压可以达到3.3V），而5V CMOS器件要求的高电平最低电压VIH = 3.5V，因此MSP430的输出不能直接与5V CMOS器件的输入相连接。

3.6 3.3V与5V电平转换

由以上分析可知，在5V TTL器件驱动MSP430或者MSP430与5V CMOS器件接口时，二者是不能直接相连的。在这种情况下，必须要经过3.3V与5V电平的相互转换。可以采用双电压（一边是3.3V，另一边是5V）供电的双向驱动器来实现电平转换。如TI的SN74ALVC164245、SN74ALVC4245等芯片，可以较好地解决3.3V与5V电平的转换问题。对于5V TTL驱动MSP430时的情况，也可以采用一个简单的办法就是电阻分压，类似于如图2所示的分压法电源解决方案。

4 MSP430与串口接口问题

MSP430系列微控制器都自带串行通信口，有几款还有两个串口。这样就方便了与PC机接口，增强了与外界通信的能力。不过串口的电平和逻辑关系与MSP430存在很大的差别。以广泛应用的EIA - RS - 232C标准为例，对于数据（信息码）：逻辑1（传号）的电平为-3V ~ -15V，逻辑0（空号）的电平为+3V ~ +15V；对于控制信号：接通状态（ON），即信号有效的电平为+3V ~ +15V，断开状态(OFF)，即信号无效的电平为-3V ~ -15V。也就是说当传输电平的绝对值介于3V ~ 15V时，认为是有效信号，其它电平均认为是无效的。而MSP430输出的电平却在0 ~ 3V左右，因此要想与PC串口接口或者其它带有串口的终端接口，必须要进行EIA-RS-232C与MSP430电平和逻辑关系的转换。实现这种变换的方法很多，可用分离元件，也可用集成电路。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150等芯片可完成TTL电平到串口电平的转换。 MC1489、SN75154可实现串口电平到TTL电平的转换。MAX232/MAX232A、MAX3221/MAX3223 等芯片可完成多路3V ~ 5V电平与串口电平的双向转换。在MSP430与PC串口接口时，用MAX232A电路比较简单（只需外接几个电容），而且这款芯片可以实现两路变换，价格也较便宜。

5 结束语

混合逻辑的设计是一个比较复杂的问题。对MSP430来说，它是低电压、低功耗的芯片。如果与其它芯片的接口设计不好，不仅低功耗特性无法体现，而且有可能导致数据传输出错，在更坏的情况下，还有可能烧毁芯片，因此要引起足够的重视。当然文中的很多方法也适用于解决其它低电压芯片的混合逻辑接口问题。

参考文献
1． MSP430x4xx Family User's Guide (SLAU056B).
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