MSP430G2系列单片机原理与实践教程

MSP430G2系列单片机原理与实践教程完整版30 MSP-EXP430Launchpad实验指南

前言

MSP430G2系列是德州仪器近期推出的一款产品，在秉承MSP430超低功耗，高集成度的优点的同时，具有高性价比的特点。该系列被称为ValueLine，旨在以8位单片机的价格实现16位单片机的性能。MSP-EXP430Launchpad是TI推出的又一套用于MSP430和电路实验的开发板。在该套不到名片大小的开发板上集成了一片超低功耗16位MSP430单片机，USB口仿真器电路以及各引脚接口等。利用LaunchPad开发板，仅需一台笔记本电脑，就可以在基于图形界面的编程软件CCS上进行嵌入式软硬件系统的开发和调试，真正做到将实验室装进口袋里，让使用者可以随时随地，不受场地和设备的限制进行430的开发工作。

除了学生自主创新实践外，LaunchPad开发板还可以用于本科低年级课程，如嵌入式C语言，电子技术基础，微机原理，单片机等课程的自主实验环节以及课程设计。该套开发板为单片机热爱者提供了一个很好的学习平台。

该实验指导书在Launchpad的基础上进行了功能模块的扩展，以期更好地进行实验教学和学习。本书共有六章，分为两大部分。第一部分为第1章至第3章，对MSP430G2系列单片机的外设进行介绍，CCSv5.1的安装和使用，同时给出了几个基于Launchpad的实际开发案例。第二部分为第4章至第6章，对一体化实验系统以及各扩展模块的硬件电路进行了详细的介绍，在此基础上通过六个基础实验以及六个综合实验帮助读者更好地理解和掌握430的开发和应用。

由于时间和篇幅的原因，本书中第三章关于微控制器外设寄存器的更为详细的描述没有

在此书中涉及，但包含在随书光盘的电子文档中，供有需要的读者阅读和参考。

该实验指导书、程序和相关教学材料由西安电子科技大学MSP430联合实验室赵建老师

和TI单片机大学计划黄争经理共同策划和审阅，在编写过程中，联合实验室老师和同学付

出了辛勤的劳动，在此表示衷心的感谢。此外，也感谢TI大学计划部崔萌和王沁工程师对

全书进行的修改，整理和完善工作。由于时间和水平有限，书中可能存在错误和不妥之处，

敬请广大读者批评指正。

西安电子科技大学MSP430实验室

2012年10月

第一章 MSP430G2系列单片机第一节 MSP430系列单片机概述

本章主要内容包括MSP430G2系列单片机的特点性能介绍，launchpad 评估板资源的使用方法介绍及单片机入门的一些基础知识，其中单片机入门知识有关软件的部分希望能够引起读者们的注意，因为目前就单片机开发而言，硬件方案IC制造商总是能够提出多样、成套的解决方案，而工程师在整合方案之余，绝大部分精力都投入到了编程之中，故而在学习单片机之初养成良好地编程习惯，不失为是工程师之路的一个良好地开端。

1.1.1 MSP430系列单片机及低功耗特性

如今的单片机已经不再是二十年前所谓的SCM，而是从MCU向SOC转型中间期的一个时代，在开始本章节正是内容之前，不妨先解释一下上述提到的几个英文缩写：

SCM：单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。Intel公司的8031就是这个缩写的代名词。

MCU：微控制器（Micro Controller Unit），主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，Philips公司是最早提出并将这种概念付诸实践的。 SOC：嵌入式系统System on Chip）即寻求应用系统在芯片上的最大化解决，尤其是对于便携式、轻量小型化的手持设备，对单片集成系统的需求更是强烈。每当工程师们讨论到手持设备，MSP430系列单片机总是第一个被提上议程。

MSP430（Mixed Signal Processor 混合信号处理器）系列最为夺目的亮点之一就是超低功耗运行，这一硬件上的特点甚至带来另一种以中断为主的编程模式（第三节中详细讨论）。关于MSP430系列单片机到底有多省电，可以做如下一个实验：

实验器材：橘子一个、锌电极三支（Zn，可以把废旧的锌锰干电池外皮剪下压平）、铜电

极三支（Cu，可以用铜制钥匙充当）、导线若干，内带秒表程序MSP430+段码液晶小系统

实验步骤：

1．制作原电池。将橘子切成三块，分别在果肉两侧插入锌铜两个电极，锌为负端，铜为正端。再用导线将三个原电池串联，固定牢靠后用万用表测量电池电压。

实测数据每个水果电池电压约为0.8V，三个串联达2.4V，虽然距离MSP430单片机标准供电电压 3.3V还有很大差距，但是在这些条件下

MSP430单片机运行是绰绰有余的。

2．将MSP430单片机系统的VCC、GND分别和水果电池组的正负极连接，观察段码液晶是

否可以受到单片机的正常控制。

水果原电池能提供的电流十分有限，短路实测最大电流不足100uA，而MSP430单片机运行秒表程序功耗仅仅不足2uA，段码液晶约3uA，系统总功耗5uA。对于这个橘子而言，给 MSP430单片机供电实在是屈才了。

3．将该实验装置放在通风良好，温度20摄氏度的环境下，每天三次记录单片机系统的运行状态，检测系统能够维持的时间。

经实验，只要水果没有腐烂变质或者风干（可以适当补充水分），该系统能坚持一个月以上。当液晶上的显示变得模糊不清时，立刻换上新的电源，系统立刻重获新生，这时品尝橘子，几乎没什么酸味了。5uA到底是个什么概念呢，举一个更直接的例子，常用的CR2032 纽扣电池，可以为这个系统提供5年以上的续航能力。

如此种卓越的超低功耗特性，自然给MSP430单片机开拓了广阔的应用空间：第一，正如前文所说，MSP430 单片机就是为了便携式设备而量身打造的。随着技术的日新月异，便携式设备不断的向小型化、轻量化、高精度、多功能化的方向发展，在集成度、电池尺寸、设备大小的限制下，还对处理器运算能力和片上资源有了更高的要求。MSP430 单片机强大CPU（16位处理器，每秒处理指令最高25兆）和片上丰富的接口电路和模拟电路资源，可以实现模拟数字信号混合处理，大部分设计“单芯片”完成，大幅提高集成度和生产效率的同时有效的控制了成本。

第二，超低功耗的特定使得产品电池寿命终身化这个命题得以实现。按照电子产品预期使用寿命5~8年计算，电池设计寿命8~10年，如果产品耗电量足够低的话，一款产品终生只用配上一块电池，无需充电和更换。这样一方面减少了用户的麻烦，另一发明设计和制造的成本也降了下来。例如一款基于MSP430单片机的野外气象观测的传感器节点，可以连续工作数年不更换电池，直至产品寿命终结。

第三，MSP430单片机低功耗还体现在另一方面，即十分微弱的能量，