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MSP430 系列十六位超低功耗单片机 教学实验 统实验教程 赵建 谢楷 沈雪亮 张宝 梁海军 杨乐林 庹明光 徐常志 编写 西安电子科技大学测控工程与仪器系 2006 年5 月 1 一部分 MSP430 系列单片机系统原理 2 第一章MSP430 单片机概述 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(Mixed Signal Pocessor)。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，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。 1.1 MSP430 系列单片机的特点 虽然MSP430 系列单片机推出时间不是很长，但由于其卓越的性能，在短短几年时间里发展 为迅速， 应用也日趋广泛。MSP430 系列单片机针对各种不同应用，包括一系列不同型号的器件。主要特点有： 1．超低功耗 MSP430 系列单片机的电源电压采用1.8~3.6V 低电压，RAM 数据保持方式下耗电仅0.1uA，活动模 式耗电250pA ／MIPS(MIPS：每秒百万条指令数)，IO 输入端口的漏电流最大仅50nA。 MSP430 系列单片机有独特的时钟 统设计，包括两个不同的时钟 统：基本时钟 统和锁频环(FLL 和FLL+)时钟 统或DCO 数字振荡器时钟 统。由时钟 统产生CPU 和各功能模块所需的时钟，并且这 些时钟可以在指令的控制下打开或关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于 统运行时使用的功能模块不 同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有明显的差异。在 统中共有种活动模式(AM)和5 种低功耗模式 (LPM0~LPM4）。 另外，MSP430 系列单片机采用矢量中断， 持十多个中断源，并可以任意嵌套。用中断请求将CPU 唤醒只要6us，通过合理编程，既以降低 统功耗，又可以对外部事件请求作出快速响应。 在这里．需要对低功耗问题作一些说明。 首先，对一个处理器而言，活动模式时的功耗必须与其性能一起来考察、衡量，忽略性能来看功耗是 片面的。在计算机体 结构中，是用W ／MIPS(瓦特／百万指令每秒)来衡量处理器的功耗与性能关系的， 这种标称方法是合理的。MSP430 系列单片机在活动模式时耗电250uA ／MIPS，这个指标是很高的(传统 的Mcs51 单片机约为10～20mA ／MIPS)。 其次，作为一个应用 统，功耗是整个 统的功耗，而不 仅仅是处理器的功耗。比如，在一个有多个输入信号的应用 统中，处理器输入端口的漏电流对 统的耗 电影响就较大了。MSP430 单片机输入端口的漏电流最大为50nA，远低于其他 列单片机(一般为l~10uA) 。 另外，处理器的功耗还要看它内部功能模块是否可以关闭．以及模块活动情况下的耗电．比如低电压 监测电路的耗电等。还要注意，有些单片机的某些参数指标中．虽然典型值可能很小，但最大值和典型值 相差数十倍，而设计时要考虑到最坏情况，就应该关心参数标称的最大值，而不是典型值。总体而言， MSP430 系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机，其应用 统可以做到用一枚电池使用10 年。 2 ．强大的处理能力 MSP430 系列单片机是 16 位单片机，采用了目前流行的、颇受学 界好评的精简指令集(RISC)结构， 一个时钟周期可以执行一条指令(传统的 MCS51 单片机要 12 个时钟周期才可以执行一条指令) ，使 MSP430 在8MHz 晶振工作时，指令速度可达8MIPS(注意：同样8MIPS 的指令速度，在运算性能上16 位处理器比8 位处理器高远不止两倍)。不久还将推出25～30MIPS 的产品。 同时，MSP430 系列单片机中的某些型号，采用了一股只有DSP 中才有的16 位多功能硬件乘法器、 硬件乘．加(积之和)功能、DMA 等一系列先进的体 结构，大大增强了它的数据处理和运算能力，可以有 效地实现一些数字信号处理的算法(如FFT、DTMF 等)。这种结构在其他 列单片机中尚未使用。 3 3 ．高性能模拟技术及丰富的片