Msp430單片機應用技術第二講

Msp430單片機應用技術

第二講2.1MSP430F169單片機結構圖2.1MSP430F169單片機結構原理圖

MSP430F169具有豐富的片內(nèi)外設包括16位定時器；

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

MA控制器和48個I/O引腳單片機還包括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

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

表2.1MSP430F169單片機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/定時器A時鐘信號TACLK輸入P1.1/TA013I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時器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/定時器A，比較：OUT0輸出P1.6/TA118I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時器A，比較：OUT1輸出P1.7/TA219I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時器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/定時器A，INCLK上的時鐘信號P2.2/CAOUT/TA022I/O通用數(shù)字I/O引腳/定時器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，轉換時鐘－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－定時器B7CCR6P4.7/TBCLK43I/O通用數(shù)字I/O引腳，輸入時鐘TBCLK－定時器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測試時鐘，TCK是芯片編程測試和bootstraploader啟動的時鐘輸入端口TDI/TCLK55I測試數(shù)據(jù)輸入或時鐘輸入，器件保護熔絲連接到該引腳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，可連接標準晶振或者鐘表晶振XOUT/TCLK9I/O晶體振蕩器XT1的輸出引腳或測試時鐘輸入XT2IN53I晶體振蕩器XT2的輸入端口，只能連接標準晶振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計，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16-bit寄存器R0～R15。其中，R0～R3具有特殊功能：程序計數(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．程序計數(shù)器PC

程序計數(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)行條件或無條件轉移指令、調(diào)用指令或響應中斷時，程序計數(shù)器PC都會被賦新值，其他情況下，程序計數(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)，用來保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)：（1）系統(tǒng)調(diào)用子程序或進入中斷服務程序時，將PC值（程序未跳轉之前的值）壓入堆棧進行保護，然后程序計數(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程序。子程序或中斷服務程序執(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，堆棧可分為“向下增長型（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，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的運算結果狀態(tài)以及CPU、時鐘狀態(tài)等。作用？15~9876543210保留VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZCBit8V溢出標志位，當算術運算結果超出有符號數(shù)范圍時置位，否則為0Bit7SCG1系統(tǒng)時鐘控制位1。置位，禁止SMCLK。Bit6SCG0系統(tǒng)時鐘控制位0。復位，使能直流發(fā)生器；SCG0置位，且DCOCLK沒有被用作MCLK或SMCLK時，直流發(fā)生器才能被禁止。Bit5OSCOFF晶體控制位。

復位，激活LFXT1。OSCOFF置位且LFXT1CLK不用于MCLK或

SMCLK時，LFXT1禁止；

置位，使晶體振蕩器處于停止狀態(tài)。設置OSCOFF=1必須同時設置

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進入關閉模式，此時除了

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

0CPU進入關閉模式

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，復位禁止所有可屏蔽中斷。該位由中斷復位，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負標志，當運算結果為負時置位，否則為0。Bit1Z零標志，當運算結果為0時置位，否則為0。Bit0C進位標志，當運算結果產(chǎn)生進位時置位，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。具有暫存運算結果，執(zhí)行算數(shù)邏輯運算等功能，是控制器訪問最頻繁的場所，可以進行字節(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，當中斷發(fā)生時，需對其內(nèi)容進行保護。2.3系統(tǒng)復位和工作模式2.3.1系統(tǒng)復位和初始化1．系統(tǒng)復位

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

圖2.4MSP430系統(tǒng)復位電路功能模塊組成

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

2.3.2工作模式及功耗1．工作模式——低功耗模式圖2.6MSP430各個工作模式結構示意圖

表2.7各工作模式、各控制位及相應的時鐘狀態(tài)工作模式控制位CPU狀態(tài)振蕩器及時鐘狀態(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和所有的時鐘被禁止

2．模式及功耗在各個模式下，MSP430單片機功率消耗與工作模式、供電電壓、振蕩頻率等有關，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各個工作模式下的耗電情況2.5MSP430的基礎時鐘模塊MSP430基礎時鐘模塊與其低功耗相匹配，用戶可以利用三種時鐘信號，找到功能實現(xiàn)和低功耗的平衡。基礎時鐘模塊無需外部器件，利用一個外部電阻、一個或兩個外部晶振或者諧振器，在軟件的配置控制下，為系統(tǒng)提供時鐘信號。

三個時鐘源：（1）LFXT1CLK：低頻/高頻振蕩器。可外接32768Hz的時鐘芯片，或者450kHz~8MHz的標準晶體或諧振器；（2）XT2CLK：高頻振蕩器。外接450kHz~8MHz的標準晶體、諧振器和外部時鐘源。較常用的晶體振蕩器是8MHZ；（3）DCOCLK：內(nèi)部數(shù)控RC振蕩器。

3個時鐘信號輸出：（1）ACLK:

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

主時鐘信號。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（軟件設置）后給CPU或系統(tǒng)提供時鐘信號。（3）SMCLK:

子系統(tǒng)時鐘信號。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（軟件設置）給各獨立外設模塊提供時鐘信號。

當處理器發(fā)生PUC復位后，MCLK和SMCLK的振蕩源來自DCOCLK（默認值為800kHz）；

ACLK振蕩源來自LFXT1（處于低頻模式）。

設置狀態(tài)寄存器SR的SCG0，SCG1，OSCOFF和CPUOFF位，可以設置CPU的操作模式，使能或關斷部分基礎時鐘模塊?；A時鐘模塊可以在程序運行的任何時候用軟件進行配置。2.5.1基礎時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時鐘晶振，給低功耗系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定時鐘基準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)動事件被激活時立即響應；

SMCLK振蕩源可以配置取自外部晶振或DCO（取決于外設要求）。靈活的時鐘配置和分頻系統(tǒng)可以為系統(tǒng)提供精密準確的時鐘信號，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的時鐘源，則XT2OFF可禁止XT2振蕩器；當XT2Sx＝11和XT2OFF＝0時，XT2可通過XT2IN管腳接外部時鐘信號，但外部頻率必須滿足XT2的參數(shù)要求。當輸入頻率低于最低值時，XT2OFF要置位以禁止CPU采用XT2CLK時鐘。

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)

{

}}實測DCO最低128K，最高4.58M。

2.5.3時鐘應用舉例課堂作業(yè)設置MCLK=XT2,SMCLK=DCOCLK,將MCLK由P5.4輸出設置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中斷的結構和類型特點

MSP430中斷源很多，每個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，當多個中斷來臨時，優(yōu)先級高的中斷先被響應。

2.6.2中斷響應過程