MSP430原理與應(yīng)用

1、“MSP430原理與應(yīng)用”課程結(jié)業(yè)論文題目：MSP430的過去、現(xiàn)在與未來選修“MSP430原理與應(yīng)用”課程有感姓名： 明麗紅 學(xué)號： 班級： 園林5131 系部： 建筑與設(shè)計系 成績： 批閱教師： 長江大學(xué)文理學(xué)院2015年5月27日摘要：MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器(Mixed Signal Processor)，能夠針對實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案，在低功耗方面具有明顯的優(yōu)勢。隨著技術(shù)的突破和產(chǎn)品的革新，MSP430 系列單片機(jī)的迅速發(fā)展和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

2、。關(guān)鍵字：MSP430 混合信號處理器 低功耗 發(fā)展前言計算機(jī)和集成技術(shù)高速發(fā)展，電子電路的分析與設(shè)計的方式與方法都發(fā)生了重大變化，特別是電子設(shè)計自動化系統(tǒng)中所包含的測試測量技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代教育技術(shù)的重要組成部分，在高校的各個電子相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室中，都需要開發(fā)和測試各種復(fù)雜的電路或子系統(tǒng)，由此可見信號處理器已經(jīng)成為了很多行業(yè)進(jìn)行研究測試不可或缺的工具。MSP430 系列是一個 16 位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，在 1996 年問世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。MSP430的特點(diǎn) 一 強(qiáng)大的處理能力： MSP43

3、0系列單片機(jī)是一個16位的單 片機(jī)，采用了精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令;大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運(yùn)算;還有高效的查表處理指令;有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125ns。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。 二、超低的功耗： MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。 首先，MSP430系列

4、單片機(jī)的電源電壓采用的是1.83.6V電壓。因而可使其在1MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流會在200400uA左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA。 其次，獨(dú)特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在MSP430系列中有兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。有的使用一個晶體振蕩器(32768Hz)，有的使用兩個晶體振蕩器)。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPJ和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運(yùn)行時打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式(A

5、M)和五種低功耗模式(LPMOLPM4)。在等待方式下，耗電為0.7uA，在節(jié)電方式下，最低可達(dá)0.1uA。 三、穩(wěn)定的工作系統(tǒng) 上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障， DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。 豐富的片上外圍模塊 MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（ WDT ）、模擬比較器 A 、定時器 A （ Timer_A

6、 ）、定時器 B（ Timer_B ）、串口 0 、1（ USART0 、1 ）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、 10 位 /12 位 ADC、16位Sigma-Delta AD、直接尋址模塊（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 16 （ P1P6 ）、基本定時器（Basic Timer ）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕獲 / 比較功能，大量的捕獲 /比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、 PWM等；有的器件更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同

7、步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O口線； P0 、 P1 、 P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件IIC串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA ）模塊。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 四、方便高效的開發(fā)環(huán)境： 目前MSP430系列有OPT型、

8、FLASH型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片;對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。這種方式只需要一臺PC機(jī)和一個JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C語言。MSP430的發(fā)展 MSP430的超低功耗性能，并不是MSP430研發(fā)之初就那么明顯的，它也是在不斷地摸索、完善中，最終脫穎而出。德州儀

9、器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等幾個系列，這些系列具有LCD驅(qū)動模塊，對提高系統(tǒng)的集成度較有利。每一系列有ROM 型（C）、OTP 型（P）、和 EPROM 型（E）等芯片。EPROM 型的價格昂貴，運(yùn)行環(huán)境溫度范圍窄，主要用于樣機(jī)開發(fā)。這也表明了這幾個系列的開發(fā)模式，即：用戶可以用 EPROM 型開發(fā)樣機(jī)；用OTP型進(jìn)行小批量生產(chǎn)；而ROM型適應(yīng)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。 2000 年推出了11x/11x1系列。這個系列采用20腳封裝，內(nèi)存容量、片上功能和 I/O 引腳數(shù)比較少，但是價格比較低廉。這個時期的MSP430已經(jīng)顯露出了它的特低功耗等的一系列技術(shù)特點(diǎn)，但也有不

10、盡如人意之處。它的許多重要特性如：片內(nèi)串行通信接口、硬件乘法器、足夠的 I/O 引腳等，只有33x系列才具備.33x系列價格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶設(shè)計需要更多考慮成本時，33x并不一定是最適合的。而片內(nèi)高精度A/D轉(zhuǎn)換器又只有32x系列才有。 2000年7月推出了F13x/F14x 系列，在2001年7月到2002年又相繼推出F41x、F43x、F44x。這些全部是 Flash 型單片機(jī)。F41x系列單片機(jī)有48個I/O 口，96段LCD驅(qū)動。F43x、F44x系列是在13x、14x的基礎(chǔ)上，增加了液晶驅(qū)動器，將驅(qū)動LCD的段數(shù)由3xx系列的最多120段增加到160段。并且

11、相應(yīng)地調(diào)整了顯示存儲器在存儲區(qū)內(nèi)的地址，為以后的發(fā)展拓展了空間。MSP430系列的部分產(chǎn)品具有Flash存儲器，在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。TI公司推出具有Flash 型存儲器及JTAG 邊界掃描技術(shù)的廉價開發(fā)工具M(jìn)SP-FET430X110，將國際上先進(jìn)的JTAG技術(shù)和Flash在線編程技術(shù)引入MSP430。這種以Flash 技術(shù)與FET開發(fā)工具組合的開發(fā)方式，具有方便、廉價、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，給用戶提供了一個較為理想的樣機(jī)開發(fā)方式。 2001年TI 公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技術(shù)，利用它可在燒斷熔絲以后只要幾根線就可更改并運(yùn)行內(nèi)部的程序。這為系統(tǒng)軟件的

12、升級提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可達(dá)到 32個字節(jié)的長度.2002年底和2003年期間TI公司又陸續(xù)推出了F15x和F16x系列的產(chǎn)品。 在這一新的系列中，有了兩個方面的發(fā)展。一是從存儲器方面來說，將 RAM 容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是從外圍模塊來說，增加了I2C、DMA、DAC12 和SVS等模塊。結(jié)論與感想 每一項新興技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展都是各項技術(shù)的相互交融相互碰撞的結(jié)晶。站在前人的肩膀上，我們能望得更遠(yuǎn)，看得更高，做得更好。 MSP430系列單片機(jī)自1996年問世以來，到如今已經(jīng)推出了上百個系列的單片機(jī)產(chǎn)品。每一個系列的

13、研發(fā)和制造，都是經(jīng)歷了不斷的嘗試和創(chuàng)新而來的，而其中計算機(jī)多媒體技術(shù)的發(fā)展也起著至關(guān)重要的引導(dǎo)作用。特別是Flash技術(shù)和JTAG技術(shù)的應(yīng)用，真正地使得MSP430單片機(jī)的喜用設(shè)計、開發(fā)調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用得到了質(zhì)的變化，使得它的普及性得到的十分突出的加強(qiáng)。這些是緊跟時代科學(xué)技術(shù)發(fā)展腳步的成果，也是科學(xué)研究領(lǐng)域的榜樣，只有不斷地創(chuàng)新實(shí)踐，勇于追求，敢于探索，才能得到更好的產(chǎn)品，創(chuàng)造更好的技術(shù)。通過對這門課程的學(xué)習(xí)，我深切感受到了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度十分迅猛，身處于創(chuàng)新發(fā)展型的21世紀(jì)的我們廣大青年也應(yīng)該緊跟時代步伐，不斷創(chuàng)新，不斷進(jìn)取，為世界的輝煌添上更多華美的科學(xué)光輝。MSP430這些年不斷的發(fā)展、完善，研發(fā)出一批又一批新的系列，為我們的工業(yè)生產(chǎn)帶來了諸多裨益，也讓我們更加期待它的新成員的誕生。