第1章 概述 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，以微處理器為控制核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)不斷取代傳統(tǒng)的模擬器件控制系統(tǒng)。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，DSP技術(shù)得到了飛速發(fā)展，采用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理和控制已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，TI和ADI等主流DSP廠商都推出了多個(gè)系列電機(jī)控制專(zhuān)用DSP芯片。其中，TI的TMS320C2000系列就是專(zhuān)用于電機(jī)控制的芯片，目前被TI歸類(lèi)為高性能微控制器（MCU），但該系列產(chǎn)品在2008年之前一直作為T(mén)I三大系列DSP（C2000、C5000、C6000）之一推向市場(chǎng)，可見(jiàn)該系列產(chǎn)品具有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。事實(shí)上，該系列產(chǎn)品集微控制器和高性能DSP特點(diǎn)于一身，具有強(qiáng)大的控制和信號(hào)處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法。本書(shū)尊從TI的分類(lèi)，稱(chēng)TMS320C2000為微控制器，也有資料稱(chēng)之為DSP，但實(shí)際上界限已經(jīng)沒(méi)那么明確了，只要理解為用于控制的處理器就可以了。在學(xué)習(xí)TMS320C2000MCU之前，首先了解一下DSP領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者――TI。1.1 TI的發(fā)展歷程及文化 德州儀器（TexasInstruments，TI）是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，為現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)處理提供創(chuàng)新的數(shù)字信號(hào)處理及模擬器件技術(shù)。除半導(dǎo)體業(yè)務(wù)外，還提供包括教育產(chǎn)品和數(shù)字光源處理解決方案（DLP）。TI總部位于美國(guó)德克薩斯州的達(dá)拉斯，在全球約有3萬(wàn)名雇員，并在亞洲、歐洲和美洲超過(guò)25個(gè)國(guó)家設(shè)有制造、設(shè)計(jì)或銷(xiāo)售機(jī)構(gòu)，在我國(guó)北京、上海、蘇州、南通、成都、珠海等16個(gè)城市設(shè)立了分公司或辦事處。其中，在成都高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)設(shè)有在中國(guó)的第一家生產(chǎn)制造廠，該廠為8英寸晶圓廠，名為德州儀器半導(dǎo)體制造（成都）有限公司，簡(jiǎn)稱(chēng)TI成都。目前，TI成都擁有1.1萬(wàn)m2的生產(chǎn)面積，其年產(chǎn)能達(dá)到10億美元，另有1.2萬(wàn)m2的廠房預(yù)留為了未來(lái)的生產(chǎn)需求。1930年，德州儀器成立，名稱(chēng)為“GeophysicalService”，是第一家專(zhuān)門(mén)研究地球物理勘探反射地震驗(yàn)測(cè)法的獨(dú)立承包商。1951年12月，更名為T(mén)exasInstrumentsIncorporated（德州儀器）。1954年，生產(chǎn)首枚商用晶體管。1958年，發(fā)明首塊集成電路（IC）。1967年，發(fā)明手持式電子計(jì)算器。1971年，發(fā)明單芯片微型計(jì)算機(jī)。1973年，獲得單芯片微處理器專(zhuān)利。1978年，推出首個(gè)單芯片語(yǔ)言合成器，首次實(shí)現(xiàn)低成本語(yǔ)言合成技術(shù)。1982年，推出單芯片商用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。1990年，推出用于成像設(shè)備的數(shù)字微鏡器件，為數(shù)字家庭影院帶來(lái)曙光。1992年，推出microSPARC單芯片處理器，集成工程工作站所需的全部系統(tǒng)邏輯。1995年，啟用OnlineDSPLabTM電子實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上TIDSP應(yīng)用的監(jiān)測(cè)。1996年，宣布推出0.18mm工藝的Timeline技術(shù)，可在單芯片上集成1.25億個(gè)晶體管。1997年，推出每秒執(zhí)行16億條指令的TMS320C6xDSP，以全新架構(gòu)創(chuàng)造DSP性能記錄。2000年，推出每秒執(zhí)行近90億個(gè)指令的TMS320C64xDSP芯片，刷新DSP性能記錄；推出世界上功耗最低的芯片TMS320C55xDSP，推進(jìn)DSP的便攜式應(yīng)用。2003年，推出業(yè)界首款A(yù)DSL片上調(diào)制解調(diào)器――AR7。近年來(lái)的工作包括：推出業(yè)界速度最快的720MHzDSP，同時(shí)演示1GHzDSP。向市場(chǎng)提供的0.13mm產(chǎn)品超過(guò)1億件。采用0.09mm工藝開(kāi)發(fā)新型OMAP處理器。TI擁有超過(guò)80年的悠久歷史，半導(dǎo)體是TI最大的業(yè)務(wù)，TI的模擬和DSP產(chǎn)品在公司半導(dǎo)體收入中占75%，是DSP市場(chǎng)公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者，在DSP市場(chǎng)排名第一，在混合信號(hào)/模擬產(chǎn)品市場(chǎng)排名第一。MSP430MCU與89C51單片機(jī)比較如下：首先，89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)，其指令采用的是被稱(chēng)為“CISC”的復(fù)雜指令集，共具有111條指令。而MSP430MCU是16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡(jiǎn)潔的27條指令，大量的指令則是模擬指令，眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快。其次，89C51單片機(jī)本身的電源電壓是5V，有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。正常情況下消耗的電流為24mA，在待機(jī)狀態(tài)下，其耗電電流仍為3mA；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50mA的電流。而MSP430MCU在低功耗方面的優(yōu)越之處則是89C51單片機(jī)不可比擬的。正因?yàn)槿绱�，MSP430MCU更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類(lèi)產(chǎn)品中。再次，89C51單片機(jī)由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是8位的，雖然經(jīng)過(guò)各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。MSP430MCU基本架構(gòu)是16位的，同時(shí)在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換還存在8位的總線，再加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因此對(duì)它這樣的開(kāi)放型架構(gòu)來(lái)說(shuō)，無(wú)論擴(kuò)展8位的功能模塊，還是16位的功能模塊，即使擴(kuò)展模/數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)/模轉(zhuǎn)換這類(lèi)的功能模塊也是很方便的。這也就是MSP430MCU系列產(chǎn)品和其中功能部件迅速增加的原因。最后，在開(kāi)發(fā)工具方面，對(duì)于89C51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，由于它是最早進(jìn)入我國(guó)的單片機(jī)，人們對(duì)其非常熟悉，各種開(kāi)發(fā)工具也非常多，但是都無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線編程；而MSP430MCU，由于引進(jìn)了Flash型程序存儲(chǔ)器和JTAG技術(shù)，不僅使開(kāi)發(fā)工具變得簡(jiǎn)便、價(jià)格相對(duì)低廉，并且可以實(shí)現(xiàn)在線編程。MSP430器件起始價(jià)格為0.25美元，典型應(yīng)用包括實(shí)用計(jì)量、便攜式儀表、智能傳感和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。