MSP430实验指导书.doc

MSP430单片机实验与课程设计指导用书江苏大学电气学院生物医学工程教研室目录MSP430单片机实验与课程设计指导用书1目录22.3 新建第一个IAR工程82.3编译环境设置112.4工程编译和连接、调试133.1 实验一 基本时钟模块及低功耗193.3 实验三 MSP430 16位定时器A实验214.1 实验一 跑马灯程序设计、数码管显示设计224.2 实验二 电子时钟设计234.3 实验三 AD转换设计244.4 实验四 RS232串口通讯设计254.5 实验五 LCD显示器应用设计26实验须知 一、在实验之前，必须先预习实验指导书，弄清实验原理以及所要做的工作。 二、在实验过程中，必须按照规范来使用各种仪器，特别注意以下事项： 1. 电源的正负极不能接反。 2. 在把电源接到实验板之前，必须要用万用表测量电压在正确的范围之内。 3. 在安装最小板的时候应该确保方向没有弄错。 4. 对芯片的方向要特别注意，不能把方向弄错。 5. 在使用示波器测量的时候，必须保证良好的接地。 6. 示波器探头的衰减系数要和通道上的衰减系数设置必须一致。 三、在实验结束时，应该整理好实验器材，整齐的摆放在桌面上，以便于指导老师整理，实验器材如有损坏，应及时报告指导老师。 四、实验做完之后，必须写出实验报告，实验报告采用正规实验报告纸，写清楚姓名、学号、专业、日期等。 五、实验报告一般包括以下几个部分： 1. 实验目的 2. 实验设备 描述实验的硬件环境 3. 实验原理 用简单的语言总结描述实验所用到的模块及其原理，不超过200字。 4. 实验内容 描述实验步骤及中间的结果或现象。在实验中做了什么事情，怎么做的，发生的现象和中间结果。 5. 实验结果 描述最终得到的结果，并进行分析说明。 6. 总结 说明实验过程中遇到的问题及解决办法,个人的收获，未解决的问题等。 六、实验成绩评定办法 实验成绩由两部分组成： 1. 实验完成情况 50% 2. 实验报告撰写 50% 前 言 本课程主要介绍了MSP430单片机的CPU结构和存储器组织结构、指令系统和片内外设原理及使用方法。通过本课程的学习，学生应该掌握MSP430单片机的基本原理，指令系统以及MSP430单片机的基本片内外围模块的原理和使用方法，包括各种端口、定时器、通用串行通信模块、数模转换模块，并在此起基础上掌握MSP430单片机的设计和开发方法。 本课程需要有微机原理和接口技术课程的基础，实验九需要有通信原理的基础。本试验指导书包括三个基本设计性试验和五个综合性试验，前三个基本试验在课程阶段完成，每个试验对应课程的一个阶段的内容，要求学生在学完某部分内容后尽快完成相关的试验， 以达到较好的效果，最后五个试验为综合性试验，内容概括了本课程的主要内容以及相关知识点，可作为课程设计的内容。 本试验指导书配有试验板，与课程内容紧密结合，课堂讲课和试验相结合，以达到融会贯通的目的，试验板包括了MSP430单片机核心的电路，同学们可以在此基础上，自己使用万用板加入其它外围器件，以实现自己的设计目标，方便灵活。第一章 MSP430单片机开发板介绍 MSP430开发板之超值开发板，EDA430C型开发板，针对MCU控制器开发学习人员而专门设计的高性价比学习板，开发板采用MSP430F149单片机，充分发挥MSP430F149的接口功能，板上资源齐备，接口丰富，配备直流开关电源，工作稳定；全开放性接口设计，端口自由组合不但可以满足初学者的入门学习要求，还可以满足高级开发人员的深入开发功能。硬件资源l MSP430F149单片机主芯片。 l AT24C02，I2C总线器件，EEPROM数据存储器，256Byte EEPROM，可做I2C总线实验。 l AT93C46，SPI总线器件，SPI总线扩展器件，串行EEPROM，可做SPI接口实验。 l DS1302，时钟芯片，可做时钟实验。 l MAX3232（+3.3V供电电压）接口芯片，双RS232接口。l 双MAX3484（+3.3V供电电压）接口芯片，双RS485接口。 l 4*4矩阵键盘，可以作为程序的功能按钮，比如调节时钟等。l 1个复位按键。 l 8位动态扫描LED数码管。l 8位LED发光二极管。 l 1个无源蜂鸣器。l LCD1602液晶显示屏接口。l LCD12864液晶屏接口。l MAP430JTAG调试接口l TL431可调外部精密参考电压，为AD提供参考电压。l DS18B20单总线数字温度传感器，可以用单片机控制它来测量温度。l 板上5V和3.3V双电源供电，各有电源指示。必备件：l EDA430C学习板一块；l 串口延长线一条；l USB口MSP430单片机专用JTAG调试器 1个l 128*64液晶屏及连接线l 9V开关电源 1个第二章IAR Embedded Workbench开发环境 MSP430 开发需要硬件和软件两方面环境，本书以MSP430F149 为例进行介绍，其他产品开发过程与此类似。硬件环境非常简单，只需一台 PC、一个JTAG仿真器和开发板。软件开发环境常用IAR公司的 IAR Embedded Workbench 嵌入式工作台,本章仅介绍 IAR产品。 2.1 硬件环境 MSP430 FLASH单片机内有JTAG调试接口和电可擦除 FLASH 存储器，开发调试十分方便， 只需一台PC、一个JTAG仿真器和一块开发板，开发板需外加电源。开发调试时可先将程序下载到 FLASH 中，通过软件控制程序运行，芯片中的信息通过 JTAG口提供给开发者进行调试。 图2-1 PCJTAG仿真器开发板连接图 JTAG 仿真器一端连接在 PC 的USB口,另一端连接在开发板上，如图2-1所示。2.2 IAR Embedded Workbench简介 IAR Embedded Workbench 是一种用于开发应用各种不同的目标处理器的灵活的集成环境。它提供一个方便的窗口界面用于迅速的开发和调试。Embedded Workbench 支持多种不同的目标处理器，使用项目模式组织应用程序。 它有如下一些特点。 （1）通用性 a) 可以在 Windows 环境下运行； b) 分层的项目（Project）表示； c) 直观的用户界面； d) 工具与编辑器全集成； e) 全面的超文本帮助。 （2） 编辑器 a) 可以同时编辑汇编和 C语言源文件； b) 编辑汇编和 C语言程序的句法用文本格式和颜色区别显示； c) 强有力的搜索和置换命令，而且可以多个文件搜索； d) 从出错列表直接跳转到出错的相关文件的相关语句； e) 可以设置在出错语句前标志； f) 圆括号匹配； g) 自动缩进，可以设置自动缩进的空格； h) 每个窗口的多级取消与恢复。 2.3 新建第一个IAR工程用IAR首先要新建的是工作区，而不是工程。在工作区里再建立工程，一个工作区里似乎也不能建多个工程，先知道有要在工作空间里建工程就对了。新建IAR工作空间，首先是菜单File里选择Open再选择Workspace，为方便说明再遇到菜单我就直接说成File-Open-Workspace这样了。看了下面图上的红圈就知道是怎么回事了。2-2接着就会看到一片空白。这时就是新的“办公区”了。2-3有了工作空间就可以建立工程了。菜单Project-Create New Project。点了之后出现下面这个对话框。从这里就算是正式说事了。2-4 上面图中有个Tool Chain:8051(就要标题下面，很明显的)这里选的是芯片的类型，不IAR有很多很多专用的环境，比如ARM的，430的，等。这里只有8051，相当于没得选。它的下面有个Project templates（工程模板），然后是asm,c+,c，我只认识这3项，说的意思就是选择用户使用的开发语言，我的话选C。展开C前面的号，显示如下图（上个图的局部）2-5用你的鼠标点下main之后再点OK（就是图2-3最下方的那个OK了）。新建工程就剩下最后一步了，保存。2-6 大文件名后面填个名字保存。提醒下各位，在关闭IAR时或关闭IAR空间时，还会提示要求保存工作空间。别一不小心关完了。 IAR工作空间文件后辍是.eww。IAR工程的后辍名是.ewp。eww和ewp文件都会关联到IAR，不过eww文件才能正确的自动打，而ewp文件必是先打开IAR（打开时已经自动建立了一个新的工作空间，如果已经打开一个工作空间，则必须先新建一个工作空间，这才和必须在工作空间里编辑工程不矛盾），再导入工程才可用，这样太麻烦了，还是保存eww文件来得方便。2.3编译环境设置 要正确的编译程序，要对IAR编译进行设置。打开设置界面很简单，Alr+F7快捷键打开就行了。在菜单里的位置是Project-Options。还可以在工程名字上用右键打开。打开的设置界面如是：2-7 在如图 2-7设置界面中，从左边 Category 列表下选择 General Options,在Target 页的Device选项中选择目标芯片型号，本例选择MSP430F149。如果是新建工程且只使用汇编语言需将 Assembler only project 选中。否则会出现默认 C语言，连接时会出错。 2-8在如图 2-8设置界面中，为编译所需头文件所在目录，一般不需要修改，默认既可。再看最后一个选项Debugger,2-9 重要的地方用红框框住了，这里有几个选项，比较常用就两个Simulator，Chipcon，前一个在写程序时软件仿真用，后一个在调试（有硬件）时候用。2.4工程编译和连接、调试 工程编译、连接、调试通过选择菜单 Project 下的 Compile/Make/Debug，或点击图 2.10 界面右上方的快捷按钮完成。 图2.10 编辑编译连接环境界面 (1) 工程编译和修改源程序。在左侧工程管理选中源文件，双击鼠标左键，进入源程序编辑状态。编译图标有灰变黑，激活编译功能，此时单击 Project， compile或单击Ctrl+F7键， 或单击按钮进行文件编译。出现如图 2.11下部分所示的错误提示，出错行前标注红色“”。图2.11 汇编之后产生的错误 任意单击某一个错误提示，系统就会自动的跳到有错误的语句行。仔细阅读错误提示。修改后编译通过。 (2) 连接生成目标代码。源文件编译通过之后，将连接生成目标代码。通过单击 Project，Make，或按 F7 键，或单击按钮，进行连接。 (3) 调试。在的程序通过了连接，生成目标代码之后。通过单击 Project，Debugger，或按 Ctrl+F7 键，或单击按钮可以进入如图 2.12 所示的调试集成环境。该环境在原编辑编译环境的基础上，工具栏增加了如图 2.13 所示的调试快捷按钮。 图2.12 调试环境简介 图2.13 调试快捷按钮 下面介绍一些常用的调试窗口。所有的窗口通过单击菜单 View下相应的内容来激活显示，通过单击窗口右上角“”来关闭。 (1) 存储器窗口 如图 2.14所示为存储器窗口。单击 View/Memory，可以打开此窗口。MSP430的存储器为线性统一编址，小模式下存储器地址范围为 0000H0FFFFH。此窗口可以观察其存储器的全部内容。单击显示模式设置下拉列表可以设置显示格式：1x Units：8 位（单字节）显示、2x Units：16 位（双字节）显示 4xUnits：32 位（四字节）显示，Little Endean：高位在前 Big Endean：低位在前。图 2.16中我们可以看到左边一列为地址号码，每行16 个单元，中间部分为存储内容（机器代码或数据）。 图2.14 存储器窗口 (2) 源程序窗口 源程序窗口通常处于激活状态，若已经关闭可以通过双工程管理器中相应的源文件来激活。如图 2.15 左侧所示。窗口中的绿色指示为即将执行的指令语句条。随着程序的运行，此绿色指示条会改变，指向即将执行的语句。图2.15 源程序窗口 (3) 反汇编窗口 单击 View/Disassembly，则可以观察到如图2.16 所示的地址-代码-源程序窗口。此时的绿色指示条指示在具体的物理地址处，其上一行显示显示源程序，从该窗口可以看出每一条指令都开始于偶地址处。 图2.16 源程序/代码窗口 (4) 寄存器窗口 单击 View/Register 可以打开如图 2.17 所示的寄存器窗口。通过下拉列表可以选择不同模块类型的寄存器。选择 CPU Registers ，可以方便查看 PC（程序计数器） 、SP（堆栈指针） 、SR（状态寄存器的各位名称与对应位的值）；R3 为常数发生器，模拟指令使用，这里用户看不到；R4R15 给用户使用，可以查看与修改；CYCLECOUNT 为程序执行所用的机器周期，通过它可以方便地知道执行代码的时间，在延时程序中经常会用到。 图2.17 寄存器窗口 (5) 观察窗口 单击 View/Watch，可以打开如图 2.18 所示的变量观察窗口。窗口第 1 列是变量名称，第 2 列变量的数值，第 3 列是位置，第 4 列是类型。图中已经有 3个变量，要添加其他变量，可以在下面的虚线框内右击，再单击Add，然后输入变量名称；或直接在源程序中要观察的变量处右击，再击Quick Watch。观察窗口中不想查看的变量名称可以方便的删除，在不想查看的变量处右击，单击Remove。选中相应变量第 2列，单击右键可以将显示格式设置为2 进制、8 进制10 进制 16 进制、字符的形式。 图2.18 观察窗口 第三章 MSP430单片机基础实验3.1 实验一 基本时钟模块及低功耗一、实验目的1. 掌握 MSP430 单片机基本时钟模块的原理及使用方法 二、实验内容1. 用低频晶振产生辅助时钟ACLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。 2. 用高速晶体振荡器产生系统时钟MCLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。 3. 用高速晶体振荡器产生子系统时钟SMCLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。 4. 用DCO作为系统时钟MCLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。固定MOD.0MOD.4为0100，Rsel.0Rsel.2为010，观察DCO的改变对DCO振荡器产生频率的影响。5. 用DCO作为系统时钟MCLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。固定DCO.0DCO.2为010，Rsel.0Rsel.2为010，观察MOD的改变对DCO振荡器产生频率的影响。6. 用DCO作为系统时钟MCLK并输出，用示波器观察输出波形并记录其波形和频率。固定DCO.0DCO.2为010，MOD.0MOD.3为0100，观察Rsel的改变对DCO振荡器产生频率的影响。 3.2 实验二 MSP430端口一、实验目的1. 掌握 MSP430 I/O端口的原理和用法。 二、实验内容1. 利用P2.1产生方波，频率小于10HZ，观察发光二极管D1是否闪烁。 2. 调节P2.1产生方波的占空比，观察发光二极管D1的变化。 3. 把P1.4-P1.7置输出低电平，由P1.3-1.0读取按键S0-S3，S0实现P2.1输出方波的频率增大，S1输出方波的频率减小，S2输出方波的占空比增大，S3输出方波的占空比减小。（注意：按键的去抖）3.3 实验三 MSP430 16位定时器A实验 一、实验目的1. 掌握定时器 A的定时器功能及 4 种工作模式2. 掌握定时器 A的捕获/比较模块功能 3. 掌握定时器 A的输出单元和 8 种输出模式 2、 实验内容1. 用增计数模式产生一个周期为0.5S的方波 2. 用连续计数模式同时产生两个周期分别为0.1S和1S的方波。 3. 用增减计数模式产生一个周期为0.5S的对称方波。 4. 使用P3.1产生一个周期小于0.1S的方波，并使用定时器A的捕获功能测量其频率。 5. 利用Timer_A输出周期为512 /32768 = 15.625ms、占空比分别为75%和25%的PWM矩形波。 第四章 综合性实验4.1 实验一 跑马灯程序设计1、 实验目的1. 掌握I/O输出功能2. 学会发光二极管的使用2、 实验内容1. 使实验板上的8个LED(D0-D7)依次按照下列要求进行显示：l 全亮，维持一段时间，全灭，维持一段时间，如此交替3次；l 由D0-D7依次亮一段时间，再由D7-D0依次亮一段时间，如此交替3次；l D0亮一下熄灭一段时间，D1亮二下熄灭一段时间，如此下去直到D7亮八下熄灭一段时间，再由D6亮七下熄灭一段时间，如此下去直到D0亮一下熄灭一段时间；l 自由发挥两种显示方式4.2 实验二 数码管显示、按键输入设计 1、 实验目的1. 掌握I/O输出、输入功能2. 学会数码管的使用3. 学会按键的使用2、 实验内容1. 使八个数码管依次显示0-7。2. 可以读取4X4 共16按键键值3. 按键编码为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,b,C,d,E,F,按不同按键数码管可以依次显示，超过8个后覆盖最早显示的数码管。4.2 实验三 电子时钟设计 1、 实验目的1. 掌握I/O输出、输入功能2. 学会数码管的使用3. 学会按键的使用4. 学会Timer的使用2、 实验内容1. 实现电子时钟计时功能，八个数码管显示 “小时-分钟-秒”，小时两位，分钟两位，秒两位，彼此之间显示“-”；2. 实现按键功能，通过K0和 K1可以实现“小时”的加减，K2和 K3可以实现“分钟”的加减，K4和 K5可以实现“秒”的加减。4.4 实验四 RS232串口通讯设计1、 实验目的1. 掌握UART模块的使用2. 学会串口调试助手的使用3. 学会RS232通讯2、 实验内容1. 完成实验板与PC 机的硬件连接；2. 启动串