MSP430單片機(jī)原理.ppt

第2章 MSP430單片機(jī)原理,2.1 MSP430F249單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與原理 MSP430F249的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 供電電壓范圍 1.8V3.6V。 超低功耗：活動(dòng)狀態(tài)270uA（1MHz，2.2V）；待機(jī)模式0.3uA；關(guān)機(jī)模式0.1uA。 16位RISC精簡(jiǎn)指令集處理器。 時(shí)鐘系統(tǒng)：多種時(shí)鐘源，可靈活使用。時(shí)鐘頻率達(dá)到16MHz；具有內(nèi)部振蕩器；可外接32kHz低頻晶振；外接時(shí)鐘輸入。,12位A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電壓，采用保持電路。 16位定時(shí)器A，3個(gè)捕獲/比較寄存器。 16位定時(shí)器B，7個(gè)捕獲/比較寄存器。 4個(gè)通用串口：USCI_A0和USCI_A1、USCI_B0和USCI_B1(I2C、SPI)。 60kB+256B的flash程序存儲(chǔ)器，2kB的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 64引腳QFP封裝。,MSP430F249的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn),MSP430F24x系列單片機(jī)功能結(jié)構(gòu)示意圖,MSP430F249單片機(jī)引腳圖,（1）CPU簡(jiǎn)介,MSP430單片機(jī)的CPU為16位RISC精簡(jiǎn)指令集的處理器，只有27條正交匯編指令和7種尋址方式。RISC處理器基本上是為高級(jí)語(yǔ)言所設(shè)計(jì)的，編譯程序?qū)φ恢噶钕到y(tǒng)很容易做到最優(yōu)化，利于產(chǎn)生高效緊湊的代碼。MSP430CPU中集成了16個(gè)16位通用寄存器R0R15，其中R0R3分別復(fù)用為程序指針PC、堆棧指針SP、狀態(tài)寄存器SR和常數(shù)發(fā)生器CG1/CG2。這些寄存器之間的操作只需要一個(gè)CPU周期。,1）程序計(jì)數(shù)器（PC指針）也就是CPU專用寄存器R0，PC指針是一個(gè)16位寄存器，可以尋址64kB的空間。MSP430單片機(jī)的指令長(zhǎng)度以字（16位）為最小單位，而程序存儲(chǔ)器單元以字節(jié)（8位）為單位，所以PC的值總是偶數(shù)。,2）堆棧指針SP為CPU專用寄存器R1，SP指針為16為寄存器，也總是偶數(shù)的。堆棧是在片內(nèi)RAM中實(shí)現(xiàn)的，通常將堆棧指針設(shè)置為片內(nèi)RAM的最高地址加一。使用C語(yǔ)言編程時(shí)，集成編譯軟件IAR會(huì)自動(dòng)設(shè)置堆棧指針初始值。對(duì)程序員來(lái)說(shuō)無(wú)需關(guān)心細(xì)節(jié)，編譯結(jié)束后在信息窗提示的編譯結(jié)果會(huì)給出 RAM 使用量的大小，只要不超過(guò) RAM 區(qū)實(shí)際容量并稍留余量給堆棧用即可。使用匯編語(yǔ)言編程時(shí)必須注意堆棧指針的正確設(shè)置，否則堆?？赡軙?huì)覆蓋你的變量區(qū)，導(dǎo)致程序出錯(cuò)。,（2）片內(nèi)存儲(chǔ)器 MSP430單片機(jī)采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器flash、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、特殊功能寄存器以及中斷向量全部映射到64kB內(nèi)部地址空間。MSP430不同型號(hào)單片機(jī)地址空間略有不同，MSP430F249的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如表2-2所示。,表2-3工作模式表,2.2 MSP430單片機(jī)的C語(yǔ)言基礎(chǔ),C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言，其優(yōu)點(diǎn)是語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、表達(dá)能力強(qiáng)、使用方便靈活、可讀性好、可移植性強(qiáng)。C語(yǔ)言程序本身不依賴單片機(jī)硬件，如果更改工程項(xiàng)目中的單片機(jī)型號(hào)，對(duì)C語(yǔ)言程序稍加修改就可以進(jìn)行程序移植，而且移植程序時(shí)不一定要求程序開(kāi)發(fā)人員詳細(xì)掌握新型號(hào)單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 C語(yǔ)言程序的書(shū)寫(xiě)格式十分自由。一條語(yǔ)句可以寫(xiě)成一行，也可以寫(xiě)成幾行；還可以在一行內(nèi)寫(xiě)多條語(yǔ)句；但是需要注意的是，每條語(yǔ)句都必須以分號(hào)“；”作為結(jié)束符。,為了C語(yǔ)言程序能夠書(shū)寫(xiě)清晰，便于閱讀、理解和維護(hù)，在書(shū)寫(xiě)C語(yǔ)言程序時(shí)最好遵循以下規(guī)則。 a)一個(gè)聲明或一條語(yǔ)句占一行； b)不同結(jié)構(gòu)層次的語(yǔ)句，從不同的起始位置開(kāi)始，機(jī)縮進(jìn)相同的字?jǐn)?shù)； c)用括起來(lái)的部分表示程序的某一層次結(jié)構(gòu)。,1）C語(yǔ)言的標(biāo)識(shí)符是用來(lái)標(biāo)識(shí)源程序中某個(gè)對(duì)象名字的。這些對(duì)象可以是函數(shù)、變量、常量、數(shù)組、數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)方式、語(yǔ)句等。一個(gè)標(biāo)識(shí)符由字符串、數(shù)字和下劃線等組成，第一個(gè)字符必須是字母或下劃線，通常以下劃線開(kāi)頭的標(biāo)識(shí)符是編譯系統(tǒng)專用的，因此在編寫(xiě)C語(yǔ)言源程序時(shí)一般不要使用以下劃線開(kāi)頭的標(biāo)識(shí)符，而將下劃線用作分段符。標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度由系統(tǒng)決定，標(biāo)識(shí)符最長(zhǎng)可達(dá)255個(gè)字符，編寫(xiě)源程序時(shí)標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度不要超過(guò) 32個(gè)字符。,2）關(guān)鍵字是一類具有固定名稱和特定含義的特殊標(biāo)識(shí)符，又稱為保留字。在編寫(xiě)C語(yǔ)言源程序時(shí)一般不允許將關(guān)鍵字另作別用，換句話說(shuō)就是對(duì)于標(biāo)識(shí)符的命名不要與關(guān)鍵字相同。上面表2.4所列的C語(yǔ)言關(guān)鍵字由系統(tǒng)保留不能用作用戶標(biāo)識(shí)符。 3）程序中對(duì)于標(biāo)識(shí)符的命名應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)潔明了，含義清晰，便于閱讀理解，如用標(biāo)識(shí)符“max”表示最大值，用“TIMER0”表示定時(shí)器0等。盡量不要取名“aa”、 “bb”等等沒(méi)有特定意義的標(biāo)識(shí)符，這樣雖然沒(méi)有違反C語(yǔ)言的規(guī)則，但是在程序里就很不容易理解。,4）C語(yǔ)言區(qū)分大小寫(xiě)字母，C語(yǔ)言編譯器在對(duì)程序進(jìn)行編譯時(shí)，對(duì)于程序中同一個(gè)字母的大小寫(xiě)作為不同的變量來(lái)處理。例如定義一個(gè)延時(shí)函數(shù)的形式參數(shù)time,但是如果程序當(dāng)中再出現(xiàn)一個(gè)由大寫(xiě)字母定義的標(biāo)識(shí)符TIME，那么它們?cè)诔绦虍?dāng)中是兩個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符，是沒(méi)有沖突的。 5）C語(yǔ)言程序中有且只有一個(gè)main函數(shù)，一個(gè)C語(yǔ)言程序，無(wú)論main函數(shù)的物理位置在那里，總是從main函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行。,6）每句程序語(yǔ)句后面一定要加分號(hào)，分號(hào)是C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的一部分，如果缺少了就會(huì)語(yǔ)法出錯(cuò)。 7）注釋，在程序中添加注釋是為了能更加容易讀懂和理解程序，IAR有兩種風(fēng)格的注釋方法“/”和“/*-*/”。 “/”的意思是在其后面的全部引導(dǎo)為注釋，而“/*-*/”的意思是在“/*”開(kāi)始，一直到遇到“*/”為止，在其里面的內(nèi)容都被認(rèn)為是注釋。,Float和double的指數(shù)位是按補(bǔ)碼的形式來(lái)表示的，所以float的指數(shù)范圍為-128+127，而double的指數(shù)范圍為-1024+1023。float的范圍為-2128 +2128，也即-3.40E+38 +3.40E+38；double的范圍為-21024 +21024，也即-1.79E+308 +1.79E+308。 float和double的精度是由尾數(shù)的位數(shù)來(lái)決定的。float：223 = 8388608，一共七位，這意味著最多能有7位有效數(shù)字，float的精度為7位； double：252 = 4503599627370496，一共16位，double的精度為16位。,const：定義常量。在 C430 語(yǔ)言中，const關(guān)鍵字定義的常量實(shí)際上被放在了 程序存儲(chǔ)器flash中，經(jīng)常用const關(guān)鍵字定義顯示表之類的常數(shù)數(shù)組。 extern：聲明外部變量，外部變量是指在函數(shù)或文件外部定義的全局變量。使用時(shí)，extern置于變量或函數(shù)前，表示變量或函數(shù)的定義在別的文件中，提示編譯器在遇到此變量和函數(shù)時(shí)在其他模塊中尋找它的定義， static ：定義靜態(tài)局部變量或靜態(tài)函數(shù)，靜態(tài)局部變量或靜態(tài)函數(shù)只有本文件內(nèi)的代碼才能訪問(wèn)它，它的名字在其它文件中不可見(jiàn)。有時(shí)候希望函數(shù)中的局部變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不消失而保留原值，即其占用的存儲(chǔ)單元不釋放，在下次該函數(shù)調(diào)用時(shí)，該變量保留上一次函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)的值。這時(shí)就應(yīng)該指定局部變量為靜態(tài)局部變量。,全局變量：只要定義在函數(shù)體（包括主函數(shù)）外，就是全局變量了，編譯器為全局變量安排特定的數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)區(qū)為全局變量專用。全局變量一般定義在C程序的開(kāi)頭部分、主函數(shù)之前，在與該程序有關(guān)的所有文件都可以使用該變量。程序開(kāi)始時(shí)分配空間，程序結(jié)束時(shí)釋放空間，默認(rèn)初始化為0。對(duì)于多文件C語(yǔ)言程序，如果全局變量定義在其它文件中，那么別的程序文件里面的函數(shù)要訪問(wèn)另一個(gè)文件里面的全局變量，須在對(duì)全局變量進(jìn)行外部變量聲明，關(guān)鍵詞extern。 局部變量是在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部定義的變量，它只在定義它的那個(gè)函數(shù)范圍以內(nèi)有效，在此函數(shù)之外局部變量即失去意義，因而也就不能使用這些變量了。不同的函數(shù)可以使用相同的局部變量名，由于它們的作用范圍不同，不會(huì)相互干擾。函數(shù)的形式參數(shù)也屬于局部變量。局部變量在每次函數(shù)調(diào)用時(shí)分配存儲(chǔ)空間，在每次函數(shù)返回時(shí)釋放存儲(chǔ)空間。,自增、自減運(yùn)算符說(shuō)明： +i 意思是：i自增1后再參與運(yùn)算。 -i 意思是：i自減1后再參與運(yùn)算。 i+ 意思是：i參與運(yùn)算后，i的值再自增1。 i- 意思是：i參與運(yùn)算后，i的值再自減1。 復(fù)合賦值運(yùn)算符說(shuō)明： 在賦值運(yùn)算符“”的前面加上其它運(yùn)算符，就構(gòu)成了所謂復(fù)合賦值運(yùn)算符。 + 加法賦值， 右移位賦值，-減法賦值， 邏輯與賦值， * 乘法賦值，邏輯或賦值，除法賦值， 邏輯異或賦值， 取模賦值， 邏輯非賦值， 左移位賦值。,1）盡可能避免浮點(diǎn)運(yùn)算。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算速度很慢， RAM開(kāi)銷(xiāo)也大，且有效位數(shù)有限；在低功耗應(yīng)用中CPU運(yùn)算時(shí)間直接關(guān)系到平均功耗。因此在編程初期就要養(yǎng)成盡量避免使用浮點(diǎn)數(shù)的習(xí)慣。 2）防止定點(diǎn)數(shù)溢出。定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算首先要防止數(shù)據(jù)溢出。 3）小數(shù)的處理。遇到需要保留小數(shù)的運(yùn)算，可以采用浮點(diǎn)數(shù)，但是軟件開(kāi)銷(xiāo)較大。用定點(diǎn)數(shù)也可以處理小數(shù)。原理就是先擴(kuò)大，再運(yùn)算。 4）盡量減少乘除法。430 單片機(jī)沒(méi)有乘法/除法指令，乘除操作會(huì)被編譯器轉(zhuǎn)換成移位和加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果乘除的數(shù)值剛好是 2 的冪，那么可以用移位直接替代乘除法，運(yùn)算速度會(huì)提高很多。,例如將 P1.0 置高、將 P1.1 置低，將 P1.2 取反，我們可以寫(xiě)成： P1OUT |= 0x01; /P2.0 置高 P1OUT /P1.1/2/3/4 全置高,char Key; if(P1IN /讀取 P1.5 狀態(tài)賦給變量 Key。,函數(shù)是C語(yǔ)言中的一種基本模塊。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果所設(shè)計(jì)的程序較大，一般應(yīng)將其分成若干個(gè)子程序模塊，每個(gè)子程序模塊完成一種特定的功能。在C語(yǔ)言中，子程序是用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一些需要經(jīng)常使用的子程序可以按函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，以供反復(fù)調(diào)用。此外，EW430編譯器還提供了豐富的運(yùn)行庫(kù)函數(shù)，用戶可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用。這種模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，可以大大提高編程效率。 從用戶的角度來(lái)看，有兩種函數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)和用戶自定義函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)是IAR EW430編譯器提供的，不需要用戶進(jìn)行定義，可以直接調(diào)用。用戶自定義函數(shù)是用戶根據(jù)自己的需要編寫(xiě)的能實(shí)現(xiàn)特定功能的函數(shù)，它必須先進(jìn)行定義之后才能調(diào)用。,指針是C語(yǔ)言中一個(gè)十分重要的概念，也是C語(yǔ)言的一個(gè)難點(diǎn)，曾經(jīng)有許多人這樣講過(guò)，要精通指針的程序員才算正真懂得C語(yǔ)言。只要掌握指針，才能使程序變得更加簡(jiǎn)潔、緊湊、高效，在C語(yǔ)言當(dāng)中指針可以談得上是全部精華的所在。初學(xué)者在開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)可能會(huì)有一點(diǎn)不習(xí)慣但是不要灰心，只要我們?cè)谄綍r(shí)多思考、多上機(jī)，那么很快就可以掌握它了。 所謂指針就是指內(nèi)存中的地址，它可能是變量的地址，也可能是函數(shù)的入口地址。如果指針變量存儲(chǔ)的地址是變量的地址，則稱為變量的指針，簡(jiǎn)稱變量指針；如果指針變量存儲(chǔ)的地址是函數(shù)的入口地址，則稱為函數(shù)的指針，簡(jiǎn)稱函數(shù)指針。 變量的指針就是該變量的地址，可以定義一個(gè)指向某個(gè)變量的指針變量。為了表示指針變量和它所指向的變量地址之間的關(guān)系，C語(yǔ)言提供了兩個(gè)專門(mén)的運(yùn)算符： * 取內(nèi)容， 取地址。,C語(yǔ)言程序的開(kāi)始部分通常是預(yù)處理命令，如程序中通常遇到的include命令。這個(gè)預(yù)處理命令通知編譯器在對(duì)程序進(jìn)行編譯時(shí)，將所需要的頭文件讀入后再一起進(jìn)行編譯。一般在“頭文件”中包含有程序在編譯時(shí)的一