MSP430原理与应用

“MSP430原理与应用”课程结业论文——题目：MSP430的过去、现在与未来——选修“MSP430原理与应用”课程有感姓名：明丽红学号：201341248班级：园林5131系部：建筑与设计系成绩：批阅教师：长江大学文理学院2015年5月27日摘要：MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(MixedSignalProcessor)，能够针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案，在低功耗方面具有明显的优势。随着技术的突破和产品的革新，MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围不断扩大。关键字：MSP430混合信号处理器低功耗发展前言计算机和集成技术高速发展，电子电路的分析与设计的方式与方法都发生了重大变化，特别是电子设计自动化系统中所包含的测试测量技术已经成为现代教育技术的重要组成部分，在高校的各个电子相关的实验室中，都需要开发和测试各种复杂的电路或子系统，由此可见信号处理器已经成为了很多行业进行研究测试不可或缺的工具。MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。MSP430的特点一强大的处理能力：MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。二、超低的功耗：MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8~3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环(FLL和FLL+)时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器(32768Hz)，有的使用两个晶体振荡器)。由系统时钟系统产生CP[J和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPMO~LPM4)。在等待方式下，耗电为0.7uA，在节电方式下，最低可达0.1uA。三、稳定的工作系统上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。丰富的片上外围模块MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-DeltaAD、直接寻址模块（DMA）、端口O（P0）、端口1~6（P1~P6）、基本定时器（BasicTimer）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，最多达6*8条I/O口线；P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（DMA）模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。四、方便高效的开发环境：目前MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片;对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。MSP430的发展MSP430的超低功耗性能，并不是MSP430研发之初就那么明显的，它也是在不断地摸索、完善中，最终脱颖而出。德州仪器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等几个系列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM型（C）、OTP型（P）、和EPROM型（E）等芯片。EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用EPROM型开发样机；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。2000年推出了11x/11x1系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。这个时期的MSP430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等，只有33x系列才具备.33x系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时，33x并不一定是最适合的。而片内高精度A/D转换器又只有32x系列才有。2000年7月推出了F13x/F14x系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41x、F43x、F44x。这些全部是Flash型单片机。F41x系列单片机有48个I/O口，96段LCD驱动。F43x、F44x系列是在13x、14x的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3xx系列的最多120段增加到160段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。MSP430系列的部分产品具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。TI公司推出具有Flash型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。这种以Flash技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。2001年TI公司又公布了BOOTSTRAPLOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度.2002年底和2003年期间TI公司又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将RAM容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12和SVS等模块。结论与感想每一项新兴技术的产生和发展都是各项技术的相互交融相互碰撞的结晶。站在前人的肩膀上，我们能望得更远，看得更高，做得更好。MSP430系列单片机自1996年问世以来，到如今已经推出了上百个系列的单片机产品。每一个系列的研发和制造，都是经历了不断的尝试和创新而来的，而其中计算机多媒体技术的发展也起着至关重要的引导作用。特别是Flash技术和JTAG技术的应用，真正地使得MSP430单片机的喜用设计、开发调试和实际应用得到了质的变化，使得它的普及性得到的十分突出的加强。这些是紧跟时代科学技术发展脚步的成果，也是科学研究领域的榜样，只有不断地创新实践，勇于追求，敢于探索，才能得到更好的产品，创造更好的技术。通过对这门课程的学习，我深切感受到了科学技术的发展速度十分迅猛，身处于创新发展型的21世纪的我们广大青年也应该紧跟时代步伐，不断创新，不断进取，为世界的辉煌添上更多华美的科学光辉。MSP430这些年不断的发展、完善，研发出一批又一批新的系列，为我们的工业生产带来了诸多裨益，也让我们更加期待它的新成员的诞生。参考文献1）沈建华,杨艳琴《MSP430超低功耗单片机原理与应用(第2版)》清华大学出版社出版2013-09-012）施保华，赵娟，田裕康《MSP430单片机入门与提高:全国大学生电子设计竞赛实训教程》华中科技大学出版社2013-11-13）唐继贤《MSP430超低功耗16位单片机开发实例》北京航空航天大学出版社2014-04-014）张毅刚《单片机原理及接口技术(C51编程)》人民邮电出版社2011-08