MSP430超低功耗单片机原理与应用 （第2版）.doc

第1章 概 述 1.1 单片微型计算机 1.1.1 单片机的概念 微型计算机具有体积小、价格低、使用方便、可靠性高等一系列优点，因此一问世就显示出强大的生命力，被广泛用于国防、工业生产和商业管理等领域。特别是近年来微处理器（MPU）的高速发展，使其渗透到人类生活的各个领域，给人类世界带来了难以估量的深刻变革。 纵观微处理器的发展，可以明显地看出其正朝着两个方向进行。一是朝着具有复杂数据运算、高速通信、信息处理等功能的高性能计算机系统方向发展。这类系统以速度快、功能强、存储量大、软件丰富、输入/输出设备齐全为主要特点，采用高级语言、应用语言编程，适用于数据运算、文字信息处理、人工智能、网络通信等应用。另一方面，在有些应用领域，如智能化仪器仪表、电信设备、自动控制设备、汽车乃至家用电器等，对运算、控制功能的要求相对并不复杂，但对体积、成本、功耗等的要求却比较苛刻。为适应这种需求，产生了一种将中央处理器、存储器、I/O接口电路以及连接它们的总线都集成在一块芯片上的计算机，即所谓的单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），简称单片机。单片机在设计上主要突出了控制功能，调整了接口配置，在单一芯片上制成了结构完整的计算机。 单片机分为通用型和专用型两大类，通常所说的单片机，包括本书介绍的MSP430系列单片机都属于通用型单片机。通用型单片机把可开发的资源全部提供给使用者。专用型单片机也称专用微控制器，是针对某些应用专门设计的，例如频率合成调谐器、MP3播放器、打印机控制器等。 1974年美国德州仪器（TI）在开发4位单片机TMS1000时，首次提出可编程SoC的概念，当时这是计算器、烤箱等应用的理想选择。随着这类处理器广泛应用于各种控制系统，单片机也被称做微控制器（MCU）。MCU现已是许多物理系统的核心，具有更高的集成度和更低的功耗。 微控制器（MCU）、微处理器（MPU）、数字信号处理器（DSP）是目前最常用的3种可编程处理器，它们根据确定的程序执行相应的指令，其架构特性源于1971年开发的第一款微处理器。微控制器具有有限的输入和输出，能够嵌入到完整系统中，目前中等规模微控制器的性能，比首次执行太空任务的计算机还高几个数量级。 1.1.2 单片机的特点及主要系列 单片机的结构特点如下： 时钟频率比通用MPU和DSP低，一般小于100MHz/100MIPS（MIPS：每秒百万条指令数）。 功耗比MPU和DSP低几个数量级。 字长一般为8~32位。 内存有限，通常小于1MB。 具有几个到上百个输入/输出引脚。 单片机的应用特点如下： 小巧灵活、成本低、易于产品化，它能方便地组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，从而能获得最佳性能价格比。 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠工作。 可以方便地实现多机和分布式控制，使整个系统的效率和可靠性大为提高。 单片机由于应用面广、生产批量大而使成本低廉（目前可低至1元人民币左右）；系统结构简单而使可靠性增加；采用CMOS工艺又极大地降低了功耗，因此单片机问世之后就成为微型计算机的重要分支，发展迅速，从4位、8位、16位到32位单片机种类已有数百种，世界年销售量达数十亿片。在20世纪80年代到90年代，国内广泛使用Intel的MCS51系列和Motorola的68HC系列8位单片机。目前，除了TI的MSP430系列单片机，主要的单片机还有Atmel的AVR系列、Microchip的PIC16/32系列以及NXP、ST的ARM系列等。 1.1.3 单片机的应用 单片机可应用在人类生活的各个领域，以下是单片机应用较广泛的部分领域。 工业控制：单片机的结构特点决定了它特别适用于控制系统。它既可作为单机控制器，也可作为多机控制系统的预处理设备，应用非常广泛。例如各种机床控制、电机控制、工业机器人、生产线、过程控制、检测系统等。在军事工业中可用于导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统等。在汽车工业中可用于点火控制、变速器控制、防滑刹车控制、排气控制等。 智能化的仪器仪表：单片机用于温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等各类仪器仪表中，使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能大大提高。 日常生活中的电器产品：单片机可用于电子秤、录像机、录音机、MP3播放器、彩电、洗衣机、智能玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。 计算机网络与通信：单片机可用于BIT BUS、CAN、以太网等构成分布式网络系统，还可用于调制解调器、各种智能通信设备（如小型背负式通信机、列车无线通信等）、无线遥控系统等。 计算机外部设备：单片机可用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图