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(www.emlab.net)。
编 者