《MSP430系列超低功耗單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件第5章

第5章MSP430系列單片機(jī)片內(nèi)外圍模塊

5.1MSP430系列單片機(jī)的時(shí)鐘模塊與低功耗結(jié)構(gòu)

5.2MSP430系列單片機(jī)的各種端口

5.3定時(shí)器

5.4硬件乘法器

5.5FLASH存儲器模塊

5.6比較器A5.7DMA控制器

5.8MSP430系列單片機(jī)的通用串行通信模塊

5.9MSP430系列單片機(jī)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

5.10MSP430系列單片機(jī)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊

5.11MSP430系列單片機(jī)液晶驅(qū)動(dòng)模塊

習(xí)題

5.1MSP430系列單片機(jī)的時(shí)鐘模塊與低功耗結(jié)構(gòu)

5.1.1時(shí)鐘模塊

MSP430系列單片機(jī)的時(shí)鐘模塊由高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、數(shù)字控制振蕩器DCO、鎖頻環(huán)FLL以及鎖頻環(huán)增強(qiáng)版本FLL+等部分構(gòu)成。不同系列單片機(jī)所包含的時(shí)鐘模塊不完全相同，但是各系列不同基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊均可輸出ACLK(輔助時(shí)鐘)、MCLK(主系統(tǒng)時(shí)鐘)和SMCLK(子系統(tǒng)時(shí)鐘)3種不同頻率，如圖5-1所示。

圖5-1MSP430的時(shí)鐘

1.時(shí)鐘模塊概述

時(shí)鐘信號是定時(shí)操作的基本信號。在系統(tǒng)的時(shí)鐘作用下，單片機(jī)內(nèi)各部件可以有條不紊地自動(dòng)工作。

在數(shù)字系統(tǒng)中，系統(tǒng)功耗與頻率成正比，所以實(shí)際應(yīng)用中常希望系統(tǒng)能夠具有滿足節(jié)能要求的低頻系統(tǒng)時(shí)鐘，也能夠具有快速響應(yīng)事件請求的高頻系統(tǒng)時(shí)鐘。MSP430單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)計(jì)滿足了這些不同的要求：

高頻率，用于對系統(tǒng)硬件需求和外部事件快速響應(yīng)。

低頻率，用于降低電流消耗。

穩(wěn)定的頻率，以滿足定時(shí)應(yīng)用，如實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC。

低Q值振蕩器，用于保證開始及停止操作最小時(shí)間延遲。

各種時(shí)鐘的頻率應(yīng)由設(shè)計(jì)者根據(jù)所需模塊、處理速度等的實(shí)際需要以及對功耗的要求來綜合考慮。MSP430采用了一個(gè)低頻晶體振蕩器，并將其倍頻至標(biāo)稱的工作頻率范圍，即

MSP430通過鎖頻環(huán)FLL以及增強(qiáng)鎖頻環(huán)FLL+等部件，將晶振頻率倍頻至系統(tǒng)頻率。數(shù)字控制振蕩器DCO和鎖相環(huán)FLL技術(shù)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。在晶體振蕩器失效時(shí)，DCO可自動(dòng)用于系統(tǒng)時(shí)鐘。MSP430所有器件都有時(shí)鐘模塊，都可以實(shí)現(xiàn)超低功耗應(yīng)用。

MSP430X1XX系列單片機(jī)基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu)如圖5-2所示，其中MSP430X11X與MSP430X12X內(nèi)部沒有XT2高頻振蕩器。

圖5-2MSP430F13X/14X基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊結(jié)構(gòu)

MSP430X1XX基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊有以下3個(gè)時(shí)鐘輸入源。

LFXT1CKL為低頻時(shí)鐘源，由32768Hz晶體、標(biāo)準(zhǔn)晶體或陶瓷諧振器以及外接450kHz～8MHz時(shí)鐘源產(chǎn)生。

XT2CLK為高頻時(shí)鐘源，由標(biāo)準(zhǔn)晶體、陶瓷諧振器或外接450kHz～8MHz時(shí)鐘源產(chǎn)生。

DCOCLK為片內(nèi)數(shù)字控制RC振蕩器，經(jīng)常用作系統(tǒng)和外設(shè)的時(shí)鐘信號。

DCOCLK可提供3種時(shí)鐘信號：

ACLK(輔助時(shí)鐘)。ACLK是LFXT1CLK信號經(jīng)1、2、4、8分頻后得到的。ACLK可由軟件選作各外圍模塊的時(shí)鐘信號，一般用于低速外設(shè)。

MCLK(系統(tǒng)主時(shí)鐘)。MCLK可由軟件選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK、DOCCLK三者之一，然后經(jīng)1、2、4、8分頻得到。MCLK主要用于CPU和系統(tǒng)。

SMCLK(子系統(tǒng)時(shí)鐘)。SMCLK可由軟件選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK和DOCCLK其中之一，然后經(jīng)1、2、4、8分頻得到。SMCLK主要用于高速外圍模塊。

根據(jù)不同的應(yīng)用要求和系統(tǒng)條件，MSP430X14X、MSP430F15X、MSP430F4XX等系列器件可以通過端口引腳在外部使用ACLK、SMCLK和MCLK時(shí)鐘信號。

系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)的工作電壓密切相關(guān)。某些應(yīng)用中可能需要較高的工作電壓，所以也需要系統(tǒng)提供相應(yīng)較高的頻率，系統(tǒng)頻率和系統(tǒng)工作電壓之間的關(guān)系如圖5-3所示。

圖5-3頻率和工作電壓的關(guān)系

2.低速晶體振蕩器

MSP430系列的每種產(chǎn)品中都含有低速晶體振蕩器——LFXT1。LFXT1振蕩器默認(rèn)工作模式是32768Hz低頻模式，32768Hz晶振通過XIN和XOUT兩個(gè)引腳連接，所有保證工作穩(wěn)定的元件和移相電容都集成在芯片中，這樣可降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)功耗。LFXT1也可以通過外接450kHz～8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，這時(shí)兩個(gè)引腳還需外接電容，電容大小應(yīng)根據(jù)晶體或振蕩器特性來選擇。

LFXT1的邏輯控制如圖5-4所示。發(fā)生有效的上電清除信號PUC后，LFXT1振蕩器開始工作。一次有效PUC信號可以將SR寄存器(狀態(tài)寄存器)中的OSCOFF位復(fù)位，即允許LFXT1工作。如果LFXT1CLK信號沒有用作SMCLK或MCLK信號，也可以通過軟件置位OSCOFF，以禁止LFXT1工作。

圖5-4LFXT1振蕩器邏輯控制圖

3.高速晶體振蕩器

高速振蕩器即第二振蕩器XT2，主要存在于X13X，X14X，X15X，X16X，X43X，X44X等器件中，它的工作特性與LFXT1振蕩器工作在高頻模式時(shí)類似，時(shí)鐘信號XT2CLK由它產(chǎn)生。XT2的邏輯控制如圖5-5所示，如果XT2CLK信號沒有用作時(shí)鐘MCLK和SMCLK，可以通過置位控制位XT2OFF(BCSCTL1)關(guān)閉XT2。

圖5-5XT2的邏輯控制圖

4.DCO振蕩器

MSP430的兩個(gè)外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號都可以經(jīng)1、2、4、8分頻后用做系統(tǒng)主時(shí)鐘MCLK。如果振蕩器失效，DCO振蕩器會(huì)自動(dòng)被選作MCLK的時(shí)鐘源，因此由振蕩器失效引起的NMI中斷請求可以得到響應(yīng)，甚至在CPU關(guān)閉的情況下也能得到處理。MSP430可以讓任意被允許的中斷請求在低功耗模式下得到服務(wù)，甚至在LPM4模式下。MCLK在中斷服務(wù)時(shí)自動(dòng)有效。

DCO振蕩器是一個(gè)可數(shù)字控制的RC振蕩器，它的頻率隨供電電壓、環(huán)境溫度的變化而變化，具有一定的不穩(wěn)定性。DCO頻率可以通過DCO控制寄存器中的控制位來增強(qiáng)振蕩頻率的穩(wěn)定性。

當(dāng)DCO信號沒有用作SMCLK和MCLK時(shí)鐘信號時(shí)，可以用狀態(tài)寄存器SR中的控制位SCG0關(guān)閉直流發(fā)生器，直流發(fā)生器消耗的電流定義了DCOCLK的基本頻率。DCO的控制邏輯如圖5-6所示。

圖5-6DCO的控制邏輯

在信號復(fù)位(PUC)之后，由DCOCLK作MCLK的時(shí)鐘信號，根據(jù)需要可將MCLK的時(shí)鐘源另外設(shè)置為LFXT1或者XT2，設(shè)置順序如下：

①復(fù)位OSCOFF；

②清除OFIFG；

③延時(shí)等待至少50μs；

④再次檢查OFIFG，如果仍然置位，則重復(fù)①～④步驟，直到OFIFG=0為止。

程序如下：

;SelectLFXT1(HFmode)forMCLK

BIC#OSCOFF，SR；Turnonosc.

BIS.B#XTS,BCSCTL1；HFmode

L1BIC.B#OFIFG,&IFG1；ClearOFIFG

MOV#OFFH,R15；Delay

L2 DECR15

JNZL2

BIT.B#OFIFG,&IFG1 ；Re-testOFIFG

JNZL1 ；Repeattestifneeded

BIS.B#SELM1+SELM0,&BCSCTL2 ；SelectLFXT1CLK

5.基本時(shí)鐘模塊失效操作

基本時(shí)鐘模塊具有振蕩器失效檢測功能。振蕩器失效檢測器是能夠監(jiān)控LFXT1CLK(在HF模式)和XT2CLK的一個(gè)模擬電路。當(dāng)任意一個(gè)時(shí)鐘信號在大約50μs內(nèi)不出現(xiàn)時(shí)，可以檢測出振蕩器失效。當(dāng)檢測到振蕩器失效并且在MCLK來源于LFXT1(在HF模式)或XT2時(shí)，DCO振蕩器會(huì)自動(dòng)被選作MCLK的時(shí)鐘源，因此在振蕩器失效的情況下，代碼可以繼續(xù)執(zhí)行。

6.基本時(shí)鐘模塊寄存器

這里以MSP430F1XX系列為例，介紹時(shí)鐘模塊的3個(gè)控制寄存器，如表5-1所示。

表5-1MSP430F1XX時(shí)鐘模塊寄存器

(1)?DCOCTL：DCO控制寄存器，用戶可以通過靈活設(shè)置DCOCTL得到所需頻率。各位定義如下：

DCO.0～DCO.2：定義8種頻率之一，可分段調(diào)節(jié)DCOCLK頻率，相鄰兩種頻率相差10%。而頻率由注入直流發(fā)生器的電流定義。

MOD.0～MOD.4：定義在32個(gè)DCO周期中插入的fDCO+1周期個(gè)數(shù)，而在余下的DCO周期中為fDCO周期，控制切換DCO和DCO+1選擇的兩種頻率。如果DCO常數(shù)為7，則已選擇最高頻率，此時(shí)不能用MOD.0～MOD.4進(jìn)行調(diào)整。

(2)?BCSCTL1：基本時(shí)鐘系統(tǒng)控制寄存器1。其各位定義如下：

XT2OFF：控制XT2振蕩器的開啟與關(guān)閉。

0XT2振蕩器開啟；

1XT2振蕩器關(guān)閉(默認(rèn)XT2關(guān)閉)。XTS：控制LFXT1工作模式，選擇需結(jié)合實(shí)際晶體振蕩器連接情況。

0LFXT1工作在低頻模式(默認(rèn)低頻模式)；

1LFXT1工作在高頻模式(必須連接有相應(yīng)高頻時(shí)鐘源)。

DIVA.0DIVA.1：控制ACLK分頻。

XT5V：此位需為０。Rsel.0，Rsel.1，Rsel.2：

三位控制某個(gè)內(nèi)部電阻以決定標(biāo)稱頻率。

圖5-7DCO頻率的調(diào)整

(3)?BCSCTL2：基本時(shí)鐘系統(tǒng)控制寄存器2。各位定義如下：

SELM.0,SELM.1：選擇MCLK時(shí)鐘源。

DIVM.0，DIVM.1：選擇MCLK分頻。

SELS：選擇SMCLK時(shí)鐘源。

0時(shí)鐘源為DCOCLK(默認(rèn)時(shí)鐘源)；

1片內(nèi)有XT2的，時(shí)鐘源為XT2CLK，片內(nèi)無XT2的，時(shí)鐘源為LFXT1CLK。

DIVS.0，DIVS.1：選擇SMCLK分頻。

DCOR：選擇DCO電阻。

0內(nèi)部電阻；

1外部電阻。

7.MSP430F4XX系列時(shí)鐘模塊

MSP430F4XX系列的時(shí)鐘模塊中使用了增強(qiáng)型鎖頻環(huán)技術(shù)FLL+，時(shí)鐘模塊同樣有DCO、LFXT1振蕩器和LFXT2振蕩器(41/42系列沒有LFXT2振蕩器)，硬件可自動(dòng)調(diào)整DCO頻率，支持時(shí)鐘配置的超低功耗應(yīng)用，可以在低頻振蕩器的驅(qū)動(dòng)下得到較高的穩(wěn)定頻率。

如圖5-8所示，MSP430F4XX的時(shí)鐘模塊的3個(gè)時(shí)鐘源(LFXT1CLK、

XT2CLK、DCOCLK)可提供4種時(shí)鐘信號：

ACLK(輔助時(shí)鐘)：ACLK來自LFXT1CLK信號，ACLK可由軟件選作各外圍模塊的時(shí)鐘信號，一般用于低速外設(shè)。

ACLK/n：ACLK經(jīng)1、2、4、8分頻后由引腳P1.5輸出，僅供外部電路使用。這可保證MSP430F4XX和MSP430X1XX系列的時(shí)鐘系統(tǒng)相兼容。

MCLK(系統(tǒng)主時(shí)鐘)：MCLK可由軟件選擇來自LFXT1CLK、XT2CLK(器件具有XT2CLK)和DCOCLK三者之一，然后經(jīng)1、2、4、8分頻得到。MCLK主要用于CPU和

系統(tǒng)。

圖5-8MSP430F4XX時(shí)鐘模塊

SMCLK(子系統(tǒng)時(shí)鐘)：可由軟件選擇來自XT2CLK(器件具有XT2CLK)和DCOCLK，SMCLK主要用于高速外圍模塊。

MSP430系列FLL+時(shí)鐘系統(tǒng)支持以下情況：

快速響應(yīng)硬件要求或者外部事情請求，設(shè)為高頻率(DCO/FLL+XT1)。

降低電流消耗，設(shè)為低頻率(LF)。

定時(shí)應(yīng)用時(shí)采用穩(wěn)定的外部時(shí)鐘源。

允許最短延遲時(shí)間啟動(dòng)

——?停止操作(DCO)。

1)?FLL+運(yùn)行模式

當(dāng)RC振蕩器受溫度和壓力的影響而使頻率發(fā)生偏移時(shí)，F(xiàn)LL+通過比較ACLK和DCOCLK/(N+1)的大小，由頻率積分器產(chǎn)生一個(gè)10位的頻率偏差，積分器根據(jù)這個(gè)偏差控制調(diào)整DCOCLK的頻率，形成一個(gè)調(diào)整反饋環(huán)。DCO頻率積分器的輸出可以在SCFI0和SCFI1中讀出。計(jì)數(shù)器在每個(gè)ACLK周期進(jìn)行+1或-1調(diào)整。頻率積分器的10位是由硬件自動(dòng)調(diào)節(jié)的，其中5位由DCO的頻率周期選擇，5位由調(diào)制器控制。在每32個(gè)DCOCLK時(shí)鐘周期中,周期累加的變化可以通過調(diào)制器混合相鄰兩個(gè)DCOCLK周期來克服，如圖5-9所示。如果寄存器SCFQCTL1中的控制位M置位，調(diào)制器被禁止，臨近的DCO周期不被混合。當(dāng)狀態(tài)寄存器(SR)的控制位SCG0=1時(shí)，F(xiàn)LL+停止操作。

圖5-9調(diào)制器操作

鎖相環(huán)技術(shù)使DCOCLK的頻率非常穩(wěn)定，F(xiàn)LL+和DCO結(jié)合具有快速啟動(dòng)和數(shù)控信號的特點(diǎn)：

快速啟動(dòng)時(shí)，MSP430F4XX的DCO振蕩器的響應(yīng)時(shí)間小于6μs，可支持長睡眠周期和突發(fā)事件的相應(yīng)。

數(shù)控信號。DCO振蕩器啟動(dòng)時(shí)有相同的設(shè)置，這就使正常運(yùn)行時(shí)不需要很長的鎖定周期。

2)

FLL+失效控制

MSP430的硬件電路能夠檢測振蕩器是否失效。一般當(dāng)振蕩器丟失在約100個(gè)振蕩周期時(shí)設(shè)置振蕩器失效標(biāo)志OscFault。OscFault標(biāo)志令振蕩器失效中斷標(biāo)志OFIFG置位，F(xiàn)LL+振蕩器失效邏輯如圖5-10所示。

圖5-10FLL+振蕩器邏輯

FLL+振蕩器有以下4種失效情況：

XT2OF：XT2振蕩器失效。

XT1OF：LFXT1振蕩器在高頻模式(HF)下失效。

LFOF：LFXT1振蕩器在低頻模式(LF)下失效。

DCOF：DCO振蕩器失效。

FLL+振蕩器失效會(huì)影響特殊功能振蕩器的OFIFG和OFIE兩個(gè)控制位。只要振蕩器失效，振蕩失效信號就會(huì)使OFIFG標(biāo)志置位，如果OFIE也置位，振蕩失效中斷將請求一個(gè)非屏蔽中斷，非屏蔽中斷被響應(yīng)后，OFIE自動(dòng)復(fù)位。OFIE的初始狀態(tài)是復(fù)位的，即使有振蕩失效情況發(fā)生也不會(huì)有振蕩失效請求中斷。其中，振蕩器失效中斷允許位(OFIE)位于中斷允許寄存器IE1的1位；振蕩器失效中標(biāo)志位(OFIFG)位于中斷寄存器IFG1的1位。

振蕩器只可由單獨(dú)的允許位OFIE屏蔽，即使通用中斷允許GIE復(fù)位也不能禁止。用戶在使用過程中，通常在PUC后必須編制一段程序來識別或設(shè)置振蕩器狀態(tài)，以防止因振蕩故障信號有效而將OFIFG永久置位。由于PUC將OFIE復(fù)位，因此，這時(shí)不會(huì)發(fā)生中斷請求。當(dāng)從振蕩器故障來的中斷請求被接受時(shí)，中斷允許位OFIE自動(dòng)復(fù)位以阻止繼續(xù)到來的中斷請求，直到軟件做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)使振蕩器故障信號失效，在到達(dá)這一狀態(tài)后，OFIE可以按模塊中斷一般規(guī)則重新置位。振蕩器故障事件不受通用中斷允許位的影響。

中斷標(biāo)志OFIFG也用于在中斷服務(wù)程序的開始識別中斷源。OFIFG的置位與NMI事件無關(guān)，它的作用是支配性的。

當(dāng)中斷請求被接受得到服務(wù)時(shí)，中斷標(biāo)志OFIFG仍保持置位。這是強(qiáng)制性的，因?yàn)樗桥cNMI中斷一起構(gòu)成多源中斷，并要指示軟件處理振蕩器故障事件。首先服務(wù)OFIFG的條件使得這一事件的優(yōu)先級比NMI事件更高。

3)?MSP430F4XX時(shí)鐘模塊寄存器

MSP430F4XX時(shí)鐘模塊寄存器如表5-2所示，這些控制寄存器都是字節(jié)形式的，必須以字節(jié)指令來訪問。

表5-2MSP430F4XX時(shí)鐘模塊寄存器

(1)?SCFQCTL：系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器。各位定義如下：

M：調(diào)制器使能控制位。

0調(diào)制器使能；

1調(diào)制器禁止。

N：DCOCLK倍數(shù)選擇位。若DCO+=0，則FDCOCLK=(N+1)×fcrystal；若DCO+=1，則FDCOCLK=D×(N+1)×fcrystal。在PUC信號后，如果ACLK?=?32768Hz，SCFQCTL的值默認(rèn)為31，DCO+=0，SMCLK和MCLK為：32?×?fcrystal=1.048576MHz。

(2)?SCFI0：系統(tǒng)頻率積分寄存器0。各位定義如下：

MODx(LSBx)：是10位DCOCLK頻率調(diào)整參數(shù)的最后兩位，含義見SCFI1寄存器部分。這10位DCOCLK頻率調(diào)整參數(shù)由FLL+硬件自動(dòng)完成。

FLLDx：FFL+環(huán)分頻系數(shù)D，DCOCLK在FLL+反饋環(huán)中被分頻。

00不分頻；

012分頻；

104分頻；

118分頻。

表5-3頻率的可調(diào)整范圍

DCOCLK的頻率由軟件來確定，如果狀態(tài)寄存器中的控制位SCG1復(fù)位，則DCOCLK有效，如果SCG1置位，則DCOCLK停止。控制位FN_8、FN_4、FN_3、FN_2可以調(diào)整DCOCLK的范圍。如果根據(jù)目標(biāo)頻率需要對FN_X位進(jìn)行改變，可增加D或者設(shè)置DCO+，以下幾個(gè)步驟可以確保頻率不會(huì)超出系統(tǒng)所允許的最高頻率。

保證FLL+鎖定位(SCG0在狀態(tài)寄存器中)并把它置位，關(guān)閉反饋環(huán)控制。

把新數(shù)值裝入調(diào)整寄存器SCFQCTL(調(diào)整位M，乘數(shù)N)。

將DCO控制位置位，調(diào)整器高位置位：SCFI1=0FH，使得芯片以盡可能低的頻率工作。

選擇DCO+控制位為１或者0。

將控制寄存器SCFI0裝入新的數(shù)值。

還原或設(shè)置FLL+控制位。

(3)?SCFI1：系統(tǒng)頻率積分寄存器1。各位定義如下：

DCOx：DCOCLK頻率周期控制，這5位控制DCOCLK頻率周期的29種組合(最高4種相同)，每一個(gè)組合比前一個(gè)高10%。

MODx：調(diào)制器控制位的高3位，低2位在寄存器SCFI0中，這3位控制32種可能的周期混合方式。

(4)?FLL_CTL0：FLL+控制寄存器0。各位定義如下：

DCO+：DCO用作MCLK或SMCLK前是否需要預(yù)分頻選擇位。

0不分頻；

1分頻。XTS_FLL：LFXT1模式選擇位。

0低頻模式；

1高頻模式。

OscCap：振蕩器電容選擇位。

001pF；

016pF；

108pF；

1110pF。

XT2OF：XT2振蕩器失效標(biāo)志位(MSP430F41/42中沒有XT2)。

0沒有失效；

1失效。

XT1OF：LFXT1振蕩器在高頻模式(HF)下失效標(biāo)志位。

0沒有失效；

1失效。

LFOF：LFXT1振蕩器在低頻模式(LF)下失效標(biāo)志位。

0沒有失效；

1失效。

DCOF：DCO振蕩器失效標(biāo)志位。

0沒有失效；

1失效。

(5)?FLL_CTL1：FLL+控制寄存器1。各位定義如下：

SMCLKOFF：時(shí)鐘信號SMCLK關(guān)閉控制位。

0打開SMCLK；

1

關(guān)閉SMCLK。

XT2OFF：XT2振蕩器關(guān)閉控制位。如果XT2沒有被用做MCLK(SELM≠2或CPUOFF=1)或SMCLK(SELS=0或者SMCLKOFF=1)，則關(guān)閉XT2。

0打開XT2；

1關(guān)閉XT2。

SELMx：MCLK時(shí)鐘源選擇位。

00DCOCLK；

01DCOCLK；

10XT2CLK；

11LFXT1CLK。

SELS：SMCLK時(shí)鐘源選擇位。

0DCOCLK；

1XT2CLK。

FLL_DIV：LFXT1頻率的分頻因子選擇位。

00不分頻；

012分頻；

104分頻；

118分頻。

8.基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊應(yīng)用舉例

例5.1

設(shè)MCLK=XT2，SMCLK=DCOCLK，將MCLK由P5.4口輸出。

程序如下：

#include"msp430x14x.h"

voidmain(void)

{

unsignedinti;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止WDT

P5DIR|=0x10;

//P5.4輸出

P5SEL=0x10;//P5.4用作MCLK輸出

BCSCTL1&=～XT2OFF;//XT2有效

do

{

IFG1&=～OFIFG;

//清除振蕩器失效標(biāo)志

For(i=0xFF;i>0;i=--); //穩(wěn)定時(shí)間

}

while(IFG1&OFIFG)!=0);//如果振蕩器失效標(biāo)志存在

BCSCTL2|=SELM1;

//MCLK=XT2

for(;;)

}

例5.2

設(shè)ACLK=LFXT1=?32768Hz，MCLK=(n+1)×2×ACLK，將MCLK和ACLK分別通過P1.1和P1.5輸出。

程序如下：

//測得p1.5ACLK=32.768K 輔助時(shí)鐘

//測得P1.1MCLK=7.995M 系統(tǒng)主時(shí)鐘

#include"msp430x44x.h"

voidmain(void)

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //停止看門狗

SCFI0|=FN_4;

SCFQCTL=121;//(121+1)×32768×2=7.99MHz

FLL_CTL0=DCOPLUS+XCAP18PF;

P1DIR=0x22;//P1.1和P1.5輸出

P1SEL=0x22;//P1.1和P1.5輸出

MCLK和

ACLK

while(1);

}

例5.3

設(shè)ACLK=LFXT1=32768Hz，MCLK選SCFQCTL默認(rèn)值31，SMCLK選擇XT2CLK。

//測得p1.5ACLK=32.768k 輔助時(shí)鐘

//測得P1.4SMCLK=4M 子系統(tǒng)時(shí)鐘

//測得P1.1MCLK=1.048M 系統(tǒng)主時(shí)鐘

#include"msp430x44x.h"

voidmain(void)

{

unsignedinti;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看門狗

5.1.2低功耗結(jié)構(gòu)

1.低功耗控制

當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器基本功能建立以后，CPU中狀態(tài)寄存器SR中的SCG1、SCG2、OSCOFF和CPUOFF位就是重要的低功耗控制位。各控制位的作用如下：

SCG1：當(dāng)SCG1復(fù)位時(shí)，使能SMCLK；SCG1置位則禁止SMCLK。

SCG0：當(dāng)SCG0復(fù)位時(shí)，直流發(fā)生器被激活，只有SCG0被置位且DCOCLK信號沒有用作MCLK或SMCLK，直流發(fā)生器才能被禁止。當(dāng)電流關(guān)閉(SCG0=0)時(shí)，DCO的啟動(dòng)有些延遲，延遲時(shí)間在μs范圍內(nèi)(具體看器件參數(shù))。

OSCOFF：當(dāng)OSCOFF復(fù)位時(shí)，LFXT1晶體振蕩器被激活，只有當(dāng)OSCOFF被置位且不用于MCLK或SMCLK時(shí)，LFXT1晶體振蕩器才能被禁止。當(dāng)使用振蕩器關(guān)閉選項(xiàng)OSCOFF時(shí)，需要考慮晶體振蕩器的啟動(dòng)設(shè)置時(shí)間。

CPUOFF：當(dāng)OSCOFF復(fù)位時(shí)，用于CPU的時(shí)鐘信號MCLK被激活；當(dāng)CPUOFF置位時(shí)，MCLK停止。

2.系統(tǒng)工作模式

MSP430系列單片機(jī)有6種不同的工作模式，包括1種活動(dòng)模式和5種低功耗模式。MSP430工作模式是通過控制位SCG0、SCG1、OSCOFF、CPUOFF來設(shè)置實(shí)現(xiàn)的，如表5-4所示。在各種工作模式下，時(shí)鐘系統(tǒng)所產(chǎn)生的3種時(shí)鐘活動(dòng)狀態(tài)也是各不相同的。

表5-4各種工作模式、各控制位及時(shí)鐘的活動(dòng)狀態(tài)

圖5-11MSP430工作模式狀態(tài)圖

圖5-12各種工作模式下MSP430的耗電情況

3.超低功耗的運(yùn)行與管理

MSP430工作模式通過模塊的智能化運(yùn)行管理和CPU的狀態(tài)組合來支持超低功耗各種要求。MSP430的低功耗特性既可以保持工作狀態(tài)，又可以根據(jù)要求工作。系統(tǒng)的這些低功耗特性是靠系統(tǒng)對中斷的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。

MSP430系列單片機(jī)各個(gè)模塊運(yùn)行完全是獨(dú)立的，定時(shí)器、I/O、A/D轉(zhuǎn)換、看門狗、液晶顯示器等都可以在主CPU休眠的狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)需要主CPU工作時(shí)，任何一個(gè)模塊都可以通過中斷喚醒CPU，從而使系統(tǒng)以最低功耗運(yùn)行。這一點(diǎn)是MSP430系列單片機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)，也是與其他單片機(jī)的最大區(qū)別。

在通常情況下，根據(jù)需要可使用軟件將CPU設(shè)定到某一種低功耗工作模式下，在需要時(shí)再使用中斷將CPU從休眠狀態(tài)中喚醒，完成工作之后又可以進(jìn)入相應(yīng)的休眠狀態(tài)，CPU只工作于突發(fā)狀態(tài)。

根據(jù)運(yùn)行需要，MSP430可以通過中斷事件從各種低功耗模式轉(zhuǎn)化到活動(dòng)模式，又可以從活動(dòng)模式進(jìn)入相應(yīng)的低功耗方式(LPM0，LPM3或LPM4)。基于一般的低功耗原則，對于MSP430系列單片機(jī)在設(shè)計(jì)中還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

最大化LPM3的時(shí)間，用32768Hz晶振作為ACLK時(shí)鐘，DCO用于CPU激活后的突發(fā)短暫運(yùn)行。

用接口模塊代替軟件驅(qū)動(dòng)功能。

避免頻繁的子程序和函數(shù)調(diào)用。

盡可能直接用電池供電。

盡量用快速查表代替冗長的軟件計(jì)算。在軟件計(jì)算中使用單周期的CPU寄存器。

將不用的FETI輸入端接到VSS。

JTAG端口TMS、TCK和TDI不要連接到VSS。

CMOS輸入端不能有浮空節(jié)點(diǎn)，將所有的輸入端接適當(dāng)電平。

不論對于內(nèi)核還是對于外圍模塊，選擇盡可能低的運(yùn)行頻率，如果不影響功能應(yīng)設(shè)計(jì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

用中斷控制程序運(yùn)行。

系統(tǒng)響應(yīng)中斷的過程如下。

(1)硬件自動(dòng)中斷服務(wù)。

PC入棧。

SR入棧。

中斷向量賦給PC。

GIE，CPUOFF，OSCOFF和SCG1清除。

IFG標(biāo)志位清除(單源中斷標(biāo)志)。

(2)執(zhí)行中斷處理子程序。

(3)執(zhí)行RETI指令(中斷返回)。

SR出棧(恢復(fù)原來的標(biāo)志)。

PC出棧。

系統(tǒng)響應(yīng)中斷時(shí)的堆棧情況如圖5-13。

通過對系統(tǒng)響應(yīng)的中斷過程分析，可以更加深刻地認(rèn)識MSP430系列單片機(jī)的低功耗特性。

中斷將CPU從休眠狀態(tài)中喚醒。在中斷處理過程中可以自動(dòng)對控制位GIE、CPUOFF、OSCOFF和SCG1清除，從而使CPU進(jìn)入活動(dòng)模式。

系統(tǒng)低功耗模式的保持。中斷響應(yīng)時(shí)可以將SR入棧保存，即保存了系統(tǒng)某種低功耗狀態(tài)；中斷響應(yīng)結(jié)束時(shí)，可以通過RETI指令將SR出棧，這樣就恢復(fù)了系統(tǒng)進(jìn)入中斷前的低功耗狀態(tài)；可以讓系統(tǒng)繼續(xù)保持這種低功耗狀態(tài)，直到下一次中斷事件的出現(xiàn)，系統(tǒng)進(jìn)入活動(dòng)模式開始處理中斷。

圖5-13系統(tǒng)響應(yīng)中斷時(shí)的堆棧

系統(tǒng)根據(jù)需求可以在各種低功耗模式之間切換。SR寄存器內(nèi)容能夠決定系統(tǒng)的工作模式。由系統(tǒng)響應(yīng)中斷過程可見，SR在中斷初期被入棧保存，在中斷結(jié)束時(shí)恢復(fù)出棧，繼續(xù)控制系統(tǒng)的工作模式，所以可以在中斷處理子程序過程中，根據(jù)中斷結(jié)束之后要進(jìn)入的工作模式，對SR內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，這樣當(dāng)前事件處理完畢，執(zhí)行RETI指令時(shí)，系統(tǒng)就能按照出棧的SR內(nèi)容進(jìn)入另一種工作模式。

例如：系統(tǒng)初始化完畢之后工作于低功耗模式0，中斷事件觸發(fā)到活動(dòng)模式，中斷處理結(jié)束后進(jìn)入到低功耗模式3，只有程序代碼中單位時(shí)間到之后，才能觸發(fā)一個(gè)極短暫的運(yùn)行。

5.2MSP430系列單片機(jī)的各種端口

5.2.1MSP430端口概述目前MSP430所有系列單片機(jī)的總線都不對外開放，所以端口就成為用戶可以利用的重要資源。MSP430的端口可以直接用于輸入/輸出，以實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)用，還可以為MSP430系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)備提供必要的邏輯控制信號。常見的鍵盤接口電路可以直接用端口進(jìn)行模擬，用查詢或中斷方式控制。MSP430端口主要具有以下特點(diǎn)。

1.端口類型豐富

目前產(chǎn)品中有端口P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10S和COM。產(chǎn)品因型號不同可包含上述全部或部分端口，如表5-5所示。其中MSP430X3XX系列中有P0口和三態(tài)輸出端口TP0，P0口與其它端口稍有不同，后面會(huì)具體給出說明。

表5-5MSP430的端口

2.端口功能

MSP430各端口功能如表5-6所示。

表5-6MSP430端口功能

3.端口寄存器

MSP430中不同的端口含有的控制寄存器不同，其中P1和P2具有7個(gè)寄存器，P3、P4、P5、P6具有4個(gè)寄存器。每個(gè)I/O位都可以通過編程寄存器進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，允許任意組合輸入、輸出和中斷。每個(gè)端口都可以按字節(jié)輸入、輸出，也可以按位進(jìn)行操作。其中，P0、P1和P2還可作外部中斷的輸入口使用。

4.端口數(shù)據(jù)輸出特性

微處理器輸入端口的漏電流對系統(tǒng)的耗電影響很大。MSP430單片機(jī)輸入端口的漏電流最大為50nA，遠(yuǎn)低于其它系列單片機(jī)(一般為1～10μA)。不管是灌電流還是拉電流，每個(gè)端口的輸出晶體管都能限制輸出電流(最大約6mA)，保證系統(tǒng)安全。以P1.0為例，端口低電平和高電平輸出特性如圖5-14和圖5-15所示。

圖5-14低電平輸出特性

圖5-15高電平輸出特性

5.2.2端口P0、P1和P2

端口P0、P1和P2具有輸入/輸出功能和中斷功能，每個(gè)信號都可作為一個(gè)中斷源和外部模塊功能(除P0外)。這些功能可以通過它們各自的控制寄存器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。目前，只有MSP430X3XX中有P0口。

P0口有6個(gè)寄存器用于引腳控制，P1和P2口有7個(gè)寄存器用于引腳控制。由于模塊寄存器位于低端地址，須用字節(jié)指令以絕對尋址模式訪問。下面Px代表P0、P1或P2。

(1)

PxDIR：輸入/輸出方向寄存器。

該寄存器中相互獨(dú)立的8位分別定義了8個(gè)引腳的輸入/輸出方向。8位在PUC后都被復(fù)位。當(dāng)使用輸入/輸出功能時(shí)，要先定義端口的方向，以使引腳的輸入/輸出滿足設(shè)計(jì)者的要求。當(dāng)作為輸入時(shí)，只能讀，作為輸出時(shí)則可讀可寫。

0I/O引腳被切換成輸入模式；

1I/O引腳被切換成輸出模式。

例如：

BIS.B#020H,&P0DIR

；P0.5輸出

BIS.B#001H,&P1DIR

；P1.0輸出

MOV.B#0FCH,&P2DIR

；P2低2位輸入

(2)PxIN：輸入寄存器。

輸入寄存器是掃描I/O引腳信號的只讀寄存器，通過對端口輸入寄存器進(jìn)行讀操作，可以知道I/O端口的輸入情況，用戶不能對它寫入，只能讀出。讀出時(shí)，必須設(shè)定該引腳的方向?yàn)檩斎搿Ｈ绻麑υ摷拇嫫鲗懭?，?huì)在寫操作有效期間增加電流損耗。

例如：

TST.B#01H,&P1IN ；測試P1的最低位的值

(3)PxOUT：輸出寄存器。

該寄存器為I/O端口的輸出緩沖寄存器。輸出緩存可用所有包含目的操作數(shù)的指令修改，以達(dá)到改變I/O端口狀態(tài)的目的。在讀取時(shí)，輸出緩存的內(nèi)容與引腳定義方向無關(guān)。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。

例如：

BIS.B#002h,&P0OUT ；P0.1輸出1

BIC.B#002h,&P1OUT ；P1.1輸出0

XOR.B#002h,&P2OUT ；P2.1輸出求反

(4)PxIFG：中斷標(biāo)志寄存器。

該寄存器有8個(gè)標(biāo)志位，標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有待處理中斷的信息，即相應(yīng)引腳是否有中斷請求。如果Px口的某個(gè)引腳允許中斷，則當(dāng)該引腳電平發(fā)生滿足中斷觸發(fā)沿電平要求時(shí)，PxIFG的相應(yīng)位就會(huì)置位，說明該引腳上有中斷請求產(chǎn)生。寄存器各位定義如下：

PxIFG.x：中斷標(biāo)志位。

0沒有中斷請求；

1有中斷請求。

其中，P0口的低2位標(biāo)志位在SFR的IFG1(IFG1.2和IFG1.3)中。要想得到有效的中斷請求，外部中斷事件的時(shí)間不能低于1.5倍的MCLK時(shí)間，以保證中斷請求被接受，且使相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置位。其中，P0口的中斷標(biāo)志位P0IFG.0和

P0IFG.1是單源中斷，在服務(wù)時(shí)會(huì)自動(dòng)復(fù)位，而P0IFG.2～P0IFG.7共用一個(gè)中斷向量，P1～P6口的中斷標(biāo)志PxIFG.0～PxIFG.7共用了一個(gè)中斷向量，均屬于多源中斷。當(dāng)任一事件引起的中斷進(jìn)行服務(wù)時(shí)，PxIFG.0～PxIFG.7不會(huì)自動(dòng)復(fù)位。必須用軟件來判定是對哪一個(gè)事件服務(wù)，并將相應(yīng)的標(biāo)志復(fù)位。

(5)PxIES：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。

該寄存器只有跳變才能引起中斷請求，而靜態(tài)電平則不能。若要允許Px口的某個(gè)引腳中斷，還需要定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。該寄存器的8位分別定義了Px的8個(gè)引腳的中斷觸發(fā)沿。

0對應(yīng)引腳由低到高的電平跳變(上升沿)使相應(yīng)標(biāo)志位置位；

1對應(yīng)引腳由高到低的電平跳變(下降沿)使相應(yīng)標(biāo)志位置位。

例如：

MOV.B#0FH,&P2IES；P2低4位下降沿觸發(fā)中斷

(6)PxIE：中斷使能寄存器。

該寄存器Px口的各引腳都有一位用以控制該引腳是否允許中斷。其中P0口的低2位中斷使能控制位P0IE.0和P0IE.1在SFRIE1(IE1.2和IE1.3)中。該寄存器的各位定義如下：

PxIE.x：中斷使能控制位。

0禁止該位中斷；

1允許該位中斷。例如：

MOV.B#0FH,&P2IE；P2低4位允許中斷

(7)

PxSEL：功能選擇寄存器。

P1和P2兩個(gè)端口還具有其它片內(nèi)外設(shè)備功能(P0口無此寄存器)，為減少引腳，這些功能與芯片外的聯(lián)系通過復(fù)用P1和P2引腳的方式來實(shí)現(xiàn)。P1SEL和P2SEL用來選擇引腳的I/O端口功能與外圍設(shè)備模塊功能。

0選擇引腳為I/O端口；

1選擇引腳為外圍模塊功能。

例如：

BIS.B#020H,&P1SEL；p1.5定義為外圍模塊功能

BIS.B#002H,&P2SEL；p2.1定義為外圍模塊功能

5.2.3端口P3～P10

MSP430X13/14/15/16X及MSP430X4XX等系列中含有P3、P4、P5和P6端口，MSP430X22X中部分器件有P7端口，其中部分MSP430X4XX系列中具有P7、P8、P9、P10口，P7—P8與P9—P10可以合起來作16位尋址，P7—P8定義為PA口，P9—P10定義為PB口。如P7—P8可以通過向P7SEL和P8SEL寫入字節(jié)來設(shè)置，也可以通過PASEL寫入一個(gè)字來設(shè)置。這幾個(gè)端口沒有中斷能力，其余功能同P0、P1和P2一樣，能實(shí)現(xiàn)輸入/輸出功能和外圍模塊功能。每個(gè)端口有4個(gè)寄存器：端口方向選擇寄存器(PxDIR)、輸入寄存器(PxIN)、輸出寄存器(PxOUT)和功能選擇寄存器(PxSEL)。用戶可以通過這4個(gè)寄存器實(shí)現(xiàn)對它們的操作，具體定義和用法同P1和P2口。

5.2.4端口TP0

在MSP430X3XX系列器件中，有三態(tài)輸出端口TP0。它是一個(gè)6位的端口，由以下兩個(gè)寄存器控制，分別使用低6位。

(1)

TPD：端口數(shù)據(jù)寄存器。

該寄存器中TPD.0～TPD.5的內(nèi)容為引腳TP0.0～TP0.5的輸出值。

(2)

TPE：端口允許寄存器。

該寄存器中TPE.0～TPE.5分別控制TP0.0～TP0.5的三態(tài)特性，當(dāng)TPE的相應(yīng)位置位時(shí)，TPD的內(nèi)容可以由引腳TP0輸出。當(dāng)TPE復(fù)位時(shí)，三態(tài)輸出為高阻狀態(tài)。

5.2.5端口

COM和S

端口COM和S出現(xiàn)在MSP430FX4XX等有液晶驅(qū)動(dòng)模塊的器件中，COM端口為液晶片的公共端，S端口為液晶片的段碼端。液晶片輸出端也可編程配置為數(shù)字輸出端口。詳細(xì)使用方法參見本書第5章第10節(jié)液晶驅(qū)動(dòng)模塊部分。

5.2.6端口應(yīng)用舉例

例5.4使P1.0輸出高電平。

程序代碼如下：

#include"msp430x44x.h"

voidmain(void)

{

while(1)

{

P1DIR|=0X01;

P1OUT|=0X01;//clearalltheledsdisplay

}

}

5.3定

時(shí)

器

MSP430系列定時(shí)器資源豐富，有看門狗定時(shí)器(WDT)、基本定時(shí)器(BasicTimer1)、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(8bitTimer/Counter)、定時(shí)器A(Timer_A)和定時(shí)器B(Timer_B)等。定時(shí)器可用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延遲、頻率測量、脈寬測量和信號產(chǎn)生、信號檢測等，定時(shí)器A(Timer_A)還可以作為串行接口的可編程波特率發(fā)生器，在多任務(wù)的系統(tǒng)中也可用來作為中斷信號實(shí)現(xiàn)程序的切換。MSP430系列各定時(shí)器模塊功能如表5-7所示，不同的器件所含有的定時(shí)器的個(gè)數(shù)和種類不同，在使用時(shí)應(yīng)加以注意。

表5-7各種定時(shí)器功能

5.3.1看門狗定時(shí)器

看門狗定時(shí)器(WDT)是MSP430系列單片機(jī)中用于系統(tǒng)監(jiān)測和內(nèi)部定時(shí)使用的一種模塊，當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)能使受控系統(tǒng)重新啟動(dòng)，也可作為一般內(nèi)部定時(shí)器使用?？撮T狗的主要特點(diǎn)如下。

WDT是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器。

需要口令才能對其操作。

有看門狗和定時(shí)器兩種模式。

有8種可選的定時(shí)時(shí)間。

1.WDT結(jié)構(gòu)

看門狗定時(shí)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)定時(shí)器，其主要功能是當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)能使受控系統(tǒng)重新啟動(dòng)。如果WDT超過WDT所定時(shí)的時(shí)間，則發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)不需要看門狗功能時(shí)，也可將它當(dāng)普通的定時(shí)器使用，當(dāng)?shù)竭_(dá)WDT所定時(shí)的時(shí)間時(shí)能產(chǎn)生中斷。此外，WDT還可以完全停止活動(dòng)以支持超低功耗應(yīng)用?？撮T狗定時(shí)器原理如圖5-16所示。

圖5-16看門狗定時(shí)器原理

在工業(yè)現(xiàn)場，由于供電電源，空間電磁干擾或其它原因往往會(huì)引起強(qiáng)烈的噪聲干擾。這些干擾作用于數(shù)字器件，極易使其產(chǎn)生誤動(dòng)作，引起微控制器發(fā)生“程序跑飛”事故。若不進(jìn)行有效處理，程序就不能回到正常工作狀態(tài)，從而失去應(yīng)有的控制功能。MSP430的看門狗定時(shí)器正是為了解決這類問題而設(shè)計(jì)的，尤其是在具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序任務(wù)中更為有效。當(dāng)WDT超過WDT所定時(shí)的時(shí)間時(shí)，能發(fā)生復(fù)位操作。如果通過編制程序使WDT定時(shí)時(shí)間稍大于程序執(zhí)行一遍所用的時(shí)間，并且程序執(zhí)行過程中加入對看門狗定時(shí)器清零的指令，使計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)，則當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，就會(huì)在WDT定時(shí)時(shí)間到達(dá)之前執(zhí)行WDT清零指令，不會(huì)產(chǎn)生WDT溢出。如果由于干擾使程序跑飛，則不會(huì)在WDT定時(shí)時(shí)間到達(dá)之前執(zhí)行WDT清零指令，WDT就會(huì)溢出，從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位，CPU需要重新運(yùn)行用戶程序，這樣程序就可以又恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.WDT寄存器

WDT的寄存器是由控制寄存器WDTCTL和計(jì)數(shù)單元WDTCNT組成的，它的中斷允許和中斷標(biāo)志位在SFR中。

1)計(jì)數(shù)單元WDTCNT

WDTCNT是一個(gè)16位增計(jì)數(shù)器，由MSP430所選定的時(shí)鐘電路產(chǎn)生的固定周期脈沖信號對計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。如果計(jì)數(shù)器事先被預(yù)置的初始狀態(tài)不同，那么從開始計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)溢出為止所用的時(shí)間就不同。WDTCNT不能直接通過軟件存取，必須通過看門狗定時(shí)器的控制寄存器WDTCTL(地址為0120H)進(jìn)行訪問。

2)控制寄存器WDTCTL

WDTCTL由兩部分組成，其中高8位被用作口令，低8位是對WDT操作的控制命令。要寫入操作WDT的控制命令，必須先正確寫入高字節(jié)看門狗口令，口令為5AH，如果口令寫錯(cuò)將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。在讀WDTCTL時(shí)不需要口令，可直接讀取地址120H中的內(nèi)容，讀出數(shù)據(jù)低字節(jié)為WDTCTL的值，高字節(jié)始終為69H。WDTCTL除了有看門狗定時(shí)器的控制位之外，還有兩個(gè)位用于設(shè)置NMI引腳功能。下面是WDTCTL寄存器各位的定義。

IS0，IS1：看門狗定時(shí)器的定時(shí)輸出選擇位。其中T是WDTCNT的輸入時(shí)鐘源周期。IS1IS0輸出周期

00T×215

01T×213

10T×29

11T×26SSEL：WDTCNT的時(shí)鐘源選擇位。

0SMCLK

1ACLK

WDT定時(shí)時(shí)間是由IS0、IS1及SSEL確定的，因此通過軟件對計(jì)數(shù)器設(shè)置不同的初始值，就可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的定時(shí)。WDT最多只能定時(shí)8種和時(shí)鐘源相關(guān)的時(shí)間，表5-8列出了晶振為32768Hz，SMCLK=1MHz條件下，WDT可選的定時(shí)時(shí)間。

表5-8WDT的定時(shí)時(shí)間

NMIES：中斷的邊沿觸發(fā)方式選擇位。

0上升沿觸發(fā)NMI中斷；

1下降沿觸發(fā)NMI中斷。

HOLD：看門狗定時(shí)器工作停止位，降低功耗。

0WDT功能激活；

1時(shí)鐘禁止輸入，計(jì)數(shù)停止。

3.WDT的工作模式

1)看門狗模式

當(dāng)WDTCTL的TMSEL=0時(shí)，WDT工作在看門狗模式。在該模式下，一旦WDT到達(dá)定時(shí)時(shí)間或?qū)懭脲e(cuò)誤的口令都會(huì)觸發(fā)PUC信號，WDTCNT和WDTCTL兩寄存器內(nèi)容將被全部清除，WDT功能被激活，并自動(dòng)進(jìn)入看門狗模式。用戶在通過軟件設(shè)置看門狗模式時(shí)，一般都需要進(jìn)行如下操作。

進(jìn)行WDT的初始化，設(shè)置合適的時(shí)間(通過SSEL、IS0、IS1位來選定)。

周期性地對WDTCNT清零，以防止WDT溢出，保證WDT的正確使用。

如果系統(tǒng)不用看門狗功能，應(yīng)在程序開始處禁止看門狗功能，程序如下。

MOV＃WDTPW+WDTCNTCL，&WDTCTL；

2)定時(shí)器模式

當(dāng)TMSEL=1時(shí)，選擇定時(shí)器模式。在設(shè)置好中斷條件后，WDT將按設(shè)定的時(shí)間周期產(chǎn)生中斷請求，在響應(yīng)中斷后，中斷標(biāo)志位將自動(dòng)清除。

在定時(shí)模式下，要注意定時(shí)時(shí)間改變應(yīng)伴隨計(jì)數(shù)器清除，并在一條指令中完成。如果先后分別進(jìn)行清除和定時(shí)時(shí)間選擇，或改變定時(shí)時(shí)間而不同時(shí)清除WDTCNT，將導(dǎo)致不可預(yù)料的系統(tǒng)立即復(fù)位或中斷。另外，在正常工作時(shí)，改變時(shí)鐘源也可能導(dǎo)致WDTCNT額外的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，如：

MOV＃WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTSSEL，&WDTCTL ;定時(shí)1000ms

MOV＃WDTPW+WDTTMSEL+WDTCNTCL+WDTIS0，&WDTCTL ;定時(shí)8.19ms

3)低功耗模式

當(dāng)系統(tǒng)不需要WDT工作時(shí)，可以設(shè)置HOLD=1來關(guān)閉WDT，以減少功耗。

4)看門狗定時(shí)器的中斷控制功能

在看門狗模式下中斷是不可屏蔽的，由受控程序非正常運(yùn)行引發(fā)。定時(shí)器模式下中斷是可屏蔽的，由選定時(shí)間到達(dá)而引發(fā)。前者的優(yōu)先級高于后者，兩者的中斷向量地址不同，使用時(shí)請參見相關(guān)芯片數(shù)據(jù)手冊。看門狗定時(shí)器用到SFR地址的兩位。

中斷標(biāo)志W(wǎng)DTIFG位于IFG1.0，初始狀態(tài)為復(fù)位。

中斷標(biāo)志W(wǎng)DTIE位于IE1.0，初始狀態(tài)為復(fù)位。

與中斷功能相關(guān)的WDTCTL的控制位NMI和NMIES，NMIIE位于IE1.4，MNIFG位于IFG1.4。

4.看門狗定時(shí)器應(yīng)用舉例

例5.6

使用看門狗的定時(shí)功能定時(shí)產(chǎn)生一個(gè)方波，由P5.1輸出。

程序如下：

#include<msp430x44x.h>

voidmain(void)

{

WDTCTL=WDT_ADLY_250;//設(shè)置看門狗定時(shí)時(shí)間為250ms

IE1|=WDTIE;//WDT使能

P5DIR|=0x02;//設(shè)置P5.1為輸出

_EINT();//中斷允許

for(;;)

{

_BIS_SR(LPM3_bits); //進(jìn)入LPM3

_NOP(); //驗(yàn)證，可用C-SPY觀察

}

}

//看門狗中斷服務(wù)子程序

#pragmavector=WDT_VECTOR

__interruptvoidwatchdog_timer(void)

{

P5OUT^=0x02; //P5.1輸出取反

}5.3.2基本定時(shí)器

基本定時(shí)器(BasicTimer1)是MSP430X3XX和MSP430X4XX系列器件中的模塊，BasicTimer1經(jīng)常應(yīng)用在低功耗系統(tǒng)中，支持軟件和各種外圍模塊工作在低頻率、低功耗條件下。BasicTimer1非常適合于周期性地產(chǎn)生中斷，更新LCD或啟動(dòng)一個(gè)新的測量周期。

1.BasicTimer1的結(jié)構(gòu)

MSP430X44X系列BasicTimer1的結(jié)構(gòu)如圖5-17所示，BasicTimer1通過對SMCLK或ACLK進(jìn)行分頻，向其它外圍模塊提供低頻控制信號。

圖5-17BasicTimer1的結(jié)構(gòu)圖

2.BasicTimer1的寄存器

通過控制寄存器BTCTL的設(shè)置可以對計(jì)數(shù)單元BTCNT1和BTCNT2進(jìn)行軟件控制。當(dāng)芯片上電、復(fù)位(/NMI引腳)、看門狗溢出或看門狗密鑰非法出現(xiàn)時(shí)，該寄存器各位保持原狀。用戶程序通常在BasicTimer1初始化期間來設(shè)定操作條件。

1)?BTCTL控制寄存器

BTCTL控制寄存器控制BasicTimer1的運(yùn)行，由各位的值來選擇頻率源、中斷頻率及LCD控制電路的幀頻率。BTCTL各位定義如下：

SSEL，DIV：BTCNT2的輸入頻率CLK2選擇位，BasicTimer1總是按輸入的時(shí)鐘作增計(jì)數(shù)。SSEL用來選擇輔助時(shí)鐘ACLK或系統(tǒng)主時(shí)鐘MCLK，DIV決定是否對選定的時(shí)鐘信號分頻。MSP430F4xx的BTCNT2的輸入頻率如表5-9所示。

表5-9BTCNT2的輸入頻率

HOLD：計(jì)數(shù)器停止控制位。

0BTCNT1和BTCNT2運(yùn)行中；

1BTCNT2停止工作，如果DIV也置位，BTCNT1停止工作。

BasicTimer1的寄存器可以利用HOLD位禁止模塊的所有功能，并把功耗降低到最低程度，即只有漏電流。當(dāng)計(jì)數(shù)器被允許或禁止時(shí)不會(huì)發(fā)生額外計(jì)數(shù)，系統(tǒng)對控制寄存器BTCTL的訪問會(huì)影響計(jì)數(shù)，它可以用通常的方式進(jìn)行讀寫操作。

FRFQ1，F(xiàn)RFQ0：fLCD頻率選擇位，可選擇4個(gè)BTCNT1的輸出之一作為fLCD信號，該位控制LCD更新頻率如表5-10所示。與片上外設(shè)LCD驅(qū)動(dòng)模塊一起工作的設(shè)備使用fLCD信號產(chǎn)生COM公共端和SEG行驅(qū)動(dòng)的時(shí)序信號。表5-10fLCD信號頻率

表5-11BTCNT2的定時(shí)中斷頻率

2)計(jì)數(shù)單元BTCNT1和BTCNT2

BasicTimer1除了定時(shí)控制外，還有BTCNT1和BTCNT2兩個(gè)重要計(jì)數(shù)單元。這兩個(gè)單元都可用字節(jié)方式進(jìn)行讀寫，相關(guān)特性如表5-12所示。

表5-12BTCNT1和BTCNT2

BTCNT1對ACLK分頻。LCD驅(qū)動(dòng)的幀頻率從計(jì)數(shù)器高4位輸出中選擇。最高位輸出可以作為BTCNT2的時(shí)鐘輸入。

BTCNT2對可選輸入時(shí)鐘ACLK、SMCLK或ACLK/256分頻。中斷周期可以BTCTL中的IP0～I(xiàn)P2位中選擇8個(gè)輸出之一。

BasicTimer1可以工作在16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式，此時(shí)CLK2來源于BTCNT1最高位輸出。所以當(dāng)作16位計(jì)數(shù)器時(shí)，只能選擇ACLK作為BTCNT1和BTCNT2的時(shí)鐘源。

3.BasicTimer1的中斷

BasicTimer1中斷允許位BTIE在IE2中(IE2.7)。中斷標(biāo)志位BTIFG在IFG2(IFG2.7)中，該標(biāo)志位響應(yīng)中斷后自動(dòng)復(fù)位。

中斷標(biāo)志和中斷允許遵循一般的模塊中斷原則。除了受各自的中斷允許控制外，中斷請求還受控于通用中斷標(biāo)志GIE。PUC使中斷允許標(biāo)志BTIE復(fù)位。當(dāng)BasicTimer有中斷請求時(shí)，中斷標(biāo)志BTIFG置位；當(dāng)中斷請求被接受時(shí)，中斷標(biāo)志BTIFG復(fù)位。該中斷可用于系統(tǒng)的控制，它是單源中斷。

4.基本定時(shí)器應(yīng)用舉例

例5.7

使用基本定時(shí)器的定時(shí)功能，產(chǎn)生一個(gè)頻率為4Hz的方波信號，由P5.1輸出，其中ACLK=LFXT1=32768Hz，MCLK=1.048576MHz。

程序如下：

#include<msp430x44x.h>

voidmain(void)

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//停止看門狗

IE2|=BTIE;

//基本定時(shí)器開中斷

5.3.316位定時(shí)器A

TI推出的所有MSP430系列FLASH型單片機(jī)都含有定時(shí)器A(Timer_A)。Timer_A是由一個(gè)16位定時(shí)器和多路捕獲/比較通道組成的，各通道都可單獨(dú)控制，為開發(fā)人員提供較多靈活的選擇余地。MSP430的型號不同，Timer_A模塊中的捕獲/比較器數(shù)量也不同，MSP430系列單片機(jī)的Timer_A有以下特性：

具有16位計(jì)數(shù)器，4種工作模式。

具有多種可選的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源。

具有3個(gè)或者5個(gè)可配置的捕獲/比較寄存器。

支持多時(shí)序控制、多個(gè)捕獲/比較功能及多種輸出波形(PWM)。

具有異步輸入、輸出鎖存功能。

沒有自動(dòng)重載時(shí)間常數(shù)功能，但產(chǎn)生的定時(shí)脈沖或PWM(脈寬調(diào)制)信號沒有軟件帶來的誤差。

能捕獲外部事件發(fā)生的時(shí)間，鎖定其發(fā)生時(shí)的高低電平。

具有完善的中斷服務(wù)功能。

具有8種輸出方式選擇，3個(gè)可配置輸出單元。

1.Timer_A結(jié)構(gòu)

Timer_A由三部分組成，如圖5-18所示。

1)計(jì)數(shù)器部分

計(jì)數(shù)器部分用來完成時(shí)鐘源的選擇與分頻、模式控制及計(jì)數(shù)等功能。輸入的時(shí)鐘源具有4種選擇，所選定的時(shí)鐘源又可以1、2、4或8分頻作為計(jì)數(shù)頻率，Timer_A可以通過選擇4種工作模式靈活地完成定時(shí)/計(jì)數(shù)功能。

2)捕獲/比較器

捕獲/比較器用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生時(shí)間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高I/O端口處理事務(wù)的能力和速度。不同的MSP430單片機(jī)，Timer_A模塊中所含有的捕獲/比較器的數(shù)量不一樣，但每個(gè)捕獲/比較器的結(jié)構(gòu)完全相同，輸入和輸出都取決于各自所帶的控制寄存器的控制字，捕獲/比較器相互之間工作完全相互獨(dú)立。

3)輸出單元

輸出單元用于產(chǎn)生用戶所需要的輸出信號。Timer_A具有可選的8種輸出模式，支持PWM輸出。

圖5-18Timer_A的結(jié)構(gòu)原理圖

2.Timer_A寄存器

MSP430系列單片機(jī)不同系列包含有不同數(shù)目的捕獲/比較器，含有3個(gè)捕獲/比較器。Timer_A的寄存器(比如MSP430X13X)如表5-13所示。用戶對Timer_A的所有操作都是通過操作該模塊的寄存器完成的。

表5-13Timer_A的寄存器

(1)TACTL：控制寄存器。

定時(shí)器控制寄存器TACTL中包含定時(shí)器及其操作的控制位。POR信號后TACTL的所有位都自動(dòng)復(fù)位，但在PUC信號后不受影響，TACTL各位的定義如下：

表5-14Timer_A時(shí)鐘源

ID1，ID0：輸入分頻選擇位。

00不分頻；

012分頻；

104分頻；

118分頻。

由SSEL0和SSEL1兩位選擇時(shí)鐘源，然后再由ID0和ID1選擇分頻系數(shù)將輸入信號分頻，分頻后的信號才用于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

MC1，MC0：計(jì)數(shù)模式控制選擇位。

00停止模式；

11增計(jì)數(shù)模式；

10連續(xù)計(jì)數(shù)模式；

11增/減計(jì)數(shù)模式。

TACLR：定時(shí)器清除位，該位由硬件自動(dòng)復(fù)位，其讀出值始終為0。

0Timer_A計(jì)數(shù)器TAR內(nèi)容不清零；

1Timer_A計(jì)數(shù)器TAR內(nèi)容清零。

定時(shí)器和分頻器在POR或TACLR位置位時(shí)復(fù)位。TACLR由硬件自動(dòng)復(fù)位，其讀出始終為0。定時(shí)器在下一個(gè)有效輸入沿開始工作。如果不是被清除模式控制位暫停，則定時(shí)器以增計(jì)數(shù)模式開始工作。

TAIE：定時(shí)器中斷允許位。

0禁止定時(shí)器中斷；

1允許定時(shí)器中斷。

TAIFG：定時(shí)器標(biāo)志位，不同工作模式下，該位有不同的置位條件。

0無中斷請求；

1有中斷請求。

(2)TAR：16位計(jì)數(shù)器。

該單元就是執(zhí)行計(jì)數(shù)的單元，是計(jì)數(shù)器的主體，其內(nèi)容可讀可寫。若要修改Timer_A，推薦修改順序如下：

①修改控制寄存器和停止定時(shí)器。

②

啟動(dòng)定時(shí)器工作。

當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘不是MCLK時(shí)，寫入應(yīng)該在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)進(jìn)行，以免因與CPU不同步而引起時(shí)鐘競爭。輸入時(shí)鐘和軟件所用的系統(tǒng)時(shí)鐘異步也可能引起時(shí)間競爭，使定時(shí)器響應(yīng)出錯(cuò)，所以用TACTL控制寄存器中的控制位來改變定時(shí)器工作，尤其是修改輸入選擇位，輸入分頻器和定時(shí)器清除位時(shí)，定時(shí)器應(yīng)停止，例如：

MOV#01C6H,&TACTL ；ACLK/4，定時(shí)器停止，定時(shí)器復(fù)位

BIS#10H,&TACTL ；開始增計(jì)數(shù)模式

(3)

TACCTLx：捕獲/比較控制寄存器。

Timer_A有多個(gè)捕獲/比較模塊，每個(gè)模塊都有自己的控制字CCTLx，這里x為捕獲/比較模塊序號。該寄存器在POR信號后全部復(fù)位，但在PUC信號后不影響。該寄存器中各位的定義如下：

CM1CM0：選擇捕獲方式。

00禁止捕獲模式；

01上升沿捕獲；

10下降沿捕獲；

11上升沿與下降沿都捕獲。

CCIS1CCIS0：捕獲模式中，捕獲事件的輸入源選擇位。

00CCIxA；

01CCIxB；

10GND；

11VCC。

SCS：捕獲信號與定時(shí)器時(shí)鐘同步選擇位。

0異步捕獲；

1同步捕獲。

異步捕獲模式允許在請求時(shí)立即將CCIFG置位且捕獲定時(shí)器值，適用與捕獲信號的周期遠(yuǎn)大于定時(shí)器時(shí)鐘周期的情況。但是，如果定時(shí)器時(shí)鐘和捕獲信號發(fā)生時(shí)間競爭，則捕獲寄存器可能出錯(cuò)。實(shí)際中經(jīng)常使用同步捕獲模式，而且捕獲總是有效的。

SCCI：同步比較/捕獲輸入，比較相等信號EQUx將選定的捕獲/比較輸入信號CCIx(CCIxA，CCIxB，VCC和GND)進(jìn)行鎖存，可由SCCIx讀出。

CAP：工作模式選擇位。

0比較模式；

1捕獲模式。

如果通過捕獲/比較寄存器CCTLx中的CAP使工作模式從比較模式變?yōu)椴东@模式，那么不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行捕獲，否則，在捕獲/比較寄存器中的值是不可預(yù)料的，操作順序一般如下：