QM430-3A多功能开发板用户手册_图文

QM430-3A 多功能开发板用户手册

版本号:V1.00
2010.09

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版本编号 V1.00 日期 2010-09-01 文档创建。 更改说明

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目 录
目 录.................................................................0 1. 新手入门 .......................................................2

1.1. QM430-3A开发板特点............................................. 3 1.2. 功能框图....................................................... 4 1.3. 概述........................................................... 5 1.4. 主要硬件构成.................................................. 11 2. 3. MSP430 单片机简述 .............................................11 板上资源详解 ..................................................16

3.1. RS232 接口电路 ................................................ 16 3.2. EEPROM电路.................................................... 17 3.3. 实时时钟电路.................................................. 18 3.4. 温度传感器电路................................................ 19 3.5. 12864 液晶接口电路 ............................................ 20 3.6. 1602 液晶接口电路 ............................................. 21 3.7. USB接口电路................................................... 22 3.8. 流水灯电路.................................................... 24 3.9. 键盘电路...................................................... 25 3.10. ADC接口电路 ................................................. 25

3.11. 蜂鸣器与指示灯组合电路........................................ 26 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. SD-CARD电路 ................................................. 26 红外接收电路 ................................................ 29 板上资源控制电路 ............................................ 30 射频模块接口 ................................................ 31 扩展IO接口 .................................................. 32

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3.17. 4.

JTAG调试接口 ................................................ 33 物理布局、跳线座和连接器介绍 ..................................34

4.1. 物理布局...................................................... 34 4.2. 跳线座介绍.................................................... 35 4.2.1. 跳线座PAD.............................................. 35 4.2.2. 跳线座JPU1............................................. 36 4.2.3. 跳线座JPU2............................................. 36 4.2.4. 跳线座JPSB............................................. 36 4.3. 连接器介绍.................................................... 36 4.3.1. 连接器JTAG............................................. 37 4.3.2. 连接器RF............................................... 37 4.3.3. 连接器JPZLG............................................ 38 4.3.4. 连接器JPOUT1........................................... 38 4.3.5. 连接器JPOUT2........................................... 38 4.3.6. 连接器LCD12864O........................................ 39 4.3.7. 连接器LCD12864......................................... 39 4.3.8. 连接器LCD1602O......................................... 39 4.3.9. 连接器LCD1602.......................................... 40 5. 测试程序 ......................................................40

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前 言
简介: 本用户指南是QM430-3A多功能开发板的使用说明书,详细描述了QM430-3A 开发板的硬件构成、工作原理,以及它的使用方法和编程指导。 保修: 自邮寄之日起,用户购买的QM430-3A多功能开发板主板由于产品质量原因出 现损坏的,七日之内我们负责免费更换新品,九十天内免费维修(用户自己承担邮 寄费用)。 销售热线: 联系人:康少鹏 崔立刚 13784660271 350531960 413744456

电话:15101515485 Q Q: 1197298090

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声明:由于产品和技术的不断更新、完善,本资料中的内容可能与实际产品不完 全相符,敬请谅解。如需查询产品的更新情况,请联系销售代表。

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1. 新手入门
1.1. QM430-3A 开发板特点 选用16位超低功耗单片机MSP430F149,此MCU的特点如下: 1.8V~3.6V超宽供电电压 5种低功耗模式,从standby模式唤醒时间小于6μs 0.1uA RAM 保持 0.8uA 实时时钟模式 2K RAM,60KB+256B Flash Memory(支持IAP) 片内硬件乘法器支持四种乘法运算 两个具有PWM输出单元的16-Bit定时器(TimerA3,TimerB7) 两个UART接口,两个SPI接口(与UART复用) 一个8通道12-Bit模数转换器(ADC),具有片内参考电压源 一个模拟比较器,看门狗电路等 采用子母双板分离设计,MCU子板与集成外设母板通过插针座连接,使用灵活 方便。 母板功能全面、板上资源丰富: 两种可选供电方式(标准稳压器接口、USB接口) 一个兼容USB2.0规范、符合USB1.1规范的标准USB接口 一个符合原厂标准的JTAG仿真调试端口 一组蜂鸣器指示灯电路 一组红外接收电路 一个12-Bit高精度温度传感器接口 一路12-Bit模数转换器(ADC)接口 两种标准的1602液晶接口 两种标准的12864液晶接口 标准SD卡槽 一个可更换的CPU适配器接口

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一个RTC实时时钟+纽扣电池 一个存储容量为2048×8-Bit的EEPROM(IIC接口) 一个4×1的独立式按键 一个标准的RS232接口(可通过设置使用UART0或UART1) 一个含8位LED的流水灯电路 一个IIC接口电路 美信(MAXIM)的1线总线接口 一个ZLG7290扩展键盘接口 P1~P6通用IO接口,+5V、+3V、GND各4pin接口,六个片选信号接口 提供电源指示灯和复位电路,全SMD设计、系统稳定可靠。 印制电路板大小适中、布局合理、美观大方,外形尺寸为120mm×80mm。 1.2. 功能框图 图1.2是整板系统的功能框图,从图中可以清楚地看到QM430-3A开发板上丰 富的外设资源及其位置分布情况。

图1.2 QM430-3A开发板资源分布及功能框图
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1.3. 概述 QM430-3A开发板包含两个部分,即以母板为核心的硬件系统和与之相对应的 测试程序。母板上主要集成了RS232接口、USB接口、红外接口、RF模块接口、单 总线温度传感器接口、两种1602液晶接口、两种12864液晶接口、ADC接口、 EEPROM、ZLG7290扩展键盘接口、外部片选接口、实时时钟、温度传感器、蜂 鸣器与指示灯组合模块、4×1键盘、流水灯等电路,囊括了几乎所有的常用接口和 应用电路,并将所有的IO引出,适合有志于学习电子技术的广大朋友开发之用。 在LCD接口方面,这跟之前的其他板子有较大区别。为在实际工程中方便灵活 使用及安装本开发板的液晶,在这个新的主板显示接口方面在提供两种LCD显示模 块 (1602&12864) 的同时提供这两液晶模块的两种接口形式, 一种可直接插上LCD 的单排模式,一种可帯外接LCD转接板的双排模式的JTAG接口。 在I/O接口外扩方面,采用双排针均匀分布板卡两侧,为工程中整套系统的结 构设计提供稳定的叠加结构设计基础。这在工程应用中非常实用。此外还提供外扩 的片选接口,方便在二次设计中对I/O的复用设计。 QM430-3A开发板特色 提供PCB封装库: 为方便大家的二次开发制板, 在提供原理图的同时提供与开 发板有关元器件的PCB封装库,结合我们提供的完整原理图,加速你的设计进程, 为您学习工作节省大量时间。 CPU适配器接口:具有特色的CPU适配器接口给您的使用带来很大方便,首 先,如果CPU因为不当使用烧毁,通过我们的CPU适配器可以很方便的换个CPU, 而不用损失这块板子,其次,该适配器支持管脚兼容的F13X,F14X,F16X系列的 单片机,可以任意更换兼容的CPU。 液晶转接口:液晶是我们常常用到的显示设备,以往的学习板的液晶一般通过 杜邦线连接,既麻烦又容易短路,在这块板子上专门预留了标准的JTAG接口,配 合我们相应的液晶转接板,可以很方便的链接1602和12864的液晶。 USB供电与主模式接口电路:不单单是添加了USB供电功能,利用USB芯片 PDIUSBD12方便的实现您要求的USB操作, 此电路兼容USB2.0规范、 符合USB1.1

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规范的标准USB接口。 跳线少:市面上目前也有很多MSP430的开发板,因为MSP430功能强大,开 发板上有很多外设,而管脚有限,因此管脚复用的非常多,市面上很多开发板上边 都有十几个跳线,操作起来很不方便,而该开发板仅有少量可选外接跳线,很多复 用选择通过软件予以设置,既方便又美观。 开发板资源 [满载芯片] MSP430F13x/14x/15x/16x单片机; SPX1117-3.3或LM1085-3.3(3A)电源芯片 MAX3232 RS232芯片 PDIUSBD12 USB芯片 DS1302Z实时时钟芯片(含电池); MAX809STR的复位芯片(选配) 74HC595串行控制芯片 74HC573数据锁存芯片(2片) DS18B20温度芯片(选配) 24LC04,IIC接口EEPROM [人机界面] 4×1键盘按键、1个复位按键; 1602液晶双接口; 12864液晶双接口(串并模式可选); 8位独立LED; 一体化蜂鸣器与指示灯; [板载接口] P1~P6通用IO接口,+5V、+3V、GND各4pin接口,六个片选信号接口 AD转换接口 RS232串口(可选UART0、UART1),带硬件收发指示灯 USB接口
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红外接口 双1602和12864液晶接口 美信(MAXIM)的1线总线接口 IIC接口 ZLG7290扩展键盘接口 TI官方标准14pin JTAG接口 [功能综述] 两种可选供电方式(标准稳压器接口、USB接口) 一个兼容USB2.0规范、符合USB1.1规范的标准USB接口 一个符合原厂标准的JTAG仿真调试端口 一个蜂鸣器 一组红外接收电路 一个12-Bit高精度温度传感器接口 一路12-Bit模数转换器(ADC)接口 两种标准的1602液晶接口 两种标准的12864液晶接口 标准SD卡槽 一个可更换的CPU适配器接口 一个RTC实时时钟+纽扣电池 一个存储容量为2048×8-Bit的EEPROM(IIC接口) 一个4×1的独立式按键 一个标准的RS232接口(可通过设置使用UART0或UART1) 一个含8位LED的流水灯电路 一个IIC接口电路 美信(MAXIM)的1线总线接口 一个ZLG7290扩展键盘接口 P1~P6通用IO接口,+5V、+3V、GND各4pin接口,六个片选信号接口都 用插针引出,非常方便于二次开发
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开发板程序 提供板载硬件资源操作相关的各种 C 语言源代码。主要代码如下: 基础实验 1、ADC:ADC12 寄存器设置实验 2、Clock Out:时钟实验 3、Comparator:比较器 A 寄存器实验 4、DAC:DAC 实验 5、DMA:DMA 实验 6、FLASH:flash 读写实验 7、HFXT:基础时钟 MCLK 输出实验 8、IIC:IIC 实验 9、LPM3:低功耗实验:设置低功耗模式 10、SFLL:基础时钟 SMCLK, ACLK 输出实验 11、SPI:SPI 实验 12、TimerA: TimerA 寄存器设置 13、TimerB: TimerB 寄存器设置 14、IO:LED 闪烁 15、UART:异步通信寄存器设置 16、WatchDog:看门狗定时器 开发板模块程序【50 个】 1、3.3--5V:3.3V-5V 电平转换实验 (1)V1:输出 5V 方波 (2)V2:输出不同占空比的方波 (3)V3:MCLK,SMCLK,ACLK 2、ADC:12-Bit 模数转换器(ADC)接口实验 (1)AD1:12-Bit 模数转换器转换结果通过串口在 PC 机显示 实验程序【36 个】 示例程序【103 个】 (3 个) (1 个) (1 个) (1 个) (2 个) (1 个) (1 个) (2 个) (1 个) (2 个) (8 个) (4 个) (2 个) (1 个) (4 个) (2 个) (12 个) ---------------------(16 个) --------------(17 个) --------------(8 个) (24 个) (11 个) -------(15 个) --------

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(2)AD2:12-Bit 模数转换器转换结果在 1602 液晶上显示 3、BUZZER:蜂鸣器实验 (1)B1:蜂鸣器发出单频音调 (2)B2:蜂鸣器演奏音乐 4、LCD1602:1602 液晶显示实验 (1)C1:1602 液晶上显示动态字符 (2)C2:1602 液晶上显示静态字符 (3)C3:1602 液晶上显示内部时钟 5、LCD12864:12864 液晶显示实验(与 12864 液晶配套) (1)PD1:12864 液晶显示字符 (2)PD2:12864 液晶显示汉字 (3)PD3:12864 液晶显示图形 (4)PD4:12864 液晶演示综合 (5)SD1:12864 液晶显示字符 (6)SD2:12864 液晶显示汉字 (7)SD3:12864 液晶显示图形 (8)SD4:12864 液晶演示综合 6、SD:SD 实验 (1)SD1:SD 卡读写程序 (2)SD2:SD 卡程序 FAT 文件系统 7、DS18B20:12-Bit 高精度温度传感器实验 (1)S1:DS18B20 测量室温并在数码管上显示 (2)S2:DS18B20 测量室温并在 1602 液晶上显示 8、DS1302:RTC 实时时钟实验 (1)D1:DS1302 芯片测试 (2)D2:DS1302 电子钟实验 9、EEPROM:4k Bit EEPROM 实验 (1)E1:AT24C04 芯片测试
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(2)E2:读出数据通过串口在 PC 机显示 10、KEY:4×1 独立按键实验 (1)4K1:扫描方式将按键的键值在数码管上显示 (2)4K2:中断方式将按键的键值在数码管上显示 (3)4K3:中断方式控制 LED (4)4K4:按键控制蜂鸣器发音的音调 11、LED:LED 流水灯实验 (1)L1:控制 8 个 LED 闪烁,用于检测开发板 (2)L2:流水灯以不同组合方式而进行点亮"流动" (3)L3:PWM 信号控制闪烁 12、RS232:RS232 接口实验 (1)R1:MCU 发送数据 PC 机显示 (2)R2:按键控制 MCU 发送数据 PC 机显示 (3)R3:PC 机发送数据 MCU 液晶显示 (4)R4:MCU 回发接收到的 PC 机数据 13、红外接口实验 14、USB 接口实验 (1)USB 接口 1:简单连接测试 (2)USB 接口 2:USB 接收数据 (3)USB 接口 3:USB 发送数据 ………. =============================================================== 注:程序不断更新,请关注我们的QQ技术群(89354687)。 通过学习研究上面的基本模块程序,用户能够很快的熟悉并掌握MSP430单片 机的内部资源,并能很容易地掌握基本电路调试技巧和软件编程技术,可以在短时 间内编写出属于您自己的有创意的实用程序。通过少量改动甚至无需改动就可以将 它们应用到您的实际开发中,加速您的研发进程、让您始终领先一步。

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1.4. 主要硬件构成 名称 MCU USB接口芯片 实时时钟 温度传感器 EEPROM RS232芯片 串并转换芯片 数据锁存芯片 电源芯片 型号 MSP430F149 PDIUSBD12 DS1302 DS18B20 AT24C02 MAX3232 74HC595 74HC573 SPX1117-3.3 描述 超低功耗、采用精简指令集的16位微处理器 兼容USB2.0规范,支持数据全速传输(12Mbit/s) 时间精确到秒,闰年自动补偿,32Byte非易失性RAM 单总线接口,9-Bit至12-Bit可编程温度分辨率 I C接口,256×8-Bit存储容量 3.3V供电,支持两路RS232电平转换 串行控制芯片 两片数据所存芯片方便I/O复用 电源转换芯片
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2. MSP430 单片机简述
德州仪器(TI)的超低功率16位RISC混合信号处理器的MSP430产品系列为电 池供电测量应用提供了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者,TI创新 生产的 MSP430, 使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至 模拟信号、传感器和数字组件。MSP430系列单片机的一些先进特性包括: 超低功率架构延长了电池的使用寿命。 0.1uA RAM 保持 0.8uA 实时时钟模式 250uA / MIPS 有效 高性能模拟器件——精确测量的理想选择 先进的16位RISC CPU使得新的应用仅需一段代码即可实现 系统内可编程闪存允许更改代码、 更新字段和记录数据 起价$49的完整的集成开发环境 器件的起始定价仅为$0.49 以上文字摘自TI的官方网站,可见MSP430系列单片机是一种性能优越的单片

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机,它针对未来设备小型化、移动化的趋势专门对功耗方面了做了优化,同时又是 一款16位的单片机,相比于8位单片机性能提升了许多,具有较强的计算能力。所 以选择从MSP430系列单片机学起,也就迈出成为一名优秀电子工程师的第一步。 关于MSP430单片机与其他厂商单片机的性能比较请看光盘中的《MSP430 Competitive Benchmarking》一文。 我们的学习板上使用的MSP430F149型单片机是MSP430X1XX系列中集成了 丰富的外设资源、性价比很高的一款单片机,掌握了MSP430F149的使用也就基本 掌握了MSP430单片机的使用,因为MSP430单片机的内核都是一样的,不同的型 号只是因为集成了不同的外设模块或者是内部的RAM和FLASH容量的不同而已。 关 于MSP430单片机的选型请看光盘中的《MSP430单片机选型指南》一文。 MSP430系列单片机的命名规则如图2.1。目前,TI已经推出了多种 MSP430F2XXX系列的单片机,在性能提升的同时功耗能够降得更低。所以图2.2 所示的命名规则是不甚完整的,仅供用户参考MSP430单片机中1XX和4XX系列的 命名规则,这两个系列的单片机是推出较早、已经被广泛应用的MSP430单片机。

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图2.1 MSP430系列单片机的命名规则 图2.2是MSP430X14X系列单片机的内部结构图。可以看出MSP430单片机的 结构具有以下的明显特征: 1. 2. 3. 4. ?16位CPU通过总线连接到存储器和外围模块。 ?直接嵌入仿真处理,具有JTAG接口。 ?多时钟能够降低功耗,多总线能够降低噪声。 ?16位数据宽度,数据处理更为有效。

而MSP430F149内部更是集成了12-Bit模数转换器,内部温度传感器,16位定 时器A和定时器B,串行异步通信端口UART0和UART1(软件可选择UART/SPI模

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式),硬件乘法器,多达48位的通用IO端口,60KB的FLASH程序空间和2KB的数 据空间等诸多外设,是MSP430系列单片机的典型代表。因此,学习MSP430F149 是很有意义的。

图2.2 MSP430X14X系列单片机内部结构框图 要想更多了解MSP430单片机,请参考国内已出版的一些中文教材: [1] 沈建华, 杨艳琴, 翟骁曙编著. MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应 用. 北京:清华大学出版社,2004 [2] 张晞, 王德银, 张晨编著. MSP430系列单片机实用C语言程序设计. 北京: 人民邮电出版社,2005 [3] 魏小龙编著. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例. 北京:北京航 空航天大学出版社,2002 其实,这些教材中的大部分内容都只不过是TI英文资料的翻译版而已,不可避 免的有一些谬误失实之处(即使是TI原版的英文资料也是处在不断的修订中),所 以为了获得最权威的信息我们强烈推荐用户更多地阅读TI提供的英文资料(主要是 User’s Guide和Data Sheet),这在学习开发MSP430单片机的过程中是十分必要 的。而且TI会针对性地推出一些应用笔记(Application Note),这些资料具有很强的 实用性,对于我们更好的开发MSP430单片机是十分有益的,建议用户时常关注TI 的网站(http://www.ti.com)。

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我们建议用户仔细阅读以下三个文档,以便详细了解MSP430的结构和使用方 法。 [1] MSP430x1xx Family User's Guide (Rev. F).pdf, 28 Feb 2006 [2] MSP430x13x, MSP430x14x, MSP430x14x1 Mixed Signal Microcontroller (Rev. F).pdf, 03 Jun 2004 [3] MSP430F13x/14x/14x1 Device Erratasheet (Rev. B).pdf, 31 Jul 2007

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3. 板上资源详解
本章详细介绍了QM430-3A开发板上各个功能模块的硬件电路原理、使用方法 和注意事项,使用前请仔细阅读。在本章的介绍中并没有具体给出每个芯片的操作 方法和读写时序图,请阅读每个小节最后的“推荐阅读”中指定的PDF文档来获得有 关器件的详细使用信息。 3.1. RS232 接口电路 MAX3232是一款3.0V~5.5V供电、低功率的RS232收发器,支持高达1Mbps 的通信速率,仅需要四个0.1uF的电容作为外部元件即能工作。MCU与MAX3232连 接关系示意图如图3.1所示。

图3.1 MCU与MAX3232的连接图 MSP430F149片内集成了两个UART端口, 这里默认的跳线设置是使用UART0 端口使用交叉串口线, MCU通过UTXD0(P3.4)向PC机发送数据, 通过URXD0(P3.5)

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接收来自PC机的数据。在TX线和RX线上分别有一个LED,当MCU通过MAX3232 与PC机通信时, 两个LED会根据通信线上电平的变化而闪烁发光, 指示通信的进行。 如果您想使用直连串口线通信,可按图3.1设置JPU1改为直连方式。 如果您想使用UART1通信,可按图3.1设置跳针JPU2改为连接UART1。 推荐阅读:MAX3232.pdf 3.2. EEPROM 电路 AT24C02是Atmel公司出品的一款高性能EEPROM芯片, 它采用两线串行接口 (I2C)简化了与MCU的连接,工作电压2.7V~5.5V,存储容量256×8-Bit即2K字节, 支持100万次的擦写,数据能有效保持100年。MCU与AT24C02的连接关系示意图 如图3.2所示。

图3.2 MCU与AT24C02的连接图 MCU的通用输入输出(GPIO)端口P3.3、P3.1与AT24C02的SCL、SDA端口相 连接构成I C总线,因为MSP430F149内部没有专用的I C接口电路,所以只能用IO 端口来模拟I C时序从而实现对EEPROM的读写操作。从图3.2中我们可以看到 EEPROM地址选择端口A0~A2都外接低电平,所以进行I C通信时,EEPROM的从 机地址是唯一的, 即A0~A2所对应的地址控制位均为0。 因为AT24C0X(X=1,2,4,8,16) 系列芯片的管脚是兼容的,所以用户也可以自行更换其他型号的芯片,无需改动任
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何硬件结构,只需注意器件地址和存储空间寻址模式的变化,相应地修改软件程序 即可。 使用此模块电路时无需设置跳线,直接应用即可。 推荐阅读:AT24C0X.pdf 3.3. 实时时钟电路 DS1302能够计算秒、分、时、日、周、月、年,自动补偿2100年之前的闰年 日期;2.0V~5.5V的供电电压,三线制的串行通信接口,且内置31字节的可由电池 维持数据的静态RAM,用户可自由使用。DS1302的最大特色是支持双电源供电, VCC2连接主电源, VCC1连接备用电池。 当VCC2的电压高于VCC1时, 芯片从VCC2 处获得能量并且可以通过涓流充电的方式对VCC1连接的电池进行充电;当VCC2 的电源断开连接时,芯片内部自动切换到从VCC1处取电,从而保证即使在系统板 掉电的情况下,DS1302仍能进行正确计时功能且保存在RAM中的数据不丢失。 MCU与DS1302的连接示意图如图3.3所示。

图3.3 MCU与DS1302的连接图

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MCU通过其GPIO的P2.5、P2.6、P2.7端口与DS1302的SCLK、I/O、RST三 个引脚连接,通过这个三个IO就可以执行对DS1302的全部操作了。DS1302的第1 管脚接到了系统板的3.3V电源上,作为芯片的主电源;第8管脚连接了一个CR1220 型纽扣电池的正极,为芯片提供系统板掉电后的能量。 推荐阅读:DS1302.pdf 3.4. 温度传感器电路 DS18B20是一款小巧的温度传感器,它通过单总线协议与MCU进行通信,硬 件连接十分简洁, 它具有如下特性: 测温范围-55℃~+125℃, 并且在-10℃~+85℃ 范围内具有±0.5℃的精度,9-Bit到12-Bit的可编程分辨率,用户自定义、非易失性 温度阈值。MCU与DS18B20的连接关系示意图如图3.4所示。通过图3.4可知MCU 的P2.4端口与DS18B20的DQ端连接,通过在MCU的IO端口模拟1-Wire协议的时序 就能实现对DS18B20的读写了。

图3.4 MCU与DS18B20的连接图 推荐阅读:DS18B20.pdf

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3.5. 12864 液晶接口电路 12864液晶接口是一个引脚间距2.54mm的20脚双排扁平电缆连接器插座 (LCD12864O)或直插插座(LCD12864),可以连接任何以ST7920为驱动器的 12864液晶模块。它与MCU的连接关系示意图如图3.5所示。

图3.5MCU与12864液晶的连接图 在图3.5中第3位V0为调整液晶偏压输入端,通常不用连接,考虑到通用性我 们将V0连接到了一个3362标准封装的电位器(RLCDA)的Pin3处,如果用户需要可 以焊接上一个电位器进行调整。第15位是液晶数据传输模式的选择位,如果PSB接 高电平则液晶工作在并行数据传输模式,如果PSB接低电平则液晶工作在串行数据 传输模式。此位连接到了跳线座JPSB的第2脚,JPSB的第1脚与VCC连接,第3脚

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与GND连接,可以使用短路帽来决定PSB连接到那一种电平。第17位是液晶的复位 端,此端口直接与VCC相连,上电后液晶模块自动完成复位功能。 注意: (1)在对液晶进行操作之前,必须先设置好正确的数据传输模式即确定跳线 座JPSB上短路帽的位置与数据传输模式对应。 (2)液晶控制端口使用5V的逻辑电平,背光驱动电压同样为5V。 请用户使用前仔细阅读您所选用的液晶模块的说明书, 判断您的液晶模块是否 与我们设计的接口兼容,避免发生意外事故。如果使用我们提供的液晶模块,请仔 细阅读光盘中的说明书。 推荐阅读:DM12864M.pdf 3.6. 1602 液晶接口电路 1602 液 晶 接 口 是 一 个 引 脚 间 距 2.54mm 的 16 脚 双 排 扁 平 电 缆 连 接 器 插 座 (LCD1602O)或直插插座(LCD1602),可以连接任何1602液晶模块。1602液 晶接口与MCU的连接关系示意图如图3.6所示。其中VEE是调整液晶偏压输入端, 已连接了一个3362型电位器(RLCDB)的Pin3处,用户可以手动调整液晶偏压。

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图3.6 MCU与1602液晶的连接图 注意:扁平电缆连接器插座的有缺口一侧的左边,与向下的三角符号对应的引 脚为第1号引脚, 第1号引脚所在的一排为奇数编号引脚(从左往右依次为1、3、5、 7、9、11、13、15);在第1号引脚正上方的是第2号引脚,第2号引脚所在的一排 为偶数编号引脚(从左往右依次为2、4、6、8、10、12、14、16)。 请用户使用前仔细阅读您所选用的液晶模块的说明书, 认真判断您的液晶模块 是否与我们设计的接口兼容,避免发生意外事故。如果使用我们提供的液晶模块, 请仔细阅读光盘中的说明书。 推荐阅读:1602中文手册.pdf 3.7. USB 接口电路 我们使用了PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片作为USB接口的驱动芯片,D12 是一款性能优良、使用简单且具有很高性价比的USB驱动芯片。USB部分电路图以 及MCU与D12的连接关系见图3.7。

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图3.7 USB驱动电路原理图 从上图可见,USB芯片的数据端口与MCU的P4端口按一一对应的关系连接, 而控制端口与MCU的IO连接关系为: P50 WR_N,P51 RD_N,P52 A0,

P53 CS_N。因为MSP430系列单片机没有外部总线接口,所以需要上面的四个IO 与P4口配合模拟数据/地址复用的总线读写时序,从而实现对D12的操作。此外, D12 的 INT_N 端 口 与 MCU 的 P23 端 口 相 连 , 用 于 D12 向 MCU 请 求 中 断 处 理 ; PDIUSBD12的SUSPEND端口与MCU的P22端口连接, 通过对SUSPEND端口的查 询和控制用户可以确定USB芯片的工作状态;但是在我们提供的学习例程里并没有 使用到SUSPEND端口,如果用户需要做深入研究学习时,可能会用到。 当MCU与PC机握手通信时, 标号为D12的LED会快速闪烁指示通信正在进行; 当连接成功以后,LED一直保持点亮状态指示当前连接有效。该LED的发光是由 PDIUSBD12自动控制的,MCU没有任何干预。 本开发板允许用户直接从PC机的USB端口取电, 使用时用USB连接线将PC机 与学习板连接之后,按下USB电源开关即可。如果想断开电源,则再按一次开关键 让其保持弹出状态即可。如果使用直流电源接口或者是电池供电,则KUSB的状态 不影响USB接口的使用。 注意: 这里通过使用74HC573芯片的隔离是为了复用P50-P53端口, 防止与液 晶模块冲突,在不使用USB功能时,通过串并控制功能关闭D12芯片(否则会对液 晶显示产生影响),这里请参考程序代码加以理解。 我 们 在 开 发 USB 固 件 程 序 的 过 程 中 , 主 要 参 考 了 周 立 功 先 生 编 著 的 《PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发》一书,此书详细介绍了USB协议的工作 原理以及如何使用PDIUSBD12编写USB固件程序,建议对USB感兴趣的朋友可以 仔细阅读此书。在PC机软件方面,因为时间紧迫我们仅使用WinDriver进行了简单 的测试,并未开发成品的上位机软件;WinDriver是一款功能强大、使用方便的驱动 开发软件,如果需要用户可以借助光盘中提供的WinDriver软件轻松开发出高效的 USB上位机程序。关于WinDriver的安装和使用说明,请参考《WinDriver 9.01 安 装指南和使用说明》一文。 推荐阅读:
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1. 周立功等编. PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发. 北京:北京航空航天 大学出版,2003 2. PDIUSBD12.pdf 3. PDIUSBD12_FAQ.pdf 3.8. 流水灯电路 本 开 发 板 使 用 了 8 个 0805 封 装 的 LED 构 成 流 水 灯 电 路 , 同 样 使 用 了 一 片 74HC573来做隔离缓冲。流水灯电路原理示意图如图3.8所示。经过74HC573的隔 离以后, MCU的P4端口的每一位都对应一个LED, 当相应IO输出低电平时LED点亮, 当相应IO输出高电平时LED熄灭。 注意:标号为U9的74HC573芯片的LE端口同样连接到了串行移位寄存器 74HC595的一个输出位,由该位的高低电平控制是否使能芯片的输出。在测试流水 灯电路之前,用户必须将LE进行设置;如果不使用流水灯电路,建议将不使能LE, 以免其他电路对LED的亮灭造成影响。

图3.8 流水灯电路原理图

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3.9. 键盘电路 本学习板上有一组4×1的键盘,这个键盘是四个独立式按键,其电路原理图如 图3.9所示。四个按键(S01、S02、S03、S04)公共端接地,当按键未按下时, 接单片机的P10、P11、P12、P13均为高电平;当按键按下时,与之相连接的管脚 为低电平。以此为依据可在程序中使用查询或中断方式查看按键状态。

图3.9 键盘电路原理图 3.10. ADC 接口电路 本学习板使用的MSP430F149内部有一个12-Bit的模数转换器,它对外提供8 路转换通道,对应通用IO的P6.0~P6.7引脚。在QM430-3A开发板上,已经使用了 P6.0对应的通道, 它被连接到标号为PAD的跳针的第2个引脚, 通过短路帽可使P6.0 连接到电位器R005上, 在进行实验时通过转动电位器调节旋钮可以改变加载在P6.0 端口上模拟电压的大小。 其他P6采集管脚可通过飞线连接到JPOUT2排针的相应P6 外壳端口。

图3.10 ADC接口电路

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3.11. 蜂鸣器与指示灯组合电路 因为MCU的IO电流驱动能力十分有限,所以我们使用了一个PNP型三极管来 驱动蜂鸣器。具体连接关系如图3.11所示。如果P2.0端口输出高电平,PNP三极管 将导通,蜂鸣器发声同时点亮LED;如果P2.0端口输出低电平,PNP三极管截止, 则蜂鸣器被关闭同时熄灭LED。

图3.11 蜂鸣器与指示灯电路原理图 3.12. SD-CARD 电路 SD卡的外形和接口如图3.12-1所示。根据SD卡与主控制器的通信协议不同, SD卡对外提供两种访问模式:SD模式和SPI模式。所用通信模式不同,SD卡引脚 的功能也不同,具体引脚功能如表3.12所示。在具体通信过程中,主机只能选择其 中一种通信模式, 而且通信模式一旦选定, 系统在通电情况下不能改变。 SD模式下, 主控制器使用SD总线访问SD卡,而通常的单片机没有硬件SD总线,尽管可以借助 通用口线用软件仿真,但访问速度较低,还要占用大量CPU时间,而单片机多具有 SPI总线,QM430-3A就利用SPI总线实现对SD卡的访问。下面主要介绍SPI总线方 式。

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图3.12-1 SD卡形状和接口

注:S:电源;I:输入;O:输出;PP:I/O 表 3.12 SD卡引脚的功能 在SPI总线模式下,CS为主控制器向卡发送的片选信号,SCLK为主控制器向 卡发送的时钟信号,DI(DataIn)为主控制器向卡发送的单向数据信号,DO (DataOut)为卡向主控制器发送的单向数据信号。SD卡的内部结构如图3.12-2所 示,SD卡内部除了具有大量存储单元外,还具有卡接口控制器、寄存器以及SD和 SPI两种模式的对外接口等。外部主控制器访问卡的接口控制器与存储器单元接口

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相连。这样主控制器并不直接访问存储器,而是通过卡接口控制器根据主控制器的 命令自动处理完成,而主控制器无须知道卡内是如何操作、管理存储单元的,这将 大大减轻主控制器对存储器操作的负担。SD卡内部有6个信息寄存器,用来设置和 保存操作卡的关键信息,有2个状态寄存器,用来记录操作卡的当前状态。

图3.12-2 SD卡的内部结构图 MSP430系列16位低功耗单片机是一个具有强大处理能力的混合微处理器, 它 具有强大的处理能力以及丰富的片内外设。MSP430F149除能够满足数据采集功能 外,还能很容易地实现对SD卡的访问。与SD卡系统相关的特性如下: 采用16位的RISC结构,有较高的处理速度,在8MHz晶体驱动下,指令周 期为125ns, 即指令速度可达8MIPS, 能够满足高速操作SD卡的功能要求。 具有2个串行通信接口,可用于异步和同步(UART/SPI),可以直接和SD 卡的SPI总线连接。 具有6个8位并行端口,且2个8位端口具有中断能力,能够满足口线的需求 以及SPI中断的要求。 片内存储器包括60KB的Flash和2KB的RAM,不需要外扩存储器, 就可以满 足对SD卡的访问。 3.3V的工作电压,与SD卡工作电压兼容。 时钟系统更加完善,可以使用内部时钟,也可以使用外部时钟,通过编程

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可以切换。 可实现通过JTAG接口的在线系统调试,方便系统的开发。 MSP430系列单片机的SPI串行接口的主要特点如下:支持3线或4线SPI操作; 可选主模式与从模式;接收和发送有各自的寄存器,且接收和发送为双缓存;移位 时钟的极性和相位可编程;主模式的时钟频率可控,SPI位传输速率可通过编程选 择;7位或8位字符长度;有写冲突保护和总线竞争保护。 对于MSP430的SPI系统, 首先通过UxCTL控制寄存器配置USART模块工作于 SPI模式, 然后再通过UxBR0和UxBR1波特率选择控制寄存器来设置传输速率。 SPI 模式下,UBR最小的分频因子是2,所以主机最大数据传输速率(b/s)是系统时钟 频率的1/2,因而最高可达4Mb/s。 QM430-3A开发板上主控制器MSP430F149与SD卡座的电路连接图如图 3.12-3所示。

图3.12-3 SD-CARD电路原理图 3.13. 红外接收电路 QM430-3A开发板上红外接收电路很简单,这里不再多做介绍,这方面主要是 程序的编写,大家可以在程序及其注释中加以理解掌握。

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图3.13 红外接收电路原理图 3.14. 板上资源控制电路 QM430-3A开发板上使用了一片74HC595来控制板上某些资源的复用。 74HC595是一款带有输出锁存功能的串行移位寄存器芯片, 它能够将串行输出的数 据转换为并行方式输出。 因此可以在只占用MCU的三个IO的同时达到同时控制多个 芯片使能端口的目的。74HC595与MCU的连接关系以及74HC595的并行输出端口 与QM430-3A开发板上一些芯片控制端口的连接关系如图3.14所示。 从图中可以看出,74HC595的串行数据输入端口SER连接了MCU的P17引脚, 串行时钟输入端口SRCLK连接了MCU的P16引脚, 输出使能时钟RCLK连接MCU的 P15引脚。而并行数据输出端口的QC端连接用于USB控制线的74HC573(U14)的 输出使能引脚,QD端口连接驱动流水灯电路的74HC573(U9)的输出使能引脚, 其余端口 (QA, QB, QE,QF, QG, QH) 未使用,但作为外扩引脚连接到JPOUT1 输出,方便在二次开发中灵活使用。

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图3.14 板上资源串行控制电路原理图 根据前面的介绍,可以得知74HC595的QC、QD端口输出高低电平对板上资 源的控制控制关系如表3.14所示。至于如何通过MCU的三个IO来控制74HC595输 出正确的控制信号,请参阅每个程序中都包含了的QMBoardConfig.h头文件,这个 头文件里面有BoardConfig()这个板子资源配置函数的源代码, 用户理解后即可轻松 编程74HC595控制三个模块的开启与关闭。 端口 QC 输出电平 控制作用 高 低 QD 高 低 禁止U14的输出,关闭USB控制线 使能U14的输出,打开USB控制线 禁止U1的输出,关闭流水灯电路中LED的驱动信号 使能U1的输出,打开流水灯电路中LED的驱动信号

表3.14 74HC595的并行输出端口与板上资源的控制关系 3.15. 射频模块接口 QM430-3A开发板的可选配件中有一款是基于CC1000的无线数据收发模块, 这个工作于433MHz(国标中的免执照频段)的模块是专为用户进行无线开发应用 而设计的,可以方便用户深入学习射频模块的工作原理、电路设计和编程开发等知 识,也可以供用户进行无线通信测试、无线数据传输,或者是作为简易的无线网络 协议的研究开发之用。QM430-3A开发板上射频模块的接口使用引脚间距2.54mm 的8脚双排扁平电缆连接器插座,它的每一引脚与MCU的连接关系示意图如图3.15 所示。

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图3.15 射频模块接口电路原理图 在上图中,具体定义及使用方法参见《基于CC1000的射频模块使用指南》。 注意:QM430-3A开发板上默认是没有焊接这个8针扁平电缆连接器插座的, 在您购买了我们的射频模块以后应该自行将随模块赠送的插座焊接在学习板上,然 后再进行无线通信的学习开发工作。如果您不需要使用射频模块,那么这个接口可 以作为学习板的对外通用IO接口使用。 3.16. 扩展 IO 接口 为了便于用户二次开发,在QM430-3A开发板上将MCU的48个通用IO(P1, P2,P3,P4,P5,P6),6个片选信号(CS1~CS6)及各种电源(5V,3.3V, GND,AGND)全部用连接器(插针)引出,形成了两个间距2.54mm的双排连接 器插座接口, 放置在学习板的两侧。 它的扩展接口与MCU的引脚连接见图3.16所示。

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图3.16 扩展接口与MCU的引脚连接原理图 3.17. JTAG 调试接口 QM430-3A开发板的JTAG调试接口遵循TI原厂JTAG仿真器的规定,采用引脚 间距2.54mm的14脚双排扁平电缆连接器插座,引脚连接关系与TI原厂仿真器保持 一致,所以用户既可以使用我们赠送的简化版JTAG仿真器也可以使用TI的仿真器, 二者完全兼容。 JTAG调试接口的引脚连接关系如图3.17所示:

图3.17 JTAG调试端口的引脚连接电路图
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4. 物理布局、跳线座和连接器介绍
4.1. 物理布局 QM430-3A开发板的机械尺寸为: 120mm×80mm, 多数采用表面贴装元器件。 QM430-3A开发板的正面布局如图4.1-1所示。

图4.1-1 QM430-3A开发板的正面物理布局 QM430-3A开发板的反面布局如图4.1-2所示。

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图4.1-2 QM430-3A开发板的反面物理布局 QM430-3A开发板俯视平面图如图4.1-3所示。

图4.1-3 QM430-3A开发板俯视平面图 4.2. 跳线座介绍 因为MSP430F149只有48个通用IO,而本开发板为用户提供了很多外设资源, 所以必需通过复用某些IO来解决IO资源不足的问题,复用IO时首要解决的问题就是 不同外设资源之间不能相互影响,我们选择了用电子控制与手动控制相结合的方式 来控制各个电路模块的状态和特殊信号引脚的连接关系。所谓电子控制就是使用了 串行移位寄存器74HC595来控制USB电路和流水灯电路的使能与禁止; 所谓手动控 制就是利用跳线座来解决一些非高低电平控制的问题,如引脚的物理通断和连接关 系选择等等。关于74HC595的控制电路原理及使用方法已经在3.14节做了详细的介 绍,本节将对跳线座的使用作详细说明。 4.2.1. 跳线座 PAD 连接:第1针 连接电位器,第2针 P60(右起是第1针)

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功能:控制ADC输入电压的连接关系。 使用:连接PAD进行P60端口的ADC数据采集。也可飞线连接PAD第一针与各 个P6口的外扩端口(推荐使用杜邦线)。 4.2.2. 跳线座 JPU1 连接:如图3.1 MCU与MAX3232的连接图 功能:选择串口线的种类(交叉或直连方式)。 使用:插上短路帽,连通(3--->1)& (4--->2)为直连方式(Straight Serial Port); 插上短路帽,连通(3--->5)& (4--->6)为交叉方式Crossover Serial Port)。 说明:为了便于区分,我们在第1,2旁边放置了“SSP”符号,在第5,6脚旁边 放置了“CSP”符号。 4.2.3. 跳线座 JPU2 连接:如图3.1 MCU与MAX3232的连接图 功能:设置使用的串口(UART0或UART1)。 使用:插上短路帽,连通(3--->1)& (4--->2)为选择UART0; 插上短路帽,连通(3--->5)& (4--->6)为选择UART1。 说明:为了便于区分,我们在第1,2旁边放置了“UART0”符号,在第5,6脚 旁边放置了“UART1”符号。 4.2.4. 跳线座 JPSB 连接:第1针 +5V,第2针 PSB,第3针 GND。(下起是第1针)

功能:决定12864液晶模块的数据通信方式。 使用:1-2,选择使用并行数据传输模式;2-3,选择使用串行数据传输模式。 为了便于区分,我们在第1脚的旁边放置了“P”符号,在第3脚旁边放置了“S”符号。 4.3. 连接器介绍 为了便于测试某些输出结果和方便用户的二次开发, 本学习板用连接器将一些 芯片的输出端和MCU的48个通用IO(P1,P2,P3,P4,P5,P6),6个片选信号 (CS1~CS6)及各种电源(5V,3.3V,GND,AGND)全部引出到插针连接器上。 现将其归纳如下:
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4.3.1. 连接器 JTAG 连接: 见下图

功能:JTAG仿真调试端口 使用:参阅3.17节 4.3.2. 连接器 RF 连接:见下图

功能:提供与射频模块的接口 使用:参阅3.15节

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4.3.3. 连接器 JPZLG 连接:见下图

功能:周立功键盘接口 使用:参见《周立功键盘接口》 4.3.4. 连接器 JPOUT1 连接:见下图(左下为第一引脚)

功能:MCU通用IO(P1、P2、P3),6位片选及电源扩展接口 使用:用户可自由连接外部信号进行扩展应用 4.3.5. 连接器 JPOUT2 连接:见下图(左下为第一引脚)

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功能:MCU通用IO(P4、P5、P6),复位及电源扩展接口 使用:用户可自由连接外部信号进行扩展应用 4.3.6. 连接器 LCD12864O 连接:见下图

功能:外置式12864液晶模块接口 使用:参阅3.5节 4.3.7. 连接器 LCD12864 连接:见下图(左起为第一引脚)

功能:直插式12864液晶模块的接口 使用:参阅3.5节 4.3.8. 连接器 LCD1602O 连接:见下图

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功能:外置式1602液晶模块接口 使用:参阅3.6节 4.3.9. 连接器 LCD1602 连接:见下图(左起为第一引脚)

功能:直插式1602液晶模块的接口 使用:参阅3.6节 。

注:插接LCD1602时,仅插接左端前16针孔(上图中红框)。

5. 测试程序
QM430-3A开发板提供的所有测试例程都在光盘中的“QM430-3A Programs” 文件夹下。值得一提的是,“QM430-3A Programs”文件夹下所有的文件夹及文件的 名字都是英文或者数字,这是因为IAR EW对中文的支持不够好,如果某个项目 (Project)的保存路径或者项目名字中出现中文,那么在进入调试模式时很容易出现 绿色的PC指示条丢失的问题,而这对于初学者调试程序是极为不方便的,因此我们 只能采用英文命名法则来避免这个问题。建议用户在拷贝光盘中的程序时,也要将 其保存在没有中文字符的路径下(如E:\ QM430-3A Programs这个路径就不包含中 文),否则PC指针条不出现的问题可能还会出现。 因为我们为用户提供了较多的例程, 且每个例程中都有详细的中文注释和使用

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说明,所以这里就不再一一讲解每个程序的测试使用方法,请用户参阅每个例程中 的说明资料,自行验证测试。 这里强调一点, 您在第一次拿到我们的QM430-3A开发板以后, MCU中是已经 烧录了整板测试程序的,那是我们在给您发货之前进行性能测试时留下的,同时也 是为了让您在收到板子以后能够对板子上各个功能模块的好坏进行有效验证而设计 的。因此,我们强烈建议您,收到学习板后的第一件事就是参照教程中讲到的方法 进行正确连线,然后执行流程。如果您确认板子上每个功能模块都正常工作,那么 可以向MCU中下载我们提供的其他例程或者是您自己编写的程序, 开始步入学习开 发MSP430单片机的“神奇世界”!如果您在整板测试中发现问题,那么请及时联系 我们,不要再进行任何其他的操作,尤其不要擦除MCU中已有的整板测试程序。因 为整体测试程序是我们在发货前临时烧录到MCU中的, 我们不提供整体测试程序的 源代码或下载文件,所以一旦您将整体测试程序擦除后将无法再次载入它,除非您 自己编写一个新的整体测试程序了。

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