MSP單片機的內(nèi)部資源

1、09HO2 主編第2章MSP430單片機的內(nèi)部資源2.1MSP430單片機選型2.2I/O口2.3時鐘系統(tǒng)與低功耗模式2.4Basic Timer基礎(chǔ)定時器2.5LCD控制器2.6存儲器與Flash控制器2.716位ADC2.816位定時器TimerA2.9增強型異步串行通信接口2.1MSP430單片機選型MSP430單片機家族型號繁多，TI公司用3或4位數(shù)字表示型號，其中第一位數(shù)字表示大系列。目前有4個大系列：帶有液晶驅(qū)動器的MSP430F4xx系列單片機、不帶液晶驅(qū)動器的MSP430F1xx系列單片機、16MIPS高速MSP430F2xx系列單片機、一次性寫入(OTP)型低價MSP430C

2、系列單片機。2.2I/O口2.2.1I/O口寄存器2.2.2I/O口中斷2.2.3“線與”邏輯2.2.4電平?jīng)_突2.2.5兼容性2.2.6電容感應(yīng)式觸控2.2.1I/O口寄存器例2.2.1在MSP430單片機系統(tǒng)中，P1.5、P1.6、P1.7接有按鍵，P1.1、P1.3、P1.4接有LED，將 P1.5、P1.6、P1.7的方向設(shè)為輸入，P1.1、P1.3、P1.4的方向設(shè)為輸出：2.2.1I/O口寄存器PxDIR寄存器在復(fù)位過程中會被清0，沒有被設(shè)置的I/O口方向均為輸入狀態(tài)，所以第二句也可以省略。注意未用的I/O口線應(yīng)當設(shè)為輸出，以降低漏電流。例2.2.2在P1.5口接有一按鍵，按下為低

3、電平。要求判斷：若該按鍵處于按下狀態(tài)(低電平)，則從P1.1口輸出高電平點亮LED。2.2.1I/O口寄存器PxSEL寄存器用于設(shè)置每一位I/O的功能：0=普通I/O口1=第二功能 在MSP430單片機中，很多內(nèi)部功能模塊也需要和外界進行數(shù)據(jù)交流，為了不增加芯片管腳數(shù)量，大部分都和I/O口復(fù)用管腳。導(dǎo)致MSP430單片機大多數(shù)I/O管腳都具有第二功能。通過寄存器PxSEL可以指定某些I/O管腳作為第二功能使用。例如從DataSheet的管腳排布圖中查到MSP430 x42x系列單片機的P2.4、P2.5口和串口的TXD、RXD公用管腳。若需要將這兩個管腳配置為串口收發(fā)腳，則須將P2SEL的4、

4、5位置高：2.2.1I/O口寄存器2.2.2I/O口中斷在MSP430所有的單片機中，P1口、P2口總共16個I/O口均能作引發(fā)中斷。在MSP430 x42x系列中，14個I/O都屬于P1或P2口，因此每個I/O都能作為中斷源使用。通過下列兩個寄存器配置I/O口作為中斷使用：PxIE寄存器用于設(shè)置每一位I/O的中斷允許：0=不允許1=允許PxIES寄存器用于選擇每一位I/O的中斷觸發(fā)沿：0=上升沿1=下降沿例2.2.3將P1.5、P1.6、P1.7口設(shè)為中斷源，下降沿觸發(fā)：PxIFG寄存器是I/O中斷標志寄存器：0=中斷條件不成立1=中斷條件曾經(jīng)成立過無論中斷是否被允許，也不論是否正在執(zhí)行中斷

5、服務(wù)程序，只要對應(yīng)I/O滿足了中斷條件(例如一個下降沿的到來)，PxIFG中的相應(yīng)位都會立即置1并保持，只能通過軟件人工清除。這種機制的目的在于最大可能的保證不會漏掉每一次中斷。在MSP430系列單片機中，P1口的8個中斷和P2口8個中斷各公用了一個中斷入口，因此該寄存器另一重要作用在于中斷服務(wù)程序中用于判斷哪一位I/O產(chǎn)生了中斷。例2.2.4在MSP430單片機系統(tǒng)中，P1.5、P1.6、P1.7發(fā)生中斷后執(zhí)行不同的代碼：例2.2.4在MSP430單片機系統(tǒng)中，P1.5、P1.6、P1.7發(fā)生中斷后執(zhí)行不同的代碼：圖2.2.1按鍵過程產(chǎn)生的毛刺例2.2.5在MSP430單片機系統(tǒng)中，P1.5

6、、P1.6、P1.7口各接有一只按鍵(見圖2.2.2)。要求按KEY1鍵時速度變量值增加，按KEY2鍵時速度降低，按KEY3鍵時速度變?yōu)?。圖2.2.2用I/O口作鍵盤輸入2.2.3“線與”邏輯MSP430單片機的I/O口是CMOS型，特點是當I/O處于輸入狀態(tài)時，呈高阻態(tài)；當I/O處于輸出狀態(tài)時，高低電平都具有較強輸出能力。若輸出高電平的I/O口和輸出低電平的I/O口直接連接，則會因短路造成損壞，不像8051的I/O那樣能實現(xiàn)“線與”功能。但可以通過I/O方向切換的方法模擬出來。2.2.4電平?jīng)_突例2.2.6電平?jīng)_突的問題經(jīng)常發(fā)生在數(shù)據(jù)輸入和雙向數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用中，要特別注意。例如下面一些代碼

7、都很可能是單片機的毀滅者：2.2.5兼容性(1)5V邏輯器件輸出至MSP430單片機這是最簡單的一種情況，將5V邏輯通過10k和20k電阻分壓后即轉(zhuǎn)換成3V邏輯(見圖2.2.3a)。(2)MSP430單片機輸出至5V邏輯器件輸入這種情況首先要看接收器件的高電平門限，一般接收芯片或設(shè)備的手冊都會給出(VIH值)。(3)雙向數(shù)據(jù)傳輸雙向數(shù)據(jù)傳輸中，不僅要轉(zhuǎn)換電平，還需要切換方向。(4)驅(qū)動5V以上的邏輯利用漏級開路的門電路(如74HC07/06等)可以實現(xiàn)邏輯電平的變化，輸出端的上拉電阻所接的電壓就決定了輸出邏輯電平。圖2.2.3邏輯電平轉(zhuǎn)換電路2.2.6電容感應(yīng)式觸控圖2.2.4電容感應(yīng)式觸控按

8、鍵的結(jié)構(gòu)與原理2.2.6電容感應(yīng)式觸控圖2.2.5兩個觸控鍵公用電阻2.2.6電容感應(yīng)式觸控圖2.2.6常見觸控鍵排列方式2.3時鐘系統(tǒng)與低功耗模式2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理2.3.2低功耗模式2.3.3低功耗模式的應(yīng)用2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理MCLK:主時鐘(Master Clock)。MCLK是專為CPU運行提供的時鐘。SMCLK:子系統(tǒng)時鐘(Subsystem Master Clock)，也稱輔助時鐘。ACLK:活動時鐘(Active Clock)。ACLK一般是由32.768kHz晶體直接產(chǎn)生的低頻時鐘，在單片機運行過程中一般不關(guān)閉，用于產(chǎn)生節(jié)拍時基，或和定時器配合間歇喚醒CPU

9、。2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理圖2.3.1MSP430F42x/41x系列單片機時鐘系統(tǒng)2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理圖2.3.2MSP430F42x單片機時鐘振蕩器例2.3.1MSP430F42x單片機外部接有32.768kHz晶振，為其配置時鐘：例2.3.2MSP430F42x單片機外部接有1MHz晶振，并要從P1.5輸出250kHz時鐘給某外部邏輯電路使用：圖2.3.3MSP430F42x/41x單片機時鐘倍頻器結(jié)構(gòu)2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理例2.3.3MSP430F42x單片機外部接有32.768kHz手表晶振，CPU需要2MHz左右時鐘頻率：例2.3.4MSP430F42x單片機外部

10、接有32.768kHz手表晶振，CPU需要2.752MHz時鐘頻率。2.752MHz是32.768kHz的84倍。因此分頻系數(shù)N=841=83。圖2.3.4MSP430F4xx/1xx單片機時最高鐘頻率與電源電壓關(guān)系2.3.1時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理2.3.2低功耗模式表2.3.1MSP430F42x單片機低功耗模式2.3.2低功耗模式表2.3.2MSP430F42x單片機低功耗模式與時鐘的關(guān)系2.3.2低功耗模式2.3.3低功耗模式的應(yīng)用(1)間歇工作(2)替代程序流程中的等待過程(3)作為電源開關(guān)(1)間歇工作實際的系統(tǒng)中，很多設(shè)備都不必一直連續(xù)工作，讓大部分設(shè)備間歇工作，并盡可能延長工作時間間

11、隔、減少活動時間、加深休眠深度。這是超低功耗系統(tǒng)設(shè)計最重要的方法。(2)替代程序流程中的等待過程MSP430單片機中，幾乎所有的設(shè)備都能產(chǎn)生中斷，目的在于讓CPU無需查詢也能等待設(shè)備。方法是用休眠替代查詢等待，設(shè)備在發(fā)生狀態(tài)變化時將會主動喚醒CPU進行后續(xù)的處理。(3)作為電源開關(guān)在所有的休眠模式中，LPM4的功耗是最低的，僅0.1A。進入LPM4后單片機內(nèi)部所有的部件都不再活動，僅保持RAM內(nèi)數(shù)據(jù)和I/O口狀態(tài)不變。利用LPM4可以在不切斷電源的情況下實現(xiàn)“軟件關(guān)機”。2.4Basic Timer基礎(chǔ)定時器2.4.1Basic Timer結(jié)構(gòu)與原理2.4.2Basic Timer中斷2.4.

12、3Basic Timer的應(yīng)用2.4.1Basic Timer結(jié)構(gòu)與原理圖2.4.1MSP430F4xx單片機Basic Timer結(jié)構(gòu)圖例2.4.1在某MSP430單片機系統(tǒng)中，ACLK時鐘頻率為32.768kHz。用Basic Timer定時器產(chǎn)生周期為1/4s的定時中斷，同時為LCD提供512Hz的刷新時鐘。例2.4.2在某MSP430單片機系統(tǒng)中，ACLK時鐘頻率為32.768kHz。用Basic Timer定時器產(chǎn)生周期為1/1024s的定時中斷，同時為LCD提供256Hz的刷新時鐘。2.4.2Basic Timer中斷在Basic Timer第二級分頻器的8個輸出抽頭中，被選中的抽

13、頭每次由0到1的跳變(計數(shù)進位)會產(chǎn)生中斷標志。例2.4.3在某430單片機系統(tǒng)中，ACLK時鐘頻率為32.768kHz。用Basic Timer定時器讓P2.0口上的LED每秒閃爍一次，同時為LCD提供256Hz的刷新時鐘。2.4.3Basic Timer的應(yīng)用(1)周期性喚醒CPU當MSP430單片機系統(tǒng)進入低功耗模式后，周期性地將其喚醒，查詢是否有需要處理的事件，這種方法叫做定時查詢。(2)產(chǎn)生延時利用BasicTimer可以設(shè)計超低功耗的延遲函數(shù)。(3)RTC計時BasicTimer 的結(jié)構(gòu)就是一個二進制計數(shù)器，而作為時鐘源的低頻晶振一般都是32.768kHz(215Hz)，經(jīng)過分頻后

14、恰好能產(chǎn)生(1/2N)s的定時節(jié)拍。(4)獲得更高分辨率BasicTimer的結(jié)構(gòu)使得它適合產(chǎn)生(1/2N)s的定時中斷。例2.4.5編寫延時程序，要求延時期間CPU休眠，以降低功耗。例2.4.6在某MSP430單片機系統(tǒng)中，ACLK時鐘頻率為32.768kHz。用BasicTimer定時器產(chǎn)生0.75s的定時中斷。例2.4.7在某430單片機系統(tǒng)中，ACLK時鐘頻率為32.768kHz。用BasicTimer定時器為0.25s、0.5s、0.75s、1.5s共4個定時服務(wù)程序提供時鐘節(jié)拍。2.5LCD控制器2.5.1LCD的工作原理2.5.2LCD與MSP430單片機的連接2.5.3LCD控

15、制器的結(jié)構(gòu)與原理2.5.4LCD的顯示緩存2.5.5LCD控制器的應(yīng)用2.5.1LCD的工作原理圖2.5.1LCD剖面示意圖2.5.2LCD與MSP430單片機的連接MSP430F4xx系列單片機的LCD控制器支持靜態(tài)、2-MUX、3-MUX、4-MUX這4種驅(qū)動方式，不同方式下硬件連接關(guān)系略有不同，其中靜態(tài)方式與4-MUX方式最常用，3-MUX方式極罕見，本書略。單片機與LCD相關(guān)的管腳分為以下3組：1)COM0COM3：公共端，與LCD的COM端相連。2)S0S31：段驅(qū)動，與LCD的SP端相連。3)R03、R13、R23、R33：由外部分壓電阻提供LCD驅(qū)動波形所需偏壓V1V5。圖2.5

16、.2靜態(tài)驅(qū)動方式LCD與單片機的連接2.5.2LCD與MSP430單片機的連接圖2.5.32-MUX驅(qū)動方式LCD與單片機的連接2.5.2LCD與MSP430單片機的連接圖2.5.44-MUX驅(qū)動方式LCD與單片機的連接2.5.2LCD與MSP430單片機的連接2.5.3LCD控制器的結(jié)構(gòu)與原理圖2.5.5LCD控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)例2.5.1某MSP430單片機系統(tǒng)，接有4位數(shù)字的靜態(tài)LCD，為其配置LCD控制器。例2.5.2某MSP430單片機系統(tǒng)，接有6位數(shù)字的4-MUX模式LCD，為其配置LCD控制器。例2.5.3讓LCD顯示器的顯示內(nèi)容每秒閃爍2次，可以在1/4s定時中斷內(nèi)調(diào)用：圖2.5.

17、6用運放為特大尺寸LCD提供偏壓2.5.3LCD控制器的結(jié)構(gòu)與原理2.5.4LCD的顯示緩存MSP430單片機的LCD控制器提供了最多20字節(jié)的顯存(不同型號數(shù)量不一樣，MSP430F42x系列帶有16字節(jié)顯存)用于控制LCD顯示內(nèi)容。在不同的驅(qū)動模式以及不同的硬件連接情況下，都會導(dǎo)致顯存字節(jié)中各比特與LCD筆劃之間的對用關(guān)系發(fā)生變化。2.5.4LCD的顯示緩存例2.5.4在4-MUX方式的LCD中，有8位顯示數(shù)字，分別受LCDM1LCDM8的控制。上述程序在某帶有LCD的單片機系統(tǒng)上的運行結(jié)果是：2.5.5LCD控制器的應(yīng)用()數(shù)字的顯示()顯示數(shù)值()顯示小數(shù)()顯示負數(shù)()顯示浮點數(shù)()

18、英文字母的顯示()數(shù)字的顯示為了顯示數(shù)字，首先需要一張顯示段碼表。顯示段碼表實際上是ROM中的一個數(shù)組。數(shù)組中每個元素都是一個數(shù)字的字形。而且實際對應(yīng)的數(shù)字恰好是該元素的下標。()顯示數(shù)值為了顯示數(shù)值，首先要將數(shù)值拆分成獨立的數(shù)字，然后再將數(shù)字逐位顯示出來。對于十進制數(shù)，拆分數(shù)字最簡單的方式是不斷除10并取余數(shù)。()顯示小數(shù)小數(shù)顯示程序要解決小數(shù)點位置問題。在第章1.3節(jié)介紹了最常用的小數(shù)表示方法是將數(shù)字擴大10N倍，然后顯示的時候再人為地添加小數(shù)點，使小數(shù)點后還有N位數(shù)例2.5.10編寫顯示小數(shù)的函數(shù)：()顯示負數(shù)對于負數(shù)，可以取絕對值變成正數(shù)，在顯示時可以直接調(diào)用顯示正數(shù)的函數(shù)。負數(shù)在顯示

19、形式上比正數(shù)只多一個負號。如果傳入數(shù)據(jù)是負數(shù)，可以在最高位之前人為地添加負號，完成負數(shù)的顯示。()顯示浮點數(shù)浮點數(shù)的運算不需要對階，一般無需考慮溢出，所以使用非常方便。但是浮點數(shù)的顯示相對困難一些，因為拆分數(shù)字和確定小數(shù)點位都比較復(fù)雜。例2.5.12編寫能顯示浮點數(shù)的顯示函數(shù)：()英文字母的顯示對于段碼式液晶來說，受到筆劃和字形的限制，只能顯示出部分的字母。字母與數(shù)字一樣，也是各段的組合。例2.5.13調(diào)用顯示數(shù)字的函數(shù)顯示字母：圖2.5.7段碼式液晶顯示的部分英文字母()英文字母的顯示2.6存儲器與Flash控制器2.6.1MSP430單片機的存儲器組織結(jié)構(gòu)2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原

20、理2.6.3Flash控制器的應(yīng)用2.6.1MSP430單片機的存儲器組織結(jié)構(gòu)圖2.6.1MSP430單片機存儲器組織結(jié)構(gòu)2.6.1MSP430單片機的存儲器組織結(jié)構(gòu)(1)數(shù)據(jù)區(qū)(2)主Flash區(qū)(3)信息Flash區(qū)(1)數(shù)據(jù)區(qū)最低16個存儲單元是寄存器區(qū)，對應(yīng)著R0R15共16個寄存器。其中R0R3作為特殊寄存器：R0是PC(程序指針)、R1是SP(堆棧指針)、R2是SR寄存器、R3是常數(shù)發(fā)生器。R4R15是通用寄存器。(2)主Flash區(qū)關(guān)于Flash存儲器，先介紹一些基礎(chǔ)知識。首先，F(xiàn)lash的結(jié)構(gòu)決定了寫操作只能將存儲單元中的各比特位從1改寫成0，不能將0改寫成1。(3)信息Fla

21、sh區(qū)上面已經(jīng)分析過，即使對于單字節(jié)改寫操作，也需要備份該字節(jié)所處的整個Flash段。所以Flash段越大，改寫操作的速度越慢。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理Flash存儲器的讀操作與RAM相同，但擦除操作與寫操作都需要比較復(fù)雜的時序，還需要專門的編程電壓發(fā)生器的配合，所以無法像RAM一樣直接寫。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理圖2.6.2Flash控制器的結(jié)構(gòu)2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理圖2.6.3Flash控制器內(nèi)部時鐘發(fā)生器結(jié)構(gòu)例2.6.1某MSP430單片機系統(tǒng)，ACLK=32.768kHz，MCLK=SMCLK=1.048MHz。為Flash控制器設(shè)置時鐘。2.6.

22、2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理例2.6.2某MSP430單片機系統(tǒng)，ACLK=32.768kHz，MCLK=SMCLK=7.62MHz。為Flash控制器設(shè)置時鐘。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理例2.6.5在某MSP430單片機系統(tǒng)上，編寫一段擦除Flash存儲器的InfoA段的程序(假設(shè)Flash已經(jīng)設(shè)置好)。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理例2.6.6某MSP430單片機系統(tǒng)，讀取Flash存儲器的InfoA段內(nèi)的1082H單元內(nèi)容，存于變量Val內(nèi)。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理例2.6.7某MSP43

23、0單片機系統(tǒng)，讀取Flash存儲器的InfoA段內(nèi)的全部內(nèi)容，存于數(shù)組Array128內(nèi)。2.6.2Flash控制器結(jié)構(gòu)與原理2.6.3Flash控制器的應(yīng)用(1)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄 (2)隨機數(shù)據(jù)存儲 (3)Flash存儲器的壽命問題(4)Flash調(diào)試選項的設(shè)置(1)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄一般來說，在MSP430單片機中，F(xiàn)lash的容量遠大于RAM容量，且不受斷電的影響，所以Flash特別適合做連續(xù)的數(shù)據(jù)記錄使用。例2.6.9將long 型的變量拆成兩個int型變量：(2)隨機數(shù)據(jù)存儲在連續(xù)存儲的應(yīng)用中，每次寫入的地址均不重復(fù)(連續(xù)遞增)，不會出現(xiàn)兩次寫同一單元，或者改寫某單元數(shù)據(jù)內(nèi)容的情況。例2.6.

24、11寫一個數(shù)據(jù)段備份的函數(shù)，將一個數(shù)據(jù)段備份至RAM。(3)Flash存儲器的壽命問題Flash存儲器的壽命有兩層含義：一是數(shù)據(jù)保存時間；二是擦寫次數(shù)。在理想狀況下，F(xiàn)lash存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)保存時間能達到100年。Flash時鐘設(shè)置、編程電壓和儲存溫度都會影響數(shù)據(jù)保存時間。(4)Flash調(diào)試選項的設(shè)置EW430開發(fā)環(huán)境中設(shè)有Flash調(diào)試選項頁，用于設(shè)置下載過程中對Flash內(nèi)原有數(shù)據(jù)的處理方法。在工程管理器的工程名上右鍵打開“Option”選項，在左邊選擇最后一項“FET Debugger”，打開Setup頁。2.716位ADC2.7.1SD16模塊的結(jié)構(gòu)與原理2.7.2SD16模塊的中斷

25、2.7.3SD16模塊的電壓測量應(yīng)用2.7.4SD16模塊的誤差及校準2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用2.7.6SD16模塊的高精度應(yīng)用2.7.7SD16模塊的內(nèi)部溫度傳感器2.7.1SD16模塊的結(jié)構(gòu)與原理圖2.7.1SD16模塊的結(jié)構(gòu)框圖2.7.1SD16模塊的結(jié)構(gòu)與原理(1)配置時鐘及基準源(2)配置輸入通道(3)配置Sigma-Delta調(diào)制器(4)ADC采樣(1)配置時鐘及基準源使用SD16模塊之前，首先要配置過采樣時鐘以及基準源，相關(guān)的控制位位于主控模塊內(nèi)：例2.7.2SD16模塊采用內(nèi)部基準源，并對外提供1.2V基準，外部負載約3左右。(1)配置時鐘及基準源例2.7.3用SD

26、16模塊測量某壓力傳感器的輸出，要求電壓波動不影響精度并且盡量節(jié)省元器件成本。(1)配置時鐘及基準源圖2.7.2用比值測量法消除激勵電壓變化對壓力測量的影響(1)配置時鐘及基準源(2)配置輸入通道時鐘與基準源配置后，可以開始使用3個ADC，根據(jù)被測量的對象，選擇輸入通道與放大倍數(shù)。例2.7.4某儀器中使用MSP430單片機的SD16模塊測量3種量：ADC0采集某壓力傳感器的輸出、ADC1采集電池電壓、ADC2采集溫度。為SD16配置通道寄存器。(3)配置Sigma-Delta調(diào)制器圖2.7.3SD16的兩種數(shù)據(jù)輸出格式(4)ADC采樣例2.7.5用單次模式采集ADC0的電壓輸入值，存于變量AD

27、CResult0內(nèi)。假設(shè)選擇2分頻后的SMCLK做時鐘，內(nèi)部基準源，開啟基準輸出緩沖器。PGA增益=4，過采樣率=256，數(shù)據(jù)格式為有符號二進制格式(雙極性)。(4)ADC采樣2.7.2SD16模塊的中斷在上面的幾個ADC采樣的范例中，都采用了查詢方式等待ADC采樣與轉(zhuǎn)換結(jié)束。Sigma-Delta型ADC的轉(zhuǎn)換速度較慢，在等待的過程中關(guān)閉CPU節(jié)省部分功耗是有意義的。2.7.2SD16模塊的中斷2.7.2SD16模塊的中斷2.7.3SD16模塊的電壓測量應(yīng)用(1)單端電壓測量(2)差分電壓測量(3)比值(Ratiometric)測量(4)作為數(shù)值輸入設(shè)備 (5)電源檢測(1)單端電壓測量圖2

28、.7.4單端電壓測量(1)單端電壓測量圖2.7.5不損失量程的對地正負電壓測量(2)差分電壓測量圖2.7.6壓力傳感器的差分測量(2)差分電壓測量圖2.7.7a錯誤的差分測量電路圖2.7.7b錯誤的電流監(jiān)測電路(2)差分電壓測量圖2.7.8a非差分信號圖2.7.8b差分信號圖2.7.9用比值法測量電阻值(3)比值(Ratiometric)測量(3)比值(Ratiometric)測量(2.7.1)(2.7.2)(2.7.3)（2.7.4）(4)作為數(shù)值輸入設(shè)備圖2.7.10用ADC作為電動機速度輸入值(5)電源檢測利用ADC可以測量出系統(tǒng)自身的電池電壓。通過測出的電壓值還可以估算出電池的剩余電量

29、、剩余使用時間等參數(shù)。2.7.4SD16模塊的誤差及校準(1)基本概念(2)SD16模塊的誤差來源(3)SD16模塊的校準方法(1)基本概念首先，精度與分辨率是兩個完全不同的概念。精度表示測量值與真實值之間的差異大小，分辨率表示最小能分辨的刻度大小。分辨率并不決定精度，也并非分辨率越高的測量系統(tǒng)其精度就越高。(2)SD16模塊的誤差來源1) 零點誤差(偏移誤差)。2)增益誤差。3)隨機誤差。4)漂移誤差。5) 非線性誤差。1) 零點誤差(偏移誤差)。由于半導(dǎo)體工藝的對稱性問題，差分輸入級在實際輸入0V的時候，輸出可能不為0。反映到ADC及測量結(jié)果上就是一個固定的偏移量。2)增益誤差?；鶞孰妷赫`

30、差、內(nèi)部PGA增益誤差、分壓電阻誤差都會導(dǎo)致增益誤差。這也是最主要的誤差來源。3)隨機誤差。有時受到干擾、電路設(shè)計不良、信號源波動都可能造成ADC讀數(shù)的跳動。通過改善電路、增加屏蔽措施、差分輸入、增大信號的濾波常數(shù)等措施都能減少隨機誤差。4)漂移誤差。對于零點誤差與增益誤差來說，即使校準之后，也可能隨溫度與時間漂移?？梢酝ㄟ^選用更低溫度系數(shù)指標的元器件來降低溫度漂移誤差。5) 非線性誤差。理論上ADC的讀數(shù)與輸入電壓之間的關(guān)系應(yīng)該是線性的。但實際中因各種非理想因素，如半導(dǎo)體特性在不同電壓下特性不一致、信號調(diào)理電路元器件存在非線性、被測的傳感器輸出與測量物理量之間存在非線性等，都可能導(dǎo)致非線性誤

31、差。(3)SD16模塊的校準方法（2.7.5）（2.7.6）(3)SD16模塊的校準方法圖2.7.11電壓測量系統(tǒng)校準示意圖2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用例2.7.12以圖2.7.11的電壓測量系統(tǒng)為例，若對輸入信號連續(xù)地采集，基準源、ADC、CPU這3個部分的功耗至少900A。假設(shè)電壓采集的結(jié)果顯示在LCD上供用戶查看。連續(xù)的采集反而導(dǎo)致顯示數(shù)字快速變化，看不清楚。采樣速度降到采樣2次到3次每秒已經(jīng)足夠，且能夠明顯地降低功耗。讓CPU休眠在LPM3模式，用BasicTimer每1/2s喚醒CPU進行采樣及處理工作。在采樣前才打開基準源，采樣后及時關(guān)閉

32、基準源：2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用例2.7.13以壓力測量系統(tǒng)為例(見圖2.7.6)，一般的壓力橋傳感器內(nèi)阻約1k左右，3V供電時耗電約3mA左右。若不對其電源進行控制，傳感器的功耗將遠大于單片機系統(tǒng)的功耗。3天即可耗盡一節(jié)200mAh的紐扣電池。降低功耗的方法是將壓力橋的激勵電源從VCC改為P2.2口，通過控制P2.2口的電平高低即可控制傳感器的電源間歇性開啟(見圖2.7.12)。圖2.7.12用I/O口作為電源控制2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用2.7.5SD16模塊的超低功耗應(yīng)用2.7.6SD16模塊的高精度應(yīng)用(1)Sigma-Delta型ADC的輸入級(2)電源與布線(

33、1)Sigma-Delta型ADC的輸入級圖2.7.13Sigma-Delta型ADC的輸入等效電路(1)Sigma-Delta型ADC的輸入級(1)Sigma-Delta型ADC的輸入級圖2.7.14Sigma-Delta型ADC與運放直接連接帶來的誤差(1)Sigma-Delta型ADC的輸入級圖2.7.15SD16模塊與運放的連接(2)電源與布線圖2.7.16為SD16模塊提供較高質(zhì)量的電源(2)電源與布線圖2.7.17不合理的接地帶來的誤差(2)電源與布線圖2.7.18合理的接地2.7.7SD16模塊的內(nèi)部溫度傳感器(1)溫度傳感器的使用()溫度傳感器的校準(1)溫度傳感器的使用（2.

34、7.7）（2.7.8）（2.7.9）（2.7.10）()溫度傳感器的校準上述溫度公式是在理想狀況下求得的，實際上ADC、溫度傳感器都存在誤差，需要進行校準。圖2.7.19溫度近似校準方法()溫度傳感器的校準2.816位定時器TimerA2.8.1TimerA定時器主計數(shù)模塊的結(jié)構(gòu)與原理2.8.2TimerA定時器的捕獲模塊2.8.3TimerA定時器的比較模塊2.8.4TimerA定時器的中斷2.8.5TimerA定時器的應(yīng)用2.8.1TimerA定時器主計數(shù)模塊的結(jié)構(gòu)與原理圖2.8.1主計數(shù)器部分結(jié)構(gòu)2.8.1TimerA定時器主計數(shù)模塊的結(jié)構(gòu)與原理2.8.1TimerA定時器主計數(shù)模塊的結(jié)

35、構(gòu)與原理圖2.8.2TimerA的3種計數(shù)模式示意圖例2.8.1在MSP430單片機中，為TimerA配置時鐘源及工作模式，使TimerA在無需CPU干預(yù)的情況下，每隔1.3125s溢出一次(假設(shè)SMCLK=MCLK=1.048576MHz，ACLK=32.768kHz)。2.8.2TimerA定時器的捕獲模塊圖2.8.3TimerA捕獲/比較模塊結(jié)構(gòu)圖2.8.2TimerA定時器的捕獲模塊例2.8.3在MSP430F42x單片機中，捕獲3路信號。要求其中從P1.0輸入的方波上升沿出發(fā)捕獲邏輯，P1.2輸入方波下降沿觸發(fā)捕獲，P2.0輸入方波上下沿都觸發(fā)捕獲。假設(shè)主計數(shù)器用ACLK作為時鐘，連

36、續(xù)計數(shù)模式，為TimerA及3個捕獲模塊配置寄存器：2.8.3TimerA定時器的比較模塊()模式0(電平輸出)(2)模式1與模式5(單脈沖輸出) ()模式3與模式7(PWM輸出)()模式2與模式6(帶死區(qū)的PWM輸出)()模式4(可變頻率輸出、移相輸出)2.8.3TimerA定時器的比較模塊()模式0(電平輸出)例2.8.4在MSP430F42x單片機中，利用輸出模式0，通過軟件將TA2管腳(P2.0)置高或置低：(2)模式1與模式5(單脈沖輸出)圖2.8.4利用OUTMODE 1、5產(chǎn)生單脈沖的原理()模式3與模式7(PWM輸出)圖2.8.5PWM控制輸出功率的原理()模式3與模式7(PW

37、M輸出)圖2.8.6利用OUTMODE 3、7產(chǎn)生單脈沖的原理例2.8.6在MSP430F42x單片機中，P1.2口(TA1)與P2.0口(TA2)通過晶體管控制兩只燈泡的亮度。要求從P1.2(TA1)管腳輸出占空比75%的PWM調(diào)制波形，從P2.0(TA2)管腳輸出占空比50%的PWM調(diào)制波形，頻率約為100Hz。()模式2與模式6(帶死區(qū)的PWM輸出)圖2.8.7逆變器中的PWM死區(qū)示意圖()模式2與模式6(帶死區(qū)的PWM輸出)圖2.8.8用模式2、6產(chǎn)生帶死區(qū)的PWM波形例2.8.8用MSP430F42x單片機驅(qū)動圖2.8.7所示的逆變電路，要求輸出交流電頻率400Hz左右，正負半周各占

38、50%時間，死區(qū)時間2s左右。假設(shè)SMCLK=1.048576MHz。()模式4(可變頻率輸出、移相輸出)圖2.8.9用輸出模式4產(chǎn)生3路移相波形例2.8.11如圖2.8.10c所示，在MSP430F42x單片機中，通過P1.0(TA0)輸出管腳驅(qū)動一只紅外發(fā)射管，發(fā)出38kHz調(diào)制的紅外線。假設(shè)SMCLK=4.194304MHz。圖2.8.10TA輸出驅(qū)動不同負載的幾個例子例2.8.11如圖2.8.10c所示，在MSP430F42x單片機中，通過P1.0(TA0)輸出管腳驅(qū)動一只紅外發(fā)射管，發(fā)出38kHz調(diào)制的紅外線。假設(shè)SMCLK=4.194304MHz。2.8.4TimerA定時器的中斷

39、TimerA3定時器的下列4種事件均能產(chǎn)生中斷：1)主計數(shù)值計滿(或計至TACCR0)后復(fù)位，TAIFG標志被置1。2)捕獲通道0發(fā)生捕獲事件，或主計數(shù)值TAR計至TACCR0(計數(shù)值從TACCR0-1跳至TACCR0的時刻)，TACCTL0寄存器內(nèi)的CCIFG標志被置1。3)捕獲通道1發(fā)生捕獲事件，或主計數(shù)值TAR計至TACCR1(計數(shù)值從TACCR1-1跳至TACCR1的時刻)，TACCTL1寄存器內(nèi)的CCIFG標志被置1。4)捕獲通道2發(fā)生捕獲事件，或主計數(shù)值TAR計至TACCR2(計數(shù)值從TACCR2-1跳至TACCR2的時刻)，TACCTL2寄存器內(nèi)的CCIFG標志被置1。2.8.4TimerA定時器的中斷2.8.5TimerA定時器的應(yīng)用()周期性定時()比較模塊的應(yīng)用()測量時間間隔()計數(shù)器應(yīng)用()PWM閉環(huán)控制應(yīng)用()PWM作為DAC應(yīng)用()捕獲模式的應(yīng)用()周期性定時定時器的基本功能就是計時，計至定時條件滿足時，產(chǎn)生中斷。在定時中斷內(nèi)，執(zhí)行某些需要嚴格時間間隔的程序，如LED的循環(huán)掃描、ADC定時采樣、定時掃描鍵盤等()比較模塊的應(yīng)用除了主計數(shù)器之外，TimerA定時器還具有3個(部分單片機有5個)捕獲/比較模塊。在比較模式下，能設(shè)置3個(或5個)觸發(fā)值，一旦主計數(shù)器計至這些觸發(fā)值，也會產(chǎn)生中斷，這使得在計數(shù)、定時的過程中能夠?qū)τ嫈?shù)值作靈活的處理。()測量時間