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MSP430 系列十六位超低功耗单片机
教学实验系统实验教程


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






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第一部分
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。

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极为迅速,
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:

MSP430 系列单片机的电源电压采用 ~ 低电压,RAM 数据保持方式下耗电仅 ,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系统设计,包括两个不同的时钟系统:基本时钟系统和锁频环(FLL
和 FLL+)时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。由时钟系统产生 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。由于系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。在系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,支持十多个中断源,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,既以降低系统功耗,又可以对外部事件请求作出快速响应。
。
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。在计算机体系结构中,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,作为一个应用系统,功耗是整个系统的功耗,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系统中,处理器输入端口的漏电流对系统的耗
电影响就较大了。MSP430 单片机输入端口的漏电流最大为 50nA,远低于其他系列单片机(一般为l~10uA)。
另外,
监测电路的耗电等。还要注意,,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,其应用系统可以做到用一枚电池使用 10 年。


MSP430 系列单片机是 16 位单片机,采用了目前流行的、颇受学术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、
(积之和)功能、DMA 等一系列先进的体系结构,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)。这种结构在其他系列单片机中尚未使用。
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MSP430 系列单片机结合 TI 的高性能模拟技术,各成员都集成了较丰富的片内外设。视型号不同可
能组