MSP430單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)第一講

1、MSP430單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)山東理工大學(xué)電氣學(xué)院電子信息系萬(wàn)隆第一講第一講 MSP430系列單片機(jī)概述系列單片機(jī)概述微處理器的發(fā)展 一是朝著面向數(shù)據(jù)運(yùn)算、信息處理等功能的系統(tǒng)機(jī)方向發(fā)展。系統(tǒng)機(jī)以速度快、功能強(qiáng)、存儲(chǔ)量大、軟件豐富、輸入/輸出設(shè)備齊全為主要特點(diǎn)，采用高級(jí)語(yǔ)言編程，適用于數(shù)據(jù)運(yùn)算、文字信息處理、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等場(chǎng)合。 微處理器的發(fā)展 另一方面，在有些應(yīng)用領(lǐng)域中，如智能化儀器儀表、電訊設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備、汽車(chē)乃至家用電器等，要求的運(yùn)算、控制功能相對(duì)并不很復(fù)雜，但對(duì)體積、成本、功耗等的要求卻比較苛刻。為適應(yīng)這方面的需求，產(chǎn)生了一種將中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路以及連接它們的總線

2、都集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，即所謂的單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)（Single Chip Microcomputer）。單片機(jī)在設(shè)計(jì)上主要突出了控制功能，調(diào)整了接口配置，在單一芯片上制成了結(jié)構(gòu)完整的計(jì)算機(jī)，因此，單片機(jī)也稱為微控制器（MCU） 單片機(jī)的特點(diǎn) 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化，它能方便的組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀器儀表。 面向控制，能針對(duì)性的解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類(lèi)控制任務(wù)，因而能獲得最佳性能價(jià)格比。 抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠的工作，這是其他機(jī)型無(wú)法比擬的。 可以很方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。 單片機(jī)的應(yīng)用 MS

3、P430系列單片機(jī)MSP430系列系列單片機(jī)單片機(jī)是美國(guó)是美國(guó)德州儀器德州儀器（TI）公）公司司1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混位超低功耗的混合信號(hào)處理器。合信號(hào)處理器。MSP即即Mixed Signal Processor，混合信號(hào)處理器，把模擬電路、數(shù)字電路和微處混合信號(hào)處理器，把模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，為用戶提供更好的應(yīng)用理器集成在一個(gè)芯片上，為用戶提供更好的應(yīng)用設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。MSP430系列單片機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 超低功耗超低功耗 強(qiáng)大的處理能力強(qiáng)大的處理能力 高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外設(shè)高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外設(shè) 系統(tǒng)工作穩(wěn)定系

4、統(tǒng)工作穩(wěn)定 方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 （1）超低功耗）超低功耗 MSP430單片機(jī)為典型的超低功耗單片機(jī)，在電源管理、時(shí)鐘系統(tǒng)、工作模式上都有具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)： 電源設(shè)計(jì)方面：電源設(shè)計(jì)方面：MSP430系列單片機(jī)采用1.83.6V電源電壓。當(dāng)單片機(jī)在 1MHz時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的工作電流會(huì)為200400uA左右。如單片機(jī)處于停止模式，即時(shí)鐘關(guān)斷，此時(shí)的最低功耗只有0.1uA 。 時(shí)鐘系統(tǒng)：時(shí)鐘系統(tǒng)：即由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能模塊所需的時(shí)鐘，可靈活切換時(shí)鐘源，更改CPU運(yùn)行速度，這些時(shí)鐘程序可控，從而協(xié)調(diào)好功耗與性能的關(guān)系。 工作模式：工作模式：MSP430單片機(jī)根據(jù)功耗不

5、同，設(shè)置了57種工作模式，不同的模式使用模塊不同，其對(duì)應(yīng)功耗不同。在等待方式下，耗電為0.7uA，在掉電方式下，最低可達(dá)0.1uA。（2）強(qiáng)大的處理能力）強(qiáng)大的處理能力 精簡(jiǎn)指令：精簡(jiǎn)指令： MSP430系列單片機(jī)是16位精簡(jiǎn)指令集（RISC）單片機(jī)，具有豐富的尋址方式，簡(jiǎn)潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，高效的查表處理指令，且大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算。 MSP430運(yùn)算速度快：運(yùn)算速度快： （1） MSP430 系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期； （2）集成了硬件乘法器（16位或32位，該結(jié)構(gòu)一般存在于DSP設(shè)計(jì)中）、DAM等模塊，大大增

6、強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，可在控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)某些數(shù)字信號(hào)處理算法（如FFT、DTMF等）。 （3）模擬技術(shù)及豐富的片內(nèi)資源。）模擬技術(shù)及豐富的片內(nèi)資源。 MSP430作為“混合信號(hào)處理器”的典型代表，由于針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，集成了豐富的的模擬、數(shù)字模塊，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)人員工作。 MSP430系列單片機(jī)所集成的片內(nèi)外設(shè)：AD/DA、看門(mén)狗、模擬比較器、溫度傳感、定時(shí)器、串行通信模塊、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、直接尋址模塊、USB模塊等，向用戶提供豐富的IO口資源，配置靈活。 （4）系統(tǒng)工作穩(wěn)定）系統(tǒng)工作穩(wěn)定 MSP430系列單片機(jī)均符合工業(yè)級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其工作溫度為-40+85，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高： 時(shí)

7、鐘設(shè)計(jì)：時(shí)鐘設(shè)計(jì)：上電復(fù)位后，由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU ，保證晶體振蕩器的起振和穩(wěn)定時(shí)間，隨后軟件可設(shè)置相關(guān)寄存器確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。若晶體振蕩器在用作 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。若程序跑飛，看門(mén)狗將其復(fù)位。 電源管理：電源管理：不同系列的單片機(jī)具有掉電保護(hù)模塊（避免單片機(jī)在電源電壓的不穩(wěn)定時(shí)程序混亂甚至死機(jī)）、電壓檢測(cè)模塊（監(jiān)控單片機(jī)電源電壓和外部電壓，當(dāng)這些電壓降低至用戶設(shè)置的值以下時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)）。 （5）開(kāi)發(fā)環(huán)境良好）開(kāi)發(fā)環(huán)境良好 OPT型和型和ROM型：型：在程序定型后直接燒寫(xiě)或掩膜芯片；FLASH型：型： 主流器件。引進(jìn)

8、Flash 型程序存儲(chǔ)器和 JTAG 技 術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)在線編程和仿真，而且使開(kāi)發(fā) 工具變得簡(jiǎn)單方便。三、三、 MSP430系列單片機(jī)主要結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)主要結(jié)構(gòu)圖圖1 MSP4301 MSP430系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （1）CPU u 精簡(jiǎn)指令集高度正交化精簡(jiǎn)指令集高度正交化u 寄存器資源豐富寄存器資源豐富u 寄存器操作為單周期寄存器操作為單周期u 16位地址總線位地址總線u 常數(shù)發(fā)生器常數(shù)發(fā)生器u 直接的存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器訪問(wèn)直接的存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器訪問(wèn) （2）存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器 MSP430采用采用 “馮馮諾依曼諾依曼”結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一編

9、址，包括：特殊功能寄存器一編址，包括：特殊功能寄存器 (SFRs)、片上外設(shè)、片上外設(shè)、RAM和和Flash/ROM存儲(chǔ)空間，使用同一組地址總線、數(shù)據(jù)總線，使用相同指存儲(chǔ)空間，使用同一組地址總線、數(shù)據(jù)總線，使用相同指令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行字節(jié)令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行字節(jié)/字訪問(wèn)。字節(jié)存儲(chǔ)，被存儲(chǔ)于奇數(shù)或偶數(shù)地址；字訪問(wèn)。字節(jié)存儲(chǔ)，被存儲(chǔ)于奇數(shù)或偶數(shù)地址；字存貯，從偶地址開(kāi)始存儲(chǔ)，低字節(jié)存偶地址，高字節(jié)存相鄰的奇地字存貯，從偶地址開(kāi)始存儲(chǔ)，低字節(jié)存偶地址，高字節(jié)存相鄰的奇地址。址。MSP430系列單片機(jī)存儲(chǔ)器組織方式與其精簡(jiǎn)指令相協(xié)調(diào)，為軟系列單片機(jī)存儲(chǔ)器組織方式與其精簡(jiǎn)指令相協(xié)調(diào)，為軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試提供便利。件開(kāi)發(fā)

10、調(diào)試提供便利。 地址功能尋址7 00FFFFh0FFE0h中斷向量表ROM字/字節(jié)0FFDFh程序存儲(chǔ)器跳轉(zhuǎn)控制表數(shù)據(jù)表等ROM字/字節(jié)0200h數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM字/字節(jié)01FFh0100h16 位外圍模塊Timer，ADC 等字0FFh010h8 位外圍模塊I/O，LCD，定時(shí)器/端口等字節(jié)0Fh0h特殊功能寄存器SFR字節(jié)（3）片上外設(shè)模塊）片上外設(shè)模塊 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊 低功耗結(jié)構(gòu)低功耗結(jié)構(gòu) MSP430MSP430各種端口各種端口 定時(shí)器定時(shí)器 MSP430MSP430液晶驅(qū)動(dòng)模塊液晶驅(qū)動(dòng)模塊 硬件乘法器硬件乘法器 FLASHFLASH存儲(chǔ)器模塊存儲(chǔ)器模塊 比較器比較器A A DMA

11、DMA控制器控制器 MSP430MSP430系列通用串行通信模塊的異步模式系列通用串行通信模塊的異步模式 MSP430MSP430系列通用串行通信模塊的同步模式系列通用串行通信模塊的同步模式 MSP430MSP430系列通用串行通信模塊的系列通用串行通信模塊的I I2 2C C模式模式 MSP430MSP430模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 MSP430MSP430數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 4. MSP430各系列單片機(jī)簡(jiǎn)介各系列單片機(jī)簡(jiǎn)介MSP430X12X系列 MSP430X13X系列 MSP430X14X系列 MSP430F15X/F16(1)X 系列 MSP430F43X系列 MSP430F

12、44X系列 5. MSP430系列單片機(jī)選型系列單片機(jī)選型 圖圖2 MSP4302 MSP430系列單片機(jī)命名規(guī)則系列單片機(jī)命名規(guī)則 6 MSP430低功耗單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合低功耗單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合 工業(yè)控制工業(yè)控制 智能化的儀器儀表智能化的儀器儀表 日常生活中的電器產(chǎn)品日常生活中的電器產(chǎn)品 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信方面計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信方面 大型電器模塊化領(lǐng)域大型電器模塊化領(lǐng)域 作業(yè)：作業(yè)：1. 簡(jiǎn)述超低功耗單片機(jī)特點(diǎn)？簡(jiǎn)述超低功耗單片機(jī)特點(diǎn)？2. 簡(jiǎn)述超低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則？簡(jiǎn)述超低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則？3. 超低功耗單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合是什么？超低功耗單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合是什么？4. 為什么說(shuō)為什么說(shuō)MSP430為便攜式控制測(cè)量應(yīng)用提供了良好的解決方案？為便攜式控制測(cè)量應(yīng)用提供了良好的解