MSP430系列單片機系統工程設計與實踐（簡體書）

本書以MSP430系列單片機（下面均用MSP430單片機）為例，介紹了超低功耗單片機系統軟件設計、超低功耗外圍電路設計、人機交互界面設計、嵌入式軟件工程基礎等基礎知識和實踐經驗，使讀者能夠掌握超低功耗系統開發和設計所需的基本知識，并具有初步的軟件結構規劃能力。書中提供了全系列MSP430單片機的程序范例，并提供模塊化程序庫，可以讓讀者通過調用模塊庫內的函數，快速完成設計任務。掌握本書的內容，對于讀者今后開發任何一款新的單片機都具有一定的幫助。
本書既可以作為本科生或研究生電子工程、測控技術與儀器、自動控制、機電一體化等專業的教學用書，也可以作為各類學生以及工程技術人員的工程類參考書。

MSP430系列單片機是TI（Texas Instruments，美國德州儀器）公司近年來推出的一個優秀的SOC型混合微處理器產品系列，它不僅具有16位高效的微處理器系統，還具有豐富的、功能強大的外圍電路資源，其中也包括了許多高性能的模擬電路資源。目前，在很多熱門產品中都採用了MSP430系列的單片機，其可貴之處在於它除了具備很好的數字／模擬信號處理能力外，還具備了以極低功耗運行的特點，可被廣泛應用於要求低功耗、高性能、便攜式的設備上，即使在某些不需要低功耗的場合，它仍然可以作為一款高性能單片機使用。
MSP430系列單片機電路資源性能優異，模擬與數字系統結合完美，系列全面、技術先進、應用面廣，可用單芯片完成整個測控系統的設計，特別適合在電子工程、測控技術與儀器、自動控制、機電一體化等專業的課程與實踐教學中推廣應用。
2003年我們向TI公司申請了部分MSP430系列的單片機芯片和開發設備，嘗試將其應用在碩士研究生和高年級本科生的科技實踐與畢業設計中。2005年暑期全國大學生電子設計競賽培訓期間，筆者在校內首次開設了MSP430系列單片機應用技術講座。雖然課時很少，且僅在小範圍開展，但學生的反響強烈，表現出極大的興趣。
2006年我們和美國TI公司上海分公司與杭州利爾達科技有限公司共同建立了“MSP430系列單片機聯合實驗室”，把以MSP430系列單片機為代表的超低功耗單片機技術正式列入課程教學計劃，組織和指導學生運用MSP430系列單片機技術參加各種大學生科技競賽活動，並在全國大學生“挑戰杯”課外學術科技作品競賽中分別獲得國家級特等獎、一等獎和二等獎各1項；在全國大學生電子設計競賽中先後獲得全國一等獎3項、二等獎2項。在此期間，我們所在的課題組利用MSP430系列單片機開發了數十種工業測控產品，積累了大量的設計文檔、技術方案等資料，並且在教學和科研中總結了許多寶貴經驗。
我們將這幾年來積累的設計案例、課程講稿、設計筆記、代碼庫、設計技巧等資料做了精選與匯總，並結合課程教學與科研實踐的經驗，編寫了本書。內容上力求緊扣實際需要，緊跟技術發展，豐富實用，通俗易懂，而且結合了大量的工程實例，使讀者能夠在按照章節循序漸進的學習過程中學會從工程實際出發，體會產品設計過程中會遇到的各種問題，並培養出良好的編程習慣和設計風格。本書既可以作為本科生或研究生的課程教材，也可以作為各類學生以及工程技術人員的工程類參考書。
當然，既然本書是我們的經驗總結，就難免會有差錯，希望廣大讀者批評指正。最後，再次衷心感謝美國TI公司上海分公司和杭州利爾達科技有限公司多年來對我們的幫助和支持。

前言
第1章　MSP430單片機入門基礎
　1.1　初識MSP430單片機
1.1.1 MSP430單片機的應用前景
1.1.2 MSP430單片機的特點
1.1.3 MSP430單片機最小系統
　1.2 MSP430單片機開發軟件入門
　1.3 MSP430單片機C語言基礎
1.3.1　變量
1.3.2　數學運算
1.3.3　位操作
1.3.4　寄存器操作
1.3.5　中斷
1.3.6　內部函數
1.3.7　庫函數
　1.4　文件管理
　1.5　代碼優化
　1.6　風格
1.6.1　變量命名規則
1.6.2　函數命名規則
1.6.3　表達式
1.6.4　風格一致性
1.6.5　注釋
1.6.6　宏定義
　1.7　可移植性
1.7.1　消除CPU差異
1.7.2　消除硬件差異
1.7.3　軟件層次劃分
1.7.4　接口
1.7.5　屏蔽
　1.8　版本管理
　本章小結
　習題
第2章　MSP430單片機的內部資源
　2.1　MSP430單片機選型
　2.2 I/O口
2.2.1 I/O口寄存器
2.2.2 I/O口中斷
2.2.3　“線與”邏輯
2.2.4　電平沖突
2.2.5　兼容性
2.2.6　電容感應式觸控
　2.3　時鐘系統與低功耗模式
2.3.1　時鐘系統結構與原理
2.3.2　低功耗模式
2.3.3　低功耗模式的應用
　2.4 Basic Timer基礎定時器
2.4.1 Basic Timer結構與原理
2.4.2 Basic Timer中斷
2.4.3 Basic Timer的應用
　2.5 LCD控制器
2.5.1 LCD的工作原理
2.5.2 LED與MSP430單片機的連接
2.5.3 LCD控制器的結構與原理
2.5.4 LCD的顯示緩存
2.5.5 LCD控制器的應用
　2.6 存儲器與Flash控制器
2.6.1 MSP430單片機的存儲器組織結構
2.6.2 Flash控制器結構與原理
2.6.3 Flash控制器的應用
　2.7 16位ADC
2.7.1 SD16模塊的結構與原理
2.7.2 SD16模塊的中斷
2.7.3 SD16模塊的電壓測量應用
2.7.4 SD16模塊的誤差及校準
2.7.5 SD16模塊的超低功耗應用
2.7.6 SD16模塊的高精度應用
2.7.7 SD16模塊的內部溫度傳感器
　2.8 16位定時器Timer_A
2.8.1 Timer_A定時器主計數模塊的結構與原理
2.8.2 Timer_A定時器的捕獲模塊
2.8.3 Timer_A定時器的比較模塊
2.8.4 Timer_A定時器的中斷
2.8.5 Timer_A定時器的應用
　2.9 增強型異步串行通信接口
2.9.1 UART的結構與原理
2.9.2 UART的中斷
2.9.3 UART的高效率數據發送應用
2.9.4 UART的高效率數據接收應用
2.9.5 UART的高效率數據幀接收與判別
　本章小結
　習題
第3章　單片機軟件工程基礎
第4章　人機交互
第5章　超低功耗硬件電路設計
附錄
參考文獻

從實驗中，讀者已經了解了超低功耗系統的概念：能夠以極低（一般微安級）的耗電運行的系統。在實際應用中，許多產品和系統都對功耗提出了越來越嚴酷的要求，從而為MSP430單片機拓展了應用領域。
首當其衝的是便攜式設備，隨著便攜式設備不斷向小型化、輕量化、高精度、功能複雜化的發展方向，要求縮小電池體積、提高運算和處理能力、提高精度，與此同時還要求集成度不斷提高，成本不斷下降。 MSP430系列單片機不僅提供了強大的運算能力（16位CPU，目前最高能達到每秒25兆指令），而且能夠以極低的功耗運行，並具有豐富的內部資源和各種模擬電路接口。這使得MSP430單片機不僅能夠處理數字信號，還能夠對模擬信號進行採集或處理。很多情況下，用MSP430單片機可以“單芯片”完成設計方案，這對提高產品集成度、提高生產效率、降低成本有著很大的幫助。
其次，超低功耗特性使得產品電池壽命終身化成為可能。一般的電子產品按5~8年壽命考慮，如果電池的預期壽命能達到8－10年，在產品整個生命週期內無需更換電池。這些產品可以將電池固化在內部，不需更換。例如某些野外安裝的氣象傳感器，可以在無需更換電池的情況下，連續記錄數年的氣象數據直到壽命終結。
第三，利用MSP430單片機的超低功耗特性，讓一些新的微弱能源為單片機系統供電成為可能。例如太陽能電池、信號線竊電、電纜附近磁場、溫差能量、射頻輻射、人體運動的動能等。這種利用天然能源，無需額外供電的系統也是超低功耗系統的應用發展方向之一。例如日本最近研製的一種尿液檢測卡片，滴人尿液的同時，就利用尿液本身作為電解質發電，驅動超低功耗測量系統完成對尿液的分析。
第四，MSP430系列單片機內部集成的各種模擬設備性能優異，如ADC最高可達16位，DAC可以達12位，在各種高精度測量、控制領域都可以發揮作用。而且CPU與模擬設備的結合，使得校準、調試都變得非常簡單。