《基于MSP430单片机原理及应用》课件第五章

《基于MSP430单片机原理及应用》第五章MSP430单片机片内及片外模块的应用目录5.0预备知识5.1通用I/O接口的应用5.2中断系统应用5.3定时器模块的应用5.4通用串行数据总线UART通信5.5SPI通信5.6I2C通信5.7比较器模块的应用5.8ADC125.9DAC125.10LCD显示5.11其他模块应用举例预备知识本章重点讲述MSP430单片机片内及片外模块的应用实例。其中片内模块的应用包括MSP430单片机的I/O口，中断，定时器，串口通信，比较器，ADC12，DAC12，等；片外模块主要讲解配套“口袋实验板”上与单片机连接的外部电路和模块，包括LED，数码管显示，LED点阵显示，键盘，AT24C02存储芯片，SST25VF016B存储芯片，LCD12864液晶显示屏等。所有实例均可以在本教材配套的实验板上验证，读者可以通过观察实验现象，加深对单片机系统的理解。本章中给出的例程代码仅供参考，读者可以根据需求自行开发设计例程。目过千遍不如动手一遍，希望读者能亲自动手去实践。作者编写本章节内容时使用的操作系统是Windows8.1，开发工具是IAREW430V5.30。单片机下载方式包括BSL下载或JTAG仿真器下载。BSL下载方式需要安装MspFet下载软件，仿真器下载直接用IAREW430V5.30就可以了。使用的硬件实验设备是教材配套的M430F169单片机口袋实验板。本章的所有实例程序均在该环境中调试通过，并在实验板上得到验证。以下是关于实验板硬件部分和代码设计部分一些需要注意的准备知识。预备知识（1）锁存器为了节约I/O口，实现端口复用，实验板在设计中使用了锁存器，本章的实例在代码设计中对应的也运用了锁存器。锁存器74HC573引脚如图5-1所示。图5-1锁存器引脚预备知识（1）锁存器为了节约I/O口，实现端口复用，实验板在设计中使用了锁存器，本章的实例在代码设计中对应的也运用了锁存器。锁存器74HC573引脚如图5-1所示。图5-1锁存器引脚仅当QE引脚为低电平，引脚为高电平的时候，Q1~Q8的值与D1~D8的值相等。其余状态，Q1~Q8保留上一个状态的值。本章的实例默认引脚已经接地，因此仅需控制引脚的电平。若读者想详细了解锁存器的工作原理，可以自行查阅74HC573的数据手册。预备知识（2）宏定义本章的实例代码中，多次出现类似“P4OUT=BIT1;”这样的语句，“BIT1”为头文件中的宏定义，读者可打开头文件msp430x16x.h查看。（3）关于最小系统板上的开关BSL_1和BSL_2的说明BSL_1向上拨动，BSL_2向下拨动，单片机处于下载模式，程序可以正常下载。若在此模式下开启单片机，会有多次重启的现象。BSL_1向下拨动，BSL_2向上拨动，单片机处于串口通信模式。BSL_1向上拨动，BSL_2向上拨动，单片机正常运行。目录5.1通用I/O接口的应用5.1.1发光二极管显示模块5.1.2数码管显示模块5.1.3LED8×8点阵显示模块

5.1.4按键模块发光二极管显示模块LED灯电路相对比较简单，图5-2是LED灯的工作原理图。为节约I/O口，给其他外设留下充足的引脚，加入了锁存器。P47引脚控制锁存器的状态。当P47引脚为高电平时，锁存器处于导通状态，Q1~Q8的状态与D1~D8相同。P2端送出数据（此时P2端应设为I/O输出模式），控制LED灯亮灭，高电平LED灯灭，低电平LED灯亮。图5-2I/O口驱动8位发光二极管数码管显示模块（1）LED数码管的结构与工作原理单片机应用系统中，显示部分可以反映系统工作状态和运行结果，是单片机与人对话的输出设备。最常用的显示工具是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED灯的亮灭来显示出不同的字形。数码管分为共阴极和共阳极两种类型：共阴极是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮；而共阳极是将八个LED的阳极连在一起，让其接电源，点亮的方法与共阴极相反。数码管的原理图如图5-3所示。图5-3数码管原理图(a)结构和引脚(b)共阴极接法(c)共阳极接法数码管显示模块一个八段数码管，称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a，b，c，d，e，f，g，dp）连在一起，而各自的公共端，为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮，如同例1中点亮LED灯。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果让数码管，显示数字0，那么共阴极数码管的字符编码为“00111111”，即0x3F；共阳极数码管的字符编码为11000000，即0xC0。可以看出两个编码的各位正好相反。表5-1给出了共阴极数码管的段码表。共阳极数码管的字型码只需将共阴极数码管的字型码，按位取反。显示字符dpgfedcba字型码0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FHA0111011177HB011111007CHC0011100139HD010111105EHE0111100179HF0111000171H表5-1共阴极数码管段码表数码管显示模块（2）LED数码管的显示方式LED数码管要正常显示，需要驱动电路，负责驱动数码管的各个段码。数码管的驱动电路相对简单，这里同样运用了锁存器，如图5-4所示。细心的读者可以发现，数码管也是用P2端口来控制。P2端口驱动的对象，可以通过设置寄存器来选择，这样复用引脚，节约I/O口，是解决I/O口不足的一种方法。根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两种。图5-44位共阴极数码管电路图数码管显示模块静态驱动也称直流驱动，是指每个数码管的每一个段码，都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。图5-4为4位共阴极数码管电路图，从图中可以看出，4位数码管占用了单片机的12个引脚。例4演示静态显示，仅用到最右边一位数码管，P50拉低，模拟接地；P51、P52、P53置高。操作静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动4个数码管静态显示则需要4×8=32根I/O端口来驱动，一个MSP430x16x单片机可用的I/O端口才48个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。例如，要在数码管上显示“5”，先查字型码为“6DH”，然后直接赋值给P2口即可：P2OUT=6DH；数码管显示模块LED数码管动态显示方式LED数码管动态显示接口是单片机应用中最为广泛的显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共端COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管点亮的时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管不是同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，但是能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。从图5-4中可以看出，4个数码管动态显示只需要12个引脚，其中P50~P53控制位选，P2控制字选。相对于静态的“4*8=32”个引脚来说，节约了20个引脚。单片机动态驱动数码管的方法如下：由P50~P53向各个位轮流输出扫描信号，使每一瞬间只有一个数码管被选通（共阴极低电平选通，共阳极高电平选通），然后由P2口送入该位所要显示的字形码，点亮该位字段显示的字形。这样在P2口送出的码段，与P5口送出的位段，共同配合控制，就可以使各个数码管轮流点亮显示各自的字形。虽然几位数码管是依次被点亮的，但需要每位被点亮时间超过1ms，隔一段时间使之再显示一遍，如此不断重复扫描。只要扫描时间足够快，人眼就看不出闪烁。动态扫描一般用软件实现。以下举例说明，在4个数码管上分别显示“1”、“2”、“3”、“4”。LED8×8点阵显示模块很多时候，除了简单的数字显示外，我们需要显示更多的信息，比如字母、汉字甚至图片。LED点阵可以满足显示更多内容的需求。LED点阵屏发光亮度强，指示效果好，可以制作运动的发光图文，更容易吸引注意力，信息量大，随时更新，有着非常好的广告和告示效果。LED点阵如同LED数码管一样，分静态显示以及动态显示，由于静态显示占用过多的I/O口，实际应用中基本选择动态显示。本示例对LED8×8点阵屏动态扫描显示作一个简单的介绍。LED8×8点阵显示模块LED8×8点阵结构与工作原理图5-5为一种8x8的LED点阵单色行共阳极模块的内部结构图，对于红光LED，其工作正向电压约为1.8V，其持续工作的正向电流一般为10mA左右，峰值电流可以更大。当某一行线为高电平而某一列线为低时，其行列交叉的点就被点亮，比如要点亮第2行第2列的灯，需要将R2置高，C2拉低。当某一行线为低电平时，列线取高或取低，对应的这一行的点全部为暗。LED点阵屏显示与数码管的动态显示相同，就是通过一定的频率进行逐行扫描，数据端口不断输入数据显示，只要扫描频率足够高，由于人眼的视觉残留效应，就可以看到完整的文字或图案信息。图5-5LED8x8点阵屏的内部结构图（左），外部引脚图（右）LED8×8点阵显示模块LED8×8点阵显示LED8x8点阵屏外部电路较为简单，如图5-6所示，占用P4与P5两个I/O口，P4口连接行信号，P5口连接列信号。实际应用中，也可以使用译码器节约I/O口。点阵屏的显示涉及到对显示图像的取模，什么是取模呢？举个简单的例子，现在需要在LED8×8点阵上显示“1”。把点阵屏的每个灯想象成一个小方格，在8×8的点阵里绘制出“1”的图形，如图5-7所示。黑色代表灯亮，用“1”表示，白色代表灯灭，用“0”表示，这样得到一个8×8的“0”和“1”构成的矩阵，如图5-8所示。图5-6LED8×8点阵屏外部电路图图5-7“1”图形绘制图5-8“1”图形矩阵表示LED8×8点阵显示模块矩阵里的每1位用1bit表示，每8位为一组，正好为一字节。按行分组，称为横向取模，得到的8个字节依次为：0x00,0x08,0x18,0x08,0x08,0x08,0x1C,0x00。按列分组，称为纵向取模，得到的8个字节依次为：0x00,0x00,0x00,0x22,0x7E,0x02,0x00,0x00。取模的方向无优劣之分，根据软件的实现自行选择。例如，我们希望通过行扫描显示，这时候应该选用横向取模。本示例程序使用的是列扫描显示，故使用纵向取模。在LED数码管动态显示中，先选取位，然后给该位数码管赋值。同理，在LED8×8点阵显示中，先选择列（行扫描选择行），然后给该列赋值。读者可能会有疑问，每次显示图形都要取模，操作是否太繁琐？其实可以选择取模软件，如zimo221，imageToLCD等，只需输入需要取模字符或图形，设置好取模方向，软件便能自动生成相应的字模数据。LED8×8点阵屏足以应付所有ASCII码的显示，但仅能显示笔画数较少的汉字。若读者想显示全汉字，需拓展成LED16×16点阵屏。显示图片的话，则需要更大的点阵屏。在这里提供ASCII码可以打印的字符字模库。按键模块键盘是计算机系统中最常用的人机对话输入部分。在单片机应用系统中，为了控制系统的工作状态以及向系统输入数据，一般均设有按键或键盘。例如复位用的复位键，功能转换的命令键和数据输入的数字键等，对某些单片机应用系统，如各种智能测量仪表，按键输入功能几乎是整个应用程序的核心部分。键盘一般分为编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘本身除了按键之外，还包括产生键码的硬件电路。只要按下某一个按键，就能产生这个键的编码，这种键盘使用比较方便，需要编写的键盘输入程序也比较简单。但是，由于使用的硬件较复杂，在单片机应用系统中使用得还不多。本书只介绍非编码键盘，对编码键盘感兴趣的读者可以自行查阅相关资料。非编码键盘是由若干个按键组合的开关矩阵。按键的作用，只是简单地实现接点的接通和断开，非编码键盘必须有一套相应的程序与之配合，才能产生出相应的键码。由于非编码键盘硬件上十分简单，目前在单片机应用系统中使用较为普遍。按键的处理步骤通常包括3个：按键的识别、抖动的消除、键位的编码。所以信息要快速可靠地输入单片机，还有一些实际问题需要解决。按键模块去抖动问题通常按键所用开关为机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如图5-9所示。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。去抖动的方法主要有两种：硬件消抖和软件消抖。图5-9按键的结构和电压抖动波形按键模块硬件消抖，一般采用RS触发器来抵抗开关的抖动。为了消除开关的接触抖动，可在机械开关与被驱动电路之间接入一个基本RS触发器，如图5-10所示。图中两个“与非”门，构成一个RS触发器。当按键未按下时，输出为“1”；当按键被按下时，输出为“0”。此时即使因为按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开，只要按键不返回原始状态，双稳态电路的状态不改变，输出保持为“0”，不会产生抖动的波形。也就是说，即使电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。图5-10硬件去抖动电路按键模块现在单片机系统一般用软件方法去除抖动。这种方法是在代码编写过程中，当判断有键按下时。加入一个10ms的延时子程序，然后再次确认该按键是否被按下。如果再次确认的结果仍然处于被按下的状态。再做该键按下的相应处理。这样就可以避开抖动时间段，消除抖动影响。按键的编码为使CPU识别出键入的信息。对不同的按键必须有不同的键人值或键盘编码，以便转入相应的处理程序。键的编码一般由按键的硬件连接方式决定。按键信息的逻辑处理在实际应用设计中。应用系统除对按键能作识别处理外，还要考虑到对人在操作时易产生的其他问题的逻辑处理，如多个按键同时被按下。在一个键功能正在处理的时候，另外按键被误按下，按键时间长短的影响等。所有这些问题一般情况下都能通过软件解决。目前在单片机应用系统中常见的键盘形式有单键输入式键盘和矩阵式键盘两种。按键模块单键输入式键盘单键输入式键盘是指直接用I/O端口线控制单个按键电路。每个单键输入式按键单独占用一根I/O线。每根I/O线上的按键工作状态不会影响其他I/O线的工作状态。单键输入式按键电路如图5-11所示，MSP430的P10～P13分别和4个按键相连，其中上拉电阻保证了按键断开时P10～P13有确定的高电平。当没有按键按下时，P1端口的状态为0xFF（高四位可忽略）。当有按键按下的时候，相对应的引脚会被拉低，例如按下S1时，P1端口的状态应为0xFE。通过程序分析P1端口状态，即可获得按键信息。如例10。图5-11单输入4按键电路原理图按键模块矩阵式键盘矩阵键盘又叫行列式键盘。用I/O接口线组成行、列结构，键位设置在行、列交叉点上。例如4×4的行、列结构可组成16个键的键盘，比一个键位用一根I/O接口线的独立式键盘少用了一半的I/O接口线。而且键位越多，情况越明显。因此按键数量较多时，往往采用矩阵式键盘。矩阵键盘的连接方式有多种，可直接连接于单片机的I/O接口线；可利用扩展的并行I/O接口连接；也可利用可编程的键盘、显示接口芯片（如8279）进行连接等。其中，利用扩展的并行I/O接口连接方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。按键设置在行、列线的交点上，行、列分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接+5V，没有键位按下时，被钳位在高电平状态。矩阵键盘通常采用定时扫描方式和中断查询方式获得按键信息。这里仅介绍定时扫描方式。定时扫描方式的外部电路图如图5-12所示，占用整个P1口。工作方式与单输入方式类似，分两次扫描。先进行行扫描（P10~P13口），如果扫描到按键触发，再进行列扫描（P14~P17），从而确定按键。图5-12定时扫描方式矩阵键盘硬件电路按键模块矩阵式键盘矩阵键盘又叫行列式键盘。用I/O接口线组成行、列结构，键位设置在行、列交叉点上。例如4×4的行、列结构可组成16个键的键盘，比一个键位用一根I/O接口线的独立式键盘少用了一半的I/O接口线。而且键位越多，情况越明显。因此按键数量较多时，往往采用矩阵式键盘。矩阵键盘的连接方式有多种，可直接连接于单片机的I/O接口线；可利用扩展的并行I/O接口连接；也可利用可编程的键盘、显示接口芯片（如8279）进行连接等。其中，利用扩展的并行I/O接口连接方便灵活，在单片机应用系统中比较常用。按键设置在行、列线的交点上，行、列分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接+5V，没有键位按下时，被钳位在高电平状态。矩阵键盘通常采用定时扫描方式和中断查询方式获得按键信息。这里仅介绍定时扫描方式。定时扫描方式的外部电路图如图5-12所示，占用整个P1口。工作方式与单输入方式类似，分两次扫描。先进行行扫描（P10~P13口），如果扫描到按键触发，再进行列扫描（P14~P17），从而确定按键。图5-12定时扫描方式矩阵键盘硬件电路目录5.2中断系统应用5.2.1外部中断5.2.2内部中断5.2.3中断总结外部中断第5.1.4节中对键盘的操作采用定时扫描的方式完成。很多时候，CPU都在做无用功，一次次去查询，一次次无功而返。我们可以利用外部中断来避免CPU资源的浪费。启用I/O口的外部中断通常需要以下几个步骤： 设置相应I/O口为输入模式（限P1与P2） 设置中断触发沿 清空中断请求寄存器 使能相应I/O口中断 开启总中断开关 编写相应中断函数例10中的按键采用扫描查询，例11中将使用中断查询。外部电路连接与例10相同。例11：按键选择不同花式的LED闪烁效果。内部中断控制LED灯闪烁的时候，采用delay_ms(1000)进行延时，实际上是CPU在原地进行空操作，还可以采用定时器来计时，每当计数器溢出的时候，更改LED的状态，避免CPU资源的浪费。使用定时器中断通常需要以下几个步骤： 设置定时器模式，并使能定时器中断 开启总中断 编写相应的中断函数在编写定时器的中断函数时，由于定时器中断的标志位TAIV是多种中断共有的，因此需要在程序内判断，产生的中断是由哪种情况产生的。如例12.中断总结MSP430系列单片机的中断系统十分强大，上面的两个例子仅仅作为演示，并不能代表中断的全部。而且除了以上两种中断外，还有多种中断方式。编写程序的步骤一般都分为以下三步：（1）配置中断相关的寄存器，使能该中断（2）开启总中断（3）编写相应的中断程序目录5.3定时器模块的应用（1）利用定时器产生秒信号（2）使用四位数码管，显示时间（3）按键调时定时器模块的应用定时器模块通常用于精确计时，本节将利用定时器产生秒信号，配合四位数码管及按键，制作一个简易的小时钟。（1）利用定时器产生秒信号定时器计数的频率与MSP430运行频率相关。采用8M的时钟频率，定时器采用八分频，这样定时器最多能计时，远远小于秒信号的1000ms。可以设置一个变量sec_flag，记录产生的定时器中断的次数，并设置定时器每20ms产生一次中断。这样，当sec_flag计满50次，即为一个秒信号。那么如何设置定时器每20ms产生一次中断呢？只需在启动定时器计数前，给TAR寄存器设定初值，并且在每次中断产生时，在中断服务程序里再次给TAR寄存器填充初值就可以。而如何设置计数初值呢？假设现在需要定时器每t毫秒中断一次（

），则填充的初值计算公式如下：

将20ms代入，我们制作小时钟的初值为45536。定时器模块的应用（2）使用四位数码管，显示时间设置一个结构体变量来保持当前时间的信息struct{inthour;intminute;intsecond;charsec_flag;//控制小数点闪烁，表示秒的走时}Time;然后类似例6的程序，将Time通过数码管显示。如何控制小数点的闪烁表示秒走时呢？可以通过以下代码来控制小数点的亮灭：DIGITAL=NUM[5]|0x80;//显示数字5，并点亮小数点DIGITAL=NUM[4]|0x00;//显示数码4，不点亮小数点可以设置一个变量来代替后面的小尾巴(0x80,0x00)，在不同的情况给这个变量赋相应的值即可。Time.sec_flag就是充当这个变量。（3）按键调时大部分代码和例11类似，只需要在中断服务程序中，根据不同的中断，更新Time即可。以上三个步骤通过例13进一步解读。目录5.4通用串行数据总线UART通信（1）硬件实现（2）软件模拟通用串行数据总线UART通信串行通信是单片机系统与外界联系的重要手段，MSP430系列单片机均具有串行通信的功能。串行通信可以通过两种方式来实现：硬件实现。既由串行同步/异步通信模块直接实现，通过配置相应的寄存器，由硬件自动实现数据的移入和移出，实现串行通信的功能。采用这种方式完成串行通信具有系统稳定可靠性，不需要占用CPU时间的优点。软件模拟。通过定时器模块的支持，实现串行通信功能。采用这种方式的优势是成本低，实时性好，但是需要占用一定的CPU时间。采用软件模拟，相当于没有邮政系统的原始社会，送信、收信等手续都需要自己亲力亲为。硬件实现相当于邮局一样，只需填写好收寄地址、人员电话等信息（即配置相关寄存器），剩下的收发邮件（数据的传输）都可以交给邮局来完成。通用串行数据总线UART通信MSP430F169带有硬件通信模块（USCI），可以配置为UART、I2C、SPI模式。本节介绍UART模式。UART模式常被用于与微机的通信，配合微机端串口助手软件，可以实现单片机与微机的数据通信。配置UART寄存器一般需要注意以下几个问题：通信数据位数的选择。不同的通信模式对数据位数要求不同，一对一通信一般采用8位数据帧。时钟源及波特率的选择。波特率与传输速度相关，时钟源的选择与波特率的计算相关，根据本书第三章中介绍的波特率计算方法，可用宏定义完成波特率的计算（BRCLK=CPU_F时），代码如下：****************************************************************************#defineCPU_F((double)8000000)//cpu主频#definebaud9600//设置波特率的大小#definebaud_setting(unsignedint)((unsignedlong)CPU_F/((unsignedlong)baud))//波特率计算公式#definebaud_h(unsignedchar)(baud_setting>>8)//提取高位#definebaud_l(unsignedchar)(baud_setting)//低位*****************************************************************************通用串行数据总线UART通信其他情况的宏定义读者可模仿以上代码自行完成。正确配置相关寄存器后，只需操作发送缓冲区TXBUF和接送缓冲区RXBUF即可。判断数据是否发送完成（或者接收完成）的方法：如果没有启用中断，采用查询方式，需要反复去查看发送标志（接送标志）是否置位。如果启用中断，在数据发送完成（或者接收完成）时，则会产生中断，进入相应的中断服务程序。启用中断后如同邮局开启的短信通知一样，不要每天去邮局查看是否有自己的信件。通过例程，演示UART通信功能，如例14。程序下载成功后，将BSL_Config区设置为串口通信模式（开关BSL_1向下拨动，开关BSL_2向上拨动），开启单片机后，利用微机端的串口调试助手软件，向单片机发送01、02、03、04、05五个十六进制数，随后可在接收区看到数据02、03、04、05、06。如图5-13所示。图5-13UART通信演示结果SPI通信5.5SPI通信SPI是USCI另一种通信模式，与I2C模式一样，属于同步串行通信。与I2C模式不同的是属于三线串行通信，三线分别为：SDO（主设备数据输出，从设备数据输入）、SDI（主设备数据输入，从设备数据输出）、SCLK（时钟信号，由主设备产生）。另外还有CS引脚，从设备使能信号，由主设备控制，一个从机对应一个CS引脚（即CS引脚数量由从机数量决定）。本节将通过SPI通信控制一种储存芯片——SST25V020芯片。SPI配置时需要注意以下几个问题：

SPI模块的使能； 数据位数的选择； 时钟源的选择； 发送（接收）中断的使能； 相关引脚的配置。与UART模式的配置类似。在SPI通信模式下，从机的选择主要由CS信号决定，不再通过从机地址来选择从机。因此，在SPI通信下的SST25V020单字节的写入与读出时序相比于I2C模式要来的简单。具体时序如下：SPI通信SST25V020单字节写入时序： 使能设备（拉低对应的CS引脚）； 发送写入的地址； 发送写入的数据； 禁用设备（拉高对应的CS引脚）。SST25V020单字节读取时序； 使能设备 发送读取的地址； 接收一个数据； 禁用设备。本节实验实现SPI通信的功能。如例15。I2C通信5.6I2C通信

本节介绍USCI模块的另外一种模式——I2C模式。I2C模式与UART模式都为二线串行通信，不同的是，I2C为同步串行通信，UART为异步串行通信。I2C通信同样也可以有硬件实现和软件模拟，本节以硬件实现I2C通信，驱动AT24C02存储芯片，进行数据的存取。本节主要目的是介绍I2C通信，AT24C20详细资料读者可自行查阅数据手册。I2C配置需要注意的问题： 设置P3.1与P3.3为I2C模式； 初始化I2C总线（拉低P3.1与P3.3）； 设置USCI为I2C模式； 选择合适的时钟信号；配置完成后，只需写入（或读取）I2CDRB寄存器，就能完成数据的发送（或接收）。每次发送和接收前，都要检查总线是否繁忙，只有在总线不忙的情况下才能进行数据的发送（或接收）。和UART模式查询发送（或接收）是否完成类似，I2C模式检查总线是否繁忙，同样可以通过硬件中断和软件查询实现。硬件中断每次在数据的发送（或接收）完成后，会进入同一个中断服务程序，通过对中断向量寄存器的分析，判断产生中断的原因，从而进行相应的中断服务程序（与TIMERA中断类似）。软件查询是通过循环不断查询相应的中断标志位，从而判断总线是否繁忙。本节采用软件查询的方式实现I2C通信。I2C通信

AT24C02是2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节，该器件通过I2C总线接口进行操作。这里介绍基础的单字节写入和单字节读取。（1）AT24C02单字节写入： 通过I2C总线发送从机写地址； 通过I2C总线发送数据写入的地址； 通过I2C总线发送一字节数据。（2）AT24C02当单字节读取： 通过I2C总线发送从机写地址； 通过I2C总线发送读取数据的地址； 通过I2C总线发送从机读地址； 通过I2C总线接收一字节的数据。从机地址一般为7位，高四位为从机类型编码，低三位为从机地址编码（由芯片的地址引脚决定，详见芯片数据手册），本节实验中的AT24C02从机地址为1010000B。将从机地址左移一位，最低位添“0”可得到从机写地址（10100000B），最低位添“1”可得从机读地址（10100001B）。如例16。比较器模块的应用5.7比较器模块的应用

多数传感器以电压的形式表示结果，通常要经过ADC（模数转换）得到数字量。但有些时候，我们并不需要知道具体量，只需知道是否大于或小于某个值。这时选用ADC太过大材小用，比较器就能满足需求。下面利用比较器A，实现单输入P23的电压低于0.25Vcc时，使蜂鸣器鸣叫，否则关闭蜂鸣器。蜂鸣器的控制方法和LED灯类似，只要通过控制I/O口的高低电平即可。如图5-14所示，为蜂鸣器常用的一种连接方式。由于I/O的驱动电流过小，不能直接驱动蜂鸣器，需要通过三极管放大电流。蜂鸣器分为两类：有源蜂鸣器与无源蜂鸣器。有源蜂鸣器发出的声音频率固定，只需给高低电平即可鸣叫；无源蜂鸣器必须用2K~5K的方波去驱动它。图5-14蜂鸣器电路图（左边为无源蜂鸣器，右边为有源蜂鸣器）使用比较器时，需要注意比较器正负端的设定。关于比较器举例，如例17。ADC125.8ADC12

在MSP430的实时控制和智能仪表等应用系统中，控制或测量对象的有关变化量，往往是一些连续变化的量，如压力，温度，流量，速度等。利用传感器把各种物理量测量出来，转换为电信号，经过模数转换（AnalogtoDigitalConversion）转变成数字量，这样模拟量才能被MSP430处理和控制。MSP430F169自带的ADC模块为12位模数转换模块ADC12，如果基准电压Vref=2.5V，则分辨率为2.5V/4096=0.6mV。ADC12模块一共提供了4种转换模式： 单通道单次转换 序列通道单次转换 单通道多次转换 序列通道多次转换无论使用何种模式，都需要注意以下问题： 设置具体的转换模式 输入模拟信号 选择启动信号 关注结束信号 存放转换数据 采用查询或者中断方式来读取数据ADC12

本节利用锯齿电位器分压，将电压信号送入通道0（P60），采用单通道多次转换模式，利用中断方式读取数据，通过四位数码管显示结果。使用ADC12一般需要以下几个步骤： 根据选择的转换模式、参考电压源、时钟源等，正确配置相关寄存器； 正确选择通道，并将相关引脚配置为第二功能模式； 若需要中断，配置相关中断寄存器，并编写相关中断服务程序。举例如例18。DAC125.9DAC12

DAC为ADC的逆过程，MSP430带有DAC12模块，可以将运算处理的结果转换为模拟量，以便操作被控制对象的工作过程。DAC12使用的时候需要注意的问题： 参考电压的选择，如果使用内部参考电压则需要在ADC12模块里面打开内部参考电压发生器，ADC12内核不用开。 在MSP430F169单片机上，DAC12的0通道使用的是A6，1通道使用的是A7的引脚。注意如果使用了DAC12的2个通道，A6和A7就不能使用。

校正DAC12的偏移误差。

设置DAC12的位数和满量程电压（满量程电压最高为AVcc）。

设置DAC12的触发模式。DAC12

本节通过DAC0（P60）输出1V电压，成功烧入程序后，可用电压表去观察。使用DAC12一般需要以下几个步骤： 选择合适的参考电压； 校验DAC； 根据选择的模式，正确配置相关寄存器； 根据输出电压VOUT计算出DAC12_xDAT的值。计算公式如表5-2所示：位数DAC12RESDAC12IR输出电压格式12位00VOUT=VREF×3×(DAC12_xDAT)/409612位01VOUT=VREF×1×(DAC12_xDAT)/40968位10VOUT=VREF×1×(DAC12_xDAT)/40968位11VOUT=VREF×1×(DAC12_xDAT)/256表5-2不同配置下输出电压计算公式目录5.10LCD显示5.10.1LCD12864概述5.10.2SYN12864K-ZK模块接口说明5.10.3模块主要硬件构成说明5.10.4指令说明5.10.5LCD12864液晶8位并行数据传输时序5.10.6LCD12864液晶显示代码设计LCD12864概述

前面我们提到用LED灯、数码管、LED点阵作为显示，除了LED灯，后两者都要不停地扫描才能完成显示，对CUP资源的占用比较大。除此之外，显示的内容和长度都有限。如果需要显示汉字或图像，这时就需要用到LCD液晶屏，这里介绍常用的LCD12864液晶屏。LCD12864是一种具有4/8位并行、2/3线串行多种接口方式，分为带字库和不带字库两种，带字库的内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，被书采用带字库的LCD12864,型号为SYN12864K-ZK；其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。SYN12864K-ZK模块接口说明

SYN12864K-ZK模块引脚功能说明如表5-3所示。管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0--5V电源正3V0--对比度（亮度）调整4RS(CS)H/LRS=“H”，表示DB7——DB0为显示数据RS=“L”，表示DB7——DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，数据被读到DB7——DB0R/W=“L”，E=“H→L”，DB7——DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位并口方式，L：串口方式16NC--空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT--LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端表5-3SYN12864K-ZK模块引脚功能说明模块主要硬件构成说明

控制器接口信号说明：（1）RS，R/W的配合选择决定控制界面的4种模式如表5-4所示表5-5E信号功能表RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据表5-4RS，R/W的配合选择决定控制界面4种模式表（2）E信号功能如表5-5所示E状态执行动作结果高——>低I/O缓冲——>DR配合/W进行写数据或指令高DR——>I/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低——>高无动作--模块主要硬件构成说明

忙标志：BFBF标志提供内部工作情况。BF=1表示模块在进行内部操作，此时模块不接受外部指令和数据。BF=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。字型产生ROM（CGROM）字型产生ROM（CGROM）提供8192个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAYON)，DDRAM的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAYOFF)。DFF的状态是指令DISPLAYON/OFF和RST信号控制的。显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM提供64×2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英文数字型（16*8）、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H—0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM的自定义字型，02H—7FH的编码中将选择半角英文数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140—D75F），GB（A1A0-F7FFH）。字型产生RAM（CGRAM）字型产生RAM提供图象定义（造字）功能,可以提供四组16×16点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中。地址计数器AC地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6——DB0中。光标/闪烁控制电路此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或闪烁位置。指令说明

模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如表5-6所示：

指令码功能指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0--清除显示0000000001将DDRAM填满"20H"，并且设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H"地址归位000000001X设定DDRAM的地址计数器（AC）到"00H"，且将游标移到开头原点位置；这个指令不改变DDRAM的内容显示状态开/关0000001DCBD=1：整体显示

ONC=1：游标

ONB=1：游标位置反白允许进入点设定00000001I/DS指定在数据的读取与写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制000001S/CR/LXX设定游标的移动与显示的移位控制位；这个指令不改变DDRAM的内容功能设定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位数据

RE=1：扩充指令操作RE=0：基本指令操作设定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定CGRAM地址设定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM地址（显示位址）

第一行：80H－87H第二行：90H－97H读取忙标志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器(AC)的值写数据到RAM10数据将数据D7——D0写入到内部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)读出RAM的值

1

1

数据从内部RAM读取数据D7——D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)表5-6基本指令表指令说明

模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩充指令如表5-6所示：表5-7扩充指令表

指令码功能指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0--待命模式0000000001进入待命模式，执行其他指令都终止待命模式卷动地址开关开启000000001SRSR=1：允许输入垂直卷动地址SR=0：允许输入IRAM和CGRAM地址

反白选择00000001R1R0选择2行中的任一行作反白显示，并可决定反白与否。初始值R1R0＝00，第一次设定为反白显示，再次设定变回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：进入睡眠模式SL=1：脱离睡眠模式扩充功能设定00001CLXREG0CL=0/1：4/8位数据RE=1：扩充指令操作RE=0：基本指令操作G=1/0：绘图开关设定绘图RAM地址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0设定绘图RAM先设定垂直(列)地址AC6AC5…AC0再设定水平(行)地址AC3AC2AC1AC0将以上16位地址连续写入即可备注：IC1在接受指令前，微处理器必须先确认其内部处于非忙碌状态，即读取BF标志时，BF需为零，方可接受新的指令；如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成。LCD12864液晶8位并行数据传输时序

LCD12864液晶8位并行数据传输时序如图5-15和图5-16所示。图5-15MCU写数据到LCD时序图图5-16MCU从LCD读数据时序图LCD12864液晶8位并行数据传输时序

在本书采用型号为SYN12864K-ZK液晶显示屏，是一种具有4/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，低电压低功耗是其又一显著特点，基本特性:

低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V）内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)

内置128个16×8点阵字符2MHZ时钟频率 背光方式：侧部高亮黄色LED通讯方式：串行、并口可选 内置DC-DC转换电路，无需外加负压无需片选信号，简化软件设计 工作温度:0℃-+55℃存储温度:-20℃-+60℃单片机与液晶显示器接口电路图如图5-17所示。SYN12864K-ZK的DB0~DB7接单片机的P1口进行数据传输。引脚RS，RW，EN分别接单片机的P2.0P2.1P2.2口，PSB接高，设置为并行传输数据。图5-17单片机与LCD12864液晶显示器接口电路图LCD12864液晶8位并行数据传输时序

SYN12864K-ZK型的LCD液晶屏显示器软件设计从底层写起，逐步提高，最后完成显示一个code区域的数据功能。既先往LCD液晶显示器发送以字节的数据或指令写起，逐步上升，最后到画一个图，指定开始列，上下层，图形的宽度，图形指针固定高度为16的图。汉字和数字字符都是通过调用字库来得到。往LCD液晶显示器发送以字节的数据或指令子程序调用方式：voidLCD12864_write_com(unsignedcharcom);函数说明：发送指令com到LCD。调用方式：voidLCD12864_write_data(unsignedchardata);函数说明：发送指令data到LCD。先判断芯片是否忙，忙则等待，不忙则可以发数据或指令。其流程图如图5-18所示。图5-18LCD液晶指令（左）、数据（右）发送流程图LCD12864液晶8位并行数据传输时序

如果LCD屏幕信息刷新速率不快，可以用延时来代替。LCD液晶屏初始化子程序调用方式：voidLCD12864_init(void);函数说明：LCD液晶屏初始化，开机后仅调用一次。主要负责设置LCD屏的一些状态，包括芯片复位，选择通信方式为并口，关芯片显示，设置8位数据且为基本指令集，设置芯片显示关，清除显示，指定在数据的读取与写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位。LCD初始化完成后就可以显示各种图形和字符了，即进入正常的工作状态。清屏子程序调用方式：voidLCD12864_clear(void);函数说明：清屏。清屏子程序是在整个画面上画一个空白的图片。显示单个字符程序调用方式：voidLCD12864_putchar(intx,inty,charch);函数说明：在屏幕x行y列开始输出ch这个字符。显示字符串程序调用方式：voidLCD12864_puts(intx,inty,unsignedchar*str);函数说明：在屏幕x行y列开始输出str这个字符串，不支持自动换行。显示整型程序调用方式：voidLCD12864_putnum(intx,inty