资 源 简 介
MSP430G2系列是德州仪器近期推出的一款产品，该实验指导在LaunchPad的基础上进行功能模块的扩展，以期更好地进行实验教学和学习第节 FLASH控制器·:·*::::国:::4审::::审丰::::事丰国3.51Fah存储介绍3.521ash存储器的分段乃乃353Fash的操作…74354Hash寄存器84第六节通信接∏(USCI和 USART)…91361串行同步和串行异步通信原理的简述362USCI模块的相关寄存器定义363 USART的相关寄存器定义…100364USCI模块初始化和收发操作步骤流程∴.-.-36.5 USART模块的初始化和收发操作步骤流程121第七节比较器A+..........11128371比较器A+的介绍1283.72比较器A+的操作1283.73比较器A寄存器…132第八节 Grace软件技术1363.1创建 Grace工程…1136382使用 Grace配置TO口及外设137第九节MSP43OG2系列单片札调试接口JTAG和SBW…144391JTAG简介…1114392JIAG接口:·*·*·14439.3SBW接口…..1245第十节触摸按键…146391电阻式按键…146392电容式按键146第四章MS43OG2系列单片机一体化实验系统4.1.1实验系统标准版结构结构组成……1494.1.2实验系统标准版使用对象和使用特点153第二节MSP43OG2系列单片札体化实验系统简化板…154第三节实验模块配置…15643.1模拟滤波器实验功能模块…....15643.2程控放大器实验功能模块..1G143.3晶体管特性测试模块…......167434光照度检测实验功能模块…172435三种温度测量模块…..1794.3.6矩阵键盈及数码管实验模块..-.-......437触控 RGBLED模块188438频率计及DA转换模块...194439三种通信接口模块…43.10声音强度检测模块206第五章MSP430G2系列单片机基础实验….212第一节IO基础实验…2125.1.1矩阵键褴按键扫摧实验……21251.2控制数妈管显示数字实验….12145.1.3按键扫描并控制数码管显示键值实验21751.4点阵LCD显示器控制实验2205.15触摸按键实验…2151.6 RGBLED触控实验………225第二节AD转换基础实验.27521输入电压检测实验227522光照度检测实验.228523Pt00温度测量实验31524声音强度检测实验…234第三节D/A转换基础实验237531DA转换器件实现电压输出实验237532PWM实现电压输出实验238第四节定时汁计数器基础实验54.1定时信号产生实验…240542信号频客测量实验241543模拟滤波器实验…245第五节通信接口基础实验252551SPI接口基础实验…252552程控放大器实验.…2565.53RS232接口通信实验(UART接口)…2665.54RS-485接口通信实验(UART接口)…2695.55:18B20温度沨量(单总线271第六章MSP430G2系列单片机应用实践……275第一节用三种温度传感器实现的温度巡检/控制器6.1.1目的与要求2756.1.2电路设计和系统连接27561.3信号与数据处理………"……∴.2756.1.4软件设计与调试2776.15总结与扩展280第二节键盐输入控制的程控放大器28162.1日的与要求….2816,22电路设计与系统连接623软件设计与调试.…282624总结与扩展289第三节声音强度检测仪290631声音强度采样方法∴串D632声音强度数据处理…63.3光照度检测模块程序设计291第四节RS-232接口与PC机通信……29464.I目的与要求·=·…29464.2电路设计与系统连接….....294643软件设计与调试…..….………294第五节RS-485接口多机通信3046.51日的与要求…3046.52电啓设计与系统连接304653软件设计与调试,…笫六节PS2接口键盘输入与LCD显示309661目的与要求…1309662电路设计与系统连接….1309663信号与数据处理.309664软件设计与调试665总结与扩展…335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世基础知识,其中单片机入门知识有关软什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制造崗总是飴够提出多样、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圯开端。1.11MsP430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夷文缩写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住体系结构。Ite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∏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太化解决,尤其是对丁便式、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于持设各,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,这一哽件上的特点甚至带来另一种以中断为主的編程模式(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:橘了个、锌电极三支(Zn,可以把废旧的锌锰T屯池外皮剪下压平)、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24V,虽然距离MSP430单片机标准供电电33V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分别和水果屯池组的正负极连接,观察段码液晶是否可以受到单片机的正常控制。水果原电氾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7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羊片机强大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樸拟电路资源,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泡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块电池,无需充电和更换。这样方面减少了用户的麻烦,另发明设计和制造的成本也降了下来。例妇一款其于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方面,即十分微弱的能量,也能够驱动MSP430岸片机工作,在18V以上的电压下CPU都可以正常工作,最新系列的MSP430单片机甚至以把这个数值再降低几乎一半至1.1V。这样很多间接电能也能直接给MSP430单片机供电,如小块太阳能电池、信号线自取点、温差能、电缆上磁场能、人体机械运动震动的能量、酸碱性溶液中的能量等等。基丁这种间接屯能设汁的无源设备产品,也是符合当前低碳环保设计理念的新方向。日本最近研制了一科尿液检查卡片,就是以尿液作为电解质发电,驱动低功耗系统进行尿液样本分析T新品发布会上, Scott roller用“无人能及,实实在在”八个字来形容430系列产品,并将“独特的超低漏电工艺技术”和MsP430单片机超低功耗系统理念、MSP430ware钦件列为MSP430单片机系列”实现超低功耗的三大独门秘籍对于单片机开发人员而言,芯片内部工艺或许与设计不是那么相关,但是MSP430单片机低功耗系统在软件方面的操作就至关重要了,因为即使CPU能够以极低的功耗执行指令,而程序总是做些冗余的动作,那样进行下来,还是会有很多功耗白白浪费,那么MsP430为软件上掉制低功耗又提供了那些可能呢?首先,MSP430单片机建立的时钟系统概念,使得CPU、片上模块、休眠唤醒二者时钟彼此独立。总众所周知,时钟频率的高低是决定系统功耗的一个重要因素,但是不同模块的运行速度各不相同,CPU的繁忙程度也并非总是很高,这就造成低速时钟无法满足需求,高速时钟又会带来功率浪费的尴尬局面。MSP430单片机时钟系统提供了三种时钟,通过软件寄存器设置,不同时钟可以分别开启关闭,可以分别设置倍频分颊系数,为各种模块和CPU提供多样的选择。基于这样的时钟系统,MSP430单片机可以实现不同深度的系统休眼,如此梯度化的休眠方式,让整个系统以间歇工作的方式,最大限度的节约能量。其次,MSP430单片机采用模块化设计,在使用时每个模块都可以由软件单独开启关闭,用到某一模块时打开它,仨务完毕之后关闭它,这样也能节省不少的电能。这样的设计还有诸多其他好处,每一种模块都具有独立完整的结构,在不同型号单片机中,同款模块的功能结构使用方法都是完全一样的。同一家族不同型号的MSP430单片机,实际上就是不同功能模块的组合。这样的设计,对于学习者而言,使得MSP430单片机学习一通百通,对研发者而言,更换更高级的MsP430单片机芯片时,程序移植得心应手。此外,对于新手而言,如何在保证程序稳定性、健壮性的前提下提高程序执行效率、删除冗余语句,还是一个遥不可及要求。TI公司就专门组织了老练的程序工程师编写了程序厍MSP430ware,MSP430430ware中囊括了儿乎所有模块的所有功能函数和海量的例程把工程师从底层繁琐的代码编写工作屮解放了出来,同时还保证了底层函数的效率和稳定。1.1.2MSP430单片机的其他特点除了超低功耗这一突出优势外,MSP430系列单片札还有不少其他不俗的表现:81.MSP430单片机内核采用16位RIsC( reduced instruction set computer,精简指令集计算机)处理器,单指令周期,运算能力和速度优势明显,某些型号的MSP430单片机内部带有硬件乘法器,在DMA控制器的配合下,性能堪比DSP( Digital Signal Processing,数宇信号处理,一种专精于复杂信号运算的智能器件)。2.MSP430单片机采用冯诺依曼结构,寄存器和数据段(即RAM)与代码段(即ROM,FLASH或RRAM)统编制。这样代码在RAM里同样可以运行,每款MSP430单片机都有 FLASH(或FRAM)控制器,通过它可以对ROM的区的代码进行擦写。这种机制可以很方便的实现设备在线升级功能,无需重新烧写程序,固件更新时单片机仍处正常工作状态(在第三章中许细讨论)。3.MSP430单片机属于工业级芯片,能够在-40-85摄氏度的范围內工作,并且带有PWM发生器等控制输出。适合各类工业测量、工业控制、电机控制等领域。4.MsP430单片机作为混合信号处理器,模拟设备也是一大特色,运算放大器、比较器、ADC、DAC应有尽有。以ADC为例,有高速的ADC10、ADC12;有高精度的SD16、SD24还有低成本的 SLOPE,可以满足各式各样的测试任务5.MSP430单片机具有多种通信接口,涵盖UARI、DC、SPI、USI等等,5系列单片机还带有USB粹制器、射频控制器、 Zigbee控制器。銛用于各种协议下的数据中继器、转发器、转换器的应用中。6TI公司实力难厚,MSP430单片机系列产品生命力旺盛,自1996年问世以来每年都有新的型号推出,更新、吏强、更省电的单片机不断的推出。2012年六又推出了新款的“金刚狼”系列,再度挑战低功耗极限。第二节 LaunchPad launch!前言所述,主要谈到MSP430系列单片机在超低功耗领域傲人的优势,具体谈到MSP430G2系列单片机,其核心竞争力在于超高性价比。G2系列又称“超值系列”,那么它的超值到底体现在哪些方面呢?首先,G2系列单片机的售价低,G2全系列单片机共有44款,根据片上资源的丰富程度价格由低到高最低价格0.34美元,配置最全的2553也仅售099美元,这样的价位在单片机范围内可以算是物美价廉了。G2系列单片机虽然价格不高,但不等于它的功能不强,G2系列单片机作为MSP430系列中的一员拥有大部分MSP430单片机片上外围模块:16MHz频16位CPU片上程序存储器 FLASH(512B/KB/2KB4KB/8KB/6KB)及 FLASH控制器片上随机存储器SRAM(128B/256B/512B)通用并行输入输出端口GPIO(4位/6位鬥0位4位)支持电容触摸式IO看门狗定时器WDT上电复位模坎BOR多功能通信模块UsI(I2CSPI) USIC AUART/LIN/ DA/SPI USIC B(IC&SPI比较器模坎 Comparator A+片内温度传感器 Temp Sensor十位逐次逼近型ADC10斜率型 slope AD板载着颗MSP430G2单片机的 launchpad评估实验开发板除了上述片上资源外,板上还有诸多额外的硬件资源:图121MSP430 launchpad实物图板载USB调试与编程仿真器接口,无驱动可安装支持所有采用DP14和DP20封装MSP430G2XX和MSP430F20器件红绿两粒LED,两个按键配套两款电容触摸板所有管脚在板了两边引出这其中最吸引人的当然要数板载USB仿真器了,从事MSP430单片机的朋友无一抱怨MSP430单片机的仿真器价格过高,一只T官方认证的伤真器动辄上千元,而仿制的仿真也要三百至四百元,顶着侵权的罪名同时还有时刻仿真器死机的凤险。现在有了launchpad,USB仿真器即插即用,一根USB线,等待30秒,系统搞定驱动。这无疑是MSP430岸片机开发者的福音,扫清了开发者道路上的羁绊。这么好用的块开发板得多少钱呢?现在T正在MSP43062系列单片机推广期,块launchpad开发板仅售430美元,折合人民币不到30元,此外T和国内冬大高校和各大电子技术论坛都有合作,还有不少机会可以免费获得 launchpad第三节MSP43OG2系列单片机的应用与开发MSP430G2系列单片机在各类学生科技实践中已经有了一定的影响,现简单展示几个MSP430G2系列单片机在科技活动中的应用成果,这些实例会在本后后面几个章节展开介绍1.31多路电源开关图13.1继电器控制器实物图该作品特点:MSP430G2231为主控芯片四路继电器相互隔离四个按键控制继电器开闭继电器开闭情况由LED显示继电器是小电流控制大电流的常见器件,作为小电流控考,单片机是一个常见的角色各式各样的大功率用电器往社扮演被控者。这样的一种应用本身十分简单,无非就是起到个廾关功能,但是提供了一个基本的模块,拓展后有广泛的空间,如应用在家居坏境,单片机可以控制冰箱、风扇、洗衣机的电源,用作工业环境单片机可以控制风机、电炉、传送带,用作农业可以控制进料通道、畜栏廾闭13.2风速测试仪图1.32风速测试仪实物图该作品特点:MSP430G2211为主控芯片驱动一个电源风扇调理转速信号为PWM波以脉冲计数方式测量风扇转速风扇转速显示在IC上风冷系统是较水冷、气冷、氮冷几种主流冷却系统中性价比最高的冷却方式,是现在大多数电子设备散热的首选,该作品根据风扇自身的转速反馈信号测算出风扇的实际转速,若能再结合温度检测模块,则可构成一个完整的散热系统。1.3.3窗帘电机掉制器图1.3.3窗帘电机控制器该作品特点MSP430G2211位主控芯片单片机驱动直流电机手动按键控制和自动感光控制两种方式白动感光模式下光线强时自动关闭窗帘智能家居概念提出至今,各式各样的家居智能产品在技术上已没有仁么难题,核心障碍是如何做到人性化,如何想用户之所想,代用户之所劳,而家用窗帘控制器就解决的很多想拉窗帘而懒于行动的人烦恼。1.34数字频率计图134频率计实物图该作品特点:MSP430G2231位主控芯片定时计数法测频率兼答正弦波、三角波、锯齿波、矩形波频率测量结果显示在LCD上频率是电学领域常见参数,频率测量是测控领域的一个重要误题,陰了本作品这种定时测量方法外,还有很多复杂精密的方案,低频的频岑测量只需要普通⑩O口就行了,频率稍高邙则要用到定时器或者其他分频方法,目前频域测量的尖端已经触及太赫兹领域,在普通人看来是一个不可能的数量级但是测控界确实已经做到」135自行车里程表图1.3.5自行车里程表该作品特点MsP430G6231位主控芯片定时计数法测计算车轮转速LCD显示当前速度、里程于动复位里程计数系统掉电数据不丢失户外运动直也是这些年来人们业余活动的个热点,但是在人们尽情享受自行车越野带来的欢乐时,安全却成了常常被户外运动新手忽视的一个关键,而对于缺乏对外界地形、气候等户外经验的人来说,带上一个电子助手是一个不错的选择,当然这个助手除了能解决户外问题,还得低功耗,但是这对于MsP430单片机而言并非什么难事,实际上就在2011年T杯全国MCT&C2000大赛中,西安电子科技大学的一个参赛队就以一部用MSP430单片机为核心,具有谷歌地图定位,记录海拔、时间、温湿度测量显示的“户外助手”作品,获得了专业组特等奖。
