MSP430单片机简介

翔宇

      MSP430单片机简介　　
      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、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。

      MSP430单片机的发展
      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BOOTSTRAP LOADER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。

　　TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了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。

      MSP430单片机的特点  
      处理能力强　　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。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
      运算速度快　　MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
      超低功耗　　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和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，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1μA。

　　其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 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。

　　由于系统运行时开启的功能模块不同，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（LPM0~LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA 。
      片内资源丰富　　MSP430 系列单片机的各系列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A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干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，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12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I2C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，而采用的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。

　　另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。
      方便高效的开发环境　　MSP430 系列有 OTP 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 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；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。[4]


    MSP430单片机家族      MSP430x1xx系列　　基于闪存或 ROM 的超低功耗 MCU，提供 8MIPS，工作电压为 1.8V - 3.6V，具有高达 60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。

　　超低功耗低至：

　　0.1μA RAM 保持模式 0.7μA 实时时钟模式 200μA/MIPS 工作模式 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

　　器件参数：

　　闪存选项：1KB – 60KB ROM 选项：1KB – 16KB RAM 选项：512B – 10KB GPIO 选项：14、22、48 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR 其它集成外设：模拟比较器、DMA、硬件乘法器、SVS、12 位 DAC[5]
      MSP430F2xx系列　　基于闪存的超低功耗 MCU，在 1.8V - 3.6V 的工作电压范围内性能高达 16MIPS。包含极低功耗振荡器 (VLO)、内部上拉/下拉电阻和低引脚数选择。

　　超低功耗低至：

　　0.1μA RAM 保持模式 0.3μA 待机模式 (VLO) 0.7μA 实时时钟模式 220μA/MIPS 工作模式 在 1μs 之内超快速地从待机模式唤醒

　　器件参数：

　　闪存选项：1KB – 120KB RAM 选项：128B – 8KB GPIO 选项：10、16、24、32、48、64 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：模拟比较器、硬件乘法器、DMA、SVS、12 位 DAC、运算放大器[6]
       MSP430C3xx系列　　旧款的 ROM 或 OTP 器件系列，工作电压为 2.5V - 5.5V，高达 32KB ROM、4MIPS 和 FLL。

　　超低功耗低至：

　　0.1μA RAM 保持模式 0.9μA 实时时钟模式 160μA/MIPS 工作模式 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

　　器件参数：

　　ROM 选项：2KB – 32KB RAM 选项：512B – 1KB GPIO 选项：14、40 引脚 ADC 选项：14 位斜率 SAR 其它集成外设：LCD 控制器、硬件乘法器[7]
      MSP430x4xx系列　　基于 LCD 闪存或 ROM 的器件系列，提供 8-16MIPS，包含集成 LCD 控制器，工作电压为 1.8V-3.6V，具有 FLL 和 SVS。低功耗测量和医疗应用的理想选择。

　　超低功耗低至：

　　0.1μA RAM 保持模式 0.7μA 实时时钟模式 200μA/MIPS 工作模式 在 6μs 之内快速从待机模式唤醒

　　器件参数：

　　闪存/ROM 选项：4kB – 120KB RAM 选项：256B – 8KB GPIO 选项：14、32、48、56、68、72、80 引脚 ADC 选项：10 和 12 位斜率 SAR、16 位 Σ-Δ ADC 其它集成外设：LCD 控制器、模拟比较器、12 位 DAC、DMA、硬件乘法器、运算放大器、USCI 模块[8]
      MSP430F5xx系列　　新款基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达 25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。

　　超低功耗低至：

　　0.1μA RAM 保持模式 2.5μA 实时时钟模式 165μA/MIPS 工作模式 在 5μs 之内快速从待机模式唤醒

　　器件参数：

　　闪存选项：高达 256KB RAM 选项：高达 16KB ADC 选项：10 和 12 位 SAR 其它集成外设：USB、模拟比较器、DMA、硬件乘法器、RTC、USCI、12 位 DAC[9]
      MSP430G2553　　低电源电压范围：1.8v至3.6v。

　　超低功耗 运行模式： 230μA （在1MHz 频率和2.2V 电压条件下）

　　待机模式： 0.5μA

　　关闭模式（RAM 保持）： 0.1μA

　　5 种节能模式

　　· 用于模拟信号比较功能或者斜率模数(A/D) 转换的片载比较器

　　· 可在不到1μs 的时间里超快速地从待机模式唤醒

　　· 16 位精简指令集(RISC) 架构，62.5ns 指令周期时间

　　· 带内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的10位200-ksps 模数(A/D) 转换器

　　· 基本时钟模块配置

　　– 具有四种校准频率并高达16MHz 的内部频率· 串行板上编程，

　　– 内部超低功耗低频(LF) 振荡器无需外部编程电压，

　　– 32kHz 晶体护

　　– 外部数字时钟源· 具有两线制(Spy-Bi-Wire) 接口的片上仿真逻辑电路

　　· 两个16 位Timer_A，分别具有三个捕获/比较寄存路器

　　· 多达24 个支持触摸感测的I/O 引脚

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