MSP430教程3MSP430单片机硬件知识

MSP430单片机是TI公司1996年开始推向市场的超低功耗微处理器，另外他还集成了很多模块功能，从而使得用一片MSP430芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。如今，MSP430单片机已经用于各个领域，尤其是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。下面来说一下它的主要特点：（1）低电源电压范围，1.8～3.6V。（2）超低功耗，拥有5种低功耗模式(以后会详细介绍)。（3）灵活的时钟使用模式。（4）高速的运算能力，16位RISC架构，125ns指令周期。（5）丰富的功能模块，这些功能模块包括：A：多通道10－14位AD转换器；B：双路12位DA转换器；C：比较器；D：液晶驱动器；E：电源电压检测；F：串行口USART(UART/SPI）；G：硬件乘法器；H：看门狗定时器，多个16位、8位定时器（可进行捕获，比较，PWM输出）；I：DMA控制器。（6）FLASH存储器，不需要额外的高电压就在运行种由程序控制写擦欧哦和段的擦除；（7）MSP430芯片上包括JTAG接口，仿真调试通过一个简单的JTAG接口转换器就可以方便的实现如设置断点、单步执行、读写寄存器等调试；（8）快速灵活的变成方式，可通过JTAG和BSL两种方式向CPU内装在程序。关于他的内存器结构，在匠人的博客里已有详细的介绍，大家去看就是了。在这里我主要说说MSP430单片机的复位吧。MSP430的复位信号有2种：上电复位信号（POR）、上电清除信号（PUC）。还有能够触发POR和PUC的信号：5种来在看门狗，1种来自复位管脚，1种来自写FLASH键值出现错误所产生的信号。POR信号只在2种情况下发生：（1）微处理上电；（2）RST/NMI管脚上产生低电平时系统复位。PUC信号产生的条件：（1）POR信号产生；（2）看门狗有效时，看门狗定时器溢出；（3）写看门狗定时器安全键值出现错误；（4）写FLASH存储器安全键值出现错误。POR和PUC两者的关系：POR信号的产生会导致系统复位并产生PUC信号。而PUC信号不会引起POR信号的产生。无论是POR信号还是PUC信号触发的复位，都会使MSP430从地址0xFFFE处读取复位中断向量，程序从中断向量所指的地址处开始执行。触发PUC信号的条件中，除了POR产生触发PUC信号外，其他的豆科一通过读取相应的中断向量来判断是何种原因引起的PUC信号，以便作出相应的处理。系统复位（指POR）后的状态为：（1）RST/NMI管脚功能被设置为复位功能；（2）所有I/O管脚被设置为输入；（3）外围模块被初始化，其寄存器值为相关手册上的默认值；（4）状态寄存器SR复位；（5）看门狗激活，进入工作模式；（6）程序计数器PC载入0xFFFE处的地址，微处理器从此地址开始执行程序。典型的复位电路有一下3种：（1）在RST/NMI管脚上接100K欧的上拉电阻。（2）在（1）的基础上再接0.1uf的电容，电容的一端接地，可以使复位更加可靠。（3）再（2）的基础上，再在电阻上并接一个型号为IN4008的二极管，可以可靠的实现系统断电后立即上电。MSP430单片机的时钟系统MSP430根据型号的不同最多可以选择使用3个振荡器。我们可以根据需要选择合适的振荡频率，并可以在不需要时随时关闭振荡器，以节省功耗。这3个振荡器分别为：（1）DCO数控RC振荡器。它在芯片内部，不用时可以关闭。DCO的振荡频率会受周围环境温度和MSP430工作电压的影响，且同一型号的芯片所产生的频率也不相同。但DCO的调节功能可以改善它的性能，他的调节分为以下3步：a：选择BCSCTL1.RSELx确定时钟的标称频率；b：选择DCOCTL.DCOx在标称频率基础上分段粗调；c：选择DCOCTL.MODx的值进行细调。（2）LFXT1接低频振荡器。典型为接32768HZ的时钟振荡器，此时振荡器不需要接负载电容。也可以接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器，此时需要接负载电容。（3）XT2接450KHZ~8MHZ的标准晶体振荡器。此时需要接负载电容，不用时可以关闭。低频振荡器主要用来降低能量消耗，如使用电池供电的系统，高频振荡器用来对事件做出快速反应或者供CPU进行大量运算。MSP430的3种时钟信号：MCLK系统主时钟；SMCLK系统子时钟；ACLK辅助时钟。（1）MCLK系统主时钟。除了CPU运算使用此时钟以外，外围模块也可以使用。MCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。（2）SMCLK系统子时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。SMCLK可以选择任何一个振荡器所产生的时钟信号并进行1、2、4、8分频作为其信号源。（3）ACLK辅助时钟。供外围模块使用。并在使用前可以通过各模块的寄存器实现分频。但ACLK只能由LFXT1进行1、2、4、8分频作为信号源。PUC复位后，MCLK和SMCLK的信号源为DCO，DCO的振荡频率为800KHZ。ACLK的信号源为LFXT1。MSP430内部含有晶体振荡器失效监测电路，监测LFXT1（工作在高频模式）和XT2输出的时钟信号。当时钟信号丢失50us时，监测电路捕捉到振荡器失效。如果MCLK信号来自LFXT1或者XT2，那么MSP430自动把MCLK的信号切换为DCO，这样可以保证程序继续运行。但MSP430不对工作在低频模式的LFXT1进行监测。5种低功耗模式5种低功耗模式分别为LPM0~LPM4(LOWPOWERMODE)，CPU的活动状态称为AM(ACTVEMODE)模式。其中AM耗电最大，LPM4耗电最省，仅为0.1uA。另外工作电压对功耗的影响：电压越低功耗也越低。系统PUC复位后，MSP430进入AM状态。在AM状态，程序可以选择进入任何一种低功耗模式，然后在适当的条件下，由外围模块的中断使CPU退出低功耗模式，返回AM模式，再由AM模式选择进入相应的低功耗模式，如此类推。工作模式的选择由状态寄存器SR中的SCG1、SCG0、OSCOFF、CPUOFF位控制。由于在CPU的头文件中对CPU内的各寄存器和模块的各种工作模式都作了详尽的定义，所以编程时尽可能的利用就是了。如：要进入低功耗模式0，可在程序中直接写：LPM0;。进入低功耗模式4，可以写：LMP4;就可以了。退出低功耗模式如下：LPM0_EXIT;//退出低功耗模式0LPM4_EXIT;//退出低功耗模式4中断中断是MSP430微处理器的一大特色，有效地利用中断可以简化程序和提高执行效率。MSP430的几乎每个外围模块都能够产生中断，为MSP430针对事件（即外围模块产生的中断）进行的编程打下基础。MSP430在没有事件发生时进入低功耗模式，事件发生时，通过中断唤醒CPU，事件处理完毕后，CPU再次进入低功耗状态。由于CPU的运算速度和退出低功耗的速度很快，所以在应用中，CPU大部分时间都处于低功耗状态。MSP430的中断分为3种：系统复位、不可屏蔽中断、可屏蔽中断。（1）系统复位的中断向量为0xFFFE。（2）不可屏蔽中断的中断向量为0xFFFC。响应不可屏蔽中断时，硬件自动将OFIE、NMIE、ACCVIE复位。软件首先判断中断源并复位中断标志，接着执行用户代码。退出中断之前需要置位OFIE、NMIE、ACCVIE，以便能够再次响应中断。需要特别注意点：置位OFIE、NMIE、ACCVIE后，必须立即退出中断相应程序，否则会再次触发中断，导致中断嵌套，从而导致堆栈溢出，致使程序执行结果的无法预料。（3）可屏蔽中断的中断来源于具有中断能力的外围模块，包括看门狗定时器工作在定时器模式时溢出产生的中断。每一个中断都可以被自己的中断控制位屏蔽，也可以由全局中断控制位屏蔽。多个中断请求发生时，响应最高优先级中断。响应中断时，MSP430会将不可屏蔽中断控制位SR.GIE复位。因此，一旦响应了中断，即使有优先级更高的可屏蔽中断出现，也不会中断当前正在响应的中断，去响应另外的中断。但SR.GIE复位不影响不可屏蔽中断，所以仍可以接受不可屏蔽中断的中断请求。中断响应的过程：（1）如果CPU处于活动状态，则完成当前指令；（2）若CPU处于低功耗状态，则退出低功耗状态；（3）将下一条指令的PC值压入堆栈；（4）将状态寄存器SR压入堆栈；（5）若有多个中断请求，响应最高优先级中断；（6）单中断源的中断请求标志位自动复位，多中断源的标志位不变，等待软件复位；（7）总中断允许位SR.GIE复位。SR状态寄存器中的CPUOFF、OSCOFF、SCG1、V、N、Z、C位复位；（8）相应的中断向量值装入PC寄存器，程序从此地址开始执行。中断返回的过程：（1）从堆栈中恢复PC值，若响应中断前CPU处于低功耗模式，则可屏蔽中断仍然恢复低功耗模式；（2）从堆栈中恢复PC值，若响应中断前CPU不处于低功耗模式，则从此地址继续执行程序。MSP430各系列的中断向量表请查阅相关资料。德州仪器MSP430系列超低功耗微控制器，包括几个不同的面向各种应用的外围设备的设备。五种低功耗模式相结合的体系结构，优化，实现了便携式测量应用中延长电池的使用寿命。该器件具有一个功能强大的16位RISCCPU，16位寄存器和常数发生器，有助于最高的代码效率。数字控制振荡器（DCO）允许唤醒从低功耗模式为主动模式，在不到1微秒。低电源电压范围1.8V至3.6V超低功耗主动模式：在1MHz，2.2V220μA待机模式：0.5μA关闭模式（RAM保持）：0.1μA有5种省电模式超快速从待机模式唤醒低于1μA16位RISC架构，62.5ns指令周期时间基本时钟模块配置：内部频率最高可达16MHz，四个校准频率为±1％内部低功耗低频率振荡器32kHz晶振外部的数字时钟源16位定时器A有两个捕捉/比较寄存器片上比较器的模拟信号比较功能和斜率A/D（MSP430F20x1）10位200ksps的A/D转换器具有内部参考，采样和保持，并自动扫描（MSP430F20x2）16位Σ-ΔA/D转换器，差动PGA输入和内部参考（MSP430F20x3）通用串行接口（USI），支持SPI和I2C（MSP430F20x2与MSP430F20x3）掉电检测器板载串行编程，无需外部编程电压，可编程代码保护的安全保险丝片上仿真逻辑与间谍双向线接口家庭成员：MSP430F2001：1KB256B快闪记忆体，128BRAMMSP430F2011：2KB闪存，128BRAM256BMSP430F2002：1KB256B快闪记忆体，128BRAMMSP430F2012：2KB闪存，128BRAM256BMSP430F2003：1KB256B快闪记忆体，128BRAMMSP430F2013：2KB闪存，128BRAM256B可提供14引脚塑料薄小外形封装（TSSOP），14引脚塑料双列直插式封装（PDIP），和16引脚QFNMSP430系列，是TI公司的产品，最近几年才被杭州利尔达公司引进，是16位、超低功耗单片机，特别适合手持设备等低功耗设备的开发，实际上，由于该系列引脚多，内部资源多（具有硬件乘法器），所以在很多产品开发上都有用武之地，据有关人士预测，该系列是最具前途的单片机。还有很多单片机型号，由于不太了解，不敢妄加评论，但可以想象，一定是不错的单片机，否则就不会在竞争激烈的市场中存在。（2）开发软件问题不同种类的单片机都配套有相应的开发软件，这些软件很多都是专业软件公司开发的。51系列，目前开发软件是Keil51，该软件支持C语言，但是在网上下载的版本，只支持2K程序。PIC系列的开发软件是MPLAB，在HI-TECH公司C语言支持软件PICC的支持下，该软件很好用，但是PICC是需要激活密码才能运行的。MSP430系列的开发软件是IAR，该软件有开放1个月的全功能限期版本和C语言4k支持版本，可见该系列的软件开放是最好的。哪种单片机的开发软件开放的好，就会引起人们对该单片机的兴趣，单片机提供商也深谙此道，所以网上经常可以找到更开放版本的软件。（3）仿真接