[原创] TI MSP430F5529 3D打印机解决方案

TI的MSP430系列超低功耗微控制器由几款器件组成，具有不同的外设集，面向各种应用。优化的架构和多种低功耗模式为便携式测量应用延长了电池寿命。该器件具有功能强大的16位RISC CPU、16位寄存器和恒定发生器，有助于实现更高的代码效率。数控振荡器（DCO）能够在3.5µs内从低功耗模式唤醒并进入活动模式。

MSP430F5529、MSP430F5527、MSP430F5525和MSP430F5521微控制器集成了支持USB2.0的USB和PHY、4个16位定时器、1个高性能12位模数转换器（ADC）、2个通用串行通信接口（USCI）、硬件乘法器、DMA、具有报警功能的实时时钟模块和63个I/O引脚。MSP430F5528、MSP430F5526、MSP430F5524和MSP430F5522包含所有这些外设，但I/O引脚为47个。

MSP430F5519、MSP430F5517和MSP430F5515微控制器集成了支持USB 2.0的USB和PHY、4个16位定时器、2个通用串行通信接口（USCI）、硬件乘法器、DMA、具有报警功能的实时时钟模块和63个I/O引脚。MSP430F5514和MSP430FF5513包含所有这些外设，但I/O引脚为47个。

典型应用包括模拟和数字传感器系统、数据记录器和其他需要连至各种USB主机的应用。

MSP430F5529主要特性

低电源电压范围：3.6V~1.8V
超低功耗
活动模式（AM）：所有系统时钟均运行，290µA/MHz@8MHz、3.0V、闪存程序执行（典型值），150µA/MHz@8MHz、3.0V、RAM程序执行（典型值）
待机模式（LPM3）：带有晶体的实时时钟、看门狗和电源监控器在运行，全RAM保持，快速唤醒：1.9µA@2.2V，2.1µA@3.0V（典型值）；低功耗振荡器（VLO）、通用计数器、看门狗和电源监控器在运行，全RAM保持，快速唤醒：1.4µA@3.0V（典型值）
关机模式（LPM4）：全RAM保持，电源监控器在运行，快速唤醒：1.1µA@3.0V（典型值）
关断模式（LPM4.5）：0.18µA@3.0V（典型值）
能够在3.5µs（典型值）内从待机模式唤醒
16位RISC架构，扩展内存，高达25MHz的系统时钟
灵活的电源管理系统
具有可编程调节内核电源电压、全面集成的LDO
电源电压监视、监测和掉电
统一的时钟系统
用于实现频率稳定的FLL控制环路
低功耗低频内部时钟源（VLO）
低频校准内部参考源（REFO）
高达32MHz的高频晶体（XT2）
16位定时器TA0，带有5个捕捉/比较寄存器的Timer_A
16位定时器TA1，带有3个捕捉/比较寄存器的Timer_A
16位定时器TA2，带有3个捕捉/比较寄存器的Timer_A
16位定时器TB0，带有7个捕捉/比较影子寄存器的Timer_B
2个通用串行通信接口
USCI_A0和USCI_A1支持：增强型UART支持自动波特率检测、IrDA编码器与解码器、同步SPI
USCI_B0和USCI_B1支持：I²C^TM、同步SPI
全速通用串行总线（USB）
集成式USB-PHY
集成式3.3V和1.8V USB电源系统
集成式USB-PLL
8个输入和8个输出端点
12位模数（A/D）转换器（仅限于MSP430F552x），具有内部参考、采样保持和自动扫描特性
比较器
支持32位运算的硬件乘法器
串行板载编程，无需外部编程电压
3通道内部DMA
具有实时时钟特性的基础定时器



图1  MSP430F5529框图

3D打印机参考设计

此设计是用于控制基于单个挤出机的3轴3D打印机的完整系统。该系统由MSP430F5529 LaunchPad进行管理，并利用DRV8846实现精度步进电机控制。CSD18534Q5A用作温床加热器、挤出机加热器和冷却风扇的低侧开关。DRV5033霍尔传感器充当非接触式限位开关。

3D打印机参考设计特性

包含MCU、步进驱动器、加热器输出、传感器输入和SD卡槽的完整3D打印机控制器
使用DRV8846自适应衰减实现精确的步进电机电流调节
霍尔传感器限位开关不受污染物影响且永不磨损
来自CSD18534Q5A的高电流加热器输出，导通阻抗低至7.8mΩ
由单个2V电源供电
系统已经过全面测试和实践检验

主要的TI器件

DRV5033
DRV8846
CSD18534Q5A
MSP430F5529
UA78M33

图2  3D打印机参考设计外形图

3D打印机控制器（12V）参考设计

3D打印机控制器（12V）参考设计是一个用于控制基于单个挤出机的3轴3D打印机的完整系统。该控制器由12V电源供电，面向步进电机驱动器、温床加热器、挤出机加热器和风扇驱动器。为了给微控制器和传感器供电，电源电压可调低至3.3V。

该设计利用MSP430F5529 LaunchPad（主板）和3D打印机专用BoosterPack（子板）来提供系统解决方案。MSP430F5529微控制器用于控制步进电机驱动器和电源开关。该微控制器可以接受来自于USB连接或板载micro-SD卡的命令。4个DRV8846用于驱动轴和挤出机步进电机。3个CSD18534Q5A用作温床、热端和风扇的电源开关。UA78M33CDCY为微控制器和传感器将输入电源电压调低至3.3V。控制器可以接受来自于6个限位开关和3个热敏电阻的信号。该参考设计将DRV5033用作非接触限位开关，以便检测安装在各个轴上的磁体。


图3  12V 3D打印机控制器（12V）外形图

图4  12V 3D打印机控制器框图

图5  12V 3D打印机控制器电路图
表1  12V 3D打印机控制器材料清单：

详情：
http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/msp430f5529.pdf
http://www.ti.com/lit/ug/tidu660/tidu660.pdf
http://www.ti.com.cn/cn/lit/df/tidrby2/tidrby2.pdf
http://www.ti.com.cn/cn/lit/df/tidrby3/tidrby3.pdf
http://www.ti.com.cn/cn/lit/df/tidrby4/tidrby4.pdf