本书以美国德州仪器公司（TI）的MSP430系列超低功耗单片机为核心，介绍了MSP430单片机的特点和选型，详细讲述了MSP430的结构和指令系统，对MSP430全系列（特别是*新的F5xx、F6xx）所涉及的片内外围模块的功能、原理、应用做了详尽的描述，并介绍了MSP43X的开发环境、汇编语言、库函数、C语言程序设计方法，以及单片机低功耗设计、常用接口电路设计和嵌入式软件编程基础等。*后还有几个体现MSP430单片机特点的应用实验设计。本书配套有完整的教学资源，包括PPT课件、配合MSP430 LaunchPad的多功能教学实验系统和实验指导书等。
　　本书可作为高等院校计算机、电子、自动化、仪器仪表等专业单片机课程的教材，也适合广大从事单片机应用系统开发的工程技术人员作为学习、参考用书。

　　单片机应用在物联网时代有了新的发展机遇，对处理器的综合性能要求也越来越高。纵观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS-51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：
　　（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用纽扣电池供 电。要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
　　（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高，即既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
　　（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价，功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发投入。
　　（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。与无线通信技术结合的应用日趋增多。

　　单片机应用在物联网时代有了新的发展机遇，对处理器的综合性能要求也越来越高。纵观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS-51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：
　　（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用纽扣电池供 电。要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
　　（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高，即既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
　　（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价，功能完善。特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发投入。
　　（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。与无线通信技术结合的应用日趋增多。
　　美国德州仪器公司（TI）推出的MSP430系列超低功耗16位混合信号处理器（Mixed Signal Processor），集多种领先技术于一体，以16位RISC处理器、超低功耗、高性能模拟技术及丰富的片内外设、JTAG仿真调试等定义了新一代超低功耗单片机。加之TI优良的服务（全球免费快速网上样片申请、丰富的技术资料、大学计划资源等），充分体现了世界级著名IC厂商的实力和综合优势。
　　在超低功耗方面，其处理器功耗（1.8～3.6V，0.1～400μA，RTC运行约0.5μA，约100μA/MIPS）和口线输入漏电流（最大50nA）在业界都是最低的，远低于其他系列产品。
　　在运算性能上，其16位RISC结构，使MSP430在16MHz晶振工作时，指令速度可达16MIPS（注意：同样8MIPS的指令速度，在运算性能上16位处理器比8位处理器不止高两倍）。同时，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（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）。
　　在开发工具上，MSP430系列单片机支持先进的JTAG调试，其硬件仿真工具（仿真器）非常廉价，而且适用于所有MSP430系列单片机，既便于推广，又大大降低了用户的开发投入。其软件集成开发环境有IAR的EW430和TI的CCS，功能都很强大。
　　在系统整合方面，MSP430系列单片机结合TI的高性能模拟技术，根据其不同产品，集成了多种功能模块，包括定时器、模拟比较器、多功能串行接口（SPI/IIC/UART）、USB、LCD驱动器、硬件乘法器、10/12/16位ADC、12位DAC、看门狗定时器（WDT）、I/O端口（P0～P6）、DMA控制器、2～10KB的RAM、多达128KB的Flash，以及丰富的中断功能。使用户可以根据应用需求，选择最合适的MSP430系列产品来实现。另外，大部分MSP430系列单片机采用Flash技术，支持在线编程，并有加密熔丝，具有很高的保密性。MSP430系列单片机均为工业级产品，性能稳定，可靠性高，可用于各种民用、工业产品。
　　《MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用》一书初版于2004年11月在清华大学出版社出版发行，2012年进行了改版并于2013年9月出版了该书的第2版。近几年MSP43x系列单片机在性能、功能和应用方面都有了新的发展，为了满足新的教学要求、更好地推广最新MSP43x技术和产品，在TI大学计划部和清华大学出版社的支持下，我们修订出版此书的第3版。本书主要以TI公司最新、功能最完整的MSP430F6xx系列内容为基础，删除了一些陈旧的内容，增加并修订了MSP430库函数、CCS开发工具、嵌入式软件编程基础、嵌入式无线通信、应用实验等内容。为了方便教学，我们还开发了完整的教学配套资源，包括PPT课件、配合MSP430 LaunchPad的多功能教学实验系统和实验指导书等。
　　参与本书编写和资料整理、代码验证等工作的还有上海大学李晋、华东师范大学计算机系洪明杰、孙乐晨、杜欣宇、张红艳、张炤、林雯、上海德研电子科技有限公司陈宫、郝立平、姜哲等。在本书成稿过程中，得到了德州仪器半导体技术（上海）有限公司大学计划部经理王承宁、潘亚涛、崔萌、清华大学出版社编辑苏明芳等的大力支持。在此向他们表示衷心的感谢。
　　由于时间仓促，水平所限，至交稿时我们仍觉得有些地方还不尽人意，错误之处也在所难免，恳请读者批评指正，以便我们及时修正。有关此书的信息和配套资源，会及时发布在网站上。
　　编 者

　　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年美国德州仪器公司（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，单片机也被称为微控制器（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，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。
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