电子系统设计MSP430F149单片机及设计实例

1TM1电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 第6章 MSP430单片机及设计实例2TM2电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 一、MSP430单片机原理1、概述Ø MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司1996年开 始推向市场的一种16位单片机，采用精简指令集，是一 种超低功耗的混合型单片机。 Ø MSP430单片机的基本特点如下： l超低功耗1.8-3.6V电压、200-400uA电流、省电模 式下最低电流消耗为0.1uA。 l强大的处理能力16位、RISC结构、指令及寻址方 式丰富、8MHz时钟晶振指令周期125ns。 l高性能模拟技术及丰富的片上外围模块WDT、模拟 比较器、硬件乘法器、液晶驱动器、10/12位ADC、I2C 总线、DMA、UART、并行端口。 l系统工作稳定DCOCLK和MCLK配合工作。 l方便高效的开发环境支持汇编和C及JTAG调试接口3TM3电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 2、发展阶段Ø1996 2000 年：33X 、 32X 、 31X 、11X 、 11X1 等系列。（特点：前三种系列具有LCD驱动模 块、所有系列具有ROM、EPROM和OTP等形式。） 。 Ø2000 2002年：F13X、F14X 、F41X 、F43X 、F44X 等系列。（特点：Flash 型、后三种系列具 有液晶驱动器、拓展了显示存储器在存储区内的地 址。）Ø20022003年：F15X、F16X系列。（特点： RAM容量大大增加（如F1611的RAM容量为10K）； 增加了 I 2 C 、 DMA 、 DAC12 和 SVS 等模块 。）4TM4电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 3、MSP430单片机与51单片机的比较Ø 89C51单片机是8位单片机，采用“CISC”，共111条指令； MSP430单片机是16位单片机，采用“RISC”，共27条指令。 Ø 89C 51 单片机电源电压是 5 伏，正常情况下消耗的电流为 24mA ，在掉电状态下，其耗电电流仍为 3mA ；即使在掉电方式 下，电源电压可以下降到 2V ，但是为了保存内部 RAM 中的数 据，还需要提供约 50uA 的电流；MSP430单片机则为超低功耗单 片机。 Ø 89C51单片机受其结构本身限制，很难实现模拟功能部件的增加 ；MSP430单片机无论扩展 8 位功能模块还是 16 位的功能模块， 即使扩展模 / 数转换或数 / 模转换这类的功能模块也很方便。 Ø 89C51单片机在线编程始终是个问题；但MSP430单片机不仅开 发工具简便，而且价格也相对低廉，并且可以实现在线编程。5TM5电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 4、MSP430单片机的内部结构MSP430 内部包含了计算机所有部件，是一个真正的单片机 ( 微控制器 MCU)。6TM6电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 5、MSP430单片机的CPU和存储器CPU采用冯.诺依曼结构；包含1个16位的ALU、 16个寄存器和1个指令控制单元。16个寄存器中有4个 为特殊用途：PC、SP、SR和CG1/CG2，其余为通用 寄存器。 存储器ROM和RAM为同一地址空间，从 0000H0FFFFH这一段范围内从低到高分别是：SFR 、外围模块、数据存储器、程序存储器、中断向量表 。不同型号的器件其存储器的具体组织不一样，主要 不同在于数据存储器及代码存储器的容量、信息存储 器和引导存储器的有无。ROM、RAM及外围模块通 过内部总线与CPU相连，有的以字/字节访问，有的 只能字访问，有的只能字节操作。7TM7电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 时钟输入源：时钟输入源： LFXT1CLK LFXT1CLK 低频时钟源低频时钟源XT2CLK XT2CLK 高频时钟源高频时钟源 DCOCL DCOCL 数字控制数字控制RCRC振荡器振荡器时钟输出信号时钟输出信号 ACLK ACLK 辅助时钟辅助时钟 MCLKMCLK主系统时钟主系统时钟 SMCLKSMCLK子系统时钟子系统时钟慢速外设慢速外设CPUCPU和和 系统系统快速外设快速外设6、MSP430单片机的基本时钟模块8TM8电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 基本时钟编程示例 /管中窥豹管中窥豹例：设MSP430F149单片机的MCLK = XT2, SMCLK =DCOCLK，将MCLK由P5.4输出 （MSP430X14X中引脚P5.4和MCLK复用）。实现上述功能的程序如下：#include void main(void)unsigned int i;WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 停止看门狗P5DIR |= 0x10; / P5.4 输出P5SEL |= 0x10; / P5.4 用作MCLK输出 9TM9电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 续前页： BCSCTL1 / XT2有效do IFG1 /清除振荡器失效标志for (i = 0xFF; i > 0; i-); / 稳定时间while (IFG1 / 如果振荡器失效标志存在 BCSCTL2 |= SELM1; / MCLK = XT2 for (;); 10TM10电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明基本时钟系统控制寄存器1 b7:XT2OFF,选择XT2振荡器的开启与关闭。11TM11电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明BCSCTL2和DCOCTL 12TM12电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明IFG1（中断标志寄存器1）13TM13电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明IE1（中断使能寄存器1）14TM14电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明看门狗定时器寄存器WDTHOLD：为0时WDT功能激活，否则禁止； WDTPW：高8位口令，为5AH时允许操作。15TM15电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 相关寄存器说明PxSEL和PxDIR16TM16电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 语句“WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; ”之分析此语句就是将此语句就是将WDTCTLWDTCTL寄存器中的寄存器中的WDTPWWDTPW和和WDTHOLDWDTHOLD所代表位数分别设置所代表位数分别设置 为为“ “5A”5A”和和“ “1”1”，其定义见头文件，其定义见头文件“ “msp430x14x.h”msp430x14x.h”。如下所示：如下所示：由此语句分析即可知一见 百！寄存器各位的赋值从 此一目了然，增强了程序 的可读性，善哉！17TM17电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 7、MSP430单片机系统响应中断的过程PC入栈 SR入栈 中断向量赋给PC GIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除 IFG标志位清除（单源中断标志）SRSR出栈（恢复原来的标志）出栈（恢复原来的标志）PCPC出栈出栈硬件自动中断服务执行中断处理子程序 执行RETI指令（中断返回）18TM18电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 状态寄存 器SR说明19TM19电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 状态寄存 器SR说明20TM20电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 P1，P2， P3，P4，P5，P6， S和COM I/O 中断能力 其他片内外设功能 驱动液晶P1与P2各有7个寄存器 P3、P4、P5、P6有四个寄存器8、MSP430单片机的端口类型丰富类型丰富功能丰富功能丰富寄存器丰富寄存器丰富21TM21电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 9、MSP430单片机的定时器Ø 看门狗定时器（WDT）：基本定时，当程序运行错 误时使受控的系统重启动；Ø 基本定时器：基本定时，支持软件和各种外围模块工 作在低频、低功耗条件下；Ø 定时器A：基本定时，支持同时进行的多种时序控制 、多个捕获/比较功能和多种输出波形（PWM），可以以 硬件方式支持串行通信；Ø 定时器B：基本定时，功能基本同定时器A，但比定时 器A灵活，功能更强大。22TM22电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 二、MSP430F149单片机开发板介绍1 1、MSP430F149MSP430F149的特点：的特点：23TM23电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 2 2、RS232RS232接口电路接口电路MAX3232是一款3.0V5.5V供电、低功率的RS232收发器，支持 高达1Mbps的通信速率，仅需要四个0.1uF的电容作为外部元件即 能工作。MCU通过UTXD0(P3.4)向PC机发送数据，通过 URXD0(P3.5)接收来自PC机的数据。24TM24电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 3 3、RS485RS485接口电路接口电路SN65176B内部集成了一个三态的平衡驱动器和一个差分接收器， 专为基于总线传输的多点数据通信而设计。 当P3.3输出高电平时，SN65176B处于发送数据模式；当P3.3输出 低电平时，SN65176B处于接收数据模式。这里使用MSP430F149 内部的UART1端口来实现RS485串行通信，MCU通过 UTXD1(P3.6)向RS485总线发送数据，通过URXD1(P3.7)接收来 自RS485总线的数据。25TM25电子系统设计 成都理工大学工程技术学院 石坚 4 4、E2PROME2PROM接口电路接口电路AT24C02采用两线串行接口(I2C)简化了与MCU的连接，工作电 压2.7V5.5V，存储容量256×8-Bit，支持100万次的擦写，数据能 有效保持100年。 MCU的通用输入输出(GPIO)端口P1.2、P1.3与AT24C02的SCL、 SDA端口相连接构成I2C总线，因为MSP430F149内部没有专用的 I2C接口电路，所以只能用IO端口来模拟I2C时序从而实现对 EEPROM的读写操作。26TM26电子系统设计 成都理工大学工程