MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践

MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践概述MSP430单片机结构MSP430指令系统与程序设计MSP430单片机的片上外设MSP430单片机接口应用参考资料：•谢兴红等。MSP430单片机基础与实践。北京航空航天大学出版社，2008•曹磊。MSP430单片机C程序设计与实践。北京航空航天大学出版社，2007••••概述单片微型计算机单片机的概念单片机的特点单片机的应用MSP430系列单片机MSP430系列单片机的特点MSP430系列单片机命名规则MSP430系列单片机选型单片微型计算机：单片机的概念微处理器的发展一方面是朝着面向数据运算、信息处理等功能的系统机方向发展。系统机以速度快、功能强、存储量大、软件丰富、输入/输出设备齐全为主要特点，采用高级语言编程，适用于数据运算、文字信息处理、人工智能、网络通信等场合。另一方面，在一些应用领域中，如智能化仪器仪表、电讯设备、自动控制设备、汽车乃至家用电器等，要求的运算、控制功能相对并不很复杂，但对体积、成本、功耗等的要求却比较苛刻。为适应这方面的需求，产生了一种将中央处理器、存储器、I/O接口电路以及连接它们的总线都集成在一块芯片上的计算机，即所谓的单片微型计算机，简称单片机（SingleChipMicrocomputer）。单片机在设计上主要突出了控制功能，调整了接口配置，在单一芯片上制成了结构完整的计算机，因此，单片机也称为微控制器（MCU）。单片机的特点小巧灵活、成本低、易于产品化，它能方便地组装成各种智能式控制设备以及各种智能仪器仪表。面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳性能价格比。抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣环境下都能可靠地工作，这是其他机型无法比拟的。可以很方便地实现多机和分布式控制。使整个系统的效率和可靠性大为提高。单片机的应用MSP430系列单片机特点：超低功耗强大的处理能力高性能模拟技术及丰富的片上设系统工作稳定方便高效的开发环境MSP430系列单片机命名规则MSP430F149AIPMMSP430单片机结构MSP430单片机结构概述MSP430系列产品无LCD驱动系列产品有LCD驱动系列产品MSP430CPU结构和特点MSP430存储器和地址空间程序存储器数据存储器外围模块寄存器MSP430单片机结构MSP430单片机结构MSP430结构16位CPU通过总线连接到存储器和外围模块(冯·诺伊曼结构)。通过JTAG接口进行实时嵌入式仿真处理。多种低功耗工作模式。8/16位数据宽度，数据处理更为有效。硬件乘法器。丰富的片上外设。MSP430系列单片机主要功能部件：CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集(RISC)和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。片上外设（片内外围模块）：经过MAB、MDB、MCB与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器A、定时器B、比较器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、DMA控制器等。MSP430RoadmapMSP430X11X系列MSP430X12X系列MSP430X13X系列MSP430X14X系列MSP430F15X/F16(1)X系列MSP430F15X/F16(1)X系列MSP430X41X系列MSP430F43X系列MSP430F44X系列MSP430CPU的主要特征精简指令集高度正交化寄存器资源丰富寄存器操作为单周期16位地址总线常数发生器直接的存储器到存储器访问MSP430CPU内部寄存器—PC/R0MSP430CPU内部寄存器—SP/R1MSP430CPU内部寄存器—SR/R2MSP430CPU内部寄存器—CG1/R2andCG2/R3在16个寄存器中R2与R3为常数发生器，利用CPU的27条内核指令配合常数发生器可以生成一些简洁高效的模拟指令。MSP430存储器结构和地址空间BSL存储单元字节地址0C00H0FFFH01000H09FFHMSP430存储器结构和地址空间MSP430中断向量表MSP430单片机的中断系统中断类型系统复位POR（PowerOnReset）上电复位由Brownout复位电路产生由RST/NMI引脚产生PUC（PowerUpClear）上电清除由POR信号产生看门狗溢出看门狗安全键值出错FLASH安全键出错（非）可屏蔽中断——不能使用全局中断使位（GIE）屏蔽RST/NMI端口出现跳变——使用中断使能位NMIIE控制晶振故障——使用中断使能位OFIE控制FLASH访问出错——使用中断使能位ACCVIE控制可屏蔽中断——有各自的中断屏蔽位，也能被GIE屏蔽MSP430单片机的中断系统中断响应过程将当前指令执行完PUSHPCPUSHSR如果有多个中断发生，选择最高优先级的中断如果是单源中断则清除中断标志，否则中断标志保持置位状态GIE、CPUOFF、OSCOFF、SCG1、C、N、V、Z清零，SCG0不变中断向量地址中的内容装入PC，开始执行中断服务程序POPSRPOPPC返回程序流程中断请求MSP430F149FlashROM512B512B256B128B128BMSP4308位外围模块寄存器MSP43016位外围模块寄存器MSP430特殊功能寄存器（SFR）MSP430特殊功能寄存器（SFR）MSP430特殊功能寄存器（SFR）MSP430硬件乘法器MSP430指令系统与程序设计指令系统概述寻址方式指令系统介绍数据传送类指令数据运算类指令逻辑操作指令位操作指令跳转与程序流程的控制类指令程序设计程序设计基础汇编语言程序设计C语言程序设计MSP430单片机软件开发流程MSP430开发系统MSP430电路板（带JTAG或BSL端口）仿真器（并口/USB口）或BSL编程器IAREmbeddedWorkbenchforMSP430，简称EW430指令系统概述MSP430系列单片机：非完全意义的RISC处理器采用指令正交技术只有27条内核指令以及24条仿真指令指令长度不固定源操作数有7种寻址方式目的操作数有4种寻址方式指令周期数有变化RISC和CISCCISC（ComplexInstructionSetComputer),复杂指令集，采用变长指令，不同指令执行周期数变化很大RISC（ReducedInstructionSetComputer),精简指令集，指令长度固定、格式类似、执行时钟周期数基本相同、指令较少、寻址方式少。寻址方式7种寻址方式指令集指令集指令集MSP430开发流程编写源代码修改程序硬件准备结束仿真调试满意？修改硬件软件不满意硬件不满意满意程序设计MSP430开发调试过程1、建立工程项目2、编写源代码3、将源代码添加到项目文件4、选择器件5、选择仿真方式6、编译下载代码到芯片7、仿真调试C语言程序设计：（1）数据类型C语言程序设计：（2）结构化程序设计三种程序结构：顺序、分支、循环主要语句类型：条件语句开关语句循环语句C语言程序设计：（2）结构化程序设计条件语句语句表达形式有3种(a、b、c)：［a］if(条件表达式)语句［b］if(条件表达式)语句1else语句2［c］if(条件表达式)语句1elseif(条件表达式)语句2elseif(条件表达式)语句3……C语言程序设计：（2）结构化程序设计开关语句switch(表达式){case常量表达式1:语句1break;case常量表达式2:语句2break;case常量表达式3:语句3break;……default:语句d}C语言程序设计：（2）结构化程序设计循环语句while(条件表达式)语句；当条件满足时，就反复执行后面的语句，一直执行到条件不满足时。以软件延时程序为例说明该语句是如何执行的。voiddelay(longn){while(n!=0)n--;}C语言程序设计：（2）结构化程序设计循环语句do语句while（条件表达式）先执行一次循环体的语句，再判断条件是否满足，以决定是否再执行循环体。下面的程序将数组BUFF[20]中的全部数据相加。intx=0;chari=0;do{x=BUFF[i]+x;i=i+1;}while(i20);C语言程序设计：（2）结构化程序设计循环语句for([初值设定表达式]；[循环条件表达式]；[条件更新表达式])语句for语句常用于需固定循环次数的循环。下面的程序段同样实现将数组BUFF[20]中的全部数据相加的功能。intx=0;chari=0;for(i=0;i20;i++)x=BUFF[i]+x;C语言程序设计：（2）结构化程序设计goto语句goto语句常用于跳转到一个固定的地址标号。其中固定的地址标号是一个带“：”的标志符。比如：……MM：…………gotoMM……C语言程序设计：（2）结构化程序设计返回语句return(表达式）；该语句主要用于函数的返回参数。“表达式”为返回值。C语言程序设计：(3)函数的定义与调用函数类型函数名（形式参数表）形式参数说明{局部变量定义函数体语句}[存储变量类型]interrupt[中断矢量变量]函数类型函数名（形式参数表）形式参数说明{局部变量定义函数体语句}C语言程序设计：(3)函数的定义与调用MSP430开发环境：IAREmbeddedWorkbenchforMSP430CompanyInformationCompanyNameIARSystemsAddres[e-mail][phone]URL®IAREmbeddedWorkbench®-BuildanddebugyourapplicationIAREmbeddedWorkbenchisasetofdevelopmenttoolsforbuildinganddebuggingembeddedapplicationsusingassembler,CandC++.Itprovidesacompletelyintegrateddevelopmentenvironmentincludingaprojectmanager,editor,buildtoolsanddebugger.IAREmbeddedWorkbenchforMSP430providesextensivesupportforallMSP4