【TI首届低功耗设计大赛】基于MSP430FR5969的电子产品硬件开发平台

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【TI首届低功耗设计大赛】基于MSP430FR5969的电子产品硬件开发平台 [复制链接]

基于MSP430FR5969的电子产品硬件开发平台

背景介绍
在你研发产品的过程中会遇到这种情况?

或者这种？

如果你也是各种杜邦线，各种飞，也经常一不小心掉了哪条线，接错哪条线查老半天才找到原因，那么将来你在研发产品时的桌面可能只需这样。

这就是我在这次活动中的参赛项目《基于MSP430FR5969的电子产品硬件开发平台》，它目前的全家福照片是这样。

为什么开发这个平台
在研发产品时，每次接好的系统为了调整或做其他评估时又经常需要断开，再接好，即便每次都使用相机记录下线序，这一过程都会消耗不少时间。
在开发项目过程中设计的PCB，打样和焊接浪费钱不说也会消耗不少时间，这些前期用于调试的样板能被重用的几率很低，除非喜欢各种飞线。
而金刚狼是TI公司推出的一款超低功耗铁电存储器单片机，非常适合对功耗要求严苛的场合，结合铁电存储器的近乎无限次擦写次数，可以应用在很多例如医疗设备，穿戴设备，消费电子等产品上，为了解决上述问题，更好的利用此单片机开发各种应用为设计了这个平台。
这个平台有哪些优势，又解决了那些问题
这是一个能够让开发者更好的将MSP430FR5969应用在各种电子产品上的工具，一个能够缩短开发周期，增加调试阶段系统的稳定性的硬件平台， 除此之外它也是一个开发辅助工具，能够辅助开发人员调试其他产品。
让你告别飞线测试产品时代。

这个平台是怎么实现的
这个系统包含有MSP430FR5969核心板一枚，

核心板有4个多功能接口，

每个接口都包含有供电引脚，可以为外设供电或。

除了多功能接口外核心板还包含两个独立电源输入接口，


两接口都串联了二极管（法拉电容为可先配件），防止电源接反和实现两个电源接间的供电隔离。独立电源输入接口都配备了GPIO，能通过MCU控制电源的使能引脚，实现电源使能和关断，也可通过检测电源的POWERON电平实现电源状态检测。
和核心板配套的配件包括电源模块和外设，本次活动第一版打样时我画了一些电源和外设扩展板，


每个模块的方大图

250mV 启动电压的 400mA 升压型 DC DC 转换器

ADMP441

ADMP521

ADXL362

CC1101

CR2032模块

DCR021205_NVE_10 隔离电源模块

DRV2667压电陶瓷控制器

LDC1000

LT1167可利用单个电阻器来设置增益的精准型仪表放大器

LT3029I双通道 500mA 500mA 低压差、低噪声、微功率线性稳压器

LT3083I可调 3A 单电阻器低压差线性稳压器

LT3083I可调 3A 单电阻器低压差线性稳压器

LTC1965 1.1A、低噪声、低压差线性稳压器 SENSE=GND VOUT = 2.5V

LTC3107超低电压能量收集器和主电池寿命延长器

LTC3588压电式能量收集电源

MAG3110

MAG3115A2

MPU6050

OPT101光线传感器

TMP006

电压基准

核心板P1P2口

核心板P3P4口

核心板独立电源+LED

核心板调试口和晶振

电源有压电能量采集模块，热电能量采集模块，各种LDO模块，DC-DC模块，隔离DC-DC模块和CR2032模块。
外设有地磁传感器模块，压力传感器模块，热电传感器模块，温湿度传感器模块，陀罗仪模块，I2S麦克风模块，PDM麦克风模块（对，MSP430FR5969是没有I2S和PDM接口，但谁又敢说不能通过软件的方式实现呢），照度传感器模块，CC1101射频模块等。
项目进度
收到开发板我首先做了一个ADC的实验
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-448601-1-1.html


http://player.youku.com/embed/XNzk1NDk1ODYw.html
然后又用开发板接MAG3110做了一个外设实验
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-448985-1-1.html


http://player.youku.com/embed/XODAxODY5Mjk2.html
接着是做PCB
这是我处理PCB的贴子
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-450970-1-1.html

PCB背面图

PCB正面图原理图画的很丑，不过还是放上来吧，PDF版的
sch.pdf (981.52 KB, 下载次数: 15)

2015-1-3 20:38 上传

点击文件名下载附件

BOM也很吓人
BOM.rar (11.75 KB, 下载次数: 4)

2015-1-3 20:42 上传

点击文件名下载附件

做好PCB后，焊接一个最小系统板调试了一个LED流水灯程序
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-451541-1-1.html


http://player.youku.com/embed/XODMyOTM4NDEy.html
接下来是外设基本焊接完成
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-451965-1-1.html
外设焊接好以后我用这个系统调试了第一个外设
MSP430FR5969 CC1101
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453143-1-1.html






接下来是第二个外设程序 第二个外设程序
MSP430FR5969读取ADXL362数据通过CC1101发送
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453485-1-1.html


http://player.youku.com/embed/XODU3OTAxNDIw.html

此平台的应用场景举例
有了这么强大的开发平台研发人员就可以使用它做各种应用，为了验证平台的实用性我计划做几个实验，当然这些都是随便编出来的，为了验证这个平台的实用性，没什么技术含量，也谈不上什么创新。第一个项目是准备做一个车流量检测系统，将两个压电传感器埋在马路下，汽车经过时对地面施加压力产生电能，利用两个压力能量收集模块采集电能，存储在超级电容里，捕获两个电源模块POWERON引脚的时间差计算车速，通过当前电容电压和POWERON的持续时间来估算车重量(压力越大采集的电能越多)，累积数据计算车流量。将数据保存在MSP430FR5969存储器里，然后通过CC1101模块定时将数据发送给主机。这是一个几乎除金刚狼不能胜任的工作，之前我测试过压电发电的效果，将一个发光二极管串联到一个压电扬声器上，敲打扬声器会看到二极管可以被点亮，由于金刚狼的待机和数据写入功耗都非常低，电量肯定是够用的，遗憾的是压电扬声器太脆弱，我买了一些，最后都在实验中压碎了。后来一想，那就再买一些吧，因为数学学的不好，结果在淘宝上买来的都是介么大点儿滴，拆开以后那真是薄如头屑。
因为没找到理想的压电传感器，最近又太忙，这个项目就先撂在一边。
后来又做了一些简单的，一个是贵物管家，临时编出来的，利用加速度检测首饰盒震动，检测震动达到预设阈值时通过CC1101发送报警数据给主机，由主机通过邮件的形式通知使用者。
下面是我实现此项目的帖子 贵物管家
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453508-1-1.html


http://player.youku.com/embed/XODU4NjMwNjM2.html

http://player.youku.com/embed/XODU4NTg0OTc2.html
说实话，这个项目没能完全发挥出铁电的优势，我又试了一下铁电的存储功能，
铁电存储实现 上电计数器
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453516-1-1.html
接着又做了一个电子产品运行数据记录仪同一天做出来的，使用金刚狼的串口接收其他产品的日志数据，利用金刚狼的无限次写入和超低功耗特性，实时储存日志便于日后分析，使用纽扣电池供电。
电子产品运行数据记录仪
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453526-1-1.html
http://player.youku.com/embed/XODU4OTI4ODY0.html
利用MSP430FR5969开发平台快速搭建无线照度测量系统 (2015-1-5)
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453918-1-1.html
http://player.youku.com/embed/XODY1MTk1Mjc2.htm
对此平台的总结
通过这三个项目可以看出使用这个平台来开发产品非常方便，因为标准化了通信接口，在更换不同器件时非常方便，不需要去记录线序，更不用频繁使用杜邦线。在以后的项目中根据标准化接口设计新的外设，通过预先设计好的IIC，SPI等驱动就能在极短的时间内搭建起任何想要的系统。
一次做出来的硬件能够被反复使用，应用于各种项目。
功能实现后由于时间有限代码没有进一步整理，就没把工程打包发到论坛，只贴了一些片段，需要的网友可以回帖，有要的等我抽时间整理后再发上来。
这个项目的末来
这个项目的特点是提出一种标准化的硬件接口概念，一种鼓励分享，鼓励开源的开放平台，有点类似于Arduino，不同的是他不需要研发人员放弃当前编程语言，也不用改变现有的开发习惯，是在现有的开发基础上提供一种可重用的软硬件平台。
后期我会抽时间开源一套基于硬件此平台的软件规范，两者相结合，这样大家就可以在使用这个平台开发产品的同时逐渐完善这个平台的外设库，外设库建设起来以后研发人员就可以专心设计产品的架构，而无需把太多精力消耗在外设的软硬件调试上。
如果有可能，这个平台还会有一个图形配置界面，选择核心板后，再选择想要调试的外设，然后拖动到要连接的多功能口，点击生成代码，就可以自动生成一套含有基本外设操作的示例代码。
如果再可能，这个平台除了可以生成代码外，还可以在选择好外设好点击生成原理图来生成相应的原理图文件，经过简单调整就可以画PCB喽。不过受限于我的技术水平，这个可能需要像TI的WEBENCH® Designer开发团队那样的高手加入才行。
牛B吹的有点大了，再来看看——
开发中遇到的麻烦和解决办法
在调试的过程中也遇到了一些问题，
例如PCB的4个多功能接口有两个画反了，导致新焊的3片HDC1000被瞬间火化处理，可能因为器件太小了扛不住反向电流。人家CC1101就没事，接上几次都是把电源电源弄罢工，哪像LDC1000小面面，要不哪能烧那些。
然后是贵物管家使用调试口供电可以正常工作，接上CR2032电源模块就读不出数据，发现是独立电源口使用了P1的几个引脚作为电源检测和控制，ADXL362的串口使用了P1而CR2032模块把这些引脚都连到了V+上，导致单片机拉不下去。后来把CR2032其他脚切断悬空后问题解决。
再然后调试的过程中遇到过一些和FRAM存储有关的问题，也发了帖子分享。
MSP430FR5969写任意FRAM地址
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453641-1-1.html
MSP430FR5969将变量分配到FRAM任意地址
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453647-1-1.html
还有就是遇到待机电流不稳定的情况
在I/O口配置成输入后，功耗易受到外界环境影响，这个问题还在实验，有结果了会及时在论坛分享。
关于MSP430FR5969的功耗你知多少
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453666-1-1.html



为了能够更好的表达我的设计思路，部分视频我加入了语音讲解，第一次录带说话的视频，还真有些小紧张呢。
对本次活动的总结
MSP430是我最喜欢也最擅长开发的单片机，现在已经在使用它开发我们的产品，虽然价格有些小贵，不像CORTEX-M0的价格那样亲民，对于一些小的系统，使用430开发会非常方便，有些应用也是非MSP430不能实现。
TI的活动一直以来都是大手笔，单单那些奖品就让人心动。

这个活动真是无敌了，除了送开发板，发大奖，网坛帮助生产样机和推广，更重要的是200个名额居然都没被选中，那怎么行。于是我是削尖脑袋也想挤进这个活动，着急带上火的问了论坛管理员，后来说不入围也可以参加，前期需自备开发板，备就备吧，于是我就荣幸地出现在第四批入围名单里，也是最后一批。
【TI首届低功耗设计大赛】第四批入围名单 最后一期
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-448306-1-1.html

为了省钱我没有选择淘宝，而是在TI estore买了一个开发板，没想到发货和物流的速度都太快了，没两天我就收到了板子。
欢迎大家自费买板参加金钢狼活动，我的已经到货啦
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-448383-1-1.html
遗憾的是当时买看到，要是加点钱买个带LCD的套板就可以开发更多应用了。
2015年伴随着我的手机，写着这个帖子就这么悄悄到来了
年前也在艾瑞克王的帖子里许了愿
希望这些愿望都能实现，都能实现，wuhahaha
2015-1-1 00-22
题外话
近期在调试产品功耗的时候，因为没有专业的测量仪表，小壁虎开发板的电流检测功能对我的帮助非常大，对于低功耗MCU的老大TI同学，我非常希望你能在2015这新的一年里推出一款带电流检测的LaunchPad产品，让大家方便测试你的MSP430功耗，这会非常有用的，至少我这么认为，你觉得呢?
原凉我对EnergyTrace++的不了解，根据我能找到的资料，EnergyTrace++ 好像是对MCU运行功耗的估算，然后又看到LaunchPad可以刷一个什么ULPBench的固件，刚刚我又草草看了MSP-EXP430FR5969 Hardware Design Files 里调试器部分的原理图，也没有发现电流检测方面的电路，好吧，就当介个板子没有电流检测给TI小朋友提意见了，因为很多时候测量MCU+外设的功耗看起来才更舒服。




补充
照度传感器原理图设计错了，已经改好。


https://bbs.eeworld.com.cn/thread-453918-1-1.html

maylove

赞一个，写的太详细了！

传媒学子

顶一个，卤煮 功力深厚啊