MSP430F149 - USB

概要

使用可能なUSBコントローラ

MSP430F149はUSBコントローラを内蔵していないため、USB通信を実装するにはPDIUSBD12等の外付けのUSBコントローラチップが必要となる。

# MSP430マイコンとPDIUSBD12 (USBコントローラIC) はパラレルバス接続 (8ビットデータバス + 制御信号)

[MSP430F149] <--> [PDIUSBD12] <--> [USBコネクタ]

ただし、PDIUSBD12は現在入手が難しくなってきており、新規設計では推奨されない。
そのため、USBコントローラ機能が内蔵されているMSP430F5xxxシリーズやMSP432シリーズに移行、あるいは、USB-UARTブリッジIC (FT232RL等) を使用する。

特に、USB-UARTブリッジICを使用する方法は実装が容易であり、MSP430F149のUART機能 (USART0 / USART1) を利用できる。
また、USB-UARTブリッジICでは、ホスト側のドライバも広くサポートされている。

入手可能な主なUSBコントローラチップを以下に示す。

Microchip

MCP2200
USB-UARTコントローラ
MCP2221/A
USB-UART/I2Cコントローラ
USB2512B / USB2513B
USBハブコントローラ

FTDI

FT232RL / FT232H
USB-UARTコントローラ (産業標準的な製品)
FT2232H
デュアルUSB-UART/FIFO
FT4232H
クワッドUSB-UART/FIFO

WCH

CH340
低コストのUSB-UARTコントローラ
CH375
汎用USBインターフェースコントローラ

Silicon Labs

CP2102N
USB-UARTブリッジ
CP2130
USB-SPIブリッジ

※注意

インターフェース要件
UART接続が必要な場合は、FT232RLやCP2102Nがよく使用されている。MSP430F149はUSART0 / USART1を搭載しているため、容易に接続可能である。

SPI / I2C接続が必要な場合は、MCP2221AやCP2130が適切である。MSP430F149はUSART1をSPIモードで使用できる。
価格帯
CH340は低コスト

FTDI、Microchipの製品は信頼性重視の中価格帯
入手性
FTDI、Microchip、WCHの製品は世界的に流通が安定
開発サポート
FTDI、Microchipの製品は豊富な開発ツールとドキュメントが利用可能であり、サポート体制が充実している。

MSP430F149の特徴

MSP430F149は、Texas Instrumentsの16ビットRISCマイコンで、以下に示す特徴を持つ。

60[KB] Flash ROM
2[KB] RAM
最大8[MHz]動作 (外部クロック使用時)
USART0 / USART1 (UART、SPI、I2C対応)
12ビットADC
タイマA/B
48ピン (LQFP、DIP)
低消費電力設計

※注意
MSP430F149は古い世代のマイコンであるため、新規設計ではMSP430F5xxxシリーズやMSP432シリーズへの移行を推奨する。

USBコントローラIC

PDIUSBD12

PDIUSBD12は、フィリップス社 (現NXPセミコンダクターズ) が開発したUSBペリフェラルコントローラICである。

このICは、特に、マイコンベースのシステムにUSB機能を追加する時のインターフェースコントローラとして使用されてきた。
ただし、このICは古い世代の製品であり、現在は新しい設計には一般的にUSB機能を内蔵したマイコンを使用することが多い。

USB 1.1規格に準拠しており、フルスピード (12[Mbps]) をサポートしている。
8ビットパラレルインターフェースを介してマイコンと接続可能。
内蔵のUSBトランシーバ
エンドポイント・バッファメモリを搭載 (Main Endpoint、Endpoint 1、Endpoint 2)
低消費電力設計
サスペンド/レジューム機能

PDIUSBD12とMSP430F149の接続

PDIUSBD12とMSP430F149は、8ビットパラレルバスで接続する。

接続ピン

D0-D7:
データバス (MSP430F149のP1.0〜P1.7 または P2.0〜P2.7)
A0
アドレス選択 (MSP430F149の任意のGPIO 例: P3.0)
RD#
リード信号 (MSP430F149の任意のGPIO 例: P3.1)
WR#
ライト信号 (MSP430F149の任意のGPIO 例: P3.2)
CS#
チップセレクト (MSP430F149の任意のGPIO 例: P3.3)
INT_N
割り込み信号 (MSP430F149のP1.2等の割り込み対応ピン)

PDIUSBD12のレジスタとコマンド

PDIUSBD12は、コマンドベースのインターフェースを持つ。

主要なコマンドを以下に示す。

0x00 : Set Address / Enable
0x01 : Endpoint Enable
0x02 : Set Mode
0x03 : Set DMA
0x0A : Read Interrupt Register
0x0F : Read Last Transaction Status
0x40 : Select Endpoint (Main Endpoint)
0x41: Select Endpoint (Endpoint 1)
0x42 : Select Endpoint (Endpoint 2)
0xF0 : Read Buffer
0xF1 : Write Buffer

読み出し / 書き込み手順を以下に示す。

コマンドを送信
A0=0、データバスにコマンドコード、WR#をパルス
データを読み書き
A0=1、RD#またはWR#をパルス

USBコントローラ搭載のMSP430マイコン

TIのMSP430シリーズには、USB機能を内蔵したマイコンがいくつか存在する。

MSP430F5xxxシリーズ

MSP430F5527 / MSP430F5528 / MSP430F5529
USB 2.0フルスピード (12[Mbps]) 対応

USBブートローダ機能搭載

内蔵LDO (USB用の3.3[V]電源回路)

豊富なペリフェラル (ADC、タイマ、UART等)

128[KB] フラッシュROM

8〜10[KB] RAM

VBUSラインの電源フィルタ

USBコネクタにおいて、VBUS端子にLCフィルタ等の電源フィルタを構成する場合がある。
これは、入力電源のリップル除去、負荷変動による電圧変動の抑制、デカップリング (高周波ノイズの除去) が目的である。

USB 1.1 / 2.0の場合
フルスピード (12[Mbps])、ハイスピード (480[Mbps]) では比較的低周波であり、電源ノイズの影響が比較的少ないため、数10[uH]程度。

一般的に47[uH]〜100[uH]のインダクタと、100[uF]程度のコンデンサを使用する。
USB 3.x
電源の応答性確保および大きな電流 (900[mA]以上) に対応する必要があり、高速信号 (5[Gbps]以上) のため、より小さい値 (数十〜数百[nH]) を選択する。

インダクタの自己共振周波数 (SRF) にも注意が必要となる。

インダクタ選定の注意

シールドインダクタまたはフェライトコアを使用したインダクタを選定する。
定格電流は使用する電流の1.5倍以上を確保する。
EMI規制への適合
寄生容量による影響