基于MSP430单片机的电动自行车充电系统.doc

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1、 目录引言1第一章 锂离子电池3 1.1锂离子电池简介 3 1.2锂离子电池基本参数3 1.3锂离子电池的优缺点4第二章 MSP430单片机8 2.1MSP简介8 2.2工作模式12第三章 系统硬件设计18 3.1主电路设计18 3.2控制回路设计21 3.3 MOSFEI驱动电路设计28第四章 软件设计28 4.1充电方式28 4.2软件设计32 4.3智能充电过程34第五章 总结37致谢40参考文献41附录142附录245基于MSP430单片机的电动自行车充电系统摘要 设计了一种基于MSP430单片机的电动自行车充电器软硬件,讨论了该充电器的充电控制策略。所设计的充电器分段采用电压、电流反

2、馈,根据期望值和反馈值的偏差采用PID算法对PWM的占空比进行调节,以实现分段恒压恒流的充电控制。随着能源的日益紧缺和大气污染的加剧，从我国国情和人们的消费水平出发，电动车具有广阔的发展前景。开发实用、安全、清洁的移动电源，寻求相关的节能、环保解决方案一如发展新型电动车，成为当前各国的迫切任务。作为电动车核心部件的电池及其充电器，其性能的优劣，直接影响电动车的质量状况，因此，研制性能良好的智能充电器，会带来显著的经济效益和良好的社会效益。 纯电动汽车具有低噪声、零排放、综合利用能源的优点，是汽车工业解决能源危机和环境污染这两大突出难题的重要途径，有着广阔的应用前景和巨大的发展空间。如今限制电动

3、汽车发展的瓶颈主要是动力电池能源问题，而改计。进电池特性是一个漫长的过程，那么在车载电池能量不足时，需要用充电设备及时地对电池充电。本文就是基于这样一个背景，以车载智能充电器为研究对象，对控制方法进行了研究，并对系统进行了设 电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。关键词：锂电池 充电器 电

4、动自行车充电器Charging system for electric bicycle controller based on MSP430Abstract Design a kind of electric bicycle charger hardware and software based on MSP430 SCM, discusses the charging of the battery charger Control strategy. The design of the charger segmentation using voltage, current feedback,

5、according to the expected value and the feedback value deviation PID algorithm using the duty ratio of PWM regulation, charging to implement piecewise constant voltage and constant current control. proceeding from national conditions of our country and peoples consumption level, electric vehicle has

6、 a broad development prospect. Mobile power development of practical, safety, clean, energy saving, environmental protection for related solutions as the development of new electric vehicles, become an urgent task in the world. As the core component of the electric car battery and charger, its perfo

7、rmance directly affects the quality of electric cars. Pure electric vehicles with low noise, zero emissions, comprehensive utilization of energy, is the important way that two prominent problem of the automobile industry to solve the energy crisis and environmental pollution, has the broad applicati

8、on prospect and the huge development space. The bottleneck limiting the development of electric vehicles today are the main power battery energy problem, instead of. This article is based on such a background. The rapid development of electronic technology makes a wide range of electronic products t

9、oward portable and small lightweight direction, also makes more use of electric products based on batterys power supply system. At present, more use of nickel-cadmium battery, nickel-hydrogen batteries and lithium batteries, lead. Their respective characteristic had decided they will coexist for a l

10、ong period of development. Due to the different characteristics of different types of battery charging, usually of different types, and even different voltage,Key words：The lithium battery The charger charger引言46随着信息技术的高速的发展，信息化正以令人惊叹的速度渗透到各个领域。电池作为一个传统的产业，正经历着前所未有的变革，特别是在通信，动力等领域，对电池有了新的要求。智能充电器就在这

11、种环境下应运而生。电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。本文介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能，可防止

12、电池的过充和过放对电池造成。为了缓解当前环境污染和能源短缺的问题,社会呼唤着一种无污染、噪声低、操作简单、速度适中的个人交通代步工具。电动自行车作为一种理想的“绿色”代步工具,为人类带来了福音。作为限制电动车市场发展的重要问题之一,蓄电池及其充电技术,已经成为十分重要的研究课题。目前,市场上的电动自行车充电器多以恒压(恒流)、定时的方式进行充电。这些充电方式没有根据蓄电池的充电特性,充电效率低,安全性能差,缩短蓄电池使用寿命甚至导致电池损坏和安全事故,不能满足市场的需要。阐述了基于MSP430单片机的电动自行车充电器采用PWM控制的充电技术,根据实时检测到的蓄电池状态参数,调整充电电流及电压,

13、从而达到提高充电效率,提高充电器安全性,延长蓄电池使用寿命的目的。 电池作为电动车动力来源，纯电动汽车是完全由二次电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力的汽车。由于纯电动汽车完全消除了车辆在运行中的废气排放，完全使用二次能源电池，使其更符合能源持续利用战略；电动车节能，无尾气排放，无噪音，缓解了机动车尾气对大气的污染；是解决环境与能源问题的有效途径 目前应用于电动车的可充式二次电池主要有：铅酸(Lead Acid)电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池。电动汽车用电池的发展大致经历了三个阶段：第一阶段采用铅酸蓄电池；第二阶段采用的有镍镉、镍氢、钠硫、钠氢化镍、锂聚合物、锂离子、锌

14、空气和铝空气蓄电池等多种蓄电池；第三阶段采用以燃料电池和飞轮电池为代表的蓄电池，其它还有太阳能蓄电池等。随着电池技术的发展，还会出现更高性能的电动汽车用蓄电池。电动汽车动力电池的主要性能指标包括比能量、能量密度、比功率、功率密度、寿命、快速充电性能及成本。另外，对动力电池的安全性、可靠性、充电方便性和维护性都有一定的要求。该智能电池充电器能有效地解决电池和充电器的兼容问题，从而避免了因电池化学特性不同而给电池充电造成的各种麻烦。另外，除了对电池电压的检测外，为了更好的保护电池，该充电器充电时还可对电池的温度及充电时间进行监测以作为辅助或后备保护方案。因为多数充电器一般采用大电流的快速充电法，如

15、果电池充满了，人们不及时断电就会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。像一些成本比较低的充电器一般采用电压比较法，为了防止过度充充，基本上充电到一定的程度就停止大电流快充，转而用小电流涓流补充充电。一部分的充电器不但能在很短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式。专用的充电芯片具有业界公认较好的-v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时

16、关段电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。随着信息技术的高速的发展，信息化正以令人惊叹的速度渗透到各个领域。电池作为一个传统的产业，正经历着前所未有的变革，特别是在通信，动力等领域，对电池有了新的要求。智能充电器就在这种环境下应运而生。在人们日常工作和生活中，随着各种电子产品的广泛应用，各种充电器就不可或缺。从电动刮胡刀到mp3，从手机到笔记本电脑，几乎只要用到电池的设备都会用到充电器。这些充电器都有便携的特点，所以充电器为人们外出旅游和出差提供了相当大的方便。单片机在电池充电器领域有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电

17、器的智能化。充电器种类品种繁多，但严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。本文介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时

18、间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成，在通用微机中央处理器（CPU）基础上，将输入输出（IO）接口电路、时钟电路以及一定容量的存储器等部件集成在同一芯片上，再加上必要的外围器件，如晶体振荡器，就构成了一个较为完整的计算机硬件系统。由于这类计算机系统基本部件集成在同一芯片内，因此被称为单片微控制器（Single-Chip-Micro Controller）、微控制单元（Microcontroller Unit,MCU）或嵌入式控制器（Embedded Controller），简称单片机目前，8位高档机和16位机在单片机应用中

19、占主导地位，产品众多，已有几十个系列、几百个型号，除了通用单片机以外，集成更多资源，如A/D转换器、D/A转换器、“看门狗”（Watchdog）电路、LCD控制器、网路控制模块等，将单片机嵌入式系统和Intenet连接起来已是一种趋势。还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图像和语言处理等）的单片机。总之，单片机正在向微型化、低功耗、高速、集成、高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展。第一章 锂离子电池1.1锂离子电池简介锂是一种金属元素，化学符号Li，是一种银白色、十分柔软，化学性能活泼的金属，是金属中最轻的。锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成（主要成分是LiCo02），负极则

20、是特殊分子结构的碳。锂离子电池可以分成两大类：不可充电型和可充电型，最大特点是比能量高。比能量指的是单位重量或单位体积的能量，用Wh/Kg或Wh/L表示。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内

21、部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。电动汽车用电池的发展大致经历了三个阶段：第一阶段采用铅酸蓄电池；第二阶段采用的有镍镉、镍氢、钠硫、钠氢化镍、锂聚合物、锂离子、锌空气和铝空气蓄电池等多种蓄电池；第三阶段采用以燃料电池和飞轮电池为代表的蓄电池，其它还有太阳能蓄电池等。随着电池技术的发展，还会出现更高性能的电动汽车用蓄电池。电动汽车动力电池的主要性能指标包括比能量、能量密度、比功率、功率密度、寿命、快速充电性能及成本。另外，对动力电池的安全性、可靠性、充电方便性和维护性都有一定的要求。此类蓄电池的比能量高，有较高的比功率，寿命长，材料来源丰富(我国有丰富的稀土

22、资源)，污染轻等优点，被认为是较好的电动车用蓄电池。但是由于NjMH蓄电池的技术未臻成熟，格贵，单体电池电压低，使用时串联电池个数多，而且均匀一致性较差，限制了蓄电池组实际可使用的寿命。尤其是镍氢电池在高温时自放电率会增高，造成电容量下降的缺点。因此认为NiMH蓄电池在电动车上应用的地位是暂短的、过渡性的，将来的市场份额是有限的。 锂离子蓄电池和聚合物锂离子蓄电的比能量更高，有较高的比功率，寿命长，污染轻等优点，被认为是有希望的电动车用电池。但因内含锂活性物质，易产生化学作用，遇火、氮、酸或氧化剂时，可能会有爆炸或着火危险等安全性问题成为影响锂离子蓄电池和聚合物锂离子蓄电池在电动自行车上应用的

23、主要制约因素。它们将成为用于高端电动车的电池，将是继铅酸蓄电池之后所占比例较大的电池。但受价格限制，暂时所占比例不会很大。锌空电池是金属一空气电池的一种，属于半燃料电池范畴。它有比能量高，原材料丰富，价格不高，污染轻等优点，被认为是电动车用电池的有竞争力的候选者1.2锂离子电池基本参数特性 1.高能量密度 锂电子电池的能量密度可以达到360Wh/L,158Wh/Kg,是NI-CD及NI-MH电 池的两倍以上。2.高工作电压 一般放电电压为3.7V。3.高负载特性 一般锂电子电池的最大连续放电电流可达2CmA。4.放电特性稳定 即使在电池寿命接近终止时，光宇锂离子电池仍保持着良好的放电稳定 性。

24、5.快速充电特性 锂离子电池可接受的最大充电电流可达1CmA，而且恒流充电时间可达50 分钟以上。6.长循环寿命 重复使用次数多，循环充电特性好，可以重复5001000次充放电。 锂离子电池的这些特点促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选 用单节锂离子电池供电的产品也越来越多。1.3锂离子电池的优缺点虽然锂离子电池很少发生结晶化的反应，这种反应是产生记忆效应的原理。但是，锂离子电池在多次充放电之后仍会性能下降，原因是非常复杂的。最主要的是正负材料的变化，从分子角度看，正负极能容纳锂离子的空穴会塌陷，这样就会堵塞，影响电流的充放；从化学角度来看，正负极材料的钝化，会产生一些稳定的化合物，这

25、样也会也会影响性能。从物理角度看上，由于充放电过程中难免会有一些摩擦，碰撞，这样会使外部材料慢慢流失，甚至脱落。这三方面的原因都会使锂离子电池在充放电过程中参加导电的锂离子丢失。过度的充放电，都会对造成电池的损害或降低使用寿命，过度放电将导致负极碳过度释放出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中都会逐渐变化。虽然锂离子电池很少

26、发生结晶化的反应，这种反应是产生记忆效应的原理。但是，锂离子电池在多次充放电之后仍会性能下降，原因是非常复杂的。最主要的是正负材料的变化，从分子角度看，正负极能容纳锂离子的空穴会塌陷，这样就会堵塞，影响电流的充放；从化学角度来看，正负极材料的钝化，会产生一些稳定的化合物，这样也会也会影响性能。从物理角度看上，由于充放电过程中难免会有一些摩擦，碰撞，这样会使外部材料慢慢流失，甚至脱落。这三方面的原因都会使锂离子电池在充放电过程中参加导电的锂离子丢失。过度的充放电，都会对造成电池的损害或降低使用寿命，过度放电将导致负极碳过度释放出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳

27、结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值。这些数值在使用中都会逐渐变化。充电控制芯片是控制电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段（电池指示灯呈绿色闪烁。开始充电时，电池的电压以较大的斜率升压，当到达电池的标准电压，之后再控制芯片的控制下转入恒压充电状态，此过程中电压变化不大，电流在逐渐减小，当充电电流几乎降到零时，可认为电池电量已满，停止充电。电量统

28、计芯片通过记录放电曲线（电压、电流、时间）可以抽样计算出电池的电量。而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的。所以我们需要深充放来校准电池的芯片。锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻，需要保护电路。锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。充电控制芯片是控制

29、电池的充电过程。锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段（电池指示灯呈绿色闪烁。开始充电时，电池的电压以较大的斜率升压，当到达电池的标准电压，之后再控制芯片的控制下转入恒压充电状态，此过程中电压变化不大，电流在逐渐减小，当充电电流几乎降到零时，可认为电池电量已满，停止充电。电量统计芯片通过记录放电曲线（电压、电流、时间）可以抽样计算出电池的电量。而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的。所以我们需要深充放来校准电池的芯片。锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻

30、，需要保护电路。锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。由此可见实现安全高效的充电控制成为锂离子电池推广应用的瓶颈。第二章 MSP43单片机2.1 MSP430简介 MSP430的CPU采用16位RISC架构，具有高度的应用开发透明性。除了流程控制指令，所有的操作都以寄存器操作的形式进行，其中源操作数有七种寻址方式，目的操作数有四种寻址方式。MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市

31、场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指

32、令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165A左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1A。其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（F

33、LL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32.768kHz）DT-26 OR DT-38，也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由 于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5A ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1AMSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A

34、、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的

35、实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5s。MSP430 系列有 OTP 型、

36、FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C 语言。德州仪器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等几个系列，这些系列具有LC

37、D驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有ROM 型（C）、OTP 型（P）和 EPROM 型（E）等芯片。EPROM 型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用 EPROM 型开发样机；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。2000 年推出了11x/11x1系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和 I/O 引脚数比较少，但是价格比较低廉。这个时期的MSP430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的 I/O 引脚等，只有

38、33x系列才具备。33x系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时，33x并不一定是最适合的。而片内高精度A/D转换器又只有32x系列才有。2000年7月推出了F13x/F14x 系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41x、F43x、F44x。这些全部是 Flash 型单片机。F41x系列单片机有48个I/O 口，96段LCD驱动。F43x、F44x系列是在13x、14x的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3xx系列的最多120段增加到160段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。MSP430系列的部分产品具有

39、Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。TI公司推出具有Flash 型存储器及JTAG 边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。这种以Flash 技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。2001年TI 公司又公布了BOOTSTRAP LOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。BOOTSTRAP 具有很高的保密性，口令可达到 32个字节的长度。T

40、I公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。 在这一新的系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将 RAM 容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12 和SVS等模块1.低电压范围：2.5V5.5V2.超低功耗活动模式：330A at 1MHz, 3V待机模式：0.8A掉电模式（RAM数据保持）：0.1A3.从待机模式唤醒响应时间不超过6s4.16位精简指令系统，指令周期200ns5.基本时钟模块配置多种内部电阻单个外部电阻32kHz晶振高频晶体谐振器外部时钟源6. 带有三个捕获/比较

41、寄存器的16位定时器（Timer_A）7.串行在线可编程8.采用保险熔丝的程序代码保护措施9.该系列产品包括MSP430C111：2K字节ROM，128字节RAM MSP430C112：4K字节ROM，256字节RAM MSP430P112：4K字节OTP，256字节RAM10.EPROM原型PMS430E112：4KB EPROM, 256B RAM1120引脚塑料小外形宽体（SOWB）封装，20引脚陶瓷双列直插式（CDIP）封装（仅EPROM）该CPU集成了16个寄存器，用于缩短指令执行时间可以在一个时钟周期内完成寄存器间操作。其中R0-R3这四个寄存器被用作特殊功能寄存器，分别作为程序计

42、数器、堆栈指针、状态寄存器、常数发生器，其余寄存器用作通用寄存器。外围设备通过数据、抵制、控制总线与CPU相连，通过所有指令可以很容易的对它们进行控制。 在便携式测量应用中，这种优化的体系结构结合五种低功耗模式可以达到延长电池寿命的目的。MSP430系列的CPU采用16位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率。它采用数字控制振荡器（DCO），使得从低功耗模式到唤醒模式的转换时间小于6s. MSP430x11x系列是一种超低功耗的混合信号微控制器，它拥有一个内置的16位计数器和14个I/0引脚。 典型应用：捕获传感器的模拟信号转换为数据，加以处理后输出或者发送到主机。

43、作为独立RF传感器的前端是其另一个应用领域。 整个指令集由51条指令构成，具有三种格式和七种寻址方式。每一条指令都既可以做字操作，又可做字节操作。表1总结了三种指令格式并举例，寻址方式见表2表1 指令字格式双操作数，源-目的例：ADD R4，R5R4+R5R5单操作数，仅目的例：CALL R8PC(TOS),R8PC相对转移,条件/无条件例： JNEJump-on-equal bit=0表2 寻址方式说明2.2工作模式MSP430有一个活动模式和五个软件可选的低功耗工作模式。一个中断事件可以把系统从各种低功耗模式唤醒，响应中断请求并且从中断程序中返回原来的低功耗模式1.活动模式（AM）：所有时

44、钟均被激活。2.低功耗模式0（LPM0）：CPU停止工作，外围模块继续工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的环路控制无效。3.低功耗模式1（LPM1）：CPU停止工作，外围模块继续工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的环路控制无效，如果数字控制振荡器（DCO）没有被用于活动模式，其DC发生器被关闭。4. 低功耗模式2（LPM2）：CPU停止工作，外围模块继续工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK环路控制无效，DCO的DC发生器关闭。 5. 低功耗模式3（LPM3）：CPU停止工作，外围模块继续工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK环路控制无效，DCO的DC发生器关闭。 6. 低功耗

45、模式4（LPM4）：CPU停止工作，外围模块继续工作，晶体振荡器停止工作，SMCLK和MCLK环路控制无效，并且数字控制振荡器（DCO）的DC发生器被关闭。 MSP430单片机是TI公司1996年开始推向市场的超低功耗微处理器，另外他还集成了很多模块功能，从而使得用一片MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。如今，MSP430单片机已经用于各个领域，尤其是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。下面来说一下它的主要特点：（1）低电源电压范围，1.83.6V。（2）超低功耗，拥有5种低功耗模式(以后会详细介绍)。（3）灵活的时钟使用模式。（4）高速的运算

46、能力，16位RISC架构，125ns指令周期。（5）丰富的功能模块，这些功能模块包括：A：多通道1014位AD转换器；B：双路12位DA转换器；C：比较器；D：液晶驱动器；E：源电压检测；F：串行口USART(UART/SPI）；G：硬件乘法器；H：看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出）；I：DMA控制器。（6）FLASH存储器，不需要额外的高电压就在运行种由程序控制写擦欧哦和段的擦除；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和

47、BSL两种方式向CPU内装在程序。MSP430的复位信号有2种：上电复位信号（POR）、上电清除信号（PUC）。还有能够触发POR和PUC的信号：5种来在看门狗，1种来自复位管脚，1种来自写FLASH键值出现错误所产生的信号。POR信号只在2种情况下发生：（1）微处理上电；（2）RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位。PUC信号产生的条件：（1）POR信号产生；（2）看门狗有效时，看门狗定时器溢出；（3）写看门狗定时器安全键值出现错误；（4）写FLASH存储器安全键值出现错误。POR和PUC两者的关系：POR信号的产生会导致系统复位并产生PUC信号。而PUC信号不会引起POR信号的产生。无论

48、是POR信号还是PUC信号触发的复位，都会使MSP430从地址0xFFFE处读取复位中断向量，程序从中断向量所指的地址处开始执行。触发PUC信号的条件中，除了POR产生触发PUC信号外，其他的豆科一通过读取相应的中断向量来判断是何种原因引起的PUC信号，以便作出相应的处理。系统复位（指POR）后的状态为：（1）RST/NMI管脚功能被设置为复位功能；（2）所有I/O管脚被设置为输入；（3）外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值；（4）状态寄存器SR复位；（5）看门狗激活，进入工作模式；（6）程序计数器PC载入0xFFFE处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。典型的复位电路有一下3种：（1） 在RST/NMI管脚上接100K欧的上拉电阻。（2）在（1）的基础上再接0.1uf的电容，电容的一端接地，可以使复位更加可靠。（3）再（2）的基础上，再在电阻上并接一个型号为IN4008的二极管，可