MSP430课件,入门适用

MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用概述MSP430系列单片机特点MSP430系列单片机与51单片机的区别MSP430系列单片机命名规则MSP430F149单片机的结构MSP430单片机CPU的主要特征和结构MSP430单片机存储器结构和地址空间MSP430系列单片机特点超低功耗

强大的处理能力高性能模拟技术及丰富的片上外围模块

系统工作稳定方便高效的开发环境

MSP430系列和51系列区别

1、89C51单片机是8位单片机，其指令是采用复杂指令集，共具有111条指令。而MSP430单片机是16位的单片机采用了精简指令集。2、MSP430系列单片机在低功耗方面比51单片机优越。3、MSP430系列单片机在功能模块的扩展方面比51单片机有优势。4、MSP430系列单片机引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，使开发工具变得简便，而且价格也相对低廉，并且可以实现在线编程。MSP430系列单片机命名规则MSP430结构

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。

超低功耗设计，灵活而可控的运行时钟及工作模式。

16位数据宽度，数据处理更为有效。

MSP430系列单片机包含以下主要功能部件：

CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。

存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。

外围模块：经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器A、定时器B、比较器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、DMA控制器等。

MSP430X14X系列

引脚图MSP430CPU的主要特征

n

精简指令集高度正交化n

寄存器资源丰富n

寄存器操作为单周期n

16位地址总线n

常数发生器n

直接的存储器到存储器访问在结构上MSP430系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。虽然其工作原理与普通微机并无差异，但MSP430系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能强、面向控制的特点，具有很高的性能价格比。

MSP430系列单片机由CPU、存储器和外围模块组成，这些部件通过内部地址总线、数据总线和控制总线相连构成单片微机系统。

MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集的宗旨来设计的。具有丰富的寄存器资源、强大的处理控制能力和灵活的操作方式。

MSP430的存储器结构采用了统一编址方式，可以使得对外围模块寄存器的操作象普通的RAM单元一样方便、灵活。MSP430存储器的信息类型丰富，并具有很强的系统外围模块扩展能力。

MSP430的CPU结构16位的算术逻辑单元一个指令控制单元16个16位寄存器。包括4个特殊功能寄存器和通用寄存器。4个特殊功能寄存器：程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、状态寄存器和常数发生器。状态寄存器：保留VSCG1SCG0OscOffCPUOffGIENZC状态寄存器的标志位C：进位标志位。有进位为1，否则为0.Z：零标志位。运算结果为0时该位为1，否则为0.N：负标志位。结果为负该位为1，否则为0.GIE：中断控制位。1—允许中断，0—禁止中断。CPUOff：CPU控制位。1—CPU关闭模式，0—CPU工作模式。OscOff：晶体控制位。1—晶体振荡器停止状态。0—晶体振荡器工作状态。SCG0、SCG1：两个控制位结合使用，控制系统时钟的四种状态。V：溢出标志位。运算结果超出范围，该位为1，否则该位为0.MSP430存储器结构和地址空间

MSP430单片机片内外围模块时钟模块低功耗结构MSP430各种端口定时器MSP430液晶驱动模块硬件乘法器FLASH存储器模块比较器ADMA控制器MSP430系列通用串行通信模块的异步模式MSP430模数转换模块MSP430数模转换模块时钟模块

时钟输入源：LFXT1CLK低频时钟源

XT2CLK高频时钟源DCOCL数字控制RC振荡器

时钟输出信号ACLK辅助时钟MCLK主系统时钟SMCLK子系统时钟慢速外设CPU和系统快速外设根据实际连接情况，确定ACLK、SMCLK和MCLK时钟源。

ACLK:LFTX1(32768)MCLK:DCOCLK或者LFTX1

SMCLK:DCOCLK或者LFTX1

ACLK:0MCLK:DCOCLKSMCLK:DCOCLKACLK:LFTX1(高频模式)MCLK:DCOCLK或者LFTX1(高频模式)

SMCLK:DCOCLK或者LFTX1(高频模式)

ACLK只能来源于LFXT1。MSP430X11X1内部只有LFXT1和DCO，没有XT2。LFXT1只有工作于高频模式才需要外接电容。

各种低功耗工作模式的控制位

活动(AM)：所有控制位为0，CPU激活，所有时钟激活。LPM0：CPU、MCLK停止，SMCLK、ACLK活动。LPM1：CPU、MCLK、DCO停止，SMCLK、ACLK活动.LMP2：CPU、MCLK、SMCLK、DCO保留，ACLK活动LMP3：CPU、MCLK、SMCLK、DCO停止，ACLK活动LMP4：CPU所有时钟停止。振荡器控制逻辑LFXT1振荡器控制逻辑XT2振荡器控制逻辑DCO振荡器控制逻辑DCO频率的调节

时钟模块寄存器

DCOCTLrw-0rw-1rw-1rw-0rw-0rw-0rw-0rw-0BCSCTL1rw-1rw-0rw-0rw-0rw-0rw-1rw-0rw-0BCSCTL2rw-0rw-0rw-0rw-0rw-0rw-0rw-0rw-0DCO7DCO6DCO5MOD4MOD3MOD2MOD1MOD0XT2OFFXTSDIVA5DIVA4XT5VRSEL2RSEL1RSEL0SELM7SELM6DIVM5DIVM4SELSDIVS2DIVS1DCORMSP430工作模式状态为了充分利用CPU低功耗性能，可以让CPU工作于突发状态。在通常情况下，根据需要使用软件将CPU设定到某一种低功耗工作模式下，在需要时使用中断将CPU从休眠状态中唤醒，完成工作之后又可以进入相应的休眠状态。

基础时钟模块工作方式和相关寄存器设置

例1设MCLK=XT2,SMCLK=DCOCLK，将MCLK由P5.4输出。（MSP430X14X中引脚P5.4和MCLK复用）。实现上述功能的程序如下：#include<msp430x14x.h>voidmain(void){unsignedinti;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看门狗

P5DIR|=0x10;//P5.4输出P5SEL|=0x10;//P5.4用作MCLK输出

BCSCTL1&=~XT2OFF;//XT2有效do{IFG1&=~OFIFG;//清除振荡器失效标志for(i=0xFF;i>0;i--);//稳定时间}

while((IFG1&OFIFG)!=0);//如果振荡器失效标志存在

BCSCTL2|=SELM1;//MCLK=XT2for(;;);}复位模块

系统复位后器件的初始状态(1)

RST/

NMI

引脚被配置成复位模式。

(2)

I/O引脚被窃换成输入模式

(3)

其他的模块和寄存器被初始化成默认状态(4)

状态寄存器复位

(5)

看门狗定时器以看门狗模式激活

(6)

PC装入0FFFE处的地址值，CPU从这一地址开始执行软件初始化必须包括以下几个部分：

(1)

初始化SP，通常是RAM的顶部

(2)

初始化看门狗定时器

(3)

配置外围模块

中断有三种中断：

(1)

系统复位

(2)

不可屏蔽/可屏蔽NMI中断

(3)

可屏蔽中断不可屏蔽/可屏蔽NMI中断可以由以下三种中断源产生：

(1)

当配置为NMI模式时，

RST/

NMI

引脚上的上升沿/下降沿。(2)

FLASH空间的错误访问。(3)

发生振荡器失效

NMI中断处理的例子系统响应中断的过程

硬件自动中断服务

执行中断处理子程序

执行RETI指令（中断返回）

PC入栈

SR入栈

中断向量赋给PCGIT、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除IFG标志位清除（单源中断标志）

SR出栈（恢复原来的标志）

PC出栈

例：系统初始化完毕之后工作于低功耗模式0，中断事件触发到活动模式，中断处理结束后进入到低功耗模式3。；主程序…..；初始化操作开始……；……；初始化完毕BIS#GIE+CPUOFF，SR;主程序中设置低功耗模式0;…...;程序在这里停止;；中断子程序……；中断处理开始…………;中断处理结束BIS#GIE+CPUOFF+SCG1+SCG0，0（SP）；设置SR为低功耗模式3RETI；中断返回；系统进入低功耗模式3。……

低功耗0转变为低功耗3低功耗原则

一般的低功耗原则：

设计外设时的常规原则：

最大化LPM3的时间，用32KHz晶振作为ACLK时钟，DCO用于CPU激活后的突发短暂运行

用接口模块代替软件驱动功能。

用中断控制程序运行

用可计算的分支代替标志位测试产生的分支

用快速查表代替冗长的软件计算

在冗长的软件计算中使用单周期的CPU寄存器

避免频繁的子程序和函数调用

尽可能直接用电池供电

将不用的FETI输入端连接到VSS

JTAG端口TMS、TCK和TDI不要连接到VSS

CMOS输入端不能有浮空节点，将所有输入端接适当的电平

不论对于内核还是对于各外围模块，选择尽可能低的运行频率，如果不影响功能应设计自动关机

MSP430的端口类型丰富

功能丰富

寄存器丰富

P1，P2，P3，P4，P5，P6，S和COM

I/O中断能力其他片内外设功能驱动液晶P1与P2各有7个寄存器P3、P4、P5、P6有四个寄存器P1口的7个寄存器P1DIR寄存器，控制P1各管脚的方向P1IE寄存器，控制P1各管脚的中断使能P1IES寄存器，P1口的中断触发沿选择寄存器P1IFG寄存器，P1口的中断标志寄存器P1IN寄存器，P1口的输入寄存器P1OUT寄存器，P1口的输出寄存器P1SEL寄存器，P1口的功能选择寄存器P1DIR寄存器P1DIR.7P1DIR.6P1DIR.5P1DIR.4P1DIR.3P1DIR.2P1DIR.1P1DIR.0P2口的7个寄存器P2DIR寄存器：控制P2口各个管脚的方向。P2IE寄存器，控制P2各管脚的中断使能P2IES寄存器，P2口的中断触发沿选择寄存器P2IFG寄存器，P2口的中断标志寄存器P2IN寄存器，P2口的输入寄存器P2OUT寄存器，P2口的输出寄存器P2SEL寄存器，P2口的功能选择寄存器基础时钟模块和I/O设置的实例

#include<msp430x14x.h>#include“Boardconfig.h”Voidmain(void){Boardconfig(0xb8);BCSCTL1|=DIVA_2;//ACLK四分频WDTCTL=WDT_ADLY_1000;//看门狗切换到定时模式IE1|=WDTIE;//打开看门狗中断P1DIR=0xFF;//将P1设为输出P1OUT=0;P2DIR=0xFF;//将P2设为输出P2OUT=0;P3DIR=0xFF;P3OUT=0x30;//将P3的第4位第5位输出1P4DIR=0xFF;P4OUT=0;P5DIR=0xFF;P5OUT=0;P6DIR=0xFF;P3OUT=0x80;//将P6.7输出1基础时钟模块和I/O设置的实例While(1){Vinti;_BIS_SR(LPM3_bits+GIE);P3OUT&=~BIT5;for(i=18000;i>0;i--);P3OUT|=BIT5;}}#pragmavector=WDT_VECTOR_interruptvoidwatchdog_timer(void){_BIC_SR_IRQ(LMP3_bits)}#include<msp430x14x.h>#include“Boardconfig.h”端口数据输出特性

低电平输出特性

高电平输出特性

USART模块结构

串行异步通信特点

异步模式，包括线路空闲/地址位通信协议

两个独立移位寄存器：输入移位寄存器和输出移位寄存器

传输7位或8位数据，可采用奇校验或偶校验或者无校验

从最低位开始的数据发送和接收

可编程实现分频因子为整数或小数的波特率

独立的发送和接收中断

通过有效的起始位检测将MSP430从低功耗唤醒

状态标志检测错误或者地址位

异步多机通信模式

线路空闲多机模式

地址位多机模式串行操作自动错误检测

FE标志帧错误：当一个接收字符的停止位为0并被装入接收缓存，接收的为一个错误的帧，那么帧错标志被设置成1，即使在多停止位模式时也只检测第一个停止位。同样，丢失停止位意味着从起始位开始的同步特性被丧失，也是一个错误帧。在同步的4线模式时，因总线冲突使有效主机停止，并在STE引脚信号出现下降沿时使FE位设置为1

PE奇偶校验错误：当接收字符中1的个数与它的校验位不相符，并被装入接收缓存时，发生校验错，设置PE为1

OE溢出错误标志：当一个字符写入接收缓存URXBUF时，前一个字符还没有被读出，这时前一个字符因被覆盖而丢失，发生溢出（同步与异步情况相同）

BRK打断检测标志：当发生一次打断同时URXEIE置位时，该位被设置为1，表示接收过程被打断过。RXD线路从丢失的第一个停止位开始连续出现至少10位低电平被识别为打断

波特率的产生

SPI典型结构

MSP430的同步通信模块特点

支持3线或4线SPI操作

支持主机模式与从机模式

接收和发送有单独的移位寄存器

接收和发送有独立的缓冲器

接收和发送有独立的中断能力

时钟的极性和相位可编程

主模式的时钟频率可编程

7位或8位字符长度

SPI的主机模式和从机模式

USART为主机模式USART为从机模式同步通信举例同步串行数据通信

数据传输循环

UxCTL寄存器8位寄存器，包含通信协议、通信模式和校验位的选择。PENAPEVSPBCHARLISTENSYNCMMSWRSTPENA：校验使能位。0—不允许校验；1—允许校验PEV：奇偶校验位。0—进行奇校验；1—进行偶校验SPB：停止位。0—发送时只有一个停止位；1—发送时有两个停止位CHAR：字符长度位。0—发送数据为7位；1—发送数据为8位LISTEN：监听使能位。选择反馈模式。0—没有反馈；1—有反馈SYNC：同步异步模式选择。0—异步通信模式；1—同步通信模式MM：多机模式选择。0—空闲多机协议；1—地址位多机协议SWRST：软件复位使能位。0—串行通信模块被允许；1—串行通信模块被禁止UxTCTL寄存器8位寄存器，控制USART模块的发送操作。CKPH：同步模式下控制UCLK时钟的相位。0—正常时钟；1—延迟半个周期CKPL：时钟极性选择。SSEL0、SSEL1：时钟源的选择。00—外部时钟UCLK；01—ACLK；10—SMCLK；11—SMCLKURXSE：异步通信时的接收触发沿。0—没有接收到数据；1—接收到数据，请求接收中断服务。TXWAKE：发送器唤醒。0—下一个字节是数据；1—下个字节是地址。STC：STE管脚选择位。0—管脚使能，选择SPI的4线模式；1—管脚禁止，选择SPI的3线模式。TXEPT：发送器空标志。0—发送缓冲区有数据；1—发送缓冲区空。CKPHCKPLSSEL1SSEL0URXSETXWAKESTCTXEPTUxRCTL寄存器8位寄存器，控制USART模块的接收操作。FE：帧出错标志。0—表示没有出错。1—有错误。同步模式下表示总线上有冲突PE：校验出错标志。0—校验正确；1—校验出错。OE：溢出标志位。0—溢出没有发生。0—没有溢出。1—有溢出。BRK：打断检测位。0—没有被打断；1—被打断。URXEIE：接收出错中断允许位。0—不允许该中断；1—允许该中断。URXWIE：接收唤醒中断允许位。0—接收到每个字符；1—允许该中断。RXWAKE：接收唤醒标志。0—接收到的字符是数据；1—接收到的字符是地址。RXERR：接收出错标志。0—没有接收错误；1—有接收错误。FEPEOEBRKURXEIEUTXWIERXWAKERXERRUxBR0、UxBR1和UxMCTL寄存器这几个寄存器用来确定波特率。UxBR0、UxBR1用来确定波特率的整数部分；UxBR0为低字节，UxBR1为高字节，结合起来是一个16位的字。UxMCTL寄存器用来确定波特率的小数部分。波特率的计算公式:波特率=BRCLK/(UBR+(M7+M6+…+M0)/8)=时钟频率/分频因子UxRXBUF和UxTXBUF寄存器UxRXBUF接收数据的寄存器。当有数据的时候，从寄存器中读出数据UxTXBUF发送数据的寄存器当有数据需要发送的时候，将数据写入到该寄存器。RS-232C标准RS-232的接线：常用9针串口。串口通信接线方法通常采用三线制，2“RXD“，3”TXD“，5”逻辑地”。原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地对应相接：2-3,3-2,5-5。电气特性：逻辑1(MARK)=-5V～-15V；逻辑0(SPACE)=+5～+15V。

RS232（DB9）RS-232C标准的不足由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。RS-485标准电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。数据最高传输速率为10Mbps。接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。最大的通信距离约为4000英尺可达3000米，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。MAX232EEPROM电路AT24C16引脚图管脚名称功能

A0A1A2：器件地址选择SDA：串行数据/地址SCL：串行时钟WP：写保护Vcc：+1.8V~6.0V工作电压Vss：地DS18B20电路图DS18B20的主要特征:供电电压3.0V—5.5V全数字温度转换及输出先进的单总线数据通信最高12位分辨率,精度可达0.5摄氏度12位分辨率的最大工作周期为750毫秒检测温度范围为-55℃-125℃内置EEPROM，限温报警功能。64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机连接多样封装形式，适应不同硬件系统可选择寄生工作方式DS18B20工作原理及应用DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成在一个芯片上，抗干扰能力强。一个工作周期分为两个部分，即温度检测和数据处理。内部存储资源：ROM：只读存储器，用于存放DS18B20的ID编码，前8位是单线系列编码，一般是19H，后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码，数据在出厂时的设置不由用户更改，共64位ROM。RAM：数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位，第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM的镜像（用于温度报警值的存储），在上电复位时其值被刷新。第5个字节是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。存储空间对DS18B20的操作流程:1、复位。首先必须对DS18B20进行复位，由控制器给DS18B20单总线至少480微秒的低电平信号，当DS18B20接收到复位信号后会在15-60微秒后回发一个芯片的存在脉冲。

2、存在脉冲：在复位电平结束后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15-60微秒后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60-240微秒的低电平信号。3、控制器发送ROM指令：双发打完招呼之后可以进行交流了，ROM指令共有5条，每个工作周期只能发一条，8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。4、控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着就是发送存储器操作指令。5、执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。DS28