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　　本書以美國德州儀器公司（TI）的MSP430系列超低功耗單片機(jī)為核心，介紹了MSP430單片機(jī)的特點(diǎn)和選型，詳細(xì)講述了MSP430的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，對(duì)MSP430全系列（特別是*新的F5xx、F6xx）所涉及的片內(nèi)外圍模塊的功能、原理、應(yīng)用做了詳盡的描述，并介紹了MSP43X的開發(fā)環(huán)境、匯編語言、庫函數(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)方法，以及單片機(jī)低功耗設(shè)計(jì)、常用接口電路設(shè)計(jì)和嵌入式軟件編程基礎(chǔ)等。*后還有幾個(gè)體現(xiàn)MSP430單片機(jī)特點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。本書配套有完整的教學(xué)資源，包括PPT課件、配合MSP430 LaunchPad的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等。
　　本書可作為高等院校計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)化、儀器儀表等專業(yè)單片機(jī)課程的教材，也適合廣大從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員作為學(xué)習(xí)、參考用書。

　　單片機(jī)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代有了新的發(fā)展機(jī)遇，對(duì)處理器的綜合性能要求也越來越高。縱觀單片機(jī)的發(fā)展，以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來越細(xì)化，充分突出以“單片”解決問題，而不像多年前以MCS-51/96等處理器為中心，外擴(kuò)各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域（嵌入式高端應(yīng)用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理器構(gòu)成），在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　（1）以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用紐扣電池供 電。要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、玩具等。
　　（2）隨著應(yīng)用的復(fù)雜，對(duì)處理器的功能和性能要求不斷提高，即既要外設(shè)豐富、功能靈活，又要有一定的運(yùn)算能力，能做一些實(shí)時(shí)算法，而不僅僅做一些簡(jiǎn)單的控制。
　　（3）產(chǎn)品更新速度快，開發(fā)時(shí)間短，希望開發(fā)工具簡(jiǎn)單、廉價(jià)，功能完善。特別是仿真工具要有延續(xù)性，能適應(yīng)多種MCU，以免重復(fù)投資，增加開發(fā)投入。
　　（4）產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護(hù)，又能方便升級(jí)。與無線通信技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用日趨增多。

　　單片機(jī)應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代有了新的發(fā)展機(jī)遇，對(duì)處理器的綜合性能要求也越來越高。縱觀單片機(jī)的發(fā)展，以應(yīng)用需求為目標(biāo)，市場(chǎng)越來越細(xì)化，充分突出以“單片”解決問題，而不像多年前以MCS-51/96等處理器為中心，外擴(kuò)各種接口構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一部分，主要集中在中、低端應(yīng)用領(lǐng)域（嵌入式高端應(yīng)用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能處理器構(gòu)成），在這些應(yīng)用中，目前也出現(xiàn)了一些新的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　（1）以電池供電的應(yīng)用越來越多，而且由于產(chǎn)品體積的限制，很多是用紐扣電池供 電。要求系統(tǒng)功耗盡可能低，如手持式儀表、水表、玩具等。
　　（2）隨著應(yīng)用的復(fù)雜，對(duì)處理器的功能和性能要求不斷提高，即既要外設(shè)豐富、功能靈活，又要有一定的運(yùn)算能力，能做一些實(shí)時(shí)算法，而不僅僅做一些簡(jiǎn)單的控制。
　　（3）產(chǎn)品更新速度快，開發(fā)時(shí)間短，希望開發(fā)工具簡(jiǎn)單、廉價(jià)，功能完善。特別是仿真工具要有延續(xù)性，能適應(yīng)多種MCU，以免重復(fù)投資，增加開發(fā)投入。
　　（4）產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，既能加密保護(hù)，又能方便升級(jí)。與無線通信技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用日趨增多。
　　美國德州儀器公司（TI）推出的MSP430系列超低功耗16位混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor），集多種領(lǐng)先技術(shù)于一體，以16位RISC處理器、超低功耗、高性能模擬技術(shù)及豐富的片內(nèi)外設(shè)、JTAG仿真調(diào)試等定義了新一代超低功耗單片機(jī)。加之TI優(yōu)良的服務(wù)（全球免費(fèi)快速網(wǎng)上樣片申請(qǐng)、豐富的技術(shù)資料、大學(xué)計(jì)劃資源等），充分體現(xiàn)了世界級(jí)著名IC廠商的實(shí)力和綜合優(yōu)勢(shì)。
　　在超低功耗方面，其處理器功耗（1.8～3.6V，0.1～400μA，RTC運(yùn)行約0.5μA，約100μA/MIPS）和口線輸入漏電流（最大50nA）在業(yè)界都是最低的，遠(yuǎn)低于其他系列產(chǎn)品。
　　在運(yùn)算性能上，其16位RISC結(jié)構(gòu)，使MSP430在16MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達(dá)16MIPS（注意：同樣8MIPS的指令速度，在運(yùn)算性能上16位處理器比8位處理器不止高兩倍）。同時(shí)，MSP430中采用了一般只有DSP中才有的16位多功能硬件乘法器、硬件乘-加（積之和）功能、DMA等一系列先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了它的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，可以有效地實(shí)現(xiàn)一些數(shù)字信號(hào)處理的算法（如FFT、DTMF等）。
　　在開發(fā)工具上，MSP430系列單片機(jī)支持先進(jìn)的JTAG調(diào)試，其硬件仿真工具（仿真器）非常廉價(jià)，而且適用于所有MSP430系列單片機(jī)，既便于推廣，又大大降低了用戶的開發(fā)投入。其軟件集成開發(fā)環(huán)境有IAR的EW430和TI的CCS，功能都很強(qiáng)大。
　　在系統(tǒng)整合方面，MSP430系列單片機(jī)結(jié)合TI的高性能模擬技術(shù)，根據(jù)其不同產(chǎn)品，集成了多種功能模塊，包括定時(shí)器、模擬比較器、多功能串行接口（SPI/IIC/UART）、USB、LCD驅(qū)動(dòng)器、硬件乘法器、10/12/16位ADC、12位DAC、看門狗定時(shí)器（WDT）、I/O端口（P0～P6）、DMA控制器、2～10KB的RAM、多達(dá)128KB的Flash，以及豐富的中斷功能。使用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，選擇最合適的MSP430系列產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。另外，大部分MSP430系列單片機(jī)采用Flash技術(shù)，支持在線編程，并有加密熔絲，具有很高的保密性。MSP430系列單片機(jī)均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，可靠性高，可用于各種民用、工業(yè)產(chǎn)品。
　　《MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用》一書初版于2004年11月在清華大學(xué)出版社出版發(fā)行，2012年進(jìn)行了改版并于2013年9月出版了該書的第2版。近幾年MSP43x系列單片機(jī)在性能、功能和應(yīng)用方面都有了新的發(fā)展，為了滿足新的教學(xué)要求、更好地推廣最新MSP43x技術(shù)和產(chǎn)品，在TI大學(xué)計(jì)劃部和清華大學(xué)出版社的支持下，我們修訂出版此書的第3版。本書主要以TI公司最新、功能最完整的MSP430F6xx系列內(nèi)容為基礎(chǔ)，刪除了一些陳舊的內(nèi)容，增加并修訂了MSP430庫函數(shù)、CCS開發(fā)工具、嵌入式軟件編程基礎(chǔ)、嵌入式無線通信、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。為了方便教學(xué)，我們還開發(fā)了完整的教學(xué)配套資源，包括PPT課件、配合MSP430 LaunchPad的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等。
　　參與本書編寫和資料整理、代碼驗(yàn)證等工作的還有上海大學(xué)李晉、華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系洪明杰、孫樂晨、杜欣宇、張紅艷、張炤、林雯、上海德研電子科技有限公司陳宮、郝立平、姜哲等。在本書成稿過程中，得到了德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)（上海）有限公司大學(xué)計(jì)劃部經(jīng)理王承寧、潘亞濤、崔萌、清華大學(xué)出版社編輯蘇明芳等的大力支持。在此向他們表示衷心的感謝。
　　由于時(shí)間倉促，水平所限，至交稿時(shí)我們?nèi)杂X得有些地方還不盡人意，錯(cuò)誤之處也在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以便我們及時(shí)修正。有關(guān)此書的信息和配套資源，會(huì)及時(shí)發(fā)布在網(wǎng)站上。
　　編 者

　　第1章 概 述
　　1.1 單片微型計(jì)算機(jī)
　　1.1.1 單片機(jī)的概念
　　微型計(jì)算機(jī)具有體積小、價(jià)格低、使用方便、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此一問世就顯示出強(qiáng)大的生命力，被廣泛用于國防、工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)管理等領(lǐng)域。特別是近年來微處理器（MPU）的高速發(fā)展，使其滲透到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，給人類世界帶來了難以估量的深刻變革。
　　縱觀微處理器的發(fā)展，可以明顯地看出其正朝著兩個(gè)方向進(jìn)行。一是朝著具有復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算、高速通信、信息處理等功能的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方向發(fā)展。這類系統(tǒng)以速度快、功能強(qiáng)、存儲(chǔ)量大、軟件豐富、輸入/輸出設(shè)備齊全為主要特點(diǎn)，采用高級(jí)語言、應(yīng)用語言編程，適用于數(shù)據(jù)運(yùn)算、文字信息處理、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等應(yīng)用。另一方面，在有些應(yīng)用領(lǐng)域，如智能化儀器儀表、電信設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備、汽車乃至家用電器等，對(duì)運(yùn)算、控制功能的要求相對(duì)并不復(fù)雜，但對(duì)體積、成本、功耗等的要求卻比較苛刻。為適應(yīng)這種需求，產(chǎn)生了一種將中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路以及連接它們的總線都集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，即所謂的單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)在設(shè)計(jì)上主要突出了控制功能，調(diào)整了接口配置，在單一芯片上制成了結(jié)構(gòu)完整的計(jì)算機(jī)。
　　單片機(jī)分為通用型和專用型兩大類，通常所說的單片機(jī)，包括本書介紹的MSP430系列單片機(jī)都屬于通用型單片機(jī)。通用型單片機(jī)把可開發(fā)的資源全部提供給使用者。專用型單片機(jī)也稱專用微控制器，是針對(duì)某些應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，例如頻率合成調(diào)諧器、MP3播放器、打印機(jī)控制器等。
　　1974年美國德州儀器公司（TI）在開發(fā)4位單片機(jī)TMS1000時(shí)，首次提出可編程SoC的概念，當(dāng)時(shí)這是計(jì)算器、烤箱等應(yīng)用的理想選擇。隨著這類處理器廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)，單片機(jī)也被稱為微控制器（MCU）。MCU現(xiàn)已是許多物理系統(tǒng)的核心，具有更高的集成度和更低的功耗。
　　微控制器（MCU）、微處理器（MPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）是目前最常用的3種可編程處理器，它們根據(jù)確定的程序執(zhí)行相應(yīng)的指令，其架構(gòu)特性源于1971年開發(fā)的第一款微處理器。微控制器具有有限的輸入和輸出，能夠嵌入到完整系統(tǒng)中，目前中等規(guī)模微控制器的性能，比首次執(zhí)行太空任務(wù)的計(jì)算機(jī)還高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　1.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)及主要系列
　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
　　? 時(shí)鐘頻率比通用MPU和DSP低，一般小于100MHz/100MIPS（MIPS：每秒百萬條指令數(shù)）。
　　? 功耗比MPU和DSP低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　? 字長(zhǎng)一般為8～32位。
　　? 內(nèi)存有限，通常小于1MB。
　　? 具有幾個(gè)到上百個(gè)輸入/輸出引腳。
　　單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)如下：
　　? 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化，能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀器儀表。
　　? 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，從而能獲得最佳性能價(jià)格比。
　　? 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠工作。
　　? 可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。
　　單片機(jī)由于應(yīng)用面廣、生產(chǎn)批量大而使成本低廉（目前可低至1元人民幣左右）；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而使可靠性增加；采用CMOS工藝又極大地降低了功耗，因此單片機(jī)問世之后就成為微型計(jì)算機(jī)的重要分支，發(fā)展迅速，從4位、8位、16位到32位單片機(jī)種類已有數(shù)百種，世界年銷售量達(dá)數(shù)十億片。在20世紀(jì)80年代到90年代，國內(nèi)廣泛使用Intel的MCS51系列和Motorola的68HC系列8位單片機(jī)。目前，除了TI的MSP430系列單片機(jī)，主要 的單片機(jī)還有Atmel的AVR系列、Microchip的PIC16/32系列以及NXP、ST的ARM系列等。
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