使用Launchpad口袋實(shí)驗(yàn)平臺(tái)從零開啟學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)之路PDF電子書

　　自TI推出超低功耗MSP430單片機(jī)以來，MSP430憑借其優(yōu)越的性能，豐富的外設(shè)，易于上手的特性備受業(yè)內(nèi)工程師的歡迎。超高性價(jià)比Value Line 系列的橫空出世，使得MSP430在性價(jià)比上更具有其他單片機(jī)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　TI中國大學(xué)計(jì)劃一直致力于將TI先進(jìn)技術(shù)，高性能器件推廣到高校中。近幾年更是加大在單片機(jī)與模擬大學(xué)計(jì)劃上的投入，在相關(guān)教學(xué)改革，學(xué)生創(chuàng)新與競(jìng)賽等方面加強(qiáng)與大學(xué)的合作。2012年TI中國大學(xué)計(jì)劃開始與全國各高校合作成立基于MSP430G2 Launchpad 的口袋實(shí)驗(yàn)室，使得學(xué)生對(duì)單片機(jī)以及電路的入門學(xué)習(xí)不再局限在實(shí)驗(yàn)室，做到“一人一板，隨時(shí)學(xué)習(xí)”，這一概念也受到廣大師生的歡迎和好評(píng)。

　　在實(shí)踐的過程中， 由于G2 Launchpad 自帶的硬件資源較少，而MSP430G2553的集成外設(shè)相當(dāng)豐富（ADC， Timer， Comparator， Touch Key， SPI， I2C， UART， 等）， 為了學(xué)習(xí)到每一個(gè)外設(shè)，老師和同學(xué)們投入了相當(dāng)多的精力和時(shí)間來開發(fā)對(duì)應(yīng)的外圍模塊來完整的學(xué)習(xí)MSP430G2553。其中，青島大學(xué)傅強(qiáng)和楊艷老師在開展口袋實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的過程中上積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一系列外圍模塊，為了向更多的兄弟院校以最簡(jiǎn)單便捷的方式推廣他們的成功案例，TI中國大學(xué)計(jì)劃與兩位老師共同設(shè)計(jì)開發(fā)了一套G2全功能迷你擴(kuò)展板，作為TI MCU 生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分：在和Launchpad同等大小的PCB上，集成了多款TI模擬和數(shù)字器件來提供聲、光、電相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，集學(xué)習(xí)性與趣味性于一體。這套實(shí)驗(yàn)板卡和配套材料一方面繼承口袋實(shí)驗(yàn)室的理念——所有實(shí)驗(yàn)都可以脫離實(shí)驗(yàn)室完成，另一方面，將單片機(jī)和模擬器件完美的結(jié)合在一起，通過該迷你擴(kuò)展板，不僅可以學(xué)習(xí)到MSP430的所有外設(shè)，還可以學(xué)習(xí)基本的模擬知識(shí)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，可謂一舉多得。

　　MSP-EXP430G2 LaunchPad （以下簡(jiǎn)稱G2）是TI公司推出的1款MSP430開發(fā)板，它提供了具有集成仿真功能的 14/20 引腳 DIP 插座目標(biāo)板，可通過 Spy Bi-Wire（2 線 JTAG）協(xié)議對(duì)系統(tǒng)內(nèi)置的 MSP430 超值系列器件（G系列）進(jìn)行快速編程和調(diào)試。

　　MSP-EXP430G2價(jià)格極具親和力，特別適用于在校學(xué)生單片機(jī)入門學(xué)習(xí)之用。受TI中國大學(xué)計(jì)劃部委托，特別設(shè)計(jì)了1款MSP-EXP430G2口袋實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擴(kuò)展板。該擴(kuò)展板基于MSP430G2553單片機(jī)設(shè)計(jì)，面積與MSP-EXP430G2大小相等，兩者對(duì)插后可為G2提供豐富的實(shí)驗(yàn)外設(shè)。

　　本書編寫的初衷是為擴(kuò)展板編寫實(shí)驗(yàn)教程，換句話說，書是擴(kuò)展板的衍生品。但隨著編寫工作的深入，對(duì)于本書的定性和理解發(fā)生了重大變化。關(guān)于G2的定位，應(yīng)該是針對(duì)單片機(jī)入門學(xué)生的，如果僅拋出一個(gè)個(gè)孤立的實(shí)驗(yàn)，“顯擺”單片機(jī)和擴(kuò)展板有多能耐，是不能真正幫助學(xué)生入門的。所以，最終書是引領(lǐng)單片機(jī)入門學(xué)習(xí)的主線，擴(kuò)展板幾經(jīng)修改后成為輔助教學(xué)的得力工具。

　　第1章為擴(kuò)展板的硬件原理介紹。這一章最重要的知識(shí)是關(guān)于電源單元的一番討論，包含耦合干擾、濾波、去耦、地線沖突等諸多知識(shí)。而其他硬件單元僅為概括性的闡述，在本書后面的章節(jié)里會(huì)有更詳細(xì)的論述。

　　第2章為CCS軟件的使用。大多數(shù)教程對(duì)于單片機(jī)開發(fā)軟件的安裝使用，僅限于“自古華山一條路”的教法，完全建立在沒有任何意外和“創(chuàng)意”的情況下。人不是機(jī)器，人會(huì)犯各種錯(cuò)誤，會(huì)迸發(fā)各種靠譜不靠譜的創(chuàng)意，如果為了一個(gè)小小的軟件問題困擾幾天，僅有的一點(diǎn)學(xué)習(xí)激情將耗盡。所以在CCS軟件使用章節(jié)的最后，專門開辟一節(jié)常見問題解答，將自己遇到過的，學(xué)生問過的各種軟件問題集中起來解答。

　　第3章為基礎(chǔ)知識(shí)。單片機(jī)的學(xué)習(xí)絕沒有“XX天學(xué)會(huì)”“XX小時(shí)入門”的可能性，但也不是非得受過多“高等”的教育才能學(xué)。學(xué)單片機(jī)只要會(huì)一點(diǎn)C語言的皮毛就行，基礎(chǔ)知識(shí)章節(jié)就是幫助大家梳理學(xué)習(xí)單片機(jī)前需要掌握的一些知識(shí)。任何知識(shí)都不是灌輸能夠教會(huì)的，基礎(chǔ)知識(shí)也不例外，在初次學(xué)習(xí)時(shí)，能記住多少記多少，有個(gè)大概印象就行。后面學(xué)習(xí)的過程中，遇到問題，再帶著問題翻回基礎(chǔ)知識(shí)部分復(fù)習(xí)，這也是個(gè)學(xué)以致用，消化知識(shí)的過程。

　　第4章為系統(tǒng)時(shí)鐘。從這一章開始，將以MSP430G2553單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)為主線，講解MSP430單片機(jī)的原理。系統(tǒng)時(shí)鐘章節(jié)對(duì)初學(xué)者來說會(huì)有些枯燥，這章可以采用跳讀的方法學(xué)習(xí)，但最起碼需要掌握的是用調(diào)取出廠校驗(yàn)參數(shù)的方法快速設(shè)定時(shí)鐘，并理解低功耗實(shí)

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　　現(xiàn)的原理。待到本書最后一章，我們將返回時(shí)鐘部分，將其徹底馴服。

　　第5章為GPIO。控制單片機(jī)最基本的就是控制其輸入輸出口（IO），本章將介紹MSP430單片機(jī)IO的控制方法，IO中斷的使用方法。另外還有關(guān)于經(jīng)典的上拉、下拉、圖騰柱輸出的科普知識(shí)。可以說，IO不吃透，就不要再往下翻了。

　　第6章為Timer_A定時(shí)器。定時(shí)器是單片機(jī)中最重要的片內(nèi)外設(shè)，沒有定時(shí)器，其他花哨的外設(shè)都是浮云。Timer_A定時(shí)器除了普通鬧鐘用途外，最拿手的兩個(gè)本領(lǐng)是捕獲脈沖邊沿和比較輸出波形。本章的重點(diǎn)也放在了講解捕獲和比較的實(shí)現(xiàn)原理上。本章最后，一勞永逸的將TA生成PWM寫成庫函數(shù)文件，在將來使用PWM的時(shí)候，事半功倍。

　　第7章為看門狗定時(shí)器。在大多數(shù)單片機(jī)中，看門狗定時(shí)器僅是一個(gè)“非正式”的定時(shí)器，除了看門狗復(fù)位，一般不會(huì)去用它。但在MSP430G2系列單片機(jī)中，由于沒有基礎(chǔ)定時(shí)器（Basic Timer），看門狗定時(shí)器就擔(dān)當(dāng)起鬧鐘的職責(zé)。類似鬧鐘原理的定時(shí)節(jié)拍用法，是定時(shí)器使用的精華，本章將看門狗定時(shí)器用到了極致，通過大量的例程，讓大家深刻認(rèn)識(shí)定時(shí)器在單片機(jī)編程中的巨大作用。本章沒有學(xué)會(huì)，也不用往下翻了，先安心、耐心、細(xì)心的“養(yǎng)好”那只忠誠、可靠、能干的看門狗吧。

　　第8章為電容觸摸章節(jié)。電容觸摸屬于比較花哨的內(nèi)容，其實(shí)質(zhì)是通過Timer_A的計(jì)數(shù)功能和看門狗的定時(shí)功能相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。本章相當(dāng)于是對(duì)前面章節(jié)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，請(qǐng)?jiān)诒菊峦Ｏ聛?，稍事休整和總結(jié)。覺得自己真的有所心得，準(zhǔn)備好了，再開始新的征程。

　　第9章為串行通信原理。本章內(nèi)容既不包括MSP430G2553單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)，也不含任何一行代碼，而是從科普角度介紹串行通信的原理。本章沒有什么內(nèi)容是必須掌握的，能夠領(lǐng)悟串行通信的思想最好，不能領(lǐng)悟就當(dāng)成字典以便將來翻看查找也行。

　　第10章為USCI_UART章節(jié)。本章主要介紹如何用CCS輔助初始化UART異步串行通信模塊，如何通過UART與上位機(jī)通信從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本章代碼中，理解FIFO的原理和使用是亮點(diǎn)，需很好的掌握。

　　第11章為USCI_SPI章節(jié)。本章的內(nèi)容包括兩個(gè)部分，一是如何真正用上硬件SPI模塊，為其編寫庫函數(shù)文件。二是SD卡的初始化、讀扇區(qū)、寫扇區(qū)原理，以及為其編寫庫函數(shù)文件。硬件SPI的使用上，與硬件UART有很大區(qū)別，需要用庫函數(shù)封裝起來才能用起來順手。像SD卡這種外設(shè)，說明書“規(guī)定”怎么操作，就得怎么操作，沒有什么神乎其技的刀法在里面。SD內(nèi)容比較多，但都是依照操作時(shí)序按部就班來就行，也是需要封裝成庫函數(shù)才好使用，都是一勞永逸的事。

　　第12章為USCI_I2C章節(jié)。本章的內(nèi)容也包含兩個(gè)部分，一是如何真正用上硬件I2C模塊，為其編寫庫函數(shù)文件。二是基于I2C接口的IO擴(kuò)展芯片TCA6416A的使用。硬件I2C模塊要真正用起來，比SPI還要復(fù)雜一點(diǎn)，必須封成庫函數(shù)才能用。至于TCA6416A則是調(diào)

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　　取I2C庫函數(shù)，按說明書時(shí)序操作就行，同樣要再次封裝成TCA6416A的庫函數(shù)。在學(xué)完TCA6416A后，擴(kuò)展板的功能才算是被“激活”，按鍵和顯示單元才能談怎么用。

　　第13章為軟件串行通信章節(jié)。在任何情況下，都可以使用軟件方法來模擬串行通信，這里面飽含“我命由己不由天”的英雄氣概。對(duì)于硬件SPI和硬件I2C的庫函數(shù)文件，想要看明白想明白其實(shí)是很不容易的。這是因?yàn)?，半硬半軟的庫函?shù)受硬件掣肘頗多，庫函數(shù)在編寫過程中常有憋屈的感覺。而純軟件編寫串行通信庫函數(shù)，反倒感覺一氣呵成，條理清楚。學(xué)完本章之后，再返工去看硬件SPI和I2C章節(jié)，一定會(huì)有新的認(rèn)識(shí)。

　　第14章為L(zhǎng)CD段式液晶章節(jié)。本章分為L(zhǎng)CD頂層庫函數(shù)和LCD硬件驅(qū)動(dòng)HT1621函數(shù)兩個(gè)部分。已知顯示內(nèi)容的情況下，如何計(jì)算出控制LCD顯示的“顯存”數(shù)據(jù)是一個(gè)難點(diǎn)。耐心、細(xì)心再加上手指頭腳趾頭一定可以算出來的！這部分內(nèi)容來不得半點(diǎn)跳讀，你騙書，書就騙你。單看HT1621的說明書，不過是按時(shí)序進(jìn)行控制。但擴(kuò)展板上是用I2C協(xié)議的擴(kuò)展IO間接控制HT1621，一想到這里，別說是CPU，人腦子都要當(dāng)機(jī)了。其實(shí)無論是用什么類型的IO進(jìn)行控制，我們都可以編寫與硬件無關(guān)的HT1621庫函數(shù)文件，這就是硬件隔離的編程思想。學(xué)會(huì)如何通過TCA6416A間接控制HT1621，再控制LCD顯示，就像打通了任督二脈，以后多復(fù)雜的控制程序都會(huì)不在話下。

　　第15章為存儲(chǔ)器章節(jié)。儲(chǔ)存器是單片機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，本章相當(dāng)于是對(duì)各種存儲(chǔ)器原理做一個(gè)綜述，本身與MSP430單片機(jī)無關(guān)，也不包含任何一行代碼。當(dāng)做科普來閱讀，對(duì)存儲(chǔ)器有個(gè)比較宏觀的了解，對(duì)入門后的學(xué)習(xí)會(huì)大有裨益。

　　第16章為Flash控制器章節(jié)。MSP430全系列單片機(jī)都提供了Flash控制器，可以實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行中，擦寫Flash ROM，這意味著可將Flash ROM作為掉電不失存儲(chǔ)器來使用。這章內(nèi)容不涉及其他模塊知識(shí)，主要就是按“規(guī)定”操作寄存器，用數(shù)組搬運(yùn)數(shù)據(jù)而已。編寫Flash庫函數(shù)文件可以方便使用這一片內(nèi)外設(shè)。

　　第17章為Comparator_A比較器章節(jié)。乍看這個(gè)章節(jié)的內(nèi)容時(shí)，還以為標(biāo)題寫錯(cuò)了，怎么都覺得是在寫模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的。沒錯(cuò)，比較器實(shí)際就是構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的核心器件。本章的前半部分都是談如何用比較器實(shí)現(xiàn)ADC的原理，后半部分是介紹一種只用一個(gè)比較器就能實(shí)現(xiàn)的Slope型ADC。最后，配以一個(gè)生動(dòng)有趣的例程，展示Slope型ADC性能的同時(shí)，學(xué)習(xí)代碼移植的方法。

　　第18章為模數(shù)轉(zhuǎn)換器章節(jié)。本章也是科普章節(jié)，內(nèi)容多且有一定難度。如果只是想要ADC出數(shù)，大可不必看這一章。但是要想用好ADC，本章內(nèi)容還只是拋了塊板磚，ADC采樣的知識(shí)需要不斷在實(shí)踐中積累。本章最后給出了單極性ADC采集雙極性信號(hào)的方法，有必要重點(diǎn)掌握。

　　第19章為ADC10章節(jié)。有了前兩章的濃墨鋪墊，本章的內(nèi)容顯得輕松愜意。片內(nèi)ADC

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　　的使用通常都非常簡(jiǎn)單，就是“吱一聲”的事。最后，本章借溫度傳感器采樣的例程，介紹了如何從CCS Example中移植修改代碼。

　　第20章為PWM波形合成與雙極性信號(hào)采樣章節(jié)。從這章開始，進(jìn)入了綜合實(shí)驗(yàn)部分。雖然在前面的Timer_A章節(jié)已經(jīng)介紹了PWM是什么，但是只有經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，才能真正領(lǐng)悟PWM的精髓。相信會(huì)給大家?guī)砣碌氖斋@。

　　第21章為DAC與AWG章節(jié)。對(duì)于初學(xué)者來說，ADC和DAC就像是單片機(jī)學(xué)習(xí)的雙槍一樣，少了DAC好像人生都不完美了。但是DAC到手后拿來干什么是個(gè)問題，本章用AWG任意波形發(fā)生器的例子展示了DAC的非凡魅力，大家看完這章后對(duì)于擴(kuò)展板上不到半粒米大小的DAC8411肯定會(huì)刮目相看。為了讓沒有示波器的同學(xué)也能共享“發(fā)展成果”，特別加了音頻功率放大器，來驅(qū)動(dòng)喇叭，如果從TF卡中讀取音頻文件來生成AWG，那么喇叭就可以播放音樂了。

　　第22章為自校準(zhǔn)DCO章節(jié)。對(duì)于MSP430G2553的學(xué)習(xí)，是從系統(tǒng)時(shí)鐘開始的，最后又回到時(shí)鐘上去。出廠時(shí)，MSP430G2553單片機(jī)的DCO校準(zhǔn)了1/8/12/16MHz四個(gè)頻率點(diǎn)。當(dāng)我們學(xué)成歸來之時(shí)，投桃報(bào)李，還以顏色，校準(zhǔn)任意頻率點(diǎn)，而且精度高于出廠校準(zhǔn)，為本書的學(xué)習(xí)劃上完美的句號(hào)。