Msp430單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)第二講

Msp430單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)

第二講2.1MSP430F169單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.1MSP430F169單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

MSP430F169具有豐富的片內(nèi)外設(shè)包括16位定時(shí)器；

12位快速A/D轉(zhuǎn)換器；雙12位D/A轉(zhuǎn)換器；比較器；一個(gè)或者兩個(gè)通用同步/異步串行通訊接口（USART）、I2C；

MA控制器和48個(gè)I/O引腳單片機(jī)還包括60K的FLASH，2K的RAM，支持串行在線編程和可編程的保密熔絲代碼保護(hù)

CPU通過地址總線（MAB）、數(shù)據(jù)總線（MDB）、控制總線（MCB）與片上外設(shè)建立聯(lián)系。圖2.2MSP430F169封裝圖及實(shí)物圖

表2.1MSP430F169單片機(jī)引腳功能說明引腳名稱編號I/O功能說明Avcc64模擬供電電源正端.只為ADC和DAC的模擬部分供電Avss62模擬供電電源負(fù)端.只為ADC和DAC的模擬部分供電DVcc1數(shù)字供電電源正端.為所有數(shù)字部分供電DVss63數(shù)字供電電源負(fù)端.為所有數(shù)字部分供電P1.0/TACLK12I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A時(shí)鐘信號TACLK輸入P1.1/TA013I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A捕捉：CCI0A輸入，比較：OUT0輸出P1.2/TA114I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A捕捉：CCI1A輸入，比較：OUT1輸出P1.3/TA215I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A捕捉：CCI2A輸入，比較：OUT2輸出P1.4/SMCLK16I/O通用數(shù)字I/O引腳/SMCLK信號輸出P1.5/TA017I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，比較：OUT0輸出P1.6/TA118I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，比較：OUT1輸出P1.7/TA219I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，比較：OUT2輸出P2.0/ACLK20I/O通用數(shù)字I/O引腳/ACLK輸出P2.1/TAINCLK 21I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，INCLK上的時(shí)鐘信號P2.2/CAOUT/TA022I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A捕獲：CCI0B輸入/比較器輸出

P2.2/CAOUT/TA022I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A捕獲：CCI0B輸入/比較器輸出P2.3/CA0/TA123I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，比較：OUT1輸出/比較器A輸入P2.4/CA1/TA224I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A，比較：OUT2輸出/比較器A輸入P2.5/Rosc25I/O通用數(shù)字I/O引腳，定義DCO標(biāo)稱頻率的外部電阻輸入P2.6/ADC12CLK/DMAE026I/O通用數(shù)字I/O引腳，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘－12位ADC，DMA通道0外部觸發(fā)器P2.7/TA027I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時(shí)器A比較：OUT0輸出P3.0/STE028I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/SPI模式從設(shè)備傳輸使能端P3.1/SIMO0/DSDA29I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/SPI模式的從入/主出，I2C數(shù)據(jù)P3.2/SOMI030I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/SPI模式的從出/主入P3.3/UCLK0/SCL31I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/SPI模式的外部時(shí)鐘輸入，USART0P3.4/UTXD032I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/UART模式的傳輸數(shù)據(jù)輸出P3.5/URXD033I/O通用數(shù)字I/O引腳，USART0/UART模式的接收數(shù)據(jù)輸入P3.6/UTXD134I/O通用數(shù)字I/O引腳，USI1/UART模式的發(fā)送數(shù)據(jù)輸出P3.7/URXD135I/O通用數(shù)字I/O引腳，USI1/UART模式的接收數(shù)據(jù)輸入P4.0/TB036I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR0P4.1/TB137I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR1P4.2/TB238I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR2P4.3/TB339I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR3P4.4/TB440I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR4P4.5/TB541I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR5P4.6/TB642I/O通用數(shù)字I/O引腳，捕獲I/P或者PWM輸出端口－定時(shí)器B7CCR6P4.7/TBCLK43I/O通用數(shù)字I/O引腳，輸入時(shí)鐘TBCLK－定時(shí)器B7

P6.4/A43I/O通用數(shù)字I/O引腳，模擬量輸入A4－12位ADCP6.5/A54I/O通用數(shù)字I/O引腳，模擬量輸入A5－12位ADCP6.6/A6/DAC05I/O通用數(shù)字I/O引腳，模擬量輸入A6－12位ADC，DAC.0輸出P6.7/A7/DAC1/SVSIN6I/O通用數(shù)字I/O引腳，模擬量輸入A7－12位ADC，DAC.1輸出，SVS輸入/NMI58I復(fù)位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口或者BootstrapLload啟動（FLASH器件）TCK57I測試時(shí)鐘，TCK是芯片編程測試和bootstraploader啟動的時(shí)鐘輸入端口TDI/TCLK55I測試數(shù)據(jù)輸入或時(shí)鐘輸入，器件保護(hù)熔絲連接到該引腳TDO/TDI54I/O測試數(shù)據(jù)輸出端口，TDO/TDI數(shù)據(jù)輸出或者編程數(shù)據(jù)輸出引腳TMS56I測試模式選擇，TMS用作芯片編程和測試的輸入端口VeREF+10I外部參考電壓的輸入VREF+7O參考電壓的正輸出引腳VREF-/VeREF-11O內(nèi)部參考電壓或者外加參考電壓的引腳XIN8I晶體振蕩器XT1的輸入端口，可連接標(biāo)準(zhǔn)晶振或者鐘表晶振XOUT/TCLK9I/O晶體振蕩器XT1的輸出引腳或測試時(shí)鐘輸入XT2IN53I晶體振蕩器XT2的輸入端口，只能連接標(biāo)準(zhǔn)晶振XT2OUT52O晶體振蕩器XT2的輸出引腳

2.2MSP430F169的中央處理單元(CPU)圖2.3CPU組成

MSP430F169單片機(jī)CPU具有如下特征：

16位RSIC精簡指令集，支持7種尋址方式正交化設(shè)計(jì)，每條指令都支持全部尋址方式

16位寬地址總線允許對整個(gè)存儲器的訪問寄存器資源豐富常數(shù)發(fā)生器直接的存儲器到存儲器訪問2.2.2MSP430F169CPU的寄存器資源CPU寄存器資源豐富，16個(gè)16-bit寄存器R0～R15。其中，R0～R3具有特殊功能：程序計(jì)數(shù)器R0/PC、堆棧指針R1/SP、狀態(tài)寄存器R2/SR/CG1和常數(shù)發(fā)生器R3/CG2；R4～R15為通用寄存器。

表2.2MSP430F169CPU寄存器說明寄存器名稱功能R0程序計(jì)數(shù)器PCR1堆棧指針SPR2狀態(tài)寄存器SR/常數(shù)發(fā)生器CG1R3常數(shù)發(fā)生器CG2R4通用寄存器R4……R15通用寄存器R15

1．程序計(jì)數(shù)器PC

程序計(jì)數(shù)器PC總是指向程序存儲器中下一條將要執(zhí)行的指令的地址。MSP430指令長度分別為2、4或6字節(jié)長，PC相應(yīng)遞增。

PC內(nèi)容總是偶數(shù)，指向偶字節(jié)地址。PC是16位寄存器，可以尋址64K存儲空間，對程序存儲器的訪問以字為單位。在執(zhí)行條件或無條件轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令或響應(yīng)中斷時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC都會被賦新值，其他情況下，程序計(jì)數(shù)器PC的值自動增加。

2．堆棧指針SP

堆棧是遵循“先入后出”原則的特殊數(shù)據(jù)存儲區(qū)，用來保護(hù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)：（1）系統(tǒng)調(diào)用子程序或進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，將PC值（程序未跳轉(zhuǎn)之前的值）壓入堆棧進(jìn)行保護(hù)，然后程序計(jì)數(shù)器PC被賦予子程序入口地址或中斷向量地址，執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)程序。子程序或中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，遇到返回指令，則將堆棧的內(nèi)容送到程序計(jì)數(shù)器PC中，程序又返回主程序繼續(xù)執(zhí)行；（2）堆?？稍诤瘮?shù)調(diào)用期間保存寄存器變量、局部變量和參數(shù)等。

堆棧指針SP則總是指向堆棧的頂部，即棧頂。根據(jù)堆棧地址的生成方向，堆?？煞譃椤跋蛳略鲩L型（高地址向低地址增長）”或“向上增長型（低地址向高地址增長）”。

MSP430堆棧屬于“向下增長型”，即系統(tǒng)在將數(shù)據(jù)壓入堆棧時(shí)，即壓棧，總是先將堆棧指針SP值減2，然后再將數(shù)據(jù)送到SP所指向的RAM單元中。將數(shù)據(jù)從堆棧中彈出，即彈棧，與壓棧過程相反：先將數(shù)據(jù)從SP所指向的內(nèi)存單元中讀取出來，再將SP值加2。

3．狀態(tài)寄存器SR

狀態(tài)寄存器SR/R2反映了程序執(zhí)行過程中控制器的現(xiàn)場狀態(tài)，用于指示ALU的運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)以及CPU、時(shí)鐘狀態(tài)等。作用？15~9876543210保留VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZCBit8V溢出標(biāo)志位，當(dāng)算術(shù)運(yùn)算結(jié)果超出有符號數(shù)范圍時(shí)置位，否則為0Bit7SCG1系統(tǒng)時(shí)鐘控制位1。置位，禁止SMCLK。Bit6SCG0系統(tǒng)時(shí)鐘控制位0。復(fù)位，使能直流發(fā)生器；SCG0置位，且DCOCLK沒有被用作MCLK或SMCLK時(shí)，直流發(fā)生器才能被禁止。Bit5OSCOFF晶體控制位。

復(fù)位，激活LFXT1。OSCOFF置位且LFXT1CLK不用于MCLK或

SMCLK時(shí)，LFXT1禁止；

置位，使晶體振蕩器處于停止?fàn)顟B(tài)。設(shè)置OSCOFF=1必須同時(shí)設(shè)置

CPUOFF=1，只有系統(tǒng)允許的外部中斷或NMI可喚醒CPU。

Bit4CPUOFFCPU控制位。置位使CPU進(jìn)入關(guān)閉模式，此時(shí)除了

RAM內(nèi)容、端口、寄存器保持外，CPU處于停止?fàn)顟B(tài)，可用所有允許的中斷將CPU從此狀態(tài)喚醒。

0CPU進(jìn)入關(guān)閉模式

1CPU處于工作狀態(tài)Bit3GIE可屏蔽中斷控制位。置位允許可屏蔽中斷，復(fù)位禁止所有可屏蔽中斷。該位由中斷復(fù)位，RETI指令置位，也可以用指令改變。

0允許可屏蔽中斷

1禁止所有可屏蔽中斷Bit2N負(fù)標(biāo)志，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時(shí)置位，否則為0。Bit1Z零標(biāo)志，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)置位，否則為0。Bit0C進(jìn)位標(biāo)志，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置位，否則為0。

4．常數(shù)發(fā)生器CG1和CG2R2和R3為常數(shù)發(fā)生器，利用CPU的27條內(nèi)核指令配合常數(shù)發(fā)生器可以生成一些簡潔高效的模擬指令。表2.3CG1、CG2產(chǎn)生常數(shù)值寄存器As常數(shù)說明R200-寄存器模式R201(0)絕對尋址模式R21000004H+4位處理R21100008H+8位處理R30000000H0字處理R30100001H+1R31000002H+2位處理R3110FFFFH-1字處理

5.通用寄存器

R4到R15為通用工作寄存器。具有暫存運(yùn)算結(jié)果，執(zhí)行算數(shù)邏輯運(yùn)算等功能，是控制器訪問最頻繁的場所，可以進(jìn)行字節(jié)、字操作，可作為地址指針或數(shù)據(jù)寄存器，使用通過寄存器可以大大提高程序的執(zhí)行效率，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，需對其內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)。2.3系統(tǒng)復(fù)位和工作模式2.3.1系統(tǒng)復(fù)位和初始化1．系統(tǒng)復(fù)位

MSP430系列單片機(jī)有兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位POR（Power–OnReset）；上電清除PUC（Power–UpClear）。不同的信號可觸發(fā)不同的復(fù)位方式，而系統(tǒng)初始化的狀態(tài)取決于復(fù)位方式。

圖2.4MSP430系統(tǒng)復(fù)位電路功能模塊組成

觸發(fā)PUC信號復(fù)位的信號條件中，除POR信號產(chǎn)生外，其它都可以通過讀取相應(yīng)的中斷向量來判斷是什么原因引發(fā)了復(fù)位。

2.3.2工作模式及功耗1．工作模式——低功耗模式圖2.6MSP430各個(gè)工作模式結(jié)構(gòu)示意圖

表2.7各工作模式、各控制位及相應(yīng)的時(shí)鐘狀態(tài)工作模式控制位CPU狀態(tài)振蕩器及時(shí)鐘狀態(tài)AMSCG1=0SCG01=0OscOFF=0CPUOFF=0CPU、MCLK、SMCLK、ACLK均處于活動狀態(tài)LPM0SCG1=0SCG0=0OscOFF=0CPUOFF=1CPU、MCLK禁止，SMCLK、ACLK活動LPM1SCG1=0SCG0=1OscOFF=0CPUOFF=1CPU禁止，如果DCO未用做MCLK或SMCLK，直流發(fā)生器被禁止，否則仍保持工作；SMCLK、ACLK活動；LPM2SCG1=1SCG0=0OscOFF=0CPUOFF=1CPU、MCLK、SMCLK、DCO禁止；如果DCO未用做MCLK或SMCLK，則自動禁止；直流發(fā)生器保持工作；ACLK活動；LPM3SCG1=1SCG0=1OscOFF=0CPUOFF=1CPU、MCLK、SMCLK、DCO禁止；直流發(fā)生器被禁止；ACLK活動；LPM4SCG1=1SCG0=1OscOFF=1CPUOFF=1CPU和所有的時(shí)鐘被禁止

2．模式及功耗在各個(gè)模式下，MSP430單片機(jī)功率消耗與工作模式、供電電壓、振蕩頻率等有關(guān)，圖2.7給出了在1MHz振蕩頻率下，不同供電電壓下各模式功耗情況。圖2.7MSP430各個(gè)工作模式下的耗電情況2.5MSP430的基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊MSP430基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊與其低功耗相匹配，用戶可以利用三種時(shí)鐘信號，找到功能實(shí)現(xiàn)和低功耗的平衡?；A(chǔ)時(shí)鐘模塊無需外部器件，利用一個(gè)外部電阻、一個(gè)或兩個(gè)外部晶振或者諧振器，在軟件的配置控制下，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。

三個(gè)時(shí)鐘源：（1）LFXT1CLK：低頻/高頻振蕩器?？赏饨?2768Hz的時(shí)鐘芯片，或者450kHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體或諧振器；（2）XT2CLK：高頻振蕩器。外接450kHz~8MHz的標(biāo)準(zhǔn)晶體、諧振器和外部時(shí)鐘源。較常用的晶體振蕩器是8MHZ；（3）DCOCLK：內(nèi)部數(shù)控RC振蕩器。

3個(gè)時(shí)鐘信號輸出：（1）ACLK:

輔助時(shí)鐘信號。ACLK是從FLXT1CLK信號經(jīng)1/2/4/8（BCSCTL1寄存器設(shè)置DIVA相應(yīng)位設(shè)置）分頻后得到。ACLK可用于提供CPU外圍功能模塊作時(shí)鐘信號使用。（2）MCLK:

主時(shí)鐘信號。MCLK的振蕩源可由軟件配置選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK(部分型號有)或DCOCLK。MCLK經(jīng)1/2/4/8分頻（軟件設(shè)置）后給CPU或系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。（3）SMCLK:

子系統(tǒng)時(shí)鐘信號。SMCLK的振蕩源可由軟件配置選擇來自

LFXT1CLK、XT2CLK(部分型號有)或DCOCLK。SMCLK經(jīng)1/2/4/8分頻后（軟件設(shè)置）給各獨(dú)立外設(shè)模塊提供時(shí)鐘信號。

當(dāng)處理器發(fā)生PUC復(fù)位后，MCLK和SMCLK的振蕩源來自DCOCLK（默認(rèn)值為800kHz）；

ACLK振蕩源來自LFXT1（處于低頻模式）。

設(shè)置狀態(tài)寄存器SR的SCG0，SCG1，OSCOFF和CPUOFF位，可以設(shè)置CPU的操作模式，使能或關(guān)斷部分基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊?；A(chǔ)時(shí)鐘模塊可以在程序運(yùn)行的任何時(shí)候用軟件進(jìn)行配置。2.5.1基礎(chǔ)時(shí)鐘各模塊介紹為了優(yōu)化低功耗配置：

ACLK振蕩源可以配置取自外部32.786KHz時(shí)鐘晶振，給低功耗系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定時(shí)鐘基準(zhǔn)或作為備用操作模式；

MCLK振蕩源可以配置取自DCO，DCO能夠在中斷驅(qū)動事件被激活時(shí)立即響應(yīng)；

SMCLK振蕩源可以配置取自外部晶振或DCO（取決于外設(shè)要求）。靈活的時(shí)鐘配置和分頻系統(tǒng)可以為系統(tǒng)提供精密準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號，滿足用戶不同需求。

2.5.1.1LFXT1低頻振蕩器

2.5.1.2XT2CLK高頻振蕩器XT2Sx位選擇XT2的操作范圍。如果XT2CLK沒有被用作MCLK或SMCLK的時(shí)鐘源，則XT2OFF可禁止XT2振蕩器；當(dāng)XT2Sx＝11和XT2OFF＝0時(shí)，XT2可通過XT2IN管腳接外部時(shí)鐘信號，但外部頻率必須滿足XT2的參數(shù)要求。當(dāng)輸入頻率低于最低值時(shí)，XT2OFF要置位以禁止CPU采用XT2CLK時(shí)鐘。

MSP430外接高頻振蕩器XT2的頻率為450kHz～8MHz。

2.5.1.3數(shù)字控制振蕩器DCO

2.5.2時(shí)鐘模塊的寄存器

配置DCOvoidmain(void){

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;

//StopWatchdogTimer

DCOCTL=DCO0+DCO1+DCO2;

//MaxDCO

BCSCTL1=RSEL0+RSEL1+RSEL2;

//XT2on,maxRSEL

BCSCTL2|=SELS;

//SMCLK=XT2

P5DIR|=0x70;

//P5.6,5,4outputs

P5SEL|=0x70;

//P5.6,5,5options

while(1)

{

}}實(shí)測DCO最低128K，最高4.58M。

2.5.3時(shí)鐘應(yīng)用舉例課堂作業(yè)設(shè)置MCLK=XT2,SMCLK=DCOCLK,將MCLK由P5.4輸出設(shè)置ACK=MCK=LFXT1,LFXT1為低頻(LF)模式,將MCK通過P5.4輸出2.6中斷中斷的概念?2.6.1中斷的結(jié)構(gòu)和類型特點(diǎn)

MSP430中斷源很多，每個(gè)中斷源都有指定的優(yōu)先級，離CPU越近的模塊，其優(yōu)先級越高。中斷優(yōu)先級決定了，當(dāng)多個(gè)中斷來臨時(shí)，優(yōu)先級高的中斷先被響應(yīng)。

2.6.2中斷響應(yīng)過程