使用Launchpad口袋實驗平臺從零開啟學習電子設計之路PDF電子書

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

　　TI中國大學計劃一直致力于將TI先進技術，高性能器件推廣到高校中。近幾年更是加大在單片機與模擬大學計劃上的投入，在相關教學改革，學生創(chuàng)新與競賽等方面加強與大學的合作。2012年TI中國大學計劃開始與全國各高校合作成立基于MSP430G2 Launchpad 的口袋實驗室，使得學生對單片機以及電路的入門學習不再局限在實驗室，做到“一人一板，隨時學習”，這一概念也受到廣大師生的歡迎和好評。

　　在實踐的過程中， 由于G2 Launchpad 自帶的硬件資源較少，而MSP430G2553的集成外設相當豐富（ADC， Timer， Comparator， Touch Key， SPI， I2C， UART， 等）， 為了學習到每一個外設，老師和同學們投入了相當多的精力和時間來開發(fā)對應的外圍模塊來完整的學習MSP430G2553。其中，青島大學傅強和楊艷老師在開展口袋實驗室教學的過程中上積累了大量的經(jīng)驗，開發(fā)了一系列外圍模塊，為了向更多的兄弟院校以最簡單便捷的方式推廣他們的成功案例，TI中國大學計劃與兩位老師共同設計開發(fā)了一套G2全功能迷你擴展板，作為TI MCU 生態(tài)系統(tǒng)的一個組成部分：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、電相結合的實驗，集學習性與趣味性于一體。這套實驗板卡和配套材料一方面繼承口袋實驗室的理念——所有實驗都可以脫離實驗室完成，另一方面，將單片機和模擬器件完美的結合在一起，通過該迷你擴展板，不僅可以學習到MSP430的所有外設，還可以學習基本的模擬知識和系統(tǒng)設計方法，可謂一舉多得。

　　MSP-EXP430G2 LaunchPad （以下簡稱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 插座目標板，可通過 Spy Bi-Wire（2 線 JTAG）協(xié)議對系統(tǒng)內(nèi)置的 MSP430 超值系列器件（G系列）進行快速編程和調試。

　　MSP-EXP430G2價格極具親和力，特別適用于在校學生單片機入門學習之用。受TI中國大學計劃部委托，特別設計了1款MSP-EXP430G2口袋實驗平臺擴展板。該擴展板基于MSP430G2553單片機設計，面積與MSP-EXP430G2大小相等，兩者對插后可為G2提供豐富的實驗外設。

　　本書編寫的初衷是為擴展板編寫實驗教程，換句話說，書是擴展板的衍生品。但隨著編寫工作的深入，對于本書的定性和理解發(fā)生了重大變化。關于G2的定位，應該是針對單片機入門學生的，如果僅拋出一個個孤立的實驗，“顯擺”單片機和擴展板有多能耐，是不能真正幫助學生入門的。所以，最終書是引領單片機入門學習的主線，擴展板幾經(jīng)修改后成為輔助教學的得力工具。

　　第1章為擴展板的硬件原理介紹。這一章最重要的知識是關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。而其他硬件單元僅為概括性的闡述，在本書后面的章節(jié)里會有更詳細的論述。

　　第2章為CCS軟件的使用。大多數(shù)教程對于單片機開發(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。人不是機器，人會犯各種錯誤，會迸發(fā)各種靠譜不靠譜的創(chuàng)意，如果為了一個小小的軟件問題困擾幾天，僅有的一點學習激情將耗盡。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，學生問過的各種軟件問題集中起來解答。

　　第3章為基礎知識。單片機的學習絕沒有“XX天學會”“XX小時入門”的可能性，但也不是非得受過多“高等”的教育才能學。學單片機只要會一點C語言的皮毛就行，基礎知識章節(jié)就是幫助大家梳理學習單片機前需要掌握的一些知識。任何知識都不是灌輸能夠教會的，基礎知識也不例外，在初次學習時，能記住多少記多少，有個大概印象就行。后面學習的過程中，遇到問題，再帶著問題翻回基礎知識部分復習，這也是個學以致用，消化知識的過程。

　　第4章為系統(tǒng)時鐘。從這一章開始，將以MSP430G2553單片機的片內(nèi)外設為主線，講解MSP430單片機的原理。系統(tǒng)時鐘章節(jié)對初學者來說會有些枯燥，這章可以采用跳讀的方法學習，但最起碼需要掌握的是用調取出廠校驗參數(shù)的方法快速設定時鐘，并理解低功耗實

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

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

　　第6章為Timer_A定時器。定時器是單片機中最重要的片內(nèi)外設，沒有定時器，其他花哨的外設都是浮云。Timer_A定時器除了普通鬧鐘用途外，最拿手的兩個本領是捕獲脈沖邊沿和比較輸出波形。本章的重點也放在了講解捕獲和比較的實現(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的時候，事半功倍。

　　第7章為看門狗定時器。在大多數(shù)單片機中，看門狗定時器僅是一個“非正式”的定時器，除了看門狗復位，一般不會去用它。但在MSP430G2系列單片機中，由于沒有基礎定時器（Basic Timer），看門狗定時器就擔當起鬧鐘的職責。類似鬧鐘原理的定時節(jié)拍用法，是定時器使用的精華，本章將看門狗定時器用到了極致，通過大量的例程，讓大家深刻認識定時器在單片機編程中的巨大作用。本章沒有學會，也不用往下翻了，先安心、耐心、細心的“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，其實質是通過Timer_A的計數(shù)功能和看門狗的定時功能相結合而實現(xiàn)的。本章相當于是對前面章節(jié)知識的一個總結，請在本章停下來，稍事休整和總結。覺得自己真的有所心得，準備好了，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單片機的片內(nèi)外設，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，能夠領悟串行通信的思想最好，不能領悟就當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與上位機通信從而實現(xiàn)人機交互。本章代碼中，理解FIFO的原理和使用是亮點，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，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擴展芯片TCA6416A的使用。硬件I2C模塊要真正用起來，比SPI還要復雜一點，必須封成庫函數(shù)才能用。至于TCA6416A則是調

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　　取I2C庫函數(shù)，按說明書時序操作就行，同樣要再次封裝成TCA6416A的庫函數(shù)。在學完TCA6416A后，擴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是很不容易的。這是因為，半硬半軟的庫函數(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。學完本章之后，再返工去看硬件SPI和I2C章節(jié)，一定會有新的認識。

　　第14章為LCD段式液晶章節(jié)。本章分為LCD頂層庫函數(shù)和LCD硬件驅動HT1621函數(shù)兩個部分。已知顯示內(nèi)容的情況下，如何計算出控制LCD顯示的“顯存”數(shù)據(jù)是一個難點。耐心、細心再加上手指頭腳趾頭一定可以算出來的！這部分內(nèi)容來不得半點跳讀，你騙書，書就騙你。單看HT1621的說明書，不過是按時序進行控制。但擴展板上是用I2C協(xié)議的擴展IO間接控制HT1621，一想到這里，別說是CPU，人腦子都要當機了。其實無論是用什么類型的IO進行控制，我們都可以編寫與硬件無關的HT1621庫函數(shù)文件，這就是硬件隔離的編程思想。學會如何通過TCA6416A間接控制HT1621，再控制LCD顯示，就像打通了任督二脈，以后多復雜的控制程序都會不在話下。

　　第15章為存儲器章節(jié)。儲存器是單片機系統(tǒng)的重要組成部分，本章相當于是對各種存儲器原理做一個綜述，本身與MSP430單片機無關，也不包含任何一行代碼。當做科普來閱讀，對存儲器有個比較宏觀的了解，對入門后的學習會大有裨益。

　　第16章為Flash控制器章節(jié)。MSP430全系列單片機都提供了Flash控制器，可以實現(xiàn)程序運行中，擦寫Flash ROM，這意味著可將Flash ROM作為掉電不失存儲器來使用。這章內(nèi)容不涉及其他模塊知識，主要就是按“規(guī)定”操作寄存器，用數(shù)組搬運數(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。

　　第17章為Comparator_A比較器章節(jié)。乍看這個章節(jié)的內(nèi)容時，還以為標題寫錯了，怎么都覺得是在寫模數(shù)轉換器ADC的。沒錯，比較器實際就是構成模數(shù)轉換器的核心器件。本章的前半部分都是談如何用比較器實現(xiàn)ADC的原理，后半部分是介紹一種只用一個比較器就能實現(xiàn)的Slope型ADC。最后，配以一個生動有趣的例程，展示Slope型ADC性能的同時，學習代碼移植的方法。

　　第18章為模數(shù)轉換器章節(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采樣的知識需要不斷在實踐中積累。本章最后給出了單極性ADC采集雙極性信號的方法，有必要重點掌握。

　　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采樣章節(jié)。從這章開始，進入了綜合實驗部分。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)過本章的學習，才能真正領悟PWM的精髓。相信會給大家?guī)砣碌氖斋@。

　　第21章為DAC與AWG章節(jié)。對于初學者來說，ADC和DAC就像是單片機學習的雙槍一樣，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，大家看完這章后對于擴展板上不到半粒米大小的DAC8411肯定會刮目相看。為了讓沒有示波器的同學也能共享“發(fā)展成果”，特別加了音頻功率放大器，來驅動喇叭，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DCO章節(jié)。對于MSP430G2553的學習，是從系統(tǒng)時鐘開始的，最后又回到時鐘上去。出廠時，MSP430G2553單片機的DCO校準了1/8/12/16MHz四個頻率點。當我們學成歸來之時，投桃報李，還以顏色，校準任意頻率點，而且精度高于出廠校準，為本書的學習劃上完美的句號。